اصل کار تنظیم‌کننده تغییر وضعیت

تنظیم‌کننده‌های تغییر وضعیت، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ کارآمدی هستند که با قطع و وصل سریع عناصر مسیر (مانند MOSFET) جریان را کنترل می‌کنند و از طریق مولفه‌های ذخیره‌کننده انرژی (مانند القایی‌ها یا خازنهای) تنظیم ولتاژ را انجام می‌دهند. در ادامه توضیح داده شده است که چگونه عمل می‌کنند و مولفه‌های اصلی آن‌ها چیست:

۱. کنترل عنصر مسیر

لب مرکزی تنظیم‌کننده تغییر وضعیت یک عنصر مسیر است که به طور دوره‌ای بین حالت روشن و خاموش می‌پرد. وقتی عنصر مسیر در حالت روشن است، ولتاژ ورودی از طریق عنصر مسیر به القایی منتقل می‌شود؛ وقتی عنصر مسیر در حالت خاموش است، جریان در القایی مجبور می‌شود تا از طریق دیود (یا مستقیم‌ساز همزمان) در سمت خروجی ادامه پیدا کند.

۲. نقش القایی‌ها و خازنهای

• القایی: به عنوان یک مولفه ذخیره‌کننده، زمانی که عنصر مسیر رسانا است انرژی را ذخیره می‌کند و زمانی که عنصر مسیر خاموش است انرژی را آزاد می‌کند.

• خازن: در موازات با خروجی متصل می‌شود تا ولتاژ خروجی را صاف کند و نوسانات ناشی از قطع جریان القایی را کاهش دهد.

۳. کنترل مدولاسیون عرض پالس (PWM)

MDM یک روش برای کنترل نسبت زمان رسانایی و قطع عناصر مسیر است. با تنظیم دامنه وظیفه (یعنی نسبت زمان رسانایی به زمان دوره) سیگنال PWM، می‌توان سرعت ذخیره‌سازی و آزادسازی انرژی توسط القایی را کنترل کرد، بنابراین میزان ولتاژ خروجی را تنظیم می‌کند.

۴. حلقه بازخورد

برای حفظ ثبات ولتاژ خروجی، معمولاً یک حلقه بازخورد در تنظیم‌کننده‌های تغییر وضعیت نوع buck شامل می‌شود. این حلقه ولتاژ خروجی را می‌نگارد و آن را با یک ولتاژ مرجع مقایسه می‌کند. اگر ولتاژ خروجی از مقدار تنظیم شده منحرف شود، حلقه بازخورد دامنه وظیفه سیگنال PWM را تنظیم می‌کند تا انتقال انرژی القایی را افزایش یا کاهش دهد، بنابراین ثبات ولتاژ خروجی حفظ می‌شود.

۵. حالت کاری

• حالت رسانایی مداوم (CCM): در شرایط بار سنگین، جریان در القایی هرگز در طول دورة مسیر تغییر وضعیت به صفر نمی‌رسد.

• حالت رسانایی ناپیوسته (DCM): یا حالت برس: در شرایط بار کم یا بدون بار، تنظیم‌کننده ممکن است به این حالت‌ها وارد شود تا کارایی را افزایش دهد و مصرف انرژی در حالت خاموش را کاهش دهد.

۶. کارایی و مدیریت گرمایی

چون عملیات مسیر تغییر وضعیت عنصر مسیر، ضایعاتی را ایجاد می‌کند، کارایی تنظیم‌کننده تغییر وضعیت ۱۰۰٪ نیست. با این حال، طراحی‌های با کارایی بالا با بهینه‌سازی انتخاب عناصر مسیر، کاهش ضایعات مسیر و ضایعات رسانایی ممکن است. همزمان، اقدامات مناسب مدیریت گرمایی (مانند سیستم‌های خنک‌کننده) نیز ضروری است تا از گرم شدن بیش از حد جلوگیری شود و قابلیت اطمینان تنظیم‌کننده حفظ شود.

خلاصه

تنظیم‌کننده‌های تغییر وضعیت از طریق مکانیزم فوق، تنظیم ولتاژ کارآمد و پایدار را انجام می‌دهند و به طور گسترده در دستگاه‌های الکترونیک مختلف مانند کامپیوترها، تلفن‌های همراه، تلویزیون‌ها و غیره استفاده می‌شوند، که مطمئن می‌شود این دستگاه‌ها تحت شرایط مختلف ولتاژ ورودی می‌توانند به طور صحیح کار کنند.