محول Ćuk

يتكون محول تشوك غير المعزول من ملفين حثيين ، ومكثفين ، ومفتاح (عادةً ترانزستور )، وثنائي . يمكن رؤية مخططه في الشكل 1. وهو محول عاكس، لذا فإن جهد الخرج يكون سالباً بالنسبة لجهد الدخل.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذا المحول في استمرار التيارات عند مدخله ومخرجه. أما العيب الرئيسي فهو الإجهاد العالي للتيار على المفتاح، حيث يتحمل مجموع تيار المدخل وتيار المخرج. ^{[ 4 ]}

تُستخدم المكثفة C ₁ لنقل الطاقة. وهي متصلة بالتناوب بمدخل ومخرج المحول عبر تبديل الترانزستور والديود (انظر الشكلين 2 و3).

يُستخدم المحثان L1 _و L2 _لتحويل جهد الدخل ( Vs ) وجهد الخرج ( _{Vo )} إلى مصدرين للتيار الكهربائي على التوالي. على المدى القصير، يُمكن اعتبار المحث مصدرًا للتيار لأنه يحافظ على تيار ثابت. هذا التحويل ضروري لأنه في حال توصيل المكثف مباشرةً بمصدر الجهد، سيقتصر التيار على المقاومة الطفيلية فقط، مما يؤدي إلى فقد كبير في الطاقة. شحن المكثف باستخدام مصدر تيار (المحث) يمنع تقييد التيار الناتج عن المقاومة وما يرتبط به من فقد في الطاقة.

كما هو الحال مع المحولات الأخرى ( محول خفض الجهد ، محول رفع الجهد ، محول خفض-رفع الجهد )، يمكن لمحول Ćuk العمل في وضع التيار المستمر أو المتقطع. ومع ذلك، وعلى عكس هذه المحولات، يمكنه أيضًا العمل في وضع الجهد المتقطع (حيث ينخفض ​​الجهد عبر المكثف إلى الصفر أثناء دورة التبديل).

في حالة الاستقرار، يجب أن تبقى الطاقة المخزنة في كل محث ثابتة في بداية ونهاية دورة التبديل. تُعطى الطاقة في المحث بالعلاقة التالية:

${\displaystyle E={\frac {1}{2}}LI^{2}.}$

هذا يعني أن التيار المار في كل محث يجب أن يكون متساوياً في بداية ونهاية دورة التبديل. وبما أن تغير التيار المار في المحث مرتبط بالجهد المطبق عليه:

${\displaystyle V_{L}=L{\frac {dI}{dt}},}$

يتضح أن متوسط ​​قيمة جهد كل محث خلال فترة التبديل يجب أن يكون صفرًا لتحقيق متطلبات الحالة المستقرة. (بمعنى آخر، يجب أن يكون متوسط ​​الجهد عبر أي محث صفرًا حتى لا يرتفع تياره بلا حدود).

إذا اعتبرنا أن المكثفين C1 و _C2 كبيران بما يكفي بحيث يكون تموج الجهد عبرهما ضئيلاً، فإن جهود المحث تصبح _:

• في حالة الإيقاف _، يتم توصيل المحث L1 على التوالي مع Vs و C1 ₍ انظر الشكل 2). _لذلك${\textstyle V_{L1}=V_{s}-V_{C1}}$بما أن الصمام الثنائي D منحاز انحيازاً أمامياً (نفترض انخفاض الجهد الصفري)، _فإن L2 متصل مباشرة بمكثف الخرج. لذلك${\displaystyle V_{L2}=V_{o}}$
• في حالة التشغيل ، _يكون المحث L1 متصلاً مباشرة بمصدر الإدخال. لذلك${\textstyle V_{L1}=V_{s}}$_يتم توصيل المحث L2 _على التوالي مع المكثف C1 ومكثف الخرج، لذلك${\displaystyle V_{L2}=V_{o}+V_{C1}}$

يعمل المحول في حالة التشغيل من${\textstyle t=0}$ل${\textstyle t=DT}$( حيث D هي دورة التشغيل )، وفي حالة الإيقاف من D·T إلى T (أي خلال فترة تساوي${\textstyle (1-D)T}$وبالتالي ، فإن متوسط ​​قيم V _L1 و V _L2 هو:

${\displaystyle {\bar {V}}_{L1}=D\cdot V_{s}+\left(1-D\right)\cdot \left(V_{s}-V_{C1}\right)=V_{s}-(1-D)\cdot V_{C1}}$

${\displaystyle {\bar {V}}_{L2}=D\left(V_{o}+V_{C1}\right)+\left(1-D\right)\cdot V_{o}=V_{o}+D\cdot V_{C1}}$

بما أن متوسط ​​الجهد يجب أن يكون صفراً لتحقيق شروط الحالة المستقرة، فباستخدام المعادلة الأخيرة يمكننا كتابة ما يلي:

${\displaystyle V_{C1}=-{\frac {V_{o}}{D}}}$

وبالتالي يصبح متوسط ​​الجهد عبر L ₁ كما يلي:

${\displaystyle {\bar {V}}_{L1}=V_{s}+(1-D)\cdot {\frac {V_{o}}{D}}=0}$

والتي يمكن كتابتها على النحو التالي:

${\displaystyle {\frac {V_{o}}{V_{s}}}=-{\frac {D}{1-D}}}$

يمكن ملاحظة أن هذه العلاقة هي نفسها التي تم الحصول عليها لمحول باك-بوست .

كغيرها من محولات التيار المستمر/المستمر، تعتمد محولات Ćuk على قدرة المحاثات في الدائرة على توفير تيار مستمر، تمامًا كما يوفر المكثف في مرشح المقوم جهدًا مستمرًا. إذا كانت قيمة هذه المحاثة صغيرة جدًا أو أقل من "الحث الحرج"، فسيكون منحنى التيار في المحاثة غير متصل، حيث ينعدم التيار. لا تُدرس هذه الحالة التشغيلية عادةً بتعمق، إذ لا تُستخدم إلا لتوضيح أهمية الحد الأدنى للحث، مع أنها قد تحدث عند الحفاظ على جهد الاستعداد عند تيار أقل بكثير من التيار المصمم له المحول.

الحد الأدنى للحث يُعطى بالمعادلة التالية:

${\displaystyle L_{1}min={\frac {(1-D)^{2}R}{2Df_{s}}}}$

أين${\displaystyle f_{s}}$تردد التبديل.

بدلاً من استخدام مكونين منفصلين للحث، يلجأ العديد من المصممين إلى استخدام محول Ćuk ذي محاثات متصلة ، وذلك باستخدام مكون مغناطيسي واحد يضم كلا المحثين على نفس القلب. ويؤدي تأثير المحول بين المحثين داخل هذا المكون إلى الحصول على محول Ćuk ذي محاثات متصلة يتميز بتموج خرج أقل من محول Ćuk الذي يستخدم مكونين منفصلين مستقلين للحث. ^{[ 6 ]}

محول زيتا هو عبارة عن دارة تغذية طاقة غير معزولة وغير عاكسة، تعمل بنظام رفع وخفض الجهد. على عكس محولات Ćuk وSEPIC، التي تُصمم باستخدام محول رفع جهد قياسي يتكون من ملف حث متسلسل ومفتاح متوازي، فإن محول زيتا يُصمم باستخدام محول خفض جهد يتكون من مفتاح متسلسل وملف حث متوازي. يستخدم محول زيتا عادةً ترانزستور PFET عالي الجهد للمفتاح المتسلسل، على عكس الاستخدام الشائع لترانزستور NFET منخفض الجهد في محولات Ćuk وSEPIC. يتميز محول زيتا بانخفاض تموج جهد الخرج وسهولة التعويض مقارنةً بمحولات SEPIC. أما عيوبه فتتمثل في ارتفاع تموج جهد الدخل، والحاجة إلى مكثف كبير، ووحدة تحكم متخصصة قادرة على تشغيل ترانزستور PFET. ^{[ 7 ]}

يُعدّ مُحوّل SEPIC نوعًا من مُحوّلات التيار المستمر غير المعزولة وغير العاكسة، وهو مُشابه لمُحوّل Ćuk، إلا أنه يتميز بتبادل موضع ملف الحث والدايود عند الخرج، وانعكاس قطبية مُكثّف الخرج عند استقطابه، كما أنه يحافظ على نفس العلاقة بين جهد الدخل وجهد الخرج. ويُعاب على هذا المُحوّل وجود تيار خرج غير مُستمر، وبالتالي زيادة التموج في جهد وتيار الخرج ^{[ 8 ].}