كلما زاد تردد تبديل المحول، قل حجمه. فهل يعني هذا أنه لا يوجد حد أقصى لتردد التبديل؟ وهل يمكن أن يكون حجمه صغيرًا جدًا؟
الجواب هو لا. في عملية التشغيل الفعلية، يتحدد تردد محولات التردد العالي بعوامل متعددة ويمكن تقسيمه إلى عدة جوانب:
1- بنية الدائرة الكهربائية (بنية الارتداد): تتميز المحولات بوظائف تخزين الطاقة وتحويلها، بتردد تشغيل شائع يتراوح بين 40 و100 كيلوهرتز. عندما يكون التردد أقل من 40 كيلوهرتز، يكون حجم القلب الحديدي كبيرًا جدًا، مما يؤدي إلى زيادة حجم مصدر الطاقة. وعندما يتجاوز التردد 100 كيلوهرتز، قد تتسبب ارتفاعات الجهد الناتجة عن الحث التسريبي في تلف ترانزستور التبديل.
تصميم الدائرة الأمامية: يتراوح نطاق التردد الشائع بين 60 و150 كيلوهرتز، ولكنه يتطلب موازنة فقد الطاقة في القلب المغناطيسي وفقد الطاقة في المفاتيح. تصميم الدفع والسحب/نصف الجسر/الجسر الكامل: قلب مغناطيسي ممغنط ثنائي الاتجاه متناظر يعمل بمفتاح، يتميز بكفاءة أعلى، ويدعم ترددات أعلى تتراوح من مئات الكيلوهرتز إلى الميغاهرتز، ولكنه يتطلب تصميم تحكم أكثر تعقيدًا وتبديدًا حراريًا أكثر فعالية.
٢- تشمل خصائص مواد القلب المغناطيسي فقدان التخلف المغناطيسي وفقدان التيارات الدوامية. ضمن نطاق معين، يزداد فقدان القلب المغناطيسي مع زيادة التردد. لذلك، ينبغي أن يكون لكل مادة من مواد القلب المغناطيسي نطاقات تردد استخدام مختلفة لضمان انخفاض نسبي في فقدان القلب المغناطيسي. على سبيل المثال، يُعدّ فيريت المنغنيز والزنك مناسبًا للاستخدام عند ترددات تتراوح من ١٠ إلى ٣٠٠ كيلوهرتز، بينما يُعدّ فيريت النيكل والزنك مناسبًا للاستخدام عند ترددات أعلى من ١ ميجاهرتز.
ثانيًا، مع ازدياد التردد، يجب تقليل الحد الأقصى لشدة الحث المغناطيسي لتجنب تشبع القلب المغناطيسي. على سبيل المثال، تبلغ شدة الحث المغناطيسي لملف DMR40 0.38 تسلا، وعند التصميم بتردد 100 كيلوهرتز، نعتمد عادةً قيمة تقارب 0.2 تسلا.
3- سرعة تبديل أجهزة الطاقة: ينتمي ترانزستور MOS إلى الأجهزة أحادية القطبية، حيث يبلغ زمن التشغيل والإيقاف فيه نانوثانية. يمكن أن يصل تردد التشغيل النظري إلى ميغاهرتز، بينما يبلغ الحد الأقصى الفعلي لتردد التشغيل عدة مئات من الكيلوهرتز. أما ترانزستور IGBT فينتمي إلى الأجهزة ثنائية القطبية، ويتميز بزمن إيقاف تشغيل طويل نسبيًا، ويتراوح الحد الأقصى لتردد التشغيل عادةً بين 40 و50 كيلوهرتز.
٤- يؤدي ارتفاع الكفاءة وزيادة معدل تبديد الحرارة إلى زيادة فقد الطاقة في المفاتيح والمحركات، مما ينتج عنه انخفاض في الكفاءة الإجمالية وزيادة في توليد الحرارة. ولضمان بقاء درجة حرارة المنتج ضمن النطاق الطبيعي، نحتاج إلى اتخاذ مزيد من الإجراءات للتحكم في تبديد الحرارة.
٥- عند الترددات العالية، ترتفع التكلفة نتيجةً لزيادة فقد الطاقة في المفاتيح، مما يستلزم اتخاذ تدابير إضافية لتبديد الحرارة، وبالتالي زيادة التكاليف. ثانيًا، غالبًا ما تتدهور كفاءة المكثفات والمحاثات عند الترددات العالية، ولذا نحتاج إلى اختيار أجهزة مناسبة لهذه الترددات، مما يزيد التكاليف. في التصميم العملي، تكون التكاليف محدودة، وهو ما يحدد غالبًا الحد الأقصى لتردد التشغيل.
٦- خصائص الشريحة: غالبًا ما تتطلب شرائح التحكم بتقنية تعديل عرض النبضة (PWM) حدًا أقصى للتردد للاستجابة لتعديلات الحمل الديناميكية. وهذا يحدد أيضًا أن تردد تبديل المحول يقع ضمن نطاق معين.
تاريخ النشر: 6 أغسطس 2025
