ما هو هذا المحول؟
محول الخفض والرفع العاكس (Inverting Buck-Boost) هو طوبولوجيا تحويل تيار مستمر إلى تيار مستمر تعمل بنظام التبديل (Switched-Mode)، وتنتج جهد خرج منظَّمًا ذا قطبية معاكسة لجهد الدخل. وبحسب قيمة دورة التشغيل (Duty Cycle)، يمكنه رفع مقدار الجهد (Boost) أو خفضه (Buck) مع عكس الإشارة دائمًا. تعتمد هذه الحاسبة على دالة النقل المثالية في وضع التوصيل المستمر (CCM) لتقدير جهد الخرج انطلاقًا من جهد الدخل ودورة تشغيل التبديل.
طريقة الاستخدام
أدخل جهد الدخل Vin بوحدة الفولت، ودورة التشغيل D كنسبة مئوية (من 0 إلى 99%). تحوّل الأداة النسبة المئوية إلى كسر، ثم تطبّق دالة النقل، وتعرض لك جهد الخرج إلى جانب كسب الجهد. وبما أن هذه الطوبولوجيا تعكس القطبية، فإن الناتج يكون سالبًا.
شرح المعادلة
العلاقة المثالية في وضع CCM هي $$V_{out} = -\,\text{Vin (V)} \cdot \frac{D}{1-D} \qquad \text{where}\quad D = \dfrac{\text{Duty (\%)}}{100}$$، حيث تمثّل D نسبة الجزء من كل دورة تبديل يكون فيه المفتاح الرئيسي في وضع التشغيل. عند D = 50% يساوي المقدار جهد الدخل Vin؛ وعند أقل من 50% يقوم بالخفض (مقدار أصغر)؛ وفوق 50% يقوم بالرفع (مقدار أكبر). وكلما اقتربت D من القيمة 1، يرتفع الكسب بشكل حاد، ولذلك تتحوط الحاسبة ضد القيمة D = 100%.
مثال محلول
لنفترض أن Vin = 12 فولت وأن D = 50% (0.5): فيكون $$V_{out} = -12 \times \frac{0.5}{0.5} = -12 \text{ فولت}$$ أي أن الخرج هو −12 فولت، مساوٍ في المقدار لكن معكوس القطبية. وعند D = 75%، يكون الكسب = \(\frac{0.75}{0.25} = 3\)، وبالتالي \(V_{out} = -12 \times 3 = -36\) فولت.
الأسئلة الشائعة
لماذا يكون الخرج سالبًا؟ يرتّب محول الخفض والرفع العاكس الملف (Inductor) والمفتاح بحيث تُسلَّم الطاقة إلى الحِمل بقطبية معكوسة بالنسبة إلى الأرضي المشترك.
هل هذه النتيجة دقيقة للدوائر الفعلية؟ إنها النتيجة المثالية الخالية من الفقد في وضع CCM. أما المحولات الحقيقية فتعاني من فقد في المفتاح والصمام الثنائي (Diode) والملف، ولذلك يكون المقدار الفعلي أقل قليلًا.
ما دورة التشغيل التي تعطي Vout = −Vin؟ هي D = 50%، حيث يكون \(\frac{D}{1-D} = 1\).
