اصول و کاربرد فناوری بوست و باک باتری لیتیومی

با استفاده گسترده از دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل، باتری‌های لیتیومی به دلیل چگالی انرژی بالا، عدم اثر حافظه و عمر چرخه طولانی، به یکی از محبوب‌ترین انواع باتری‌ها تبدیل شده‌اند. با این حال، به منظور برآورده کردن الزامات ولتاژ کاری دستگاه‌های مختلف، فناوری بوست و باک باتری‌های لیتیومی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این مقاله به بررسی اصول بوست و باک باتری‌های لیتیومی و روش‌های دستیابی به این تبدیل‌ها می‌پردازد.

اصل بوست باتری لیتیومی

مبدل بوست
یک مبدل بوست، یک مبدل DC-DC است که با ذخیره انرژی یک سلف، ولتاژ ورودی پایین‌تر را به ولتاژ خروجی بالاتر افزایش می‌دهد. اصل کارکرد اساسی آن به شرح زیر است:
مرحله شارژ: هنگامی که عنصر سوئیچ بسته می‌شود، جریان از طریق سلف عبور می‌کند و سلف انرژی را ذخیره می‌کند؛
مرحله دشارژ: عنصر سوئیچ قطع می‌شود و جریان به دلیل خودالقایی سلف همچنان ادامه می‌یابد. در این زمان، دیود به جریان اجازه می‌دهد تا به خازن خروجی و بار جریان یابد و ولتاژ خروجی بالاتر از ولتاژ ورودی است.

روش بوست

بهینه‌سازی فرکانس سوئیچینگ: با تنظیم فرکانس سوئیچینگ، نسبت بوست را می‌توان بدون تأثیر بر راندمان بهبود بخشید.
انتخاب مقدار سلف: مقدار مناسب سلف می‌تواند جریان ریپل را کاهش داده و پایداری سیستم را بهبود بخشد.
فیلتر خروجی: استفاده از یک خازن فیلتر خروجی مناسب می‌تواند ریپل ولتاژ خروجی را کاهش دهد.

اصل باک باتری لیتیومی

مبدل باک (Buck Converter)
مبدل باک نیز نوعی مبدل DC-DC است. عملکرد آن کاهش ولتاژ ورودی بالاتر به ولتاژ خروجی پایین‌تر است. اصل کارکرد آن به شرح زیر است:
مرحله شارژ: هنگامی که عنصر سوئیچ بسته می‌شود، جریان از طریق سلف عبور می‌کند و سلف انرژی را ذخیره می‌کند؛
مرحله دشارژ: عنصر سوئیچ قطع می‌شود و جریان در سلف از طریق دیود جریان می‌یابد تا جریان بار را حفظ کند و ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی است.

روش باک

کنترل چرخه وظیفه: ولتاژ خروجی با تغییر نسبت زمان روشن بودن عنصر سوئیچ به زمان چرخه، یعنی چرخه وظیفه، تنظیم می‌شود.
یکسو‌سازی همزمان: استفاده از فناوری یکسو‌سازی همزمان به جای دیودهای سنتی می‌تواند راندمان را بهبود بخشد.
شروع نرم: فناوری شروع نرم می‌تواند از شوک جریان در هنگام راه‌اندازی جلوگیری کرده و از مدار محافظت کند.

سناریوی کاربردی

فناوری باک-بوست باتری لیتیومی به طور گسترده در دستگاه‌های قابل حمل مختلف مانند تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و غیره استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها معمولاً نیاز دارند که ولتاژها را تحت شرایط کاری مختلف تغییر دهند تا با سرعت‌های پردازنده، روشنایی صفحه نمایش و سایر الزامات مختلف سازگار شوند.

نتیجه‌گیری

فناوری بوست و باک باتری‌های لیتیومی یک حلقه کلیدی در طراحی محصولات الکترونیکی مدرن است. از طریق طراحی مدار منطقی و انتخاب اجزای مناسب، تبدیل ولتاژ را می‌توان به طور موثر انجام داد و در عین حال پایداری و راندمان سیستم را تضمین کرد. با افزایش مداوم عملکردهای محصولات الکترونیکی و بهبود الزامات مدیریت انرژی، فناوری بوست و باک باتری‌های لیتیومی به توسعه خود ادامه خواهد داد تا با نیازهای کاربردی پیچیده‌تر و در حال تغییر سازگار شود.