مقدمه :
الکترونیک قدرت
الکترونیک قدرت شامل مباحثی از قدرت، الکترونیک و کنترل است. در مباحث الکترونیک قدرت، کنترل حالت گذرا و پایدار در تولید و انتقال و توزیع قدرت الکتریکی توسط مدارات الکترونیکی آنالوگ و یا دیجیتال مطرح میآباشد.
مدارات مربوط به الکترونیک قدرت را میآتوان به دو بخش توپولوژیآها و کلیدهای قدرت و دیگری مدارات کنترل الکتریکی تقسیم کرد. انواع مدارهای الکترونیک قدرت به چند دسته تقسیم میآشوند:
1. یکسوکنندهآهای دیودی: ولتاژac تکفاز یا سه فاز را بهdc تبدیل میآکنند.
2. مبدلآهایac بهdc یا یکسو کنندهآهای کنترل شونده: با استفاده از سوئیچآهای کنترل شونده منابع ثابت یا متغییرdc میآسازند. بعضی از منابع تغذیه سوئیچینگ و خطی در این بخش قرار دارند.
3. مبدلآهایac بهac : با استفاده از سوئیچآهای کنترل شونده، سطح ولتاژ، شکل موج و فرکانس منبع ورودی را تغییر میآدهند.
4. مبدلآهایdc بهdc : چاپرها، بعضی از انواع رگولاتورهای سوئیچینگ و منابع خطی در این بخش جای میآگیرند.
5. مبدلآهایdc بهac یا اینورتورها:منابعac مورد نیاز را از یک منبعdc مانند باطری تامین میآکنند
6. کلیدهای استاتیک: جایگزین کردن سوئیچآهای کنترل شونده به جای کنتاکتورها و رلهآها و...
طراحی وسایل الکترونیک قدرت شامل مراحل طراحی مدارهای قدرت، محافظت مدارات قدرت، تعیین روش کنترل و طراحی مدارات کنترلی و درایورهای(روشن کنندهآهای)مدارات قدرت میآباشد.
منابع تغذیه
منبع تغذیه وسایل الکترونیکی، عمدتاًمنابعی هستند که در دستهآهای مبدلآهای ac به dc و یا dc به dc قرار میآگیرند. این مدارات نقش یکتایی در سیستمآها بر عهده دارند. یک منبع تغذیه خوب باید با ارائه توان پایدار و قابل اطمینان به بار و محافظت از بار در برابر شرایط خط ورودی و همچنین محافظت بار در برابر ایجاد اشکال در خود بار و عدم صدمه رساندن به بار در زمان صدمه دیدن خود منبع تغذیه، حفاظت کاملی از بار به عمل آورد. اما معمولاً طراحی منابع تغذیه جدی گرفته نمیآشود و به مراحل پایانی طراحی یک سیستم موکول میآگردد و به علت عدم وجود دانش کافی و جذابیت موضوع در نزد اکثر طراحان، طراحیآهای غلط منبع تغذیه و نارسایی آن عامل اصلی از کار افتادن و ایجاد ایراد در وسایل الکترونیکی است.
جهت طراحی یک منبع تغذیه مناسب باید قبل از طراحی سوالات زیر را جواب دهیم:
1. منبع توان ورودی چیست و شرایط غیر معمول قابل تصور که میآتواند در مورد عملکرد آن اتفاق بیفتد کدامآاند؟
2. ملزومات ایمنی و نیز حداکثر میزان تولید تداخل الکترومغناطیسی(EMI) و رادیویی(RFI) کدامآاند؟
3. نحوه نگهداری از سیستم چگونه است؟ ( که این، نحوه محافظت و طراحی فیزیکی مناسب کاربرد را تعیین میآکند.)
4. شرایط محیطی که منبع تحت آن شرایط کار خواهد کرد کدامآاند؟ (که شامل مواردی چون: گستره درجه حرارت، سطحRF موجود در محیط، غبار، کثیفی، ضربه، لرزش و دیگر ملاحظات فیزیکی است.)
5. در صورت از کار افتادن قسمتی از سیستم از کار افتادن نرم سیستم چگونه خواهد بود؟
6. تکنولوژیآهای ساختIC های بهآکار رفته در مدار چیست؟ ( که نحوه محافظت از آنها را معین میآکند)
7. مقادیر تخمینی حداقل و حداکثر جریان بار چقدر خواهد بود و همچنین تقاضای جریان گاهآبهآگاه بار که مثلاً در موقع استفاده از موتورها و یا صفحهآهای نمایش اتفاق میآافتد چقدر است؟ حداکثر تغییرات ولتاژ قابل تحمل بار چقدر است؟ (که نحوه رگولاسیون متقابل خروجیآها و جبرانآسازی فیدبک را تعیین میآکند.)
8. آیا مدارات خاص حساس به نویز وجود دارد؟ (مثل مبدلآهای آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ که ممکن است فیلتر شدن بیشتر منبع و یا همزمان کردن مدارات کنترلی منبع با مدارات بار را ایجاب کند.
9. آیا ترتیب اعمال تغذیه به قسمتهای مختلف مهم است؟
10. مقدار فضای اختصاص داده شده به منبع تغذیه در کل محصول چقدر میآباشد؟ ( معمولاً این مقدار را کم در نظر میآگیرند، پس در پی چانهآزنی برای بدست آوردن حق مناسب خود باشید.)
11. آیا به مدارات واسط خاصی در منبع احتیاج میآباشد؟ (مثل دستورهای خاموش شدن.)
پس از تعیین این موارد نوبت به تعیین سازمان منبع تغذیه میآباشد. هدف این است که توان را به شکل موثری به کل قسمتهای مختلف محصول برسانیم و به احتیاجات هر زیر بخش از سیستم توجه کنیم. منبع تغذیه میآتواند یکپارچه یا مجتمع باشد به طوری که کل توان مورد نیاز محصول در یک منبع تغذیه اصلی ایجاد گردد. این راهکار سیستمی،برای سیستمهایی که دارای یک و یا دو مدار چاپی در کل هستند، به خوبی کار میآکند.
سازمان دیگر منابع تغذیه،منابع تغذیه گسترده میآباشد. در این نوع، قسمت اصلی منبع تغذیه یک باس قدرت است که توان لازم کل قسمتهای محصول پخش شده را فراهم میآکند. احتیاجات توانی هر ماجول توسط رگولاتورهای روبردی کوچکتری تامین میآشود. این نوع سیستم قدرت در بین سیستمآهای بر پایه کارتآهای متعدد مثل کامپیوترها و محیطآهای کنترل صنعتی گسترده استفاده میآشود. در این کاربردها مشکل اصلی افت ولتاژ در مسیرهای انتقال توان و اتصالات است. اگر از یک منبع تغذیه یکپارچه استفاده میآشد افت ولتاژ در طول مسیر انتقال توان باعث میآشد بین مدارات نزدیک و دور از منبع اختلاف ولتاژ ایجاد شود و این امر میآتوانست باعث خارج شدن ولتاژ تغذیه بعضی مدارات از حدود مجازشان گردد و وضعیت با اکسید شدن اتصالات انتقال دهنده توان بدتر میآشد در این موارد یک ولتاژ بالاتر از حد نیاز روی سیستم توزیع میآشود و سپس توسط رگولاتور روبردی به مقدار لازم هر برد کاهش میآیابد و این بدان معنی است که طراحی این سیستمآهای تغذیه در واقع شامل طراحی چندین منبع تغذیه معمولاً با توپولوژیآهای مختلف میآباشد.
در فرآیند طراحی منبع تغذیه معمولاً باید مصالحهآای بین اهداف تعیین شده به وجود آورد. غیر ممکن است بتوان منبع تغذیهآای طراحی کرد که همه خواستهآهای اولیهآی دیگر مهندسان سیستم و مدیریت را مرتفع سازد و در عین حال آن را در محدوده هزینه، فضا و وزن تعیین شده از قبل نگاه داشت. مفروضات اولیه تعیین شده برای یک منبع تغذیه معمولاً این است که عملکردی بینهایت قابل انعطاف فراهم کند و کیلوواتآها توان را در فضای صفر تحویل دهد و هیچ پولی را هم صرف آن نکنیم. مشخصاً مصالحهآای در راه است.
الکترونیک قدرت
الکترونیک قدرت شامل مباحثی از قدرت، الکترونیک و کنترل است. در مباحث الکترونیک قدرت، کنترل حالت گذرا و پایدار در تولید و انتقال و توزیع قدرت الکتریکی توسط مدارات الکترونیکی آنالوگ و یا دیجیتال مطرح میآباشد.
مدارات مربوط به الکترونیک قدرت را میآتوان به دو بخش توپولوژیآها و کلیدهای قدرت و دیگری مدارات کنترل الکتریکی تقسیم کرد. انواع مدارهای الکترونیک قدرت به چند دسته تقسیم میآشوند:
1. یکسوکنندهآهای دیودی: ولتاژac تکفاز یا سه فاز را بهdc تبدیل میآکنند.
2. مبدلآهایac بهdc یا یکسو کنندهآهای کنترل شونده: با استفاده از سوئیچآهای کنترل شونده منابع ثابت یا متغییرdc میآسازند. بعضی از منابع تغذیه سوئیچینگ و خطی در این بخش قرار دارند.
3. مبدلآهایac بهac : با استفاده از سوئیچآهای کنترل شونده، سطح ولتاژ، شکل موج و فرکانس منبع ورودی را تغییر میآدهند.
4. مبدلآهایdc بهdc : چاپرها، بعضی از انواع رگولاتورهای سوئیچینگ و منابع خطی در این بخش جای میآگیرند.
5. مبدلآهایdc بهac یا اینورتورها:منابعac مورد نیاز را از یک منبعdc مانند باطری تامین میآکنند
6. کلیدهای استاتیک: جایگزین کردن سوئیچآهای کنترل شونده به جای کنتاکتورها و رلهآها و...
طراحی وسایل الکترونیک قدرت شامل مراحل طراحی مدارهای قدرت، محافظت مدارات قدرت، تعیین روش کنترل و طراحی مدارات کنترلی و درایورهای(روشن کنندهآهای)مدارات قدرت میآباشد.
منابع تغذیه
منبع تغذیه وسایل الکترونیکی، عمدتاًمنابعی هستند که در دستهآهای مبدلآهای ac به dc و یا dc به dc قرار میآگیرند. این مدارات نقش یکتایی در سیستمآها بر عهده دارند. یک منبع تغذیه خوب باید با ارائه توان پایدار و قابل اطمینان به بار و محافظت از بار در برابر شرایط خط ورودی و همچنین محافظت بار در برابر ایجاد اشکال در خود بار و عدم صدمه رساندن به بار در زمان صدمه دیدن خود منبع تغذیه، حفاظت کاملی از بار به عمل آورد. اما معمولاً طراحی منابع تغذیه جدی گرفته نمیآشود و به مراحل پایانی طراحی یک سیستم موکول میآگردد و به علت عدم وجود دانش کافی و جذابیت موضوع در نزد اکثر طراحان، طراحیآهای غلط منبع تغذیه و نارسایی آن عامل اصلی از کار افتادن و ایجاد ایراد در وسایل الکترونیکی است.
جهت طراحی یک منبع تغذیه مناسب باید قبل از طراحی سوالات زیر را جواب دهیم:
1. منبع توان ورودی چیست و شرایط غیر معمول قابل تصور که میآتواند در مورد عملکرد آن اتفاق بیفتد کدامآاند؟
2. ملزومات ایمنی و نیز حداکثر میزان تولید تداخل الکترومغناطیسی(EMI) و رادیویی(RFI) کدامآاند؟
3. نحوه نگهداری از سیستم چگونه است؟ ( که این، نحوه محافظت و طراحی فیزیکی مناسب کاربرد را تعیین میآکند.)
4. شرایط محیطی که منبع تحت آن شرایط کار خواهد کرد کدامآاند؟ (که شامل مواردی چون: گستره درجه حرارت، سطحRF موجود در محیط، غبار، کثیفی، ضربه، لرزش و دیگر ملاحظات فیزیکی است.)
5. در صورت از کار افتادن قسمتی از سیستم از کار افتادن نرم سیستم چگونه خواهد بود؟
6. تکنولوژیآهای ساختIC های بهآکار رفته در مدار چیست؟ ( که نحوه محافظت از آنها را معین میآکند)
7. مقادیر تخمینی حداقل و حداکثر جریان بار چقدر خواهد بود و همچنین تقاضای جریان گاهآبهآگاه بار که مثلاً در موقع استفاده از موتورها و یا صفحهآهای نمایش اتفاق میآافتد چقدر است؟ حداکثر تغییرات ولتاژ قابل تحمل بار چقدر است؟ (که نحوه رگولاسیون متقابل خروجیآها و جبرانآسازی فیدبک را تعیین میآکند.)
8. آیا مدارات خاص حساس به نویز وجود دارد؟ (مثل مبدلآهای آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ که ممکن است فیلتر شدن بیشتر منبع و یا همزمان کردن مدارات کنترلی منبع با مدارات بار را ایجاب کند.
9. آیا ترتیب اعمال تغذیه به قسمتهای مختلف مهم است؟
10. مقدار فضای اختصاص داده شده به منبع تغذیه در کل محصول چقدر میآباشد؟ ( معمولاً این مقدار را کم در نظر میآگیرند، پس در پی چانهآزنی برای بدست آوردن حق مناسب خود باشید.)
11. آیا به مدارات واسط خاصی در منبع احتیاج میآباشد؟ (مثل دستورهای خاموش شدن.)
پس از تعیین این موارد نوبت به تعیین سازمان منبع تغذیه میآباشد. هدف این است که توان را به شکل موثری به کل قسمتهای مختلف محصول برسانیم و به احتیاجات هر زیر بخش از سیستم توجه کنیم. منبع تغذیه میآتواند یکپارچه یا مجتمع باشد به طوری که کل توان مورد نیاز محصول در یک منبع تغذیه اصلی ایجاد گردد. این راهکار سیستمی،برای سیستمهایی که دارای یک و یا دو مدار چاپی در کل هستند، به خوبی کار میآکند.
سازمان دیگر منابع تغذیه،منابع تغذیه گسترده میآباشد. در این نوع، قسمت اصلی منبع تغذیه یک باس قدرت است که توان لازم کل قسمتهای محصول پخش شده را فراهم میآکند. احتیاجات توانی هر ماجول توسط رگولاتورهای روبردی کوچکتری تامین میآشود. این نوع سیستم قدرت در بین سیستمآهای بر پایه کارتآهای متعدد مثل کامپیوترها و محیطآهای کنترل صنعتی گسترده استفاده میآشود. در این کاربردها مشکل اصلی افت ولتاژ در مسیرهای انتقال توان و اتصالات است. اگر از یک منبع تغذیه یکپارچه استفاده میآشد افت ولتاژ در طول مسیر انتقال توان باعث میآشد بین مدارات نزدیک و دور از منبع اختلاف ولتاژ ایجاد شود و این امر میآتوانست باعث خارج شدن ولتاژ تغذیه بعضی مدارات از حدود مجازشان گردد و وضعیت با اکسید شدن اتصالات انتقال دهنده توان بدتر میآشد در این موارد یک ولتاژ بالاتر از حد نیاز روی سیستم توزیع میآشود و سپس توسط رگولاتور روبردی به مقدار لازم هر برد کاهش میآیابد و این بدان معنی است که طراحی این سیستمآهای تغذیه در واقع شامل طراحی چندین منبع تغذیه معمولاً با توپولوژیآهای مختلف میآباشد.
در فرآیند طراحی منبع تغذیه معمولاً باید مصالحهآای بین اهداف تعیین شده به وجود آورد. غیر ممکن است بتوان منبع تغذیهآای طراحی کرد که همه خواستهآهای اولیهآی دیگر مهندسان سیستم و مدیریت را مرتفع سازد و در عین حال آن را در محدوده هزینه، فضا و وزن تعیین شده از قبل نگاه داشت. مفروضات اولیه تعیین شده برای یک منبع تغذیه معمولاً این است که عملکردی بینهایت قابل انعطاف فراهم کند و کیلوواتآها توان را در فضای صفر تحویل دهد و هیچ پولی را هم صرف آن نکنیم. مشخصاً مصالحهآای در راه است.
دیدگاه