آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

[tictactoe]

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.

[tictactoe]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

تعیین تکنولوژی منبع تغذیه:

بعد از تعیین سازمان منبع نوبت به تعیین تکنولوژی هر یک از منابع به کار رفته در سیستم میآرسد. در مراحل ابتدایی طراحی میآتوان عمل تعیین تکنولوژیآها و تغییر سازمان منبع را چند بار تکرار کرد تا به نتیجه مطلوب دست یافت. مسائل مهمی که این مرحله از طراحی را تحت تاثیر قرار میآدهند عبارتند از: هزینه، وزن و فضای اشغال شده، میزان گرمای مجاز تولید شده در محصول، منبع یا منابع توان ورودی، میزان تحمل نویز مدارات بار، میزان عمر باطری در صورتی که محصول قابل حمل باشد، تعداد ولتاژهای خروجی مورد نیاز و مشخصات خاص آنها و نهایتاً زمانی که باید محصول وارد بازار شود. مهندس طراح میآتواند به طور دورهآای سازمان و تکنولوژیآهای منابع تغذیه را همزمان با تغییر در احتیاجات محصول نهایی مورد بازبینی قرار دهد.
سه تکنولوژی اصلی که در طراحی یک منبع تغذیه میآتوانند مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از:
1. رگولاتورهای خطی
2. رگولاتورهای سوئیچینگ با عرض پالس مدوله شده(PWM)
3. رگولاتورهای سوئیچینگ رزونانسی و شبهه رزونانسی
هر کدام از این تکنولوژیآها در یک یا چند تا از ملاحظات سیستمی که در بالا مطرح شد، برتری دارد و باید برتریآهای هر یک را در برابر دیگر ملاحظات بسنجیم تا ترکیب بهینهآای از تکنولوژیآهایی که احتیاجات محصول نهایی ما را برآورده میآکند تعیین کنیم.
صنعت منابع تغذیه هر کدام از این تکنولوژیآها را برای استفاده در حوزه خاصی از کاربردها برگزیده است:
منابع خطی: منابع خطی غالباً در تجهیزات زمینی استفاده میآشوند، جایی که تولید حرارت و راندمان پایین مسئله اصلی نیست و همچنین در جاهایی که هزینه پایین و زمان طراحی کوتاه مد نظر قرار دارد. این نوع منابع به عنوان رگولاتورهای روبردی در سیستمآهای قدرت گسترده بسیار محبوبیت دارند و همچنین نویزRF منتشر شده از آنها بسیار کم میآباشد.
برای محصولات Off Line (محصولاتی که توان مورد نیاز خود را از برق شهری تامین میآکنند.) یک مرحله دیگر (شامل یک ترانس ایزوله کننده) قبل از رگولاتور خطی باید قرار گیرد تا ایمنی لازم را با تامین ایزولاسیون دیآالکتریکی از خط ac فراهم کند. رگولاتورهای خطی فقط میآتوانند ولتاژهای خروجی کمتر از ولتاژ ورودی خود ایجاد کنند و هر کدام به تنها یک خروجی محدود هستند. هر رگولاتور خطی دارای راندمان متوسطی بین 35% تا50% میآباشد و انرژی هدر رفته به شکل گرما تلف میآشود.
منابع تغذیه سوئیچینگPWM : این نوع منابع راندمان بسیار بالاتری دارند و انعطاف بیشتری نسبت به رگولاتورهای خطی دارند. معمولاً میآتوان آنها را در محصولات قابل حمل، تجهیزات مربوط به هواپیما و اتومبیل، ابزارهای اندازهآگیری کوچک، وسایل متصل به برق شهر و کلاً کاربردهایی که راندمان بالا و ولتاژهای خروجی چندگانه را لازم دارند یافت. وزن آنها بسیار کمتر است بدین دلیل که به گرماگیری کمتری برای همان مشخصات خروجی نسبت به نوع خطی احتیاج دارند. اما در عوض هزینه تولید آنها بیشتر است و زمان بیشتری را برای طراحی و توسعه احتیاج دارند، همچنین نویز RF منتشر شده از آنها بالاست. راندمان این گونه منابع بین 70% تا 85% است.
منابع سوئیچینگ رزونانسی و شبه رزونانسی: این نوع منابع سوئیچینگ تغییر یافته، جای خود را در کاربردهایی پیدا میآکنند که وزن و حجم کمتری مطلوب است و از آن مهمتر در جاهایی که نویز تابشی (تداخل) کاهش یافته نسبت به نوع قبلی مورد نیاز است. محصولات معمولی که این نوع منابع در آنها استفاده میآشوند شامل الکترونیک هوابرد، الکترونیک فضاپیماها و ابزار و ماجولآهای سبک وزن است. جنبه منفی این گونه منابع این است که به بیشترین زمان طراحی احتیاج دارند و معمولاً هزینه ساخت آنها بیشتر از دو نوع تکنولوژی دیگر است.
گرایش در صنعت به سمت آن است که هر چه بیشتر از منابع خطی دور میآشویم (بجز رگولاتورهای روبردی) و بیشتر به منابع سوئیچینگ PWM روی میآآوریم. منابع رزونانسی و شبه رزونانسی نیز همزمان با تکامل بیشترشان به آرامی پدیدار میآشوند و طراحیآشان نیز آسانتر میآگردد.
تجهیزات مورد نیازبرای طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ: در طراحی منابع تغذیه بخصوص انواع سوئیچینگ لازم میآشود که طراح پارامترهایی را مشاهده و اندازهآگیری کند که در حوزهآهای دیگر طراحی معمولاً با آنها برخورد ندارد. جدا از ولتاژهایac وdc ، طراح باید جریانآهایac وdc را نیز مشاهده کند و در منابع تجاری طیفRF ورودی و خروجی و منتشر شده را اندازه بگیرد. لوازم مورد نیاز عبارتند از:
1. یک اسیلوسکوپ پایه زمانی MHZ100یا بالاتر،عرض باند زیاد به طور خاص برای طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ لازم میآشود.
2. پروب ولتاژ 10:1 برای اسیلوسکوپ
3. مولتیآمتر با قابلیت اندازهآگیری ولتاژ و جریان ac و dc، داشتن قابلیت اندازهآگیری RMS واقعی نیز مفید است.
4. یک پروب جریان ac برای اسکوپ که خصوصاً برای منابع سوئیچینگ لازم است.
5. یک منبع تغذیه رومیزی که قابلیت شبیهآسازی منبع توان ورودی مدار در حال طراحی را داشته باشد این منبع، یک منبع dc بزرگ با جریانآدهی و ولتاژدهی بیش از حد نیاز مدار میآباشد. برای منابع تغذیه متصل به برق شهر از یک واریاک (اتوترانسفورمر) با جریانآدهی بیش از حد مورد نیاز استفاده میآشود.
6. تحلیلآگر طیف برای اندازهآگیری میزان RFI و EMI تولیدی منبع.
7. یک واتمتر اندازهآگیر RMS برای اندازهآگیری راحت راندمان و ضریب توان که این مورد برای طراحی منابع تغذیه متصل به برق شهر لازم میآباشد.
منابع تغذیه خطی: برای کاربردهایی که کمتر از w10 توان مصرف میآکنند و یا احتیاج به منبع کم نویز دارند نسبت به نوع سوئیچینگ برتری دارند، طراحی آنها ساده است و زمان پاسخآدهی و رگولاسیون بهتری دارند. در صورت لزوم به ایزولاسیون، احتیاج به یک ترانس ایزوله کننده حجیم Hz50 دارند .
تمام منابع تغذیه با ولتاژ تثبیت شده چه خطی و چه سوئیچینگ در نحوه عملکرد پایه مشترک هستند و آن این است که شامل یک حلقه فیدبک منفی بسته هستند که ولتاژ خروجی را به طریقی در مقدار دلخواه نگاه میآدارد. رگولاتورها، فقط رگولاتورهای کاهش دهنده هستند یعنی به ولتاژ ورودی بیشتری از ولتاژ خروجیشان احتیاج دارند و به دو دسته تقسیم میآشوند:
رگولاتورهای با عنصر عبوری سری و رگولاتورهای شانت. رگولاتور شانت رگولاتوری است که به صورت موازی با بار قرار داده میآشود و رگولاتور و بار از یک منبع جریان رگولهآنشده مانند یک مقاومت متصل به ولتاژ بالاتری از ولتاژ خروجی، تغذیه میآشوند. نمونه عمومی این نوع رگولاتورها، رگولاتور با دیود زینر است. رگولاتور با عنصر سری از رگولاتور شانت راندمان بالاتری دارد و از یک عنصر نیمهآهادی فعال به عنوان عنصر سری استفاده میآکند. این قطعه در ناحیه خطی خود کار میآکند یعنی در حالت نیمهآروشن قرار دارد و میزان رسانایی آن توسط حلقه فیدبک منفی تعیین میآشود. عمل رگولاتور خطی تنظیم کردن جریان عبوری از منبع به بار میآباشد برای انجام این کار رگولاتور خطی از یک مرجع ولتاژ (Voltage Reference) که ولتاژ خروجی نسبت به آن سنجیده میآشود، استفاده میآکند. برای این کار از یک Op-Amp با بهره ولتاژ بالا استفاده میآشود. ولتاژ خروجی توسط یک تقسیمآکننده ولتاژ مقاومتی به سطحی پایین آورده میآشود که اگر ولتاژ خروجی به میزان مورد نیاز باشد ولتاژ خروجی تقسیمآکننده برابر ولتاژ مرجع شود. بهره تقویتآکننده خطا (Op-Amp مورد استفاده) در خروجی آنها ولتاژی پدید میآآورد که خطای تقویت شده بین ولتاژ مرجع و ولتاژ خروجی است. ولتاژ خطا به طور مستقیم میزان رسانایی عنصر سری را تحت تاثیر قرار میآدهد و بدین ترتیب ولتاژ خروجی را در سطح مورد نظر تثبیت میآکند. اگر بار افزایش یابد ولتاژ خروجی افت میآکند که این باعث بالا رفتن ولتاژ خروجی Op-Amp میآشود که در نتیجه جریان بیشتری را به بار میآرساند و به طور مشابه اگر بار کاهش پیدا کند، ولتاژ خروجی بالا میآرود و تقویتآکننده خطا با کاهش دادن جریان عبوری از عنصر سری پاسخ نشان میآدهد. سرعت پاسخ تقویتآکننده خطا به تغییرات بار و میزان نزدیک نگاه داشته شدن ولتاژ خروجی و خروجی ایدهآآل، وابسته به نحوه جبرانآسازی حلقه فیدبک میآباشد. عناصر جبرانآساز فیدبک بین ورودی منفی و خروجی تقویتآکننده خطا قرار میآگیرند و میزان بهره در dc را که صحت خروجی را معین میآکند و میزان بهره در فرکانسآهای بالاتر و عرض باند تقویتآکننده را تعیین میآکنند که این به نوبه خود زمان پاسخ گذرا به تغییرات بار را مشخص میآکند.
اکثر رگولاتورهای خطی امروزی، رگولاتورهای سه پایه کمآتوانی هستند که شامل تمام مدارات لازم میآباشند اما برای موارد مصرف خاص میآتوان رگولاتورآهای گسسته با اجزای جداگانه نیز طراحی کرد و یا با افزودن ترانزیستورآهای قدرت خارجی به رگولاتورآهای سه پایه کمآتوان جریان دهی خروجی آنها را افزایش داد.
دو مشخصهآای که در مورد رگولاتورهای خطی باید به آنها توجه کرد ولتاژ headroom و ولتاژ dropout هستند. ولتاژ headroom ولتاژی است که در دو سر رگولاتور افت میآکند و معمولاً دلیل اصلی 95% توان تلف شده است و باید رگولاتور قابلیت تحمل این مقدار تلفات را داشته باشد.

[tictactoe]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

ولتاژ dropout هر رگولاتور حداقل ولتاژی است که میآتواند دو سر یک رگولاتور بیفتد بدون آنکه در عمل رگولاسیون اشکالی ایجاد شود و مقدار آن به نحوه رساندن جریان بایاس به ترانزیستور عبوری قدرت مربوط میآشود. رگولاتورهای با خروجی ولتاژ مثبت عموماً شامل یک ترانزیستور NPN قدرت هستند. جریان بیس لازم برای ترانزیستور سری باید به طرف داخل بیس جاری شود و در نتیجه باید از ولتاژی بالاتر از یا تقریباً ولت بیاید. اگر جریان بیس از طریق یک مقاومت تامین گردد سر دیگر این مقاومت باید به نقطهآای با ولتاژ بالاتر از ولت وصل باشد تا جریانی در آن جاری شود. ارزانترین روش این است که مقاومت تامین کننده جریان بیس به همان نقطهآای که کلکتور ترانزیستور را تغذیه میآکند وصل شود که همان ورودی است. اما در این صورت با توجه به اینکه ولتاژ ورودی رگوله نشده است، نمیآتوان مقدار ورودی را خیلی به ولت نزدیک کرد زیرا که باید برای تامین جریان بیس از مقاومت کوچکی استفاده کرد که آنگاه در مواقعی که ولتاژ ورودی بالاتر است جریان زیادی در آن جاری خواهد شد و تقویتآکننده جریان درایو کننده و یا Op-Amp مجبور خواهد شد برای نگهداشتن رگولاسیون مقدار زیادی جریان را از بیس منحرف کند که این جریان باعث تلفات زیادی خواهد شد زیرا دیگر مسیر آن از طریق بار بسته نمیآشود. در نتیجه در رگولاتورهای معمولی ولتاژ dropout چیزی حدود 2.5 ولت خواهد بود. این باعث میآشود که مقاومت بیس را مقدار بیشتری انتخاب کنیم وشبیه یک منبع جریان رفتار کند و جریان مقاومت بیس در کل رنج ولتاژ ورودی تغییرات زیادی نداشته باشد. نمونه این نوع رگولاتورها، سری 78XX است که به نوعی استاندارد تبدیل شدهآاند. در کاربردهایی که لازم است افت ولتاژ ایجاد شده کمتر از این مقدار باشد مثلاً برای ساخت ولتاژ 3.3 ولت از 5 ولت در مدارات دیجیتال از رگولاتورهای LDO (Low DropOut) استفاده میآشود در این انواع معمولاً از یک ترانزیستور PNP به عنوان عنصر سری استفاده میآشود و چون جریان بیس به طرف بیرون است و مستقیماً توسط تقویتآکننده جریان تامین میآگردد چیزی جز زانوی منحنی Ic در مقابل Vce حداقل اختلاف ولتاژ ورودی و خروجی را محدود نمیآکند. عیب این نوع رگولاتور این است که اولاً پایدارآسازی حلقه فیدبک مشکلآتر است و معمولاً مقدار حداقلی از خازن خروجی را برای پایداری احتیاج دارد و ثانیاً از آنجایی که جریان درایو ترانزیستور سری از مسیر بار نمیآگذرد و مستقیماً به زمین میآرود تلفاتی را ایجاد خواهد کرد. راه حل مشکل دوم این است که یا یک ترانزیستور درایو به شکل دارلینگتون برای ترانزیستور اصلی استفاده کنیم و یا از یک MOSFET با کانال P به جای ترانزیستور BJT سری استفاده شود که جریانی برای درایو آن لازم نیست ولی کاربرد MOSFET در ولتاژهای ورودی پایین به علت مقدار زیاد ولتاژ گیت لازم برای به ناحیه فعال بردنMOSFET قدرت محدودیت دارد و ولتاژ Dropout را در این شرایط افزایش میآدهد. رگولاتورهای یکپارچهLDO از انواع معمولی مشابه خود گرانتر هستند زیرا ساخت یک ترانزیستورPNP قدرت روی یک چیپ که ترانزیستورهایNPN کم توان کنترلی قرار دارند مشکل است. LDO هایی بر پایه MOSFET ساخته شده که ولتاژ Dropout آنها از 100mV کمتر است و خصوصاً برای استفاده بعد از رگولاتورهای سوئیچینگ جهت بهبود کیفیت خروجی کاربرد دارند.

[tictactoe]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

حدود 14 توپولوژی پایه مختلف (به معنای آرایشآهای عناصر در مدار قدرت) که به طور معمول در پیادهآسازی منابع سوئیچینگ به کار میآروند وجود دارد و هر توپولوژی خصوصیات یکتایی دارد که آن را برای کاربردآهای خاصی مناسبآتر میآسازد. بعضی از این توپولوژیآها برای مبدلآهای ac به dc در توانآهای خروجی پایین (کمتر از 200 ولت) مناسبآاند، بعضی در توانآهای بالاتر. بعضی مناسب ولتاز ورودی بالا هستند (220 ولت) و بعضی برای ولتاژ ورودی کمتر (120 ولت> ). بعضی برای ولتاژهای dc بالا یا در کاربردهایی که بیش از 4 یا 5 خروجی لازم است مناسب میآباشند. برخی با تعداد قطعات کمتری همان توان خروجی را فراهم میآکنند یا مصالحه بهتری بین تعداد قطعات و قابلیت اطمینان مدار برقرار میآکنند. همچنین ریپل کمتر ورودی و یا خروجی و نویز تولیدی نیز فاکتور عمدهآای در انتخاب توپولوژی است. بعضی از توپولوژیآها بیشتر مناسب مبدلآهای dc به dc هستند، بعضی از آنها نقصهای ذاتیآای دارند و مدارات اضافه وپیچیدهآای را لازم دارند که در وضعیت بد کاری کاملاً قابل تحلیل نیستند. بنابراین برای اینکه بهترین توپولوژی را انتخاب کنیم اهمیت اساسی دارد که با برتریآها، ضعفآها و حوزهآهای کاربرد تمام توپولوژیآها آشنا شویم. انتخاب نادرست یک توپولوژی میآتواند طراحی یک منبع تغذیه را از همان ابتدا محکوم به شکست سازد.
درک نحوه عملکرد منابع سوئیچینگ به راحتی امکانپذیر است. بر خلاف رگولاتورهای خطی که ترانزیستور قدرت را در حالت خطی به کار میآاندازند، منابع سوئیچینگ آن را در ناحیهآهای قطع و اشباع (یا ناحیه اهمی در MOSFET ها) به کار میآگیرند. در این نواحی حاصلآضرب ولتاژ و جریان دو سر سوئیچ قدرت همیشه پایین نگه داشته میآشود (در حالت اشباع یا اهمی، ولتاژ نزدیک صفر و جریان بالا است و در ناحیه قطع، جریان نزدیک صفر و ولتاژ بالا است.) که این حاصلآضرب توان تلف شده را در سوئیچ قدرت نشان میآدهد. این عملکرد با کارایی بالای منابع PWM، توسط قطع و وصل (Chopping) جریان مستقیم ولتاژ ورودی به پالسآهایی که اندازه آنها به اندازه ولتاژ ورودی و عرض پالس (سیکل عملکرد یا DutyCycle )، DC، در آنها توسط یک کنترلآکننده رگولاتور سوئیچینگ کنترل میآشود به دست میآآید. هنگامی که ولتاژ ورودی به شکل موج مربعی ac تبدیل شد، دامنه آن را میآتوان با استفاده از یک ترانسفورمر بالا یا پایین برد. سرانجام این شکل موجآهای ac فیلتر میآشوند تا ولتاژ dc خروجی را به دست دهند. کنترلر که هدف اصلی آن باقی نگاه داشتن یک ولتاژ خروجی رگوله شده است بسیار شبیه یک کنترلر حالت خطی عمل میآکند. تفاوت در آن است که خروجی تقویتآکننده خطا (ولتاژ خطا) قبل از درایو کردن سوئیچآهای قدرت از یک مبدل ولتاژ به عرض پالس عبور میآکند. البته انواعی نیز وجود دارد که به رگولاتورهای با اسیلاتور گیت شده مشهورند که بیشتر در توانهای پایین کاربرد دارند و خروجی تقویتآکننده خطا به یک مقایسهآکننده (On-Off Controller) اعمال میآشود که در صورت بودن در رنج خاصی اجازه عبور پالس درایو از یک اسیلاتور با عرض پالس ثابت به سوئیچ قدرت را میآدهد.

بررسی تعدادی از توپولوژیآهای پرآکاربرد:

توپولوژیآهای معروف را میآتوان به دو دسته تقسیم کرد: توپولوژیآآهای حالت فوروارد ( Forward Mode ) و توپولوژیآهای حالت فلایآبک ( Flyback Mode )

در حالت فوروارد که مدار سادهآترین نوع آن نشان داده شده، القاگر یک عنصر ذخیره انرژی است که همیشه در مسیر جریان عبوری از بار قرار دارد و عملکرد مدار شبیه پیستون و چرخ طیار است. القاگر و خازن به منزله چرخ طیار هستند و سوئیچ قدرت پیستون را تشکیل میآدهد. با بسته شدن سوئیچ جریان از طریق القاگر و بار برقرار شده و با باز شدن آن مسیر جریان از طریق یک دیود که به آن دیود Flywheel یا Freewheeling گفته میآشود که به معنای چرخ طیار است بر قرار میآشود. وجود این دیود مشخصه توپولوژیآهای حالت فوروارد است. در اکثر کاربردها القاگر در حالت پیوسته عمل میآکند یعنی اینکه جریان عبوری از آن هیچگاه در طول دوره کاری به صفر نمیآرسد در این حالت منبع ولتاژ، سوئیچ و دیود فلایآویل مثل یک منبع ولتاژ dc که بین ورودی و ولتاژ صفر (در حقیقت بین dc ورودی و ولتاژ منفی به اندازه افت روی دیود) سوئیچ میآکند، عمل میآکنند و مجموعه القاگر، خازن و بار مثل یک فیلتر پایین گذر عمل کرده و ولتاژ خروجی یک ولتاژ dc به اندازه میانگین ولتاژ ورودی در یک دوره تناوب است که ریپل کوچکی روی آن در فرکانس سوئیچینگ وجود دارد در این آرایش ولتاژ خروجی را میآتوان با رابطه
پیدا کرد که ( Duty Cycle ) یا چرخه کاری برابر نسبت زمان روشن بودن سوئیچ در یک دوره تناوب به کل دوره تناوب ( ) میآباشد.

در حالت فلایآبک که یکی از انواع آن در مدار نشان داده شده دیود فلایآویل وجود ندارد و همچنین جریان سلف در تمام زمانها از بار نمیآگذرد. در این نوع توپولوژی در زمان روشن بودن سوئیچ به القاگر انرژی داده میآشود و فقط در زمان خاموش شدن آن انرژی القاگر به بار منتقل میآشود در نتیجه زمانی برای این انتقال انرژی لازم است و این باعث میآشود که برای توپولوژیآهای حالت فلایآبک حداکثری از DC کمتر از 1 در نظر بگیرند.
القاگر در این دسته از توپولوژیآها عمدتاً در حالت ناپیوسته عمل میآکند بدین معنی که انرژی ذخیره شده در آن قبل از شروع دوره تناوب بعدی به اتمام میآرسد و جریان عبوری از آن صفر میآشود. دلیل این امر تفاوت مدل سیگنال کوچک مدار آن در این حالت است که عملکرد مدار کنترل در حالت پیوسته را مشکل و ناکارآمد میآسازد.

[tictactoe]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

سلام . امیدوارم این مطالب بدرد دوستان بخوره . ایشالا هرکی هرچی بلده و توی بخشهای مختلف همین بخش منبع تغذیه گفته نشده بیاد اینجا بگه . از استادهای عزیز هم خواهشمندم که کمک کنند. راستی با عرض معذرت بخشی از نوشته ها که با word نوشته شده و به شکل فرمول هستش هرکاری کردم توی انجمن نتونستم بزارم . ایشالا دوستان این ایراد رو ببخشند . ولی دارم سعی میکنم یه جوری pdf ازشون درست میکنم تا در صورت آماده شدن فایلهای pdf شده رو در اختیار دوستان قرار بدم . ایشالا به زودی این کار رو میکنم .

ممنون

[tictactoe]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

با سلام . مطالبی رو که در بالا آورده شده به علت مشکلاتی که بعضا مشاهده میکنید دچار نواقصی در نوشتن فرمول ها داشته به همین علت آنها را به صورت pdf تبدیل کردم و در اختیار دوستان قرار میدم . امیدوارم هرکدوم از دوستان تجربه ای ، دستنوشته ای ، مقاله ای و یا تجربه ای در زمینه طراحی منابع تغذیه سوییچینگ داره بیاد و اینجا مطرح کنه تا دوستان دیگر هم استفاده کنند. من خودم الان دارم یه اینورتر میسازم که خروجی ولتاژ و فرکانس متغیر داشته باشه ( ورودی از برق شهر ) که خروجی این اینورتر به یک سیم پیچ داده بشه و این سیم پیچ اطراف یک لوله آب دریای یونیزه شده قرار داده میشه تا بتونه یک میدان متغیر مغناطیسی رو به وجود بیاره تا آب پوشی املاح بدست اومده از آب دریا توسط مولکول های آب رها بشوند و مواد خالصتری از آب دریا بدست بیاد. البته بنده به بخش شیمی این کار زیاد واقف نیستم و فقط دارم منبع اون رو درست میکنم . در چند وقت اخیر هم میخوام یه منبع ولتاژ 20 کیلو ولت و توان خروجی 2 کیلو وات بسازم . اگه دوستان تجربه ای در زمینه ساخت این چنین منابعی در اختیار دارند و بیان اینجا در اختیار دوستان قرار بدن خوشحال میشیم . حالا خودم هم تجربیات و محاسبات مربوط به طراحی این منبع رو خورد خورد در اختیار دوستان قرار میدم .

http://mehrshidelectronics.com/?p=311
http://mehrshidelectronics.com/?p=321
http://mehrshidelectronics.com/?p=337
http://mehrshidelectronics.com/?p=341

[tictactoe]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ


آموزش منابع تغذیه سوییچینگ – بخش پنجم – مدارات کنترل رگولاتور سوئیچینگ http://mehrshidelectronics.com/?p=345
آموزش منابع تغذیه سوییچینگ – بخش ششم – طراحی یک منبع تغذیه سوییچینگ، با استفاده از یک رگولاتور سوییچینگ http://mehrshidelectronics.com/?p=349

[fatehan]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

سلام این لینکها باز نمیشن

[a.m.]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

سلام بر اساتید گرامی
یه مبدل 12 به 220 دارم که ماسفتش به شماره nc75h11 سوخته. یک مدل ماسفت ویگه مدنظرم هست میخوام جایگزینش کنم چون تو بازار مال خودش پیدا نمیشه. لطفا راهنمایی کنین که قابل جایگزینی هست یا نه؟ در ضمن لینک دیتاشیتهاشم گذاشتم.
ممنون

http://s6.picofile.com/file/8377127676/NCE75H11.pdf.html

http://s7.picofile.com/file/8377127634/IRF3808.pdf.html

[a.m.]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

سلام بر اساتید محترم
تفاوت ترانزیستور 13007 و 005 و 009 در چیه و ایا میشه بجای هم در یک مدار استفاده کرد؟

[yousef55]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

سلام بر اساتید محترم
تفاوت ترانزیستور 13007 و 005 و 009 در چیه و ایا میشه بجای هم در یک مدار استفاده کرد؟

از نظر قدرت تفاوت دارند .. شماره های بالاتر توان بالاتر دارند..
بسته به مدارتون میتونید جایگزین کنید ..
من حتی جای 13009 ترانزیستور 13007 گذاشتم یا برعکس..
ممکن هم هست به خاطر جریان گیت کامل روشن نشه شماره بالاتر

[a.m.]

پاسخ : آموزش منابع تغذیه سوییچینگ

ممنون از راهنماییتون
منظور منم رو بحث درایو کردن یا همون گیت هستش. پس شما عوض کردین و انجام شده؟