تعداد صفحات: ۱۲۰ | قابل ویرایش
فهرست
چکیده……………………………….. ۱
چرا از منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنیم؟ ۱
مزایای منابع تغذیه خطی……………………………………….. ۱
معایب منابع تغذیه خطی…………………………………………. ۲
مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ……………………………… ۲
معایب منابع تغذیه سوئیچینگ……………………………… ۳
فصل اول……………………………… ۵
مقدمه………………………………………………………………………… ۵
توضیح چگونگی کارکرد منبع تغذیه سوئیچینگ……… ۵
رگولاتور سوییچینگ حالت فوروارد…………………………. ۶
رگولاتور سوییچینگ حالت فلای بک …………………………. ۸
فصل دوم …………………………….. ۹
فیلتر EMI………………………………………………………………. 10
خازن انباره، فیلتر ورودی…………………………………. ۱۱
ترانسفورمر…………………………………………………………….. ۱۱
یکسوکننده خروجی…………………………………………………… ۱۲
بخش فیلتر خروجی…………………………………………………… ۱۲
عنصر حس کننده جریان…………………………………………… ۱۳
عنصر بازخورد ولتاژ…………………………………………….. ۱۳
بخش کنترل………………………………………………………………. ۱۳
انواع آرایشهای منابع تغذیه سوییچینگ……………. ۱۴
فصل سوم…………………………….. ۱۷
رگولاتورهای سوییچینگ فاقد ترانسفورماتور ایزوله کننده ۱۷
رگولاتور Buck ……………………….. 17
رگولاتور افزاینده Boost ……………….. 20
رگولاتور Buck –Boost…………………….. 22
فصل چهارم…………………………… ۲۴
رگولاتور سوییچینگ با ترانسفورمر ایزوله کننده ۲۴
رگولاتور فلای بک …………………….. ۲۴
رگولاتور پوش پول Push-Pull……………….. 28
رگولاتور نیم پل (Half-Bidge) …………….. 31
رگولاتور تمام پل (Full-Bridge)……………… 32
کاربرد نیمه هادی های قدرت در منابع تغذیه سوییچینگ ۳۴
ترانزیستور قدرت دو قطبی BJT ………….. 34
MOSFET های قدرت……………………… ۴۳
یکسوکننده ها……………………….. ۵۰
مدارات مجتمع کنترل کننده منابع تغذیه….. ۵۳
حالت (نوع) کنترل ولتاژ………………. ۵۵
حالت (نوع) کنترل جریان…………………………………….. ۵۶
حالت کنترل شبه رزونانسی…………………………………… ۵۸
اجزای مغناطیسی در یک منبع تغذیه سوییچینگ … ۵۹
الفبای مغناطیس و فرو مغناطیس ها……………………. ۵۹
ترانسفورمر حالت (نوع) فلای بک…………………………. ۶۸
روش ترانسفورمر…………………………………………………….. ۸۰
شبکه حسگر ولتاژ…………………………………………………… ۸۲
سلف فیلتر خروجی ترویج شده از دوسر……………….. ۸۳
حفاظت تغذیه و بار از خط ورودی……………………….. ۸۴
شرایط معکوس کاری خط AC ورودی………………………… ۸۵
افت خط (Ac Line Dropout)………………………………………… 86
حالت سوختن خارجی (Brownout Conditions)………………. 86
نشتی و حالت گذرا (Surges and Transients)……………… 87
حالات ورودی DC مغایر………………………………………….. ۸۸
حالت ولتاژ کم (Under voltage Conditions)………………. 89
حالت ولتاژ فوق العاده زیاد (Uver Voltage onditions) ۹۰
افت خروجی (Line Dropout)……………………………………….. 90
تموج (Surges)…………………………………………………………… 91
حفاظت از بار در مقابل تغذیه و خودش…….. ۹۱
دیود زنر (Zener Diode):…………………………………………. 93
اهرم ولتاژ فوق العاده (The Over Voltage Crowbar): 94
روشهای سخت افزاری برای مقابله با حالت جریان بیش از حد ۹۴
طرح منبع تغذیه و سیستم زمین …………………………. ۹۶
طرح و استفاده از برشگر (clamp) و اسنوبر…….. ۱۰۰
شماتیک مدار………………………… ۱۰۷
چکیده
چرا از منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنیم؟
انتخاب بین یک منبع تغذیه خطی یا سویچینگ می تواند بر اساس کاربرد آنها انجام شود. هر یک مشخصات و مزایا و معایب خاص خود را دارند. همچنین حوزه های متعددی وجود دارد که تنها یکی از این دو نوع می تواند مورد استفاده قرار گیرندو یا کاربردهایی که یکی بر دیگری برتری دارد.
مزایای منابع تغذیه خطی:
۱-سادگی:طرح مدار بسیار ساده است و با قطعات کمی به راحتی پایدار می شود.
۲-قابلیت تحمل بار زیاد
۳-نویز ناچیز یا کم در خروجی
۴-زمان پاسخ دهی بسیار کوتاه
۵-برای توانهای کمتر از ۱۰w ارزانتر از مدار های مشابه سوئیچینگ تمام می شود.
معایب منابع تغذیه خطی:
معایب این گونه منابع به طور کلی قابل رفع نیستند ولی به کمک طراحی بهتر قابل کاهش می باشند.
مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ
تمامی این معایب در منبع تغذیه سوئیچینگ رفع شده است.
۱-افزایش راندمان به حدود ۶۸٪تا۹۰٪ کارکرد ترانزیستور در نواحی قطع و اشباع به انتخاب حرارت گیر یا خنک کننده (heat sink) و ترانزیستور کوچکتر منجر شده است.
۲-به دلیل اینکه قدرت خروجی از یک ولتاژdc بریده شده که به شکل ac در یک قطعه مغناطیسی ذخیره می شود تامین می گردد. لذا با اضافه کردن تنها یک سیم پیچ می توان خروجی دیگری را بدست آورد ٬که در مقام مقایسه بسیار ارزانتر و ساده تر تمام می شود.
۳- به علاوه به دلیل افزایش فرکانسی کاری به حدود ۵۰تا khz 60 اجزاء ذخیره کننده انرژی می توانند خیلی کوچکتر انتخاب شوند.
۴-برخلاف منابع تغذیه خطی، در توان های خیلی بالا قابل استفاده هستند.
همه این موارد به کاهش هزینه و توان تلفاتی و افزایش بهره دهی و انعطاف پذیری منجر می شود.
معایب منابع تغذیه سوئیچینگ
معایب این منابع ناچیز بوده و به کمک طراحی بهینه قابل رفع می باشد.
۱-طرح چنین منابعی اصولا مشکل و پیچیده است
۲-نویز قابل ملاحظه ای از آنها به محیط انتشار می یابدو این اشکالی است که نباید در مرحله طراحی نادیده گرفته شود. و با کمک فیلتر و محافظ به نحو چشمگیری کاهش می یابد.
۳- به دلیل ماهیت کار این منابع که بر اساس برش یک ولتاژdc استوار است ،زمان رسیدن ولتاژ خروجی به مقدار مطلوب در مقایسه با منابع تغذیه خطی زیاد است. این زمان اصطلاحا زمان پاسخ ناپایدارtransient response time نامیده می شود.
تمامی این موارد در جهت کاهش کار آمدی انعطاف پذیری و افزایش قیمت هستند ولی با طراحی بهتر قابل بهبود می باشند.
البته هر یک از این منابع حوزه های کاری خود را دارند، عموما برای مدلهایی با راندمان و ولتاژ بالا مثل منابع تغذیه شونده با باطری های قابل حمل تغذیه سوئیچینگ برتری دارد ولی برای ولتاژهای ثابت و کم منابع خطی ارزانتر و ارجح هستند.
چگونه یک منبع تغذیه سوییچینگ کار می‌کند؟
اگر یک رگولاتور سوییچینگ (منابع تغذیه سوییچینگ گاهی رگولاتور سوییچینگ هم نامیده می‌شوند) به عنوان یک جعبه سیاه در نظر گرفته شود در این صورت با یک منبع خطی تفاوتی ندارد. ولی رگولاتور خطی براساس تأمین جریان و ولتاژ مطلوب در خروجی به وسیله یک نیمه‌هادی قدرت که در حالت خطی به کار گرفته شده است کار می‌کند.
حاصلضرب اختلاف ولتاژ خروجی با ورودی در جریان بار توانی است که در این عنصر نیمه هادی باید تلف شود که بعضاً زیاد هم هست و مهمترین عامل پایین بودن راندمان می‌باشد. دلیل این امر هم کارکرد ترانزیستور در حالت خطی است یعنی جایی که ولتاژ دوسر سوییچ و جریان عبوری آن هر دو زیاد است.
در حالی که در یک منبع از نوع سوییچینگ تغییر سطح ولتاژ خروجی از طریق تغییر در نسبت روشن به خاموش یا اصطلاحاً زمان کارکرد ترانزیستور خروجی انجام می‌گیرد. به دلیل کارکرد ترانزیستور در حالت خاموش و روشن تلفات در نیمه هادی در مقایسه با حالت خطی خیلی کم است.
منابع
۱- Switching power supply design Abraham I. Pressman
۲- Switch_mode power supply … .Christophe.p.Basso.
۳- Switching theory for logic synthes Tsutomu Sasao
۴- digital systems fundamentals(Switching theory) John M. Motil
