107 صفحه
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:
1-سادگی:طرح مدار بسیار ساده است و با قطعات کمی به راحتی پایدار می شود.
2-قابلیت تحمل بار زیاد
3-نویز ناچیز یا کم در خروجی
4-زمان پاسخ دهی بسیار کوتاه
5-برای توانهای کمتر از 10w 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.
1-تنها به صورت یک رگولاتور کاهنده قابل کاربرد هستند(ورودی باید 2تا 3 ولت بیشتر از خروجی باشد.)
2-عدم انعطاف پذیری تغذیه , افزودن هر خروجی مستلزم اضافه کردن سخت افزار زیادی است.
3-بهره متوسط چنین منابعی کم و نوعا 30٪تا 40٪ است . این تلفات توان در ترانزیستور خروجی تولید حرارت می کند و نیاز به ترانزیستوری قویتری را مطرح میکند. تا حدود15w روشهای معمول مفید است ولی بیش از آن نیاز به سرمایش تحت فشار (forced) وجود دارد .
مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ:
تمامی این معایب در منبع تغذیه سوئیچینگ رفع شده است.
چکیده.............................................................................................................. 1
چرا از منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنیم؟................................... 1
مزایای منابع تغذیه خطی................................................................ 1
معایب منابع تغذیه خطی................................................................. 2
مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ......................................................... 2
معایب منابع تغذیه سوئیچینگ......................................................... 3
فصل اول........................................................................................................ 5
مقدمه........................................................................................ 5
توضیح چگونگی کارکرد منبع تغذیه سوئیچینگ.................................... 5
رگولاتور سوییچینگ حالت فوروارد.................................................. 6
رگولاتور سوییچینگ حالت فلای بک ................................................. 8
فصل دوم ...................................................................................................... 9
فیلتر EMI................................................................................ 10
خازن انباره، فیلتر ورودی............................................................ 11
ترانسفورمر.............................................................................. 11
یکسوکننده خروجی..................................................................... 12
بخش فیلتر خروجی..................................................................... 12
عنصر حس کننده جریان.............................................................. 13
عنصر بازخورد ولتاژ.................................................................. 13
بخش کنترل.............................................................................. 13
انواع آرایشهای منابع تغذیه سوییچینگ............................................ 14
فصل سوم.................................................................................................... 17
رگولاتورهای سوییچینگ فاقد ترانسفورماتور ایزوله کننده........................ 17
رگولاتور Buck .......................................................................................... 17
رگولاتور افزاینده Boost ............................................................................. 20
رگولاتور Buck –Boost................................................................................ 22
فصل چهارم................................................................................................. 24
رگولاتور سوییچینگ با ترانسفورمر ایزوله کننده...................................... 24
رگولاتور فلای بک ..................................................................................... 24
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 ......................... 34
ترانزیستور قدرت دو قطبی BJT ................................................................. 34
MOSFET های قدرت................................................................................... 43
یکسوکننده ها.............................................................................................. 50
مدارات مجتمع کنترل کننده منابع تغذیه...................................................... 53
حالت (نوع) کنترل ولتاژ............................................................................... 55
حالت (نوع) کنترل جریان.............................................................. 56
حالت کنترل شبه رزونانسی.......................................................... 58
اجزای مغناطیسی در یک منبع تغذیه سوییچینگ ................................. 59
الفبای مغناطیس و فرو مغناطیس ها................................................ 59
ترانسفورمر حالت (نوع) فلای بک................................................... 68
روش ترانسفورمر...................................................................... 80
شبکه حسگر ولتاژ...................................................................... 82
سلف فیلتر خروجی ترویج شده از دوسر.......................................... 83
حفاظت تغذیه و بار از خط ورودی................................................. 84
شرایط معکوس کاری خط AC ورودی........................................... 85
افت خط (Ac Line Dropout)..................................................... 86
حالت سوختن خارجی (Brownout Conditions)............................ 86
نشتی و حالت گذرا (Surges and Transients)............................... 87
حالات ورودی DC مغایر............................................................. 88
حالت ولتاژ کم (Under voltage Conditions)............................... 89
حالت ولتاژ فوق العاده زیاد (Uver Voltage onditions)................... 90
افت خروجی (Line Dropout)..................................................... 90
تموج (Surges)......................................................................... 91
حفاظت از بار در مقابل تغذیه و خودش...................................................... 91
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............. 94
طرح منبع تغذیه و سیستم زمین .................................................... 96
طرح و استفاده از برشگر (clamp) و اسنوبر.................................. 100
شماتیک مدار.............................................................................................. 107
فهرست اشکال
شکل 1: رگولاتور حالت فوروارد و جهت جریانهایش................................... 7
شکل 2: رگولاتور حالت فلای بک و جهت جریانهایش.................................. 8
شکل 3: شکل موجهای نمونه........................................................................ 9
شکل 4:رگولاتور buck............................................................................... 18
شکل 5 : رگولاتور boost.......................................................................... 20
شکل 6: رگولاتور Buck-Boost................................................................ 23
شکل 7: رگولاتور فلای بک.......................................................................... 27
شکل 8: رگولاتور: push-pull .................................................................. 30
شکل 9: رگولاتور نیم‌پل Half-Bidge......................................................... 32
شکل 10: رگولاتور تمام پل Full-Bridge.................................................. 33
شکل 11: مدارهای هدایت بیس ترانزیستور................................................. 36
شکل 12: مدارهای هدایت بیس غیراشباع شونده......................................... 37
شکل 13 : مدارهای هدایت کنندة گیت Mosfet........................................... 44
شکل 14: بالا: منحنی B-H نمونه پایین: روش مشاهده و اندازه‌گیری مشخصة B-H ماده. 62
شکل 15: استفاده از عنصر مغناطیسی در حلقة جزئی در رگولاتور سوییچینگ، الف) ترانسفورمر دو قطبی forward، ب) ترانسفومر flyback ناپیوسته، ج) ترانسفورمر flyback پیوسته و سلف و فیلتر نوع forward...................................................................................................................... 65
شکل 16: حاصل جمع جریان اولیه و ثانویه در یک ترانسفورمر فلای بک. 69
شکل 17: زمینهای منابع تغذیه..................................................................... 99
شکل 18: اسنوبِر........................................................................................ 104
فهرست جداول
جدول رگولاتور افزاینده Boost................................................................. 20
جدول رگولاتور boost............................................................................... 23
جدول رگولاتور Buck-Boost................................................................... 27
جدول رگولاتور فلای بک............................................................................. 30
جدول رگولاتور: push-pull...................................................................... 32
جدول رگولاتور نیم‌پل Half-Bidge........................................................... 33
جدول رگولاتور تمام پل Full-Bridge....................................................... 51
جدول مقایسه چهار نوع یکسوکننده............................................................. 58
جدول کنترلرهای نوع جریان ...................................................................... 67
جدول مقایسه مواد مغناطیس و فرو مغناطیس............................................ 67
طراحی و ساخت منبع تغذیه سوئیچینگ Fly back