فایل اصول طراحی و ساخت منابع تغذیه سوئیچینگ با کنترل جریان و مزایا و معایب هر یک از آنها
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته برق و مخابرات (آموزش_و_پژوهش)
این فایل در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و استفاده میباشد
شد كه اين خود باعث كاهش راندمان چيزی درحدود 68%می شد. امروزه منابع تغذيه سوئيچينگ جايگاه خاصی در صنعت برق و الكترونيک و مخابرات يافته اند و بدليل برتريها و مزايای زيادی كه نسبت به ديگر منابع تغذيه دارا می باشند توجه صنعتگران ومهندسان برق را به خود معطوف كرده اند تا جايی كه گروهی از مهندسان الكترونيک در بهبود و كاراييها و كيفيت آنها تحقيقات گسترده ای انجام داده اند البته نتيجه اين تلاشها پيشرفت روزافزونی است كه در ساخت اين سيستمها پديد آمده است. البته پيشرفت درتكنولوژی ساخت قطعات نيز تاثيربسزايی درمنابع تغذيه سوئيچينگ داشته است.
با پيداش ماسفتهای سريع و پرقدرت تلفات ترانزيستوری بطور چشمگيری كاهش پيدا كرد وعمده تلفات در ترانسها خلاصه شد كه برای غلبه بر اين مشكل فركانس كاری مدار را تا حد MHZ 1 افزايش دادند.
بنابراين در اصل سعی شده تا درانجام تحقيق از آخرين فن آوريهای روز استفاده شود. اميد آنكه مورد قبول محققان و مهندسان اين رشته واقع شود.
بخش اول:
مروری بر منابع تغذیه سوئیچینگ
مقايسه منابع تغذيه سوئيچينگ با منابع تغذيه خطی:
بنا بركاربرد منابع تغذيه انتخاب بين منابع تغذيه خطی يا سوئيچينگ صورت می گيرد كه هر يک دارای مزايا و معايب نسبت به يكديگر می باشند كه در ذيل به آنها اشاره می شود.
مزايای منابع تغذيه خطی:
1- طراحی مدارات بسيار ساده صورت می گيرد.
2- قابليت تحمل بار زياد
3- توليد نويز ناچيز و نويزپذيری بسيار اندک
4- در كاربردهای توان پايين ارزانتر می باشند.
5- زمان پاسخدهی بالایی را دارند.
مزايای منابع تغذيه سوئيچينگ:
1- وزن و حجم كمتری را نسبت به منابع تغذیه خطی دارند.
2- بالا بودن راندمان از68% تا 90%
3- داشتن مقدار بيشتری سطح ولتاژ در خروجی
4- بدليل افزايش فركانس كاری اجزای ذخيره كننده انرژی می توانند كوچكتر و درعين حال با كارایی بيشتری عمل كنند.
5- در توانهای بالا استفاده می شوند.
6- كنترل آسان خروجی با استفاده از قابليتهای مدارات مجتمع
معايب منابع تغذيه خطی:
تمام مزايايی كه درمنابع تغذيه سوئيچينگ گفته شد عيبهای بود كه درمنابع تغذيه خطی وجود
داشت و علاوه بر آن:
1- بدليل كم بودن بهره توان تلفاتی در ترانزيستورهای خروجی زياد می باشد كه درنتيجه نياز به خنک كننده سيستم سرمايش تحت فشار می باشد.
2- تنها بصورت يک رگولاتور كاهنده قابل استفاده می باشد و همواره ورودی بايد 2 تا 3 ولت بيشترازورودی باشد.
معايب منابع تغذيه سوئيچينگ:
تمام مواردی كه به عنوان مزيت در درمنابع تغذيه خطی ذكر شد به عنوان عيوب منابع تغذيه سوئيچينگ به شمارمی رود علاوه بر آن به موارد زيراشاره می شود:
1- نياز به فيلتر كردن خروجی و حذف نويزهای توليدی
2- ناپايداری ولتاژ
3- حساسيت زياد به امواج محيط بگونه ايكه بعضا در برابر ديشهای مخابراتی اصلا عمل نمی كنند.
بخش دوم:
اصول منابع تغذیه سوئیچینگ
1-2: انواع رگولاتورهای ولتاژ:
مدارات رگولاتور ولتاژ به سه دسته تقسیم می شوند. در رگولاتور نوع سری یک المان کنترل خطی ( ترانزیستور ) بصورت سری و ولتاژ DC رگوله نشده برای ثابت نگهداشتن ولتاژ خروجی و فیدبک استفاده می شود. ولتاژ خروجی کمتراز ولتاژ ورودی رگوله نشده است و مقداری قدرت در المان کنترل تلف می شود.
یک نوع دیگر از این رگولاتورها رگولاتور موازی است که در آن المان کنترل بجای سری شدن با بار از خروجی به زمین بسته می شود و موازی با بار قرار می گیرد. یک مثال ساده مقاومت به اضافه دیود زنر است. روش دیگری برای تولید یک ولتاژ DC رگوله شده که اساسأ از آنچه تاکنون دیده ایم متفاوت است وجود دارد و آن رگولاتور سوئيچينگ است. شکل ( 1-2 ) یک رگولاتور سوئيچينگ را نشان می دهد.
شکل (1-2 ) رگولاتور سوئيچينگ ساده
2-2: چاپرهای DC:
در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به تبدیل یک منبع DC ولتاژ ثابت به یک منبع ولتاژ متغیر می باشد. چاپر DC وسیله ای است که مستقیمأ DC را به DC تبدیل می کند. چاپر می تواند به جهت افزایش یا کاهش پله ای ولتاژ منبع DC بکار گرفته شود. از اینرو می توان چاپرها را به دو دسته سوئیچر کاهنده و سوئیچر افزاینده تقسیم کرد.
شکل ( 2-2 ) چاپر کاهنده
شکل ( 3-2 ) چاپر افزاینده
شکل ( 2-2 ) یک چاپر کاهنده ( کاهش پله ای ) را نشان می دهد. با باز و بسته شدن سوئیچ ولتاژ دو سر بار صفر یا Vin می شود. در اینجا کلید می تواند یک MOSFET قدرت یا BJT قدرت یا تریستور قدرت با کموتاسیون اجباری باشد.
از چاپر می توان جهت بالا بردن ولتاژ DC استفاده کرد که در شکل ( 3-2 ) با نام چاپر افزاینده ( افزایش پله ای) نشان داده شده است. هنگامی که سوئیچ بسته است انرژی در سلف ذخیره می شود و زمانیکه سوئیچ باز میشود انرژی ذخیره شده در سلف به بار منتقل می شود و جریان سلف کاهش می یابد.
اگر یک خازن بزرگ همانطوری که با خط چین در شکل نشان داده شده است متصل شود ولتاژ خروجی پیوسته خواهد بود.
چاپرها دو نوع عملکرد متفاوت دارند :
1- عملکرد فرکانس ثابت. در این روش فرکانس چاپر ثابت نگه داشته می شود و زمان بودن کلید تغییر داده می شود. پهنای پالس در این روش تغییر می کند و این نوع کنترل مدولاسیون پهنای پالس ( PWM ) نام دارد.
2- عملکرد فرکانس متغییر. در این حالت فرکانس چاپر تغییر می کند و زمان روشن و خاموش بودن ثابت نگه داشته می شود. این روش مدولاسیون فرکانس نام دارد. در این روش فرکانس باید در محدوده وسیعی تغییر یابد تا رنج کاملی از ولتاژخروجی را داشته باشیم که بدلیل هارمونیکها یی با فرکانسهای غیر قابل پیش بینی طراحی فیلتر آن دشوار می شود.
3-2: اصول رگولاتورهای سوئیچینگ: