جستجو در تالارهای گفتگو

تعاریف عمومی و متداول در منابع تغذیه و بخصوص منابع تغذیه سوئیچینگ مقدمه كلیه مدارات الكترونیكی نیاز به منبع تغذیه دارند. برای مدارات با كاربرد كم قدرت از باطری یا سلولهای خورشیدی استفاده می شود. منبع تغذیه به عنوان منبع انرژی دهنده به مدار مورد استفاده قرار می گیرد. حدود 20 سال است كه سیستمهای پر قدرت جای خود را حتی در مصارف خانگی هم باز كرده اند و این به دلیل معرفی سیستمهای جدید برای تغذیه مدارات قدرت است. این منابع تغذیه كاملاً خطی عمل می نمایند. این نوع منابع را منابع تغذیه سوئیچینگ می نامند. این اسم از نوع عملكرد این سیستمها گرفته شده است. به این منابع تغذیه اختصاراً SMPS نیز می گویند. این حروف بر گرفته شده از نام لاتین Switched Mode Power Supplies است. راندمان SMPS بصورت نوعی بین 80% الی 90% است كه 30% تا 40% آنها در نواحی خطی كار می كنند. خنك كننده های بزرگ كه منابع تغذیه رگوله قدیمی از آنها استفاده می كردند، درSMPSها دیگر به چشم نمی خورند و این باعث شده كه از این منابع تغذیه بتوان در توانهای خیلی بالا نیز استفاده كرد. در فركانسهای بالای كلیدزنی از یک ترانزیستور جهت كنترل سطح ولتاژ DC استفاده می شود. با بالا رفتن فركانس ترانزیستور، دیگر خطی عمل نمی كند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید می نماید. به همین سبب در فركانس كلید زنی بالا از المان كم مصرف Power MOSFET استفاده می شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نیز زیاد می شود. المان جدیدی به بازار آمده كه تمامی مزایای دو قطعة فوق را در خود جمع آوری نموده است و دیگر معایب BJT و Power MOSFET را ندارد. این قطعة جدید IGBT نام دارد. در طی سالهای اخیر به دلیل ارزانی و مزایای این قطعه از IGBT استفادة زیادی شده است. امروزه مداراتی كه طراحی می شوند، در رنج فركانسی MHZ و قدرتهای در حد MVA و با قیمت خیلی كمتر از انواع قدیمی خود می باشند. فروشنده های اروپائی در سال 1990 میلادی تا حد 2 میلیارد دلار از فروش این SMPSها درآمد خالص كسب نمودند. 80% از SMPSهای فروخته شده در اروپا طراحی شدند و توسط كارخانه های اروپائی ساخت آنها صورت پذیرفت. درآمد فوق العاده بالای فروش این SMPSها در سال 1990 باعث گردیدكه شاخة جدیدی در مهندسی برق ایجاد شود، این رشته مهندسی طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ نام گرفت. ادامه مطلب را بخوانید مقدمه كلیه مدارات الكترونیكی نیاز به منبع تغذیه دارند. برای مدارات با كاربرد كم قدرت از باطری یا سلولهای خورشیدی استفاده می شود. منبع تغذیه به عنوان منبع انرژی دهنده به مدار مورد استفاده قرار می گیرد. حدود 20 سال است كه سیستمهای پر قدرت جای خود را حتی در مصارف خانگی هم باز كرده اند و این به دلیل معرفی سیستمهای جدید برای تغذیه مدارات قدرت است. این منابع تغذیه كاملاً خطی عمل می نمایند. این نوع منابع را منابع تغذیه سوئیچینگ می نامند. این اسم از نوع عملكرد این سیستمها گرفته شده است. به این منابع تغذیه اختصاراً SMPS نیز می گویند. این حروف بر گرفته شده از نام لاتین Switched Mode Power Supplies است. راندمان SMPS بصورت نوعی بین 80% الی 90% است كه 30% تا 40% آنها در نواحی خطی كار می كنند. خنك كننده های بزرگ كه منابع تغذیه رگوله قدیمی از آنها استفاده می كردند، درSMPSها دیگر به چشم نمی خورند و این باعث شده كه از این منابع تغذیه بتوان در توانهای خیلی بالا نیز استفاده كرد. در فركانسهای بالای كلیدزنی از یک ترانزیستور جهت كنترل سطح ولتاژ DC استفاده می شود. با بالا رفتن فركانس ترانزیستور، دیگر خطی عمل نمی كند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید می نماید. به همین سبب در فركانس كلید زنی بالا از المان كم مصرف Power MOSFET استفاده می شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نیز زیاد می شود. المان جدیدی به بازار آمده كه تمامی مزایای دو قطعة فوق را در خود جمع آوری نموده است و دیگر معایب BJT و Power MOSFET را ندارد. این قطعة جدید IGBT نام دارد. در طی سالهای اخیر به دلیل ارزانی و مزایای این قطعه از IGBT استفادة زیادی شده است. امروزه مداراتی كه طراحی می شوند، در رنج فركانسی MHZ و قدرتهای در حد MVA و با قیمت خیلی كمتر از انواع قدیمی خود می باشند. فروشنده های اروپائی در سال 1990 میلادی تا حد 2 میلیارد دلار از فروش این SMPSها درآمد خالص كسب نمودند. 80% از SMPSهای فروخته شده در اروپا طراحی شدند و توسط كارخانه های اروپائی ساخت آنها صورت پذیرفت. درآمد فوق العاده بالای فروش این SMPSها در سال 1990 باعث گردیدكه شاخة جدیدی در مهندسی برق ایجاد شود، این رشته مهندسی طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ نام گرفت. یک مهندس طراح منابع تغذیه سوئیچینگ بایستی كه در كلیه شاخه های زیر تجربه و مهارت کافی كسب كند و همیشه اطلاعات بروز شده در موارد زیر داشته باشد: 1- طراحی مدارات سوئیچینگ الكترونیك قدرت. 2- طراحی قطعات مختلف الكترونیك قدرت. 3- فهم عمیقی از نظریه های كنترلی و كاربرد آنها در SMPSها داشته باشد. 4- اصول طراحی را با در نظر گرفتن سازگاری میدانهای الكترومغناطیسی منابع تغذیه سوئیچینگ با محیط انجام دهد. 5- درك صحیح از دفع حرارت درونی (انتقال حرارت به محیط) و طراحی مدارات خنك كنندة مؤثر با راندمان زیاد. و … دراین کتاب نیز سعی بر این است كه طبق اصول نوین مهندسی طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ كلیه اطلاعات مورد نیاز در اختیار خواننده قرار گیرد. 1.2. تعاریف عمومی در SMPSها هر سیستم طراحی شده به طور طبیعی وابسته به منبع تغذیة خود می باشد. یعنی اولین پارامتر در طراحی مدار نوع منبع تغذیه و مقادیر وابسته به آن است. یكی از مباحث مهم در طراحی SMPS ها، سنگین وزن بودن و گرانی آن است، كه كلیه اینها در یك منبع تغذیه از نوع SMPS به صورت دستگاه ارزان قیمت، سبك و كوچك تعریف خواهد شد. وقتی كه طراح سیستم شروع طراحی می كند، اولین تعریفی را كه در نظر خود مجسم می كند، مقدار ولتاژ و جـریان ماكزیمم در SMPS است. بنابراین نسبت ولتاژ و جریان تعیین كننده انتخاب قطعات مورد نیاز برای طراحی است. مقدار ولتاژ خروجی: عموماً در بیشتر مدارات منطقی ولتاژ 5v مورد نیاز می باشد، اما در بعضی موارد نیاز به 5v- هم می باشد. در كامپیوترها برای ایجاد گشتاور در موتورهای متنوع به كار رفته در درایوهای مختلف مانند موتورهای CPU FAN ,CD ROM, F.D.D , H.D.D و ... نیاز به ولتاژهای +12v ,-12v می باشد. در مصارف كنترل صنعتی جهت اعمال فرمان تحریك قطع و وصل در شیرهای برقی و رله های كنتاكتوری از طریق پورتهای PLC ولتاژ اعمالی به سیستمهای تحت كنترل دارای سطوح ولتاژی +24v ,-24v است. در اتومبیلهای برقی، تركشن و HVDC به سطح ولتاژ بالاتری احتیاج است. مقدار جریان: در هر خروجی می بایست ماكزیمم جریان مصرفی در حالت پایداری مشخص شود. هر سیستم الكتریكی در روی بدنه خود پلاكی دارد كه در آن تمام مقادیر نامی و مجاز مورد نیاز دستگاه از طرف كارخانه سازنده باتوجه به مشخصات طراحی و تستهای متعددی كه بر روی دستگاه انجام شده است، مشخص می باشد. برای مثال در دیسك درایوها مقدار جریان راه اندازی و حالت پایداری مشخص می باشد و طراح منبع تغذیه بایستی حد مجاز جریان خروجی را بالاتر از جریان راه اندازی و حالت پایداری تعیین نماید. حتی در بعضی از مواقع سازنده دیاگرامهایی را همراه با دستگاه قرار می دهد كه كمك بیشتری به طراح می كند. ولتاژ ورودی: ولتاژ ورودی می تواند از نوع AC یا DC و با رنج تغییرات مشخصی باشد. طراح حتماً باید به نوع ورودی و عملیاتی كه می باید روی آن انجام دهد تا خروجی مطلوبی بدست آورد را همواره در نظر بگیرد. معمولاً فرکانس، دامنه و شکل موج ولتاژ ورودی در طراحی خیلی مهم است. همچنین نوع شبکه ای که تغذیه ورودی را بر عهده دارد مهم است. معمولاً در محیطهای صنعتی مانند کارخانجاتی که شبکه در شرایط سخت جهت تامین انرژی قوص الکتریکی و … کار می کند شکل موج ولتاژ و جریان ورودی غیر قابل پیش بینی است و باید با استفاده از سیستمهای جبرانساز شکل موجهای شبکه را تا حد قابل قبولی اصلاح کرد. ایزولاسیون: در بسیاری از كاربردها ایزولاسیون الكتریكی بین ورودی ها و خروجی های مدارات احتیاج می باشد، وحتی در بسیاری از موارد ایزولاسیون بین خروجی دستگاه با ورودی دستگاه دیگر نیز مورد نیاز است و طراح ملزم به اندیشیدن تدابیری خاص جهت برآورده سازی این امر می باشد. ایزولاسیون الكتریكی اغلب توسط ترانسفورماتور در منابع تغذیه ایجاد می شود كه استفاده از ترانسفورماتور باعث حجیم شدن منبع تغذیه می شود. در مصارفی كه نیاز به حجم كوچك می باشد، مانند ماهواره ها، كامپیوترها، شارژرهای باطری موبایل و تلفن و همچنین در منبع تغذیه مورد استفاده در پرینترها و دستگاه های كوچك كه اجبار در كوچك ساختن آنها می باشد نظیر دوربینهای عكاسی دیجیتالی و دوربینهای فیلم برداری و لوازم نظامی استراق سمع و جاسوسی و بمبها و موشكهای دوربرد ناچاراً باید از ایزولاسیون به وسیله ترانسفورماتور چشمپوشی كرد و به فكر چارة دیگری برای تحقق بخشیدن به این امر بود یا اینكه توسط مدارات فیدبك عمل تثبیت خروجی را در صورت وجود تغییر یا اغتشاش در ورودی را انجام داد تا از مدارات در مقابل صدمه دیدن و معیوب شدن حفاظت شود و یا اینكه بایست از ایزولاسیون تا حدودی یا کلاً صرف نظر نمود. ریپل در خروجی: طبیعتاً مقداری نوسان در خروجی DC منابع تغذیه وجود دارد. به مقدار دامنه پیك تا پیك این نوسانات ریپل می گویند. هر خروجی كه دارای ریپل باشد، حتماً دارای تعدادی هارمونیك بغیر از فرکانس صفر هرتز است. به همین خاطر اغلب مقدار خروجی را به جای معرفی با مقدار DC آنرا با مقدارrms نشان می دهند. هر چه مقدار نسبت ثابت ریپل به مقدار DC كوچكتر باشد بهتر است. این نسبتِ در صدیِ ریپل را می توان با استفاده از ***** پایین گذر متشكل از سلف و خازن و یا افزایش فركانس ورودی و كلیدزنی با سرعت زیاد تا حد قابل ملاحظه ای كاهش داد.