تشریح مدار منبع تغذیه سوئیچینگ

برای اینکه بتوان یک منبع تغذیه سوئیچینگ مناسب طراحی نمود، باید طراح درک مناسب و درستی از اجزاء و بلوک های اصلی منبع تغذیه مربوطه داشته باشد. در ادامه به بررسی بلوک های مورد نیاز و ضروری که یک منبع تغذیه سوئیچینگ باید دارا باشد می پردازیم. توجه داشته باشید که با اضافه کردن بلوک های دیگر به این طراحی می توان امکانات بیشتری را به منبع تغذیه افزود.

مدار اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ متشکل از یک فیلتر تداخل الکترومغناطیسی ورودی(EMI)، مدار یکسوساز و فیلتر، مدار تبدیل توان، مدار کنترلر PWM و یک مدار یکسوساز و فیلتر خروجی است. مدار کمکی دارای یک مدار محافظت در برابر اضافه ولتاژ ورودی، یک مدار محافظت از اضافه ولتاژ خروجی، یک مدار محافظت از اضافه جریان ورودی و مدار محافظت در برابر اتصال کوتاه خروجی است. بلوک دیاگرام منبع تغذیه سوئیچینگ بصورت زیر است:

شکل بالا نمایی از یک منبع تغذیه پوش پول تک خروجی است که در ادامه به توضیح بخش های مختلف آن می پردازیم.

1. عناوین این نوشته:

   • فیلتر EMI
   • خازن Bulk فیلتر ورودی
   • ترانسفورماتور
   • سوئیچ های قدرت
   • یکسوسازهای خروجی
   • فیلتر خروجی
   • المان های حسگر جریان
   • المان های فیدبک ولتاژ
   • قسمت کنترل
   • توپولوژی مدار تغذیه سوئیچینگ
   • منابع غیر ایزوله
   • منابع ایزوله

   فیلتر EMI

این بخش از دارای یک فیلتر L-C است که بین شبکه ورودی و رگولاتور واقع می شود. وظایف این قسمت شامل موارد زیر است:

• بصورت یک فیلتر RFI کار می کند بنابراین از ورود سیگنال های دارای نویز که به واسطه قطعات فرکانس بالا در منبع تولید شده است به شبکه ورودی اجتناب می کند. چنانچه سیگنال های نویز وارد شبکه ورودی برق شهر شوند به شکل امواج یک آنتن منتشر می شوند. خاطر نشان می سازد که فرکانس قطع این  نوع فیلتر پایین گذر از دو الی سه برابر فرکانس کاری منبع تغذیه نباید بزرگتر باشد.
• به عنوان وظیفه دوم باید به این موضوع پرداخت که یک امپدانس کوچک بین خازن Bulk و شبکه ورودی اضافه می کند. این امر به کاهش ولتاژهای گذرای خطرناک کمک می کند و علاوه بر این به خازن Bulk و دیگر محافظ ها این اجازه را می دهد که انرژی های مخرب تولید شده توسط اسپایک های ورودی را جذب نموده و از آسیب زدن آن ها به منبع جلوگیری به عمل آید.

2. خازن Bulk فیلتر ورودی

وظیفه این نوع خازن ذخیره انرژی منبع در فرکانس های بالا و پایین است که عموما دارای ظرفیت بیشتری است. این بخش حداقل دارای دو خازن است. یک خازن الکترولیتی که وظیفه تامین انرژی در فرکانس کاری منبع تغذیه را دارد و همچنین یک خازن سرامیکی به منظور فرکانس های هارمونیکی منبع تغذیه. این خازن ها باید دارای مقاومت بسیار پایینی در رنج گسترده ای از فرکانس باشد.

3. ترانسفورماتور

در این دیاگرام، ترانسفورماتور وظیفه ایزولاسیون DC بین شبکه ورودی و خروجی را بر عهده دارد. علاوه بر این افزایش و یا کاهش ولتاژ خروجی را انجام می دهد. در این طراحی ترانسفورماتور هیچگونه انرژی ای را ذخیره نمی کند. چنانچه بخواهیم خروجی های بیشتر را داشته باشیم، باید سیم پیچ های مختلفی را اضافه نماییم، در نتیجه برای سیستم هایی که به ولتاژهای DC مختلفی نیاز دارند، با طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ می توان تمام ولتاژهای مورد نیاز را تامین نمود. ترانسفورماتور همانند ستون فقرات یک منبع تغذیه سوئیچینگ عمل می کند و چنانچه بصورت اصولی طراحی نشود، تاثیر منفی بر عملکرد منبع تغذیه و قطعات نیمه هادی مدار می گذارد.

4. سوئیچ های قدرت

این بخش عموما شامل ترانزیستورهای MOSFET است که بین حالت اشباع و حالت قطع با سرعت بالایی سوئیچ می شوند. به عبارت دیگر این نوع سوئیچ ها مانند گیت برای ورود انرژی به منبع تغذیه عمل می کنند و این انرژی نیز به سهم خود به بار تحویل داده می شود. میزان انرژی ای که توسط مدار کنترل به بار تحویل داده می شود، کنترل می شود. میزان انرژی بار توسط مدار کنترل تشخیص داده می شود و پس از آن به وسیله تغییر زمان روشن بودن پالس (on-time) برای سوئیچ های قدرت، انرژی مورد نیاز بار رگوله می شود. لازم به ذکر است که در بین قطعات منبع تغذیه، سوئیچ های قدرت بیشترین سهم از آسیب دیدگی را به خود اختصاص می دهند. در نتیجه باید در طراحی بسیار به این قطعات دقت شود زیرا جزء آسیب پذیرترین قطعات به شمار می روند.

5. یکسوسازهای خروجی

در این طراحی، دیودهای یکسوساز در خروجی به طور همزمان با سوئیچ های قدرت شروع به کار می کنند. میزان  ولتاژ خروجی DC در سمت ثانویه ترانس برای طراحی های ایزوله، صفر می شود. هنگامی که سوئیچ های قدرت روشن باشند، به نسبت دور سیم پیچ ها قدرت ولتاژ خروجی نیز به حداکثر میزان خود میرسد. چنانچه جهت دیودها عوض شود، پلاریته ولتاژ خروجی نیز تغییر می کند.

6. فیلتر خروجی

برای مدهای مختلف منبع تغذیه، فیلترهای خروجی متفاوت هستند، وظیفه این بخش تامین انرژی بار برای زمانی است که سوئیچ های قدرت قطع هستند. به عبارت دیگر هنگامی که سوئیچ های قدرت روشن هستند، این قسمت انرژی بار را در خود ذخیره می کند. در اکثر مواقع انرژی ذخیره شده در خازن و سلف بیش از 50 درصد از انرژی مورد نیاز بار است. هنگامی که بصورت ناگهانی تغییر بار رخ می دهد، حلقه کنترل به منظور تشخیص انرژی مورد نیاز بار و همچنین جبران آن به زمان کوتاه تری نیاز دارد. در این مدت کوتاه انرژی ای که برای بار نیاز است، بوسیله انرژی ذخیره شده در خازن و سلف تامین می شود.

7. المان های حسگر جریان

در صورتی که جریان بیش از حد مورد انتظار از منبع کشیده شود، مدار حسگر جریان آن را حس کرده و از طریق کاهش ولتاژ خروجی از دریافت جریان بیش از حد از سمت منبع جلوگیری به عمل می آورد. قابل ذکر است که روش های متفاوتی برای این امر وجود دارد. به منظور اندازه گیری جریان خروجی در ابتدا آن را به شکل ولتاژ در آورده که میزان این ولتاژ با جریان بار متناسب است، پس از آن این ولتاژ تقویت می شود. چنانچه میزان ولتاژی که تقویت شده بیش از حد باشد، مدار حسگر جریان وارد عمل شده و کنترل حلقه ولتاژ را بر عهده می گیرد و در نتیجه باعث کاهش ولتاژ خروجی می شود.

8. المان های فیدبک ولتاژ

این بخش شامل یک تقسیم ولتاژ مقاومتی است و به نحوی این تقسیم ولتاژ انتخاب می شود که میزان ولتاژ خروجی با ولتاژ مرجع تقویت کننده یکسان باشد. تقویت کننده خطا میزان ولتاژهای مرجع و ولتاژ خروجی را که به واسطه فیدبک ایجاد شده، تقویت کرده و سپس از طریق سیگنال تقویت شده، مدت زمان روشن بودن پالس را برای سوئیچ های قدرت کنترل می کند.

9. قسمت کنترل

این بخش عموما به شکل یک مدار مجتمع در منابع تغذیه سوئیچینگ واقع می شود. وظایف این قسمت شامل کنترل ولتاژ خروجی که از طریق فیدبک از ولتاژ خروجی گرفته شده، مبدل ولتاژ به عرض پالس، ایجاد ولتاژ مرجع پایدار، اسیلاتور، آشکار ساختن جریان های بیش از حد و غلبه بر آن ها، و همچنین درایو کردن سوئیچ های قدرت را بر عهده دارد.

آموزشگاه فن آموزان همچنین دوره های کوتاه مدت ویژه اشتغال سریع نظیر دوره های آموزش نصب دوربین مدار بسته ، آموزش هوشمند سازی ساختمان و آموزش برق ساختمان را با مجوز رسمی از سازمان فنی حرفه ای کشور و بصورت 100% عملی برگزار می کند. برای دریافت جزئیات بیشتر با شماره 02191321001 تماس بگیرید.

توپولوژی مدار تغذیه سوئیچینگ

یکی از مهم ترین اجزاء لوازم الکتریکی منابع تغذیه هستند. هر دستگاهی برای تامین انرژی خود نیاز به منبع تغذیه دارد. متناسب با نحوه استفاده، منابع تغذیه به دو دسته منابع غیر ایزوله و منابع ایزوله تقسیم می شوند.

• منابع غیر ایزوله

از منابع سوئیچینگ غیر ایزوله می توان برای تامین توان مصرفی استفاده نمود که مبدل های باک، باک بوست، اسپایک، بوست و … از این قبیل هستند. در این روش همان گونه که از نام آن مشخص است، منبع اصلی به خروجی متصل می شود. از مزایای آن می توان به سادگی طرح، هزینه تمام شده پایین و … اشاره کرد. قابل ذکر است که در این نوع منابع ولتاژ منبع را می توان در خروجی کاهش و یا افزایش داد. همچنین پلاریته آن را می توان معکوس نمود.

• منابع ایزوله

در این دسته منابع ولتاژ ورودی بطور کامل از خروجی جدا و ایزوله است. این امر یکی از مهم ترین و بزرگترین محاسن منابع سوئیچینگ ایزوله است. این قبیل منابع مناسب استفاده در توان های پایین هستند. برای مثال از آن ها می­ توان در شارژرهای موبایل، اداپتورهای معمول و … استفاده کرد. مبدل های فلای بک، فوروارد و… در این دسته جای می گیرند.

قابل ذکر است که از مبدل های ایزوله دیگری مانند پوش پول، فول بریج و هاف بریج که توپولوژی متفاوتی دارند، در توان های بالاتر می توان بهره برد.

آموزشگاه فن آموزان در دپارتمان برق و الکترونیک خود دوره های تخصصی ویژه بازار کار از جمله آموزش برق صنعتی ، طراحی و تعمیر برد ، آموزش تعمیرات موبایل ، آموزش تعمیرات لوازم خانگی ، آموزش سیم پیچی موتور ، آموزش تعمیرات برد الکترونیکی و بیش از هشتاد دوره پیشرفته دیگر را با تمرکز بر یادگیری عملی کارآموزان، توسط اساتید مجرب ارائه می دهد. برای دریافت اطلاعات بیشتر با شماره 02191321001 تماس بگیرید.