پایان نامه بررسی منابع تغذيه سوئيچينگ و منابع تغذيه خطی
مقدمه:
منابع تغذية خطي منابعي هستند كه عنصر كنترل آنها در ناحية فعال از عملكرد خود قرار دارد. اين عنصر به صورت سري يا موازي با بار قرار مي گيرد و با دريافت فيدبك از خروجي، ميزان ولتاژ و جريان بار خروجي را تنظيم مي كند به گونه اي كه ولتاژ خروجي در يك سطح از پيش تعيين شده ثابت باقي بماند. معمولاً عنصر كنترل در اين دسته از منابع يك ترانزيستور دو قطبي است كه با تنظيم جريان بيس آن ميزان جريان رسيده به بار كنترل مي شود. بلوك دياگرام ساده شدة اين نوع منبع تغذيه در شكل 1 نشان داده شده است.
شماي مداري ساده شده يك منبع تغذيه خطي مي تواند به صورت شكل 2 ترسيم شود. نحوه عملرد اين مدار به صورت ذيل است. در ابتدا توسط يك ترانس كاهنده ولتاژ متناوب برق شهر به ولتاژ متناوبي با دامنه كمتر تبديل مي شود. ولتاژ به دست آمده يكسو و سپس فيلتر شده و درنهايت مقدار dc به دست آمده به عنصر فعال اعمال مي شود كه به طور سري با بار قرار داده شده است. با نمونهبرداري از ولتاژ خروجي و مقايسه آن با ولتاژ مرجع، عنصر سري به صورت يك مقاومت متغير كنترل شده تا بر اين اساس موجب تثبيت ولتاژ خروجي شود. بديهي است كه مقدار زيادي توان در عنصر سري به صورت حرارت تلف خواهد شد كه اينموجب كاهش راندمان اين نوع تغذيه ها ميشود.
در اين منابع براي اين كه گرايش ترانزيستور كنترل تأمين شود بايد همواره ولتاژ dc ورودي به ترانزيستور از ولتاژ خروجي موردنظر بيشتر باشد و حي ضربان ورودي به گونه اي نباشد كه ولتاژ ورودي حتي براي لحظاتي اندك از ولتاژ خروجي كم تر شود زيرا عنصر كنترل كننده از ناحيه خطي خود خارج شده و ولتاژ خروجي افت خواهد كرد.
معمولاً كنترل و فيدبك اين نوع منابع تغذيه به صورت آنالوگ يا پيوسته مي باشد. ولتاژ خروجي با يك ولتاژ مرجع مقايسه شده و نتيجه مقايسه، جريان بيس را كنترل مي كند تا جريان كافي به باربرسد. در اينصورت ولتاژ خروجي عليرغمتغييرات مقداربار و يا جريان آن، ثابت باقي ميماند.
مزاياي منابع تغذيه خطي
مزاياي يك منبع تغذيه خطي به شرح زير است:
1- پايداري زياد.
2- نويزپذيري پايين.
3- تثبيت عالي.
4- نوسان كم خروجي.
معايب منبع تغذيه خطي
معايب يك منبع تغذيه خطي به شرح زير مي باشد:
1- بازده كم تر از %50 (در توان هاي نسبتاً زياد). راندمان منبع تغذيه خطي معمولاً كم است. دليل آن افت ولتاژ و در نتيجه اتلاف توان در عنصر كنترل است.
2- حجم زياد. يكي از معايب منبع تغذيه خطي حجم زياد آن به ويژه در توان زياد است. دليل اصلي حجيم شدن اين منابع دو عامل ذيل است:
الف) بزرگ بودن ترانس كاهنده ورودي
ب) نياز به گرماگيرهاي بزرگ به دليل تلفات زياد در عنصر كنترل
بزرگ بودن ترانس كاهنده ورودي
همان گونه كه بيان شد يكي از دلايل حجيم شدن منبع تغذيه خطي بزرگ بودن ترانس كاهنده ورودي آن مي باشد. اين ترانس به دلايلي نمي تواند از بلوك دياگرام كنار گذاشته شود. ترانس سبب مجزاسازي مدار خروجي از ورودي مي شود و از طرفي براي جلوگيري از تشعشع مدار و جلوگيري از نفوذ ميدانهاي الكرومغناطيسي خارجي مجبوريم كه زمين مدار را به بدنه منبع تغذيه خطي متصل كنيم و در صورت نبود ترانس خطر برق گرفتگي براي كاربر وجود دارد.
به علاوه با توجه به شكل 3 الف اگر ولتاژ 220 ولت برق شهر را بدون ترانس به ورودي مدار اعمال كنيم در مرحله اول اين ولتاژ يكسو شده و ولتاژ دو سر خازن برابر ولت خواهد شد. در عين حال ترانزيستوري كه ولتاژ دوسر خازن را به ولتاژ نسبتاً كم خروجي مي رساند به دليل افت زياد ولتاژ، حرارت زيادي توليد مي كند كه در نهايت مي تواند باعث سوختن ترانزيستور شود.
بنابراين براي حل اين مشكل مطابق شكل 3 ب ترانسي در ورودي قرار مي دهيم تا برق شهر را تقريباً تا مقادير پايين تري كاهش دهد، در اين صورت افت ولتاژ دو سر ترانزيستور كم خواهد شد و گرماي حاصل از آن نيز كاهش مي يابد.
نمايي از هسته هاي ترانس استاندارد موجود در بازار در شكل 4 نشان داده شده است. توان قابل تحمل يك تراس با سطح مقطع هسته آن متناسب است. به طور تقريبي مي توان نوشت (به شكل دقت شود):
كه در اين رابطه S سطح مقطع شاخه وسط هسته برحسب سانتيمتر مربع، a واحد ابعادي هسته برحسب سانتيمتر و P توان قابل انتقال برحسب وات است. لذا با توجه به اين رابطه مشخص مي شود كه براي توان هاي زياد نمي توان از منابع تغذيه خطي استفاده كرد زيرا حجم ترانس آنها بسيار بزرگ مي شود.
3- عدم توانايي فشردهسازي به ويژه براي بهره وري بالا.
4- زمان نگهداري نسبتاً كوچك.
منبع تغذيه خطي داراي زمان نگهداري بسيار كمي مي باشد. منظور از زمان نگهداري مدت زماني است كه خروجي تغذيه عليرغم قطع بودن برق ورودي آن، هم چنان برقرار مي ماند. اگر بخواهيم اين زمان را افزايش دهيم بايد ظرفيت خازن هاي ورودي را بسيار بزرگ در نظر بگيريم كه طبعاً حجم زيادي اشغال مي كند.
5- مناسب براي ولتاژهاي كم.
اين نوع منابع بيشتر براي ولتاژهاي خروجي پايين به كار برده مي شوند و اين يكي از معايب منبع تغذيه خطي است كه استفاده از آن در ولتاژهاي زياد مقرون به صرفه نيست.
منبع تغذيه غيرخطي (سوئيچينگ)
معايب منبع تغذيه خطي مي تواند با استفاده از منبع سوئيچينگ كاهش يافته و يا حذف شود. بلوك دياگرام ساده شده يك منبع غيرخطي (سوئيچينگ) در شكل 5 نمايش داده شده است.
شماي مداري ساده شده اين بلوك دياگرام مي تواند به صورت شكل 6 توصيف شود (از واحد فيدبك و كنترل صرف نظر شده است).
نحوه عملكرد اين مدار به صورت زير است. ابتدا ولتاژ متناوب برق شهر مستقيماً يكسو و فيلتر مي شود تا يك ولتاژ DC نسبتاً زياد توليد شود.
اين ولتاژ به عنصر سوئيچينگ (كه در شكل 6 به صورت يك كليد نمايش داده شده است) اعمال مي شود تا موج مربعي فركانس زياد حاصله بعد از عبور از يك ترانس كاهنده و يكسوسازي، ولتاژ dc موردنياز را توليد كند. بديهي است كه با كنترل زمان و قطع و وصل كليد ميتوان دامنه ولتاژ خروجي را بر روي يك مقدار مشخص تثبيت كرد. اين عمل مي تواند توسط واحد فيدبك و كنترل انجام گيرد كه در شكل 6 ترسيم نشده است.
مزاياي منبع تغذيه سوئيچينگ
منابع تغذيه سوئيچينگ داراي مزايايي به شرح زير مي باشند:
1- راندمان بزرگ تر از %50
معمولاً بازده منابع تغذيه سوئيچينگ بيشتر از بازده تغذيه خطي مي باشد. بازده منابع تغذيه سوئيچينگ بين %70 تا %80 است. در منابع تغذيه سوئيچينگ عنصر كنترل (سوئيچينگ) در حالت اشباع و قطع كار مي كند و توان تلفاتي پاييني دارد، در حالي كه در منابع تغذيه خطي عنصر كنترل در حالت فعال كار مي كند و توان تلفاتي بالائي دارد. در واقع با فرض ايدهآل بودن عنصر كنترل داريم:
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.