پایان نامه طراحي و ساخت منبع تغذيه سوئيچينگ Fly back
چكيده:
چرا از منبع تغذيه سوئيچينگ استفاده مي كنيم؟
انتخاب بين يك منبع تغذيه خطي يا سويچينگ مي تواند بر اساس كاربرد آنها انجام شود . هر يك مشخصات و مزايا و معايب خاص خود را دارند . همچنين حوزه هاي متعددي وجود دارد كه تنها يكي از اين دو نوع مي تواند مورد استفاده قرار گيرندو يا كاربردهايي كه يكي بر ديگري برتري دارد.
مزاياي منابع تغذيه خطي:
1-سادگي:طرح مدار بسيار ساده است و با قطعات كمي به راحتي پايدار مي شود.
2-قابليت تحمل بار زياد
3-نويز ناچيز يا كم در خروجي
4-زمان پاسخ دهي بسيار كوتاه
5-براي توانهاي كمتر از 10w ارزانتر از مدار هاي مشابه سوئيچينگ تمام مي شود.
معايب منابع تغذيه خطي:
معايب اين گونه منابع به طور كلي قابل رفع نيستند ولي به كمك طراحي بهتر قابل كاهش مي باشند.
1-تنها به صورت يك رگولاتور كاهنده قابل كاربرد هستند(ورودي بايد 2تا 3 ولت بيشتر از خروجي باشد.)
2-عدم انعطاف پذيري تغذيه , افزودن هر خروجي مستلزم اضافه كردن سخت افزار زيادي است.
3-بهره متوسط چنين منابعي كم و نوعا 30٪تا 40٪ است . اين تلفات توان در ترانزيستور خروجي توليد حرارت مي كند و نياز به ترانزيستوري قويتري را مطرح ميكند. تا حدود15w روشهاي معمول مفيد است ولي بيش از آن نياز به سرمايش تحت فشار (forced) وجود دارد .
مزاياي منابع تغذيه سوئيچينگ:
تمامي اين معايب در منبع تغذيه سوئيچينگ رفع شده است.
1-افزايش راندمان به حدود 68٪تا90٪ كاركرد ترانزيستور در نواحي قطع و اشباع به انتخاب حرارت گير يا خنك كننده (heat sink) و ترانزيستور كوچكتر منجر شده است.
2-به دليل اينكه قدرت خروجي از يك ولتاژdc بريده شده كه به شكل ac در يك قطعه مغناطيسي ذخيره مي شود تامين مي گردد. لذا با اضافه كردن تنها يك سيم پيچ مي توان خروجي ديگري را بدست آورد ٬كه در مقام مقايسه بسيار ارزانتر و ساده تر تمام مي شود.
3- به علاوه به دليل افزايش فركانسي كاري به حدود 50تا khz 60 اجزاء ذخيره كننده انرژي مي توانند خيلي كوچكتر انتخاب شوند.
4-برخلاف منابع تغذيه خطي، در توان هاي خيلي بالا قابل استفاده هستند.
همه اين موارد به كاهش هزينه و توان تلفاتي و افزايش بهره دهي و انعطاف پذيري منجر مي شود.
معايب منابع تغذيه سوئيچينگ:
معايب اين منابع ناچيز بوده و به كمك طراحي بهينه قابل رفع مي باشد.
1-طرح چنين منابعي اصولا مشكل و پيچيده است
2-نويز قابل ملاحظه اي از آنها به محيط انتشار مي يابدو اين اشكالي است كه نبايد در مرحله طراحي ناديده گرفته شود. و با كمك فيلتر و محافظ به نحو چشمگيري كاهش مي يابد.
3- به دليل ماهيت كار اين منابع كه بر اساس برش يك ولتاژdc استوار است ،زمان رسيدن ولتاژ خروجي به مقدار مطلوب در مقايسه با منابع تغذيه خطي زياد است. اين زمان اصطلاحا زمان پاسخ ناپايدارtransient response time ناميده مي شود.
تمامي اين موارد در جهت كاهش كار آمدي انعطاف پذيري و افزايش قيمت هستند ولي با طراحي بهتر قابل بهبود مي باشند.
البته هر يك از اين منابع حوزه هاي كاري خود را دارند، عموما براي مدلهايي با راندمان و ولتاژ بالا مثل منابع تغذيه شونده با باطري هاي قابل حمل تغذيه سوئيچينگ برتري دارد ولي براي ولتاژهاي ثابت و كم منابع خطي ارزانتر و ارجح هستند.
فصل اول
مقدمه
چگونه يك منبع تغذيه سوييچينگ كار ميكند؟
اگر يك رگولاتور سوييچينگ (منابع تغذية سوييچينگ گاهي رگولاتور سوييچينگ هم ناميده ميشوند) به عنوان يك جعبه سياه در نظر گرفته شود در اين صورت با يك منبع خطي تفاوتي ندارد.
ولي رگولاتور خطي براساس تأمين جريان و ولتاژ مطلوب در خروجي به وسيله يك نيمههادي قدرت كه در حالت خطي به كار گرفته شده است كار ميكند.
حاصلضرب اختلاف ولتاژ خروجي با ورودي در جريان بار تواني است كه در اين عنصر نيمه هادي بايد تلف شود كه بعضاً زياد هم هست و مهمترين عامل پايين بودن راندمان ميباشد.
دليل اين امر هم كاركرد ترانزيستور در حالت خطي است يعني جايي كه ولتاژ دوسر سوييچ و جريان عبوري آن هر دو زياد است.
در حالي كه در يك منبع از نوع سوييچينگ تغيير سطح ولتاژ خروجي از طريق تغيير در نسبت روشن به خاموش يا اصطلاحاً زمان كاركرد ترانزيستور خروجي انجام ميگيرد. به دليل كاركرد ترانزيستور در حالت خاموش و روشن تلفات در نيمه هادي در مقايسه با حالت خطي خيلي كم است.
دليل نامگذاري اين منابع به نامهاي خطي و سوييچينگ هم همين حالات كاركرد عنصر نيمه هادي است.
منابع تغذيه سوييچينگ به دو نوع كلي قابل تقسيمبندي هستند:
فوروارد forward
فلاي بك flyback
با وجود شباهتهاي فراوان تفاوتهاي متمايز كنندهاي هم وجود دارد. نحوة عملكرد و چگونگي قرارگيري عنصر مغناطيسي تعيين كنندة نوع مدار است.
عناصر اصلي هر يك از انواع اين منابع عبارتند از:
- يك منبع سوييچ جهت تهية موج PWM
- القاگر (در مورد منابع پيشرفتهتر القاگر جاي خود را به ترانس ميدهد).
- سوييچ قدرت
- يكسوكننده
- خازن ذخيره كنندة انرژي در خروجي
- شبكههاي حس كننده و عمل كنندة بازخورد
رگولاتور سوييچينگ حالت فوروارد
آرايش كلي منابع نوع فوروارد مطابق مدار شكل 1 است.
شكل 1: رگولاتور حالت فوروارد و جهت جريانهايش.
سوييچ قدرت امكان دارد يك ترانزيستور قدرت يا يك MOSFET باشد. همچنين امكان وجود يك ترانسفورمر به جاي القاگر به منظور تغيير سطح ولتاژ و ايجاد ايزولاسيون وجود دارد. (اولية اين ترانس جاي القاگر را ميگيرد و ثانويه آن بار و فيلتر خروجي را تغذيه ميكند).
القاگر يك عنصر ذخيره كنندة انرژي است. و عملكرد مدار خيلي شبيه پيستون و چرخ طيار ميباشد.
همان طوري كه هنگامي كه پيستون انرژي ندارد انرژي از سوي چرخ طيار تأمين مي شود و در چرخه بعدي پيستون مجموعه چرخ طيار انرژي مي دهد؛ هنگامي كه سويچ باز است با چرخش جريان از طريق ديود انرژي از سوي القاگر تأمين مي شود و در چرخه بعدي با بسته شدن سويچ القاگر مجدداً توسط منبع Vin انرژي دار مي باشد.
هر دوره كاري از مدار فوق به دو بخش قابل تقسيم است. T1 هنگامي كه سوييچ بسته است. جريان از منبع و القاگر عبور كرده و در اختيار فيلتر و بار قرار مي گيرد در اين حالت ديود خاموش است سپس t2 سوييچ باز مي شود در اين هنگام جريان القاگر، فيلتر و بار از طري ديود تأمين مي گردد. و كار بدون تغيير در سطح ولتاژ خروجي ادامه مي يابد.D.C سوييچ، متوسط ولتاژ خروجي را كنترل مي كند (عملاً 5% تا 95%)
چنين منابعي ولتاژي با پلاريته مخالف يا بزرگتر از ولتاژ ورودي نمي توانند توليد كنند.
رگولاتور سوييچينگ حالت فلاي بك
مدارهاي فلاي بك از آرايش كلي در شكل 2 پيروي مي كنند.
شكل 2: رگولاتور حالت فلاي بك و جهت جريانهايش.
با روشن شدن سوييچ قدرت القاگر از طريق منبع پر انرژي مي گردد با خاموش شدن آن جريان بار از طريق ديود القاگر و تغذيه ادامه مي يابد. تحت حداقل ولتاژ كاري D.C به 50% مي رسد و Tfblk برابر كل دوره كاري منهاي Ton مي شود.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.