پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
دانلود مقدمه‌ای بر منابع تغذیه سوئیچینگ Switching power Supply
منبع تغذیه سوئیچینگ (Switched-mode power Supply) یا SMPS یک واحد تغذیه توان (PSU) است که به روش سوئیچینگ عمل رگولاسیون را انجام می‌دهد. برای ثابت نگه داشتن ولتاژ در خروجی یک منبع تغذیه، دو روش رگولاسیون خطی و رگولاسیون به روش سوئیچینگ رایج می‌باشد.
در روش رگولاتور خطی از ترانس و المان‌های یکسو کننده جریان و فیلتر استفاده می‌شود. نقطه ضعف این روش، تلفات بالا و بازدهی پائین و عدم دسترسی به رگولاسیون دقیق و کیفیت دلخواه در خروجی منبع تغذیه خطی می‌باشد. این دو روش را می‌توان به صورت زیر مقایسه کرد:
1- فرکانس کار ترانس‌ها در روش خطی 50 تا 60 هرتز است. ترانس‌های فرکانس پایین، اندازه و حجم بزرگی دارند. در روش سوئیچینگ به دلیل استفاده از فرکانس بالای 50 تا 200 کیلوهرتز، حجم و وزن ترانس‌ها به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.
2- راندمان یا بازده توان در روش سوئیچینگ بسیار بیشتر از روش خطی است. یک منبع خطی با تلف کردن توان، خروجی خود را رگوله می‌کند ولی در روش سوئیچینگ با تغییر میزان دوره سیکل سوئیچ یا همان duty cycle می‌توان ولتاژ و جریان خروجی را کنترل کرد.
با یک طراحی خوب در روش سوئیچینگ می‌توان به حدود 90% بازدهی دست یافت. در توان‌های بالا از روش PWM و در توان‌های پائین تر از 30 وات معمولاً از روش کلید زنی به صورت پالس‌های معمولی استفاده می‌شود.
در طراحی منابع تغذیه سوئیچنگ، بحث نویز و اثرهای ناخواسته الکترومغناطیسی بسیار مهم بوده و برای حذف آن‌ها از فیلتر EMI و اتصالات RF استفاده می‌شود.
در طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ اگر ورودی اصلی AC باشد، ابتدا از یک طبقه یکسوکننده عبور کرده و یک ولتاژ DC رگوله نشده ایجاد می‌شود. این ولتاژ DC به خازن های فیلترینگ بزرگ متصل می‌شود.
جریان کشیده شده توسط این یکسوکننده از ورودی AC باعث ایجاد پالس‌های جریان در اطراف پیک ولتاژ AC می‌شود. این پالس‌های کوچک مولد فرکانس‌های بالا بوده و کاهش فاکتور توان را بهمراه دارد. تکنیک Power Factor Correction برای مقابله ایجاد شده است. مدار PFC جریان مصرفی یکسوکننده را شبیه به شکل موج سینوسی نگاه داشته و در نتیجه فاکتور توان در برق ورودی AC اصلاح و نزدیک به 1،00 باقی می‌ماند.
محدوده ولتاژ AC ورودی توسط یک سوئیچ در دو حالت 115 و 230 ولت انتخاب می‌شود . در حالت 115 ولت یک مدار دو برابر کننده ولتاژ در طبقه ورودی اضافه می‌شود. در برخی مدل‌ها محدوده ولتاژ AC ورودی Universal بوده و حداقل100 تا 240 ولت را پشتیبانی می‌کنند.
در یک SMPS با ورودی DC به این مرحله (یکسو کننده) احیتاجی نیست.
در مرحله اینورتر، این مقدار DC دوباره به AC تبدیل می‌شود. فرکانس خروجی اینورتر بیش از 20 کیلوهرتز انتخاب می‌شود (خارج محدوده شنوایی). عمل سوئیچ معمولاً به کمک چند طبقه MOSFET جهت رسیدن به بهره بالا انجام می‌شود. در مرحله بعد ترانس با تعداد دورهای پیچشی کم وجود دارد. به دلیل فرکانس بالا دور سیم پیچ ترانس کم می‌شود و بسته به نیاز ترانس افزاینده یا کاهنده است. در مرحله نهایی هم یک طبقه یکسوکننده و فیلتر وجود دارد که وظیفه‌ی آن ساختن خروجی DC در محدوده معین و مشخصات مناسب است.
در اینجا به صورت مختصر و با زبان ساده، شما رابا اجزاء داخلی منبع تغذیه آشنا نماییم. بدیهی است که این ساختار، همگانی و عمومی نبوده و در حدود 75 % ساختار داخلی منابع تغذیه استاندارد کنونی را در بر می‌گیرد.
EMI) Line Filter): این بخش از دو عنصر سلف و خازن تشکیل شده، وظیفه ممانعت از خروج فرکانس های اضافی محدوده کاری (NOISE) منبع تغذیه به بیرون (حاصل از مدار سوئیچینگ) و همچنین ممانعت از ورود فرکانس های اضافی (حاصل ازدوران موتور های الکتریکی و یا سیستم‌های مولد حرارت) به داخل منبع تغذیه را بر عهده دارد.
Input Capacitor: این قسمت از دو خازن الکترولیت با ظرفیت متناسب توان منبع تغذیه تشکیل شده است که وظیفه کنترل سطح ولتاژ ورودی در هنگام کارکرد و همچنین ذخیره انرژی مورد نیاز مدار سوئیچینگ به هنگام وقفه های کوتاه انرژی را بر عهده دارد.
Power Switching: این بخش از دو ترانزیستور قدرت (MOSFET) تشکیل شده است که وظیفه کنترل سطح ولتاژ خروجی را از طریق زمان روشن و خاموش شدن (سوئیچ) بر عهده دارد.
Transformer: این بخش بنا به نوع طراحی، از دو تا سه ترانس (Switching TR, Drive TR, Stand By TR) تشکیل شده است، که علاوه بر ایزولاسیون DC وظیفه تغییر سطح ولتاژ را بر عهده دارد. طراحی این قسمت بسیار حساس می‌باشد زیرا اگر تعداد دور های اولیه و ثانویه متناسب با طراحی مدار PWM نباشد، پایداری مدار و ضریب اطمینان نیمه هادی و در نهایت کارکرد منبع تغذیه با مشکل اساسی مواجه خواهد شد.
Transformer: این بخش بنا به نوع طراحی، از دو تا سه ترانس (Switching TR, Drive TR, Stand By TR) تشکیل شده است، که علاوه بر ایزولاسیون DC وظیفه تغییر سطح ولتاژ را بر عهده دارد. طراحی این قسمت بسیار حساس می‌باشد زیرا اگر تعداد دور های اولیه و ثانویه متناسب با طراحی مدار PWM نباشد، پایداری مدار و ضریب اطمینان نیمه هادی و در نهایت کارکرد منبع تغذیه با مشکل اساسی مواجه خواهد شد.
فرمت فایل: Word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 58
حجم: 708 کیلوبایت