لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 16
فهرست مطالب:
مقدمه
1: مروری بر منابع تغذیه
1-1: دلیل انتخاب SMPS و مقایسه آن با منابع تغذیه خطی
2-1: چگونگی تنظیم خروجی در SMPS
3-1: یک نمونه SMPS دارای چه مشخصاتی است؟
4-1: کاربرد دیگر SMPS ها به عنوان اینورتر یا UPS
5-1: انواع مختلف منبع تغذیه سوئیچینگ
2: روشهای کنترل در منابع تغذیه
1-2: کنترل شده حالت ولتاژ
2-2: کنترل شده حالت جریان
3: قطعات یک منبع تغذیه سوئیچینگ
1-3: هسته و سیم پیچ
2-3: ترانزیستور
3-3: MOSFET های قدرت
4-3: یکسوکننده ها
5-3: خازنها
منابع
مقدمه
بعضی از تجهیزات الکترونیکی نیاز به منابع تغذیه با ولتاژ و جریان بالا دارند. بدین منظور باید ولتاژ AC شهر توسط ترانسفورماتور کاهنده به ولتاژ پایینتر تبدیل و سپس یکسوسازی شده و به وسیله خازن و سلف صاف و DC شود.
تا سال 1972 ، منابع تغذیه خطی برای بیشتر دستگاههای الکترونیکی مناسب بودند. اما با توسعه کاربرد مدارهای مجتمع ، لازم شد که خروجی این مدارها در برابر تغییرات جریان و یا ولتاژ شبکه برق بیشتر تثبیت گردد. آی سی های خانواده TTL به ولتاژ کاملا تثبیت شده 5V احتیاج دارند. به منظور بدست آوردن ولتاژ ثابت تر، یک سیستم کنترل فیدبک در آی سی ها ی تثبیت کننده به کار برده می شود. تا سال 1975 ، آی سی های موجود مثل 723 و CA3085 قادر به تثبیت ولتاژ ثابت مورد نظر نمونه برداری می کردند. این منابع، منابع تغذیه تثبیت شده خطی نامیده می شد.
امروزه تراشه های یکپارچه تنظیم ولتاژ برای جریانهای تا 5A در دسترس می باشد. این تراشه ها مناسب می باشند. اما راندمانی زیر 50% دارند و تلفات حرارتی آنها در بار کامل زیاد است.
منابع تغذیه سوئیچینگ دارای راندمان بالایی می باشند. این منابع در سال 1970 هنگامی که ترانزیستورهای سوئیچینگ سرعت بالا با ظرفیت زیاد در دسترس قرار گرفت، ابداع شدند. ولتاژ خروجی منابع تغذیه سوئیچینگ به وسیله تغییر چرخه کار (Duty Cycle) یا فرکانس سیگنال ترانزیستورهای کلید زنی کنترل می شود. البته می توان با تغییر هم زمان هر دوی آنها نیز ولتاژ خروجی را کنترل نمود.
یک منبع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) شامل منطق کنترل (Control Logic) و نوسان ساز می باشد. نوسان ساز سبب قطع و وصل عنصر کنترل کننده (Control Element) می گردد. عنصر کنترل کننده معمولا یک ترانزیستور کلید زنی ، یک سلف و یک دیود می باشد. انرژی ذخیره شده در سلف با ولتاژ مناسب به بار واگذار می شود، با تغییر چرخه کار یا فرکانس کلید زنی، می توان انرژی ذخیره شده در هر سیکل و در نتیجه ولتاژ خروجی را کنترل نمود. با قطع و وصل ترانزیستور کلیدزنی ، عبور انرژی انجام و یا متوقف می شود. اما انرژی در ترانزیستور تلف نمی شود. با توجه به اینکه فقط انرژی مورد نیاز برای داشتن ولتاژ خروجی با جریان مورد نظر، کشیده می شودع راندمان بالایی بدست می آید. انرژی به صورت مقطعی تزریق می شود. اما ولتاژ خروجی به وسیله ذخیره خازنی ثابت باقی می ماند.
1-1: دلیل انتخاب SMPS و مقایسه آن با منابع تغذیه خطی:
انتخاب بین یک منبع تغذیه خطی یا سوئیچینگ می تواند بر اساس کاربرد آنها انجام می شود. هر یک مشخصات، مزایا و معایب خاص خود را دارند، همچنین حوزه های متعددی وجود دارد که تنها یکی از این دو نوع می تواند مورد استفاده قرار گیرند و یا کاربردهایی که یکی از بر دیگری برتری دارد.
مزایای منابع تغذیه خطی:
- نخست سادگی (طرح مدار بسیار ساده است و با قطعات کمی به راحتی اجرا می شود).
- دوم قابلیت تحمل بار زیاد نویز ناچیز یا کم در خروجی و زمان پاسخ دهی بسیار کوتاه.
- برای توان های کمتر از 10W ارزانتر از مدارهای مشابه سوئیچینگ می شود.
معایب منابع تغذیه خطی:
- تنها به صورت رگولاتور کاهنده قابل کاربرد هستند(ورودی حداقل باید 2 تا 3 ولت از خروجی بیشتر باشد).
- عدم انعطاف پذیری تغذیه، افزودن هر خروجی مستلزم اضافه کردن سخت افزار زیادی است.
- بهره متوسط چنین منابعی کم و نوعا 30% تا 40% است. این تلفات توان در ترانزیستور خروجی تولید حرارت می کند و نیاز به ترانزیستور قوی تر را مطرح می کند،در توانهای کمی بالا نیاز به گرماگیر بر روی ترانزیستورها دارد
تمامی این معایب در منابع تغذیه های سوئیچینگ رفع شده است:
- افزایش راندمان به حدود 68% تا 90% کارکرد ترانزیستور در نواحی قطع و اشباع به انتخاب حرارت گیر یا خنک کننده و ترانزیستور کوچکتر منجر شده است.
- به دلیل اینکه قدرت خروجی از یک ولتاژ DC بریده شده که به شکل AC در یک قطعه مغناطیسی ذخیره می شود، تامین می گردد. لذا با اضافه کردن تنها یک سیم پیچ می توان خروجی دیگری را بدست آورد، که در مقام مقایسه بسیار ارزانتر و ساده تر تمام می شود.
به علاوه به دلیل افزایش فرکانس کاری به حدود 15KHz تا 60KHz اجزا ذخیره کننده انرژی می توانند خیلی کوچکتر انتخاب شوند:
برخلاف منابع تغذیه خطی، در توانهای خیلی بالا قابل استفاده هستند.
همه این موارد به کاهش هزینه و توان تلفاتی و افزایش بهره دهی و انعطاف پذیری منجر می شود. معایب این نوع منابع ناچیز بوده و به کمک طراحی بهینه قابل رفع می باشد.
از جمله معایب آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- طرح چنین منابعی اصولا مشکل و پیچیده است.
- نویز قابل ملاحضه ای از آنها به محیط انتشار می یابد و این اشکالی است که نباید در مرحله طراحی نادیده گرفته شود.
- به دلیل ماهیت کار این منابع که بر اساس برش یک ولتاژ C استوار است، زمان رسیدن ولتاژ خروجی به مقدار مطلوب در مقایسه با منابع تغذیه خطی زیاد است. این زمان اصطلاحا زمان پاسخ ناپایدار نامیده می شود.
هر یک از منابع حوزه های کاری خود را دارند، عموما برای مدارهای با راندمان و ولتاژ بالا مثل مدارهای تغذیه شونده با باطری های قابل حمل تغذیه سوئیچینگ برتری دارد، ولی برای ولتاژ های ثابت و کم منابع خطی ارزانتر و مناسبتر هستند.
راندمان SMPS به دلیل تلفات کمتر توان، بالاتر می باشد. وزن و اندازه آنها به خاطر ترانسفورماتورهای کوچکتر با هسته فریت سبکتر، کوچکتر می باشد. افزایش فرکانس ابعاد ترانسفورماتور را به ازای قدرتهای یکسان کاهش می دهد. از هسته های آهنی در فرکانسهای بیشتر از 400Hz به دلیل داغ شدن هسته نمی توان استفاده کرد.
در منابع تغذیه سوئیچینگ حذف ریپلهای خروجی به خوبی منابع تغذیه خطی انجام نمی گیرد زیرا خازنهای کوچک و با کیفیت بالا مورد نیاز است.
پارازیتهای RF به دلیل قطع و وصل جریانهای بالا یکی دیگر از معایب SMPS می باشد. این پارازیتها را می توان با پوشش هسته فریت و کل مدار کاهش داد. در تلویزیون، SMPS با فرکانس خط (15625Hz) سنکرون می شود و در نتیجه اثر کلیدزنی در صفحه تلویزیون ظاهر نمی شود.
امروزه، بیشتر تلویزیونهای رنگی فط از SMPS برای تغذیه لامپ و قسمتهای مختلف استفاده می کنند. کامپیوترهای شخصی نیز از SMPS برای تولید ولتاژهای 5V , 12V و 24V با جریان بالا استفاده می کنند. مهمترین مزیت SMPS ها، وزن کم آن می باشد.
تحقیق در مورد منابع تغذیه
