مقاله کامل منابع تغذيه سوئيچينگ

مقدمه :
منابع تغذيه سوئيچينگ امروزه و بخصوص از سال 1990 به اين طرف جاي خود را در تمامي دستگاه هاي الكتريكي و در صنايع الكترونيك، مخابرات، كنترل، قدرت، ماهواره ها، كشتي ها، كامپيوترها، موبايل، تلفن و … به دليل ارزاني قيمت و كم حجم بودن و راندمان بالا باز كرده اند. به همين دليل اكنون همه كشورهاي جهان حتي در جهان سوم به طراحي و ساخت اين نوع از منابع تغذيه پركاربرد مي پردازند. اما با اين وجود متأسفانه هنوز اين منبع تغذيه در ايران ناشناخته مانده و همه روزه مقدار زيادي از بيت‌المال المسلمين در راه ساخت منابع تغذيه غير ايده‌آل و يا خريد اين گونه منابع تغذيه سوئيچينگ از كشور خارج مي شود.
فصل اول
انواع منابع تغذيه
منبع تغذيه خطي
منابع تغذيه خطي منابعي هستند كه عنصر كنترل آن ها در ناحيه 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 شده اين نوع منبع تغذيه در شكل نشان داده شده است.

1-1-1مزاياي 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.
1-1-2 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 تغذية خطي معمولاً كم است دليل آن افت ولتاژ و در نتيجه اتلاف توان در عنصر كنترل است.
2- حجم زياد. يكي از معايب منبع تغذية 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
1-1-2-1 بزرگ بودن ترانس كاهندة ورودي
همان گونه كه بيان شد يكي از دلايل حجيم شدن منبع تغذيه خطي بزرگ بودن ترانس كاهندة 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
ميدان هاي الكترومغناطيسي خارجي مجبوريم كه زمين مدار را به بدنة منبع تغذية خطي متصل كنيم و در صورت نبود ترانس خطر برق گرفتگي براي كاربر وجود دارد.
3- عدم توانايي فشرده سازي به ويژه براي بهره‌وري بالا.
4- زمان نگهداري نسبتاً كوچك.
منبع تغذية 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 مي‌شوند و اين يكي از معايب منبع تغذيه خطي است كه استفاده از آن در ولتاژهاي زياد مقرون به صرفه نيست.
1-2 منبع تغذية غيرخطي (سوئيچينگ)
معايب منبع تغذية خطي مي تواند با استفاده از منبع تغذية سوئيچينگ كاهش يافته و يا حذف شود. بلوك دياگرام ساده شدة يك منبع غيرخطي (سوئيچينگ) در شكل نمايش داده شده است.

1-2-1 مزاياي منبع تغذية سوئيچينگ
منابع تغذية سوئيچينگ داراي مزايايي به شرح زير مي باشند:
1- راندمان بزرگ تر از 50%
معمولاً بازده منابع تغذيه سوئيچينگ بيشتر از بازده منابع تغذيه خطي مي باشد. بازده منابع تغذيه سوئيچينگ بين %70 تا %80 است. در منابع تغذية سوئيچينگ عنصر كنترل (سوئيچينگ) در حالت اشباع و قطع كار مي كند و توان تلفاتي پاييني دارد، در حالي كه در منابع تغذية خطي عنصر كنترل در حالت فعال كار مي كند و توان تلفاتي بالائي دارد.
2- ابعاد كوچك ترانس
در منابع تغذية خطي ترانس در فركانس 50 هرتز برق شهر كار مي‌كند. بر اين اساس انرژي نسبتاً زياد در تعداد دفعات كم به خروجي منتقل مي شود. در حالي كه در منبع تغذية سوئيچينگ با افزايش فركانس، بسته هاي انرژي كوچك تري در تعداد دفعات بيشتري منتقل مي گردد.
3- سبك بودن منبع تغذيه
بيش‌تر وزن يك منبع به ترانس آن بستگي دارد. حال اگر ترانس كوچك باشد اين منبع سبك خواهد شد.
4- كاملاً فشرده
منابع تغذيه سوئيچينگ را مي توان در بسته بندي هاي كاملاً فشرده قرار داد، چون اتلاف حرارتي كمي دارند.
5- ورودي با محدودة ديناميكي زياد
ولتاژ ورودي مي تواند در محدودة وسيعي تغيير كند در حالي كه ولتاژ خروجي ثابت باقي بماند.
6- زمان نگهداري بيش از پنج ميلي ثانيه.
در منابع تغذية سوئيچينگ زمان نگهداري بيشتر از منابع تغذية خطي است. دليل آن ولتاژ dc بالايي است كه در خازن ورودي ذخيره مي شود. از آنجائي كه انرژي ذخيره شده در خازن با مربع ولتاژ رابطه دارد به همين دليل منبع سوئيچينگ زمان نگهداري بيشتري دارد.
1-2-2 معايب منابع تغذية سوئيچينگ
1- به دليل نوع فيدبك به كار برده شده ايزولاسيون (مجزاسازي) مدار از بين مي رود و در اين حالت زمين ورودي به زمين خروجي متصل مي شود و خطر برق گرفتگي براي كاربرد به وجود مي آيد.
2- در ترانس علاوه بر تشعشع، تلفات افزايش يافته و با افزايش تلفات در ترانس، بازده آن كاهش مي يابد.
الف) مستقيم كه از طريق سيم هاي ارتباطي انتشار مي يابد.
ب) غيرمستقيم كه از طريق محيط، ارتباط برقرار مي شود.
3- نياز به حفاظت در مقابل اضافه بار
در منابع تغذية خطي و يا غيرخطي از اتصالات P-N بسيار استفاده مي شود.
هنگامي كه از يك پيوند P-N جريان DC عبور مي دهيم بيش تر جريان DC از نقاط تخت عبور مي كند. حال اگر جريان بيش از حد قابل تحمل پيوند باشد پيش از آن كه پيوند اتصال كوتاه شود، در اثر گرم شدن پيوند سيم ارتباطي آن كه با جوش اولتراسوند وصل شده جدا خواهد شد.
4- با قطع شدن فيدبك در منابع تغذية خطي افزايش ولتاژ وجود ندارد. در حالي كه در منابع تغذية سوئيچينگ با قطع شدن فيدبك، قسمت كنترلي ولتاژ خروجي را صفر مي بيند و لذا براي افزايش ولتاژ انرژي بيش تري را به خروجي منتقل مي كند. زيرا قسمت كنترلي، كاهش ولتاژ را در اثر افزايش بار مي داند. انتقال انرژي بيش تر به خروجي سبب افزايش ولتاژ خروجي مي شود تا جايي كه منجر به سوختن عناصر مدار مي شود.
5- جريان هاي يورشي زياد
جريان هاي يورشي به جريان هايي گفته مي شود كه در لحظة اول بعد از وصل شدن منبع تغذيه به علت شارژ نبودن خازن هاي مدار از ورودي دريافت مي شود.
فصل دوم
يكسوساز و فيلتر ورودي
2-1 يكسوساز ورودي
اين بخش براي تبديل ولتاژ متناوب ورودي به مقدار DC به كار مي‌رود. به منظور امكان به كارگيري منبع تغذيه در دو سيستم انتقال انرژي رايج يعني سيستم 110 و220 ولت بايد بخشي را در واحد يكسوسازي ورودي تغذيه كنيم به گونه اي كه منبع تغذيه قادر باشد به راحتي در اين دو سيستم كار كند.
2-3 مشكلات واحد يكسوساز ورودي و روش هاي رفع آن ها
1- از آنجا كه خازن هاي ورودي نقش ذخيره كننده هاي انرژي را بر عهده دارند با قطع ورودي از سيستم برق شهر انرژي زيادي در خازن ها ذخيره است و ولتاژ دو سر آن ها به كندي افت مي كند. از طرف ديگر واحد كنترل همواره سعي مي كند تا توان ثابتي در خروجي تحويل دهد. بر اين اساس كاهش تدريجي ولتاژ ورودي منجر به اين خواهد شد كه از ترانزيستورهاي سوئيچينگ ورودي، جريان بيشتري عبور كند. ادامة اين روند مشكل ساز خواهد بود. بنابراين بعد از افت ولتاژ خازن ها تا مقدار مشخص، ديگر به واحد كنترل اجازة كار داده نمي شود. در اين صورت ديگر خازن ها مسيري براي تخليه شدن ندارند.
2- مشكل ديگري كه با آن مواجه مي شويم جريان لحظه اي شديد عبوري از مدار به هنگام روشن كردن منبع تغذيه است. مقدار اين جريان يورشي با توجه به تخليه بودن خازن ها و فاز ولتاژ ورودي ممكن است بسيار زياد باشد. كه مي تواند باعث صدمه ديدن ديودهاي بخش ورودي و عموماً اتصال كوتاه آن ها و يا حتي باعث قطع شدن فيوزهاي حفاظتي شود. براي رفع اين مشكل غالباً از يكي از روش هاي زير استفاده مي شود:
الف – استفاده از NTC .
ب- استفاده از مقاومت و رله.
ج – استفاده از مقاومت و ترياك.
د – استفاده از تريستور نوري.
2-3-1 استفاده از NTC
NTC عنصري است كه با افزايش دما مقاومتش كاهش مي يابد. به دليل همين ويژگي استفاده از آن براي اين منظور مناسب است. زيرا در لحظة اول كه جريان هنوز وارد خازن ها نشده است NTC در دماي اتاق قرار دارد و مقاومت آن حدوداً مي باشد. بنابراين جريان اوليه حداكثر به حدود محدود خواهد شد و زماني كه مدار به شرايط كار عادي خود مي رسد عبور جريان باعث افزايش دماي NTC شده و مقاومت آن را تا حدود كاهش مي‌دهد كه منجر به تلفات اندكي (حدوداً 4/0 وات) خواهد شد. واضح است كه اگر از مقاومت ثابت استفاده مي شد در شرايط كار

فایل : 76 صفحه

فرمت : Word