دانلود مقاله منابع تغذیة سوئیچینگ و خطی

اختصاصی از حامی فایل دانلود مقاله منابع تغذیة سوئیچینگ و خطی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

تعداد صفحات : 31 صفحه     -     

قالب بندی :  word        

منابع تغذیة سوئیچینگ و خطی

انتخاب بین یک منبع تغذیة خطی یا سوییچینگ می­تواند بر اساس کاربرد آنها انجام شود. هر یک مشخصات مزایا و معایب خاص خود را دارند همچنین حوزه­های متعددی وجود دارد که تنها یکی از این دو نوع می­تواند مورد استفاده قرار گیرند و یا کاربردهایی که یکی از بر دیگری برتری دارد.

مزایای منابع تغذیة خطی:

1- نخست سادگی (طرح مدار بسیار ساده است و با قطعات کمی به راحتی پایدار می­شود).

2- دوم قابلیت تحمل بار زیاد نویز ناچیز یا کم در خروجی و زمان پاسخ دهی بسیار کوتاه

3- برای توان­های کمتر از w10 ارزانتر از مدارهای مشابه سوییچینگ تمام می­شود.

معایب منابع تغذیة خطی (معایب این گونه منابع به طور کلی قابل رفع نیستند ولی به کمک طراحی بهتر قابل کاهش می­باشند).

1- نخست آنکه تنها به صورت یک رگولاتور کاهنده قابل کاربرد هستند (ورودی باید حداقل 2 یا 3 ولت بیشتر از خروجی باشد).

2- عدم انعطاف پذیری تغذیه، افزودن هر خروجی مستلزم اضافه کردن سخت افزار زیادی است.

3- بهرة متوسط چنین منابعی کم و نوعاً 30% تا 40% است. این تلفات توان درترانزیستور خروجی تولید حرارت می­کند و نیاز به ترانزیستور قویتری را مطرح می­کند، تا حدود w15 روشهای معمول مفید است ولی بیش از آن نیاز به سرمایش تحت فشار وجود دارد.

تمامی این معایب در تغذیه­های سوییچینگ رفع شده است، که عبارتند از:

1- 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.

2- به دلیل اینکه قدرت خروجی از یک ولتاژ DC بریده شده که به شکل AC، در یک قطعة مغناطیسی ذخیره می­شود، تأمین می­گردد. لذا با اضافه کردن تنها یک سیم پیچ می­توان خروجی دیگری را به دست آورد، که در مقام مقایسه بسیار ارزانتر و ساده تر تمام می­شود.

به علاوه به دلیل افزایش فرکانس کاری به حدود 50 تا KHz60 اجزاء ذخیره کنندة انرژی می­تواند خیلی کوچکتر انتخاب شوند.

3- برخلاف منابع خطی، در توان­های بالا قابل استفاده هستند.

همة این موارد به کاهش هزینه و توان تلفاتی و افزایش بهره­دهی و انعطاف پذیری منجر می­شود. معایب این منابع ناچیز بوده، و به کمک طراحی بهینه قابل رفع می­باشد.

اولاً طرح چنین منابعی اصولاً مشکل و پیچیده است.

دوماً نویز قابل ملاحظه­ای از آنها به محیط انتشار می­یابد و این اشکالی است که نباید در مرحلة طراحی نادیده گرفته شود. و با کمک فیلتر و محافظ به نحو چشمگیری کاهش می­یابد.

سوماً به دلیل ماهیت کار این منابع که بر اساس برش یک ولتاژ DC استوار است، زمان رسیدن ولتاژ خروجی به مقدار مطلوب در مقایسه با منابع خطی زیاد است، این زمان اصطلاحاً زمان پاسخ ناپایدار نامیده می­شود.

تمامی این موارد در جهت کاهش کارآمدی انعطاف پذیری و افزایش قیمت هستند ولی با طراحی بهتر قابل بهبود می­باشند.

البته هر یک از این منابع حوزه­های کاری خود را دارند، عموماً برای مدارهای با راندمان و ولتاژ بالا مثل مدارهای تغذیه شونده با باطری­های قابل حمل تغذیة سوییچینگ برتری دارد، ولی برای ولتاژهای ثابت و کم منابع خطی ارزانتر و ارجح هستند.

کارکرد منبع تغذیة سوییچینگ

اگر یک رگولاتر سوییچینگ (منابع تغذیة سوییچینگ گاهی رگولاتور سوییچینگ هم نامیده می­شوند) به عنوان یک جعبه سیاه در نظر گرفته شود در این صورت با یک منبع خطی تفاوتی ندارد.

ولی رگولاتور خطی بر اساس تأمین جریان و ولتاژ مطلوب در خروجی به وسیله یک نیمه­هادی باید تلف شود که بعضاً زیاد هم هست و مهمترین عامل پایین بودن راندمان می­باشد.

دلیل این امر هم کارکرد ترانزیستور در حالت خطی است یعنی جایی که ولتاژ دوسر سوییچ و جریان عبوری آن هر دو زیاد است.

در حالی که در یک منبع از نوع سوییچنیگ تغییر سطح ولتاژ خروجی از طریق تغییر در نسبت روشن به خاموش یا اصطلاحاً زمان کارکرد تراتزیستور خروجی انجام می­گیرد. به دلیل کارکرد تراتزیستور در حالت خاموش و روشن تلفات در نیمه­هادی در مقایسه با حالت خطی خیلی کم است.

دلیل نامگذاری این منابع به نامهای خطی و سوییچینگ هم همین حالات کارکرد عنصر نیمه هادی است.

منابع تغذیه سوییچینگ به دو نوع کلی قابل تقسیم بندی هستند:

فوروارد                             forward

فلای بک                           flyback

با وجود شباهتهای فراوان تفاوتهای متمایز کننده­ای  هم وجود دارد. نحوة عملکرد و چگونگی قرارگیری عنصر مغناطیسی تعیین کنندة نوع مدار است.

عناصر اصلی هر یک از انواع این منابع عبارتند از:

• یک منبع سوییچ جهت تهیهة موج PWM
• القاگر (در مورد منابع پیشرفته تر القاگر جای خود را به ترانس می­دهد).
• سوییچ قدرت
• یکسو کننده
• خازن ذخیره کنندة انرژی در خروجی
• شبکه­های حس کننده و عمل کنندة باز خورد

1-2: رگولاتور سوییچینگ حالت فوروارد

آرایش کلی منابع نوع فوروارد مطابق مدار شکل زیر است.

سوییچ قدرت امکان دارد یک ترانزیستور قدرت یا یک MOSFET باشد. همچنین امکان وجود یک ترانسفورمر به جای القاگر به منظور تغییر سطح ولتاژ و ایجاد ایزولاسیون وجود دارد. (اولیة این ترانس جای القاگر را می­گیرد و ثانویه آن بار و فیلتر خروجی را تغذیه می­کند).

القاگر یک عنصر ذخیره کنندة انرژی است. و عملکرد مدار خیلی شبیه پیستون و چرخ طیار می­باشد.

همان طوری که هنگامی که پیستون انرژی ندارد انرژی از سوی چرخ طیار تأمین می­شود و در چرخه بعدی پیستون به مجموعه چرخ طیار انرژی می­دهد؛ هنگامی که سوییچ باز است با چرخش جریان از طریق دیود انرژی از سوی القاگر تأمین می­شود و در چرخه بعدی با بسته شدن سوییچ القاگر مجدداً توسط منبع Vin انرژی دار می­شود.