مقدمه:
منابع تغذیه سوئیچینگ امروزه و بخصوص از سال ۱۹۹۰ به این طرف جای خود را در تمامی دستگاه های الكتریكی و در صنایع الكترونیك، مخابرات، كنترل، قدرت، ماهواره ها، كشتی ها، كامپیوترها، موبایل، تلفن و… به دلیل ارزانی قیمت و كم حجم بودن و راندمان بالا باز كرده اند. به همین دلیل اكنون همه كشورهای جهان حتی در جهان سوم به طراحی و ساخت این نوع از منابع تغذیه پركاربرد می پردازند. اما با این وجود متأسفانه هنوز این منبع تغذیه در ایران ناشناخته مانده و همه روزه مقدار زیادی از بیت المال المسلمین در راه ساخت منابع تغذیه غیر ایده آل و یا خرید این گونه منابع تغذیه سوئیچینگ از كشور خارج می شود.
چكیده:
كلیه مدارات الكترونیكی نیاز به منبع تغذیه دارند. برای مدارات با كاربرد كم قدرت از باطری یا سلولهای خورشیدی استفاده می شود. منبع تغذیه به عنوان منبع انرژی دهنده به مدار مورد استفاده قرار می گیرد. حدود ۲۰ سال است كه سیستمهایی پر قدرت جای خود راحتی در مصارف خانگی هم باز كرده اند و این به دلیل معرفی سیستمهای جدید برای تغذیه مدارات قدرت است.
این منابع تغذیه كاملاً خطی عمل می نمایند. این نوع منابع را منابع تغذیه سوئیچینگ می نامند. این اسم از نوع عملكرد این سیستمها گرفته شده است. به این منابع تغذیه اختصاراً SMPS نیز می گویند. این حروف برگرفته از نام لاتین Switched Mode Power Supplies است.
راندمان SMPS بصورت نوعی بین ۸۰% الی ۹۰% است كه ۳۰% تا ۴۰% آنها در نواحی خطی كار می كنند. خنك كننده های بزرگ كه منابع تغذیه گلوله قدیمی از آنها استفاده می كردند، در SMPS ها دیگر به چشم نمی خورند و این باعث شده كه از این منابع تغذیه بتوان در توانهای خیلی بالا نیز استفاده كرد.
در فركانسهای بالای كلیدزنی از یك ترانزیستور جهت كنترل سطح ولتاژ DC استفاده می شود. با بالا رفتن فركانس ترانزیستور، دیگر خطی عمل نمی كند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید می نماید. به همین سبب در فركانس كلیدزنی بالا از المان كم مصرف Power MOSFET استفاده می شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نیز زیاد می شود. المان جدیدی به بازار آمده كه تمامی مزایای دو قطعه فوق را در خود جمع آوری نموده است و دیگر معایب BJT و Power MOSFET را ندارد. این قطعه جدید IGBT نام دارد. در طی سالهای اخیر به دلیل ارزانی و مزایای این قطعه از IGBT استفاده زیادی شده است.
امروزه مداراتی كه طراحی می شوند، در رنج فركانسی MHZ و قدرتهای در حد MVA و با قیمت خیلی كمتر از انواع قدیمی خود می باشند.
فروشنده های اروپائی در سال ۱۹۹۰ میلادی تا حد ۲ میلیارد دلار از فروش این SMPS ها درآمد خالص كسب نمودند. ۸۰% از SMPS های فروخته شده در اروپا طراحی شدند و توسط كارخانه های اروپائی ساخت آنها صورت پذیرفت. درآمد فوق العاده بالای فروش این SMPS ها در سال ۱۹۹۰ باعث گردید كه شاخه جدیدی در مهندسی برق ایجاد شود.
این رشته مهندسی طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ نام گرفت.
یك مهندس طراح منابع تغذیه سوئیچینگ بایستی كه در كلیه شاخه های زیر تجربه و مهارت كافی كسب كند و همیشه اطلاعات بروز شده در موارد زیر داشته باشند:
۱- طراحی مدارات سوئیچینگ الكترونیك قدرت.
۲- طراحی قطعات مختلف الكترونیك قدرت.
۳- فهم عمیقی از نظریه های كنترلی و كاربرد آنها در SMPS ها داشته باشد.
۴- اصول طراحی را با در نظر گرفتن سازگاری میدانهای الكترومغناطیسی منابع تغذیه سوئیچینگ با محیط انجام دهد.
۵- درك صحیح از دفع حرارت درونی (انتقال حرارت به محیط) و طراحی مدارات خنك كننده موثر با راندمان زیاد.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول- انواع منابع تغذیه…
۱-۱منبع تغذیه خطی…
۱-۱-۱ مزایای منابع تغذیه خطی…
۱-۱-۲ معایب منبع تغذیه خطی…
۱-۱-۲-۱ بزرگ بودن ترانس كاهنده ورودی…
۱-۲ منبع تغذیه غیر خطی (سوئیچینگ)…
۱-۲-۱ مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ…
۱-۲-۲ معایب منابع تغذیه سوئیچینگ…
فصل دوم – یكسوساز و فیلتر ورودی…
۲-۱ یكسوساز ورودی…
۲-۲ مشكلات واحد یكسوساز ورودی و روش های رفع آن ها…
۲-۲-۱ استفاده از NTC…
۲-۲-۲ استفاده از مقاومت و رله…
۲-۳-۲ استفاده از مقاومت و تریاك…
۲-۳-۱ روش تریستور نوری…
فصل سوم – مبدل های قدرت سوئیچنیگ…
۳-۱ مبدل فلای بك غیر ایزوله…
۳-۲ مبدل فوروارد غیر ایزوله…
فصل چهارم – ادوات قدرت سوئیچینگ…
۴-۱ دیودهای قدرت…
۴-۱-۱ ساختمان دیودهای قدرت…
۴-۱-۲ انواع دیود قدرت…
۴-۱-۲-۱ دیودهای با بازیابی استاندارد یا همه منظوره…
۴-۱-۲-۲ دیودهای بازیابی سریع و فوق سریع…
۴-۱-۲-۳ دیودهای شاتكی…
۴-۲ ترانزیستور دوقطبی قدرت سوئیچینگ…
۴-۳ ترانزیستور ماس فت قدرت سوئیچینگ…
فصل پنجم – مدارهای راه انداز…
۵-۱ مدارهای راه انداز بیس…
۵-۱-۱ راه انداز شامل دیود و خازن…
۵-۱-۲ مدار راه انداز بهینه…
۵-۱-۳ راه اندازهای بیس تناسبی…
۵-۲ تكنولوژی ساخت ترانزیستورهای ماس فت…
فصل ششم – واحد كنترل PWM…
۶-۱ نحوه كنترل PWM…
۶-۲ معرفی تعدادی از مدارهای مجتمع كنترل كننده PWM…
۶-۲-۱ مدار مجتمع مد جریانی خانواده ۵/۴/۳/۸۴۲ (۳)…
۶-۲-۲ مدار مجتمع كنترل كننده مُد جریانی از نوع سی ماس…
۶-۲-۳ مدر مجتمع مد ولتاژی P/FP ۱۶۶۶۶ HA…
۶-۲-۴ مدار مجتمع مد ولتاژی…
۶-۲-۵ مدار مجتمع مد جریانی…
۶-۲-۶ مدار مجتمع مد جریانی…
فصل هفتم – سوئیچینگ ولتاژ صفر و جریان صفر…
۷-۱ سوئیچینگ ولتاژ صفر و جریان صفر…
۷-۲ مبدل فلای بك ولتاژ صفر ساده…
۷-۳ مبدل های سوئیچینگ نرم ولتاژ صفر…
۷-۳-۱ مبدل تشدیدی موازی…
۷-۳-۲ مبدل تشدیدی سری…
۷-۳-۳ مبدل تشدیدی سری –موازی…
۷-۳-۴ پل تشدیدی با فاز انتقال یافته…
۷-۴ سوئیچینگ نرم جریان صفر…
فصل هشتم – تجزیه و تحلیل چند منبع تغذیه سوئیچینگ…
۸-۱ مدار مجتمع…
۸-۲ مدار مجتمع…
۸-۳ مدار مجتمع P/FP ۱۶۶۶۶ HA…
۸-۴ مدار مجتمع…
۸-۵ مدار مجتمع…
۸-۶ مدار مجتمع TOPxxx…
فصل نهم – برخی ملاحظات جانمایی…
مقدمه…
۹-۱ سلف…
۹-۲ فیدبك…
۹-۳ خازن های فیلتر…
۹-۴ مسیر زمین…
۹-۵ چند نمونه طرح جانمایی…
۹-۶ خلاصه…
۹-۷ فهرست قوانین طرح جانمایی…
مقاله آموزشی آشنایی با شهر سبزوار به همراه متن انگلیسی