چكيده :

كليه مدارات الكترونيكي نياز به منبع تغذيه دارند. براي مدارات با كاربرد كم قدرت از باطري يا سلولهاي خورشيدي استفاده مي شود. منبع تغذيه به عنوان منبع انرژي دهنده به مدار مورد استفاده قرار مي‌گيرد. حدود ۲۰ سال است كه سيستمهايي پر قدرت جاي خود راحتي در مصارف خانگي هم باز كرده اند و اين به دليل معرفي سيستمهاي جديد براي تغذيه مدارات قدرت است.

اين منابع تغذيه كاملاً خطي عمل مي نمايند. اين نوع منابع را منابع تغذيه سوئيچينگ مي نامند. اين اسم از نوع عملكرد اين سيستمها گرفته شده است. به اين منابع تغذيه اختصاراً SMPS نيز مي گويند. اين حروف برگرفته از نام لاتين Switched Mode Power Supplies است.

راندمان SMPS بصورت نوعي بين ۸۰% الي ۹۰% است كه ۳۰% تا ۴۰% آنها در نواحي خطي كار مي كنند. خنك كننده هاي بزرگ كه منابع تغذيه گلوله قديمي از آنها استفاده مي كردند، در SMPS ها ديگر به چشم نمي خورند و اين باعث شده كه از اين منابع تغذيه بتوان در توانهاي خيلي بالا نيز استفاده كرد.

در فركانسهاي بالاي كليدزني از يك ترانزيستور جهت كنترل سطح ولتاژ DC استفاده مي شود. با بالا رفتن فركانس ترانزيستور، ديگر خطي عمل نمي كند و نويز مخابراتي شديدي را با توان بالا توليد مي‌نمايد. به همين سبب در فركانس كليدزني بالا از المان كم مصرف Power MOSFET استفاده مي شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نيز زياد مي شود. المان جديدي به بازار آمده كه تمامي مزاياي دو قطعه فوق را در خود جمع آوري نموده است و ديگر معايب BJT و Power MOSFET را ندارد. اين قطعه جديد IGBT نام دارد. در طي سالهاي اخير به دليل ارزاني و مزاياي اين قطعه از IGBT استفاده زيادي شده است.

امروزه مداراتي كه طراحي مي شوند، در رنج فركانسي MHZ و قدرتهاي در حد MVA و با قيمت خيلي كمتر از انواع قديمي خود مي‌باشند.

فروشنده هاي اروپائي در سال ۱۹۹۰ ميلادي تا حد ۲ ميليارد دلار از فروش اين SMPS ها درآمد خالص كسب نمودند. ۸۰% از SMPS هاي فروخته شده در اروپا طراحي شدند و توسط كارخانه هاي اروپائي ساخت آنها صورت پذيرفت. درآمد فوق العاده بالاي فروش اين SMPS ها در سال ۱۹۹۰ باعث گرديد كه شاخه جديدي در مهندسي برق ايجاد شود.

اين رشته مهندسي طراحي منابع تغذيه سوئيچينگ نام گرفت.

يك مهندس طراح منابع تغذيه سوئيچينگ بايستي كه در كليه شاخه‌هاي زير تجربه و مهارت كافي كسب كند و هميشه اطلاعات بروز شده در موارد زير داشته باشند:

۱- طراحي مدارات سوئيچينگ الكترونيك قدرت.

۲- طراحي قطعات مختلف الكترونيك قدرت.

۳- فهم عميقي از نظريه هاي كنترلي و كاربرد آنها در SMPS ها داشته باشد.

۴- اصول طراحي را با در نظر گرفتن سازگاري ميدانهاي الكترومغناطيسي منابع تغذيه سوئيچينگ با محيط انجام دهد.

۵- درك صحيح از دفع حرارت دروني (انتقال حرارت به محيط) و طراحي مدارات خنك كننده موثر با راندمان زياد.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                    صفحه

فصل اول- انواع منابع تغذيه ……………………………………………………………..

۱-۱منبع تغذيه خطي ………………………………………………………………………………………………….

۱-۱-۱ مزاياي منابع تغذيه خطي ……………………………………………………………………………….

۱-۱-۲ معايب منبع تغذيه خطي ……………………………………………………………………………….

۱-۱-۲-۱ بزرگ بودن ترانس كاهنده ورودي …………………………………………………………….

۱-۲ منبع تغذيه غير خطي (سوئيچينگ) …………………………………………………………………

۱-۲-۱ مزاياي منبع تغذيه سوئيچينگ ……………………………………………………………………..

۱-۲-۲  معايب منابع تغذيه سوئيچينگ …………………………………………………………………….

فصل دوم – يكسوساز و فيلتر ورودي ………………………………………………….

۲-۱ يكسوساز ورودي …………………………………………………………………………………………………..

۲-۲ مشكلات واحد يكسوساز ورودي و روش هاي رفع آن‌ها ………………………………….

۲-۲-۱ استفاده از NTC ……………………………………………………………………………………………

2-2-2 استفاده از مقاومت و رله …………………………………………………………………………………

۲-۳-۲ استفاده از مقاومت و ترياك …………………………………………………………………………….

۲-۳-۱ روش تريستور نوري ………………………………………………………………………………………..

فصل سوم – مبدل هاي قدرت سوئيچنيگ ………………………………………….

۳-۱ مبدل فلاي بك غير ايزوله ………………………………………………………………………………….

۳-۲ مبدل فوروارد غير ايزوله ……………………………………………………………………………………..

فصل چهارم – ادوات قدرت سوئيچينگ ………………………………………………

۴-۱ ديودهاي قدرت …………………………………………………………………………………………………….

۴-۱-۱ ساختمان ديودهاي قدرت ………………………………………………………………………………

۴-۱-۲ انواع ديود قدرت ………………………………………………………………………………………………

۴-۱-۲-۱ ديودهاي با بازيابي استاندارد يا همه منظوره ……………………………………………

۴-۱-۲-۲ ديودهاي بازيابي سريع و فوق سريع …………………………………………………………

۴-۱-۲-۳ ديودهاي شاتكي ………………………………………………………………………………………….

۴-۲ ترانزيستور دوقطبي قدرت سوئيچينگ ………………………………………………………………

۴-۳ ترانزيستور ماس‌فت قدرت سوئيچينگ ………………………………………………………………

فصل پنجم – مدارهاي راه انداز ………………………………………………………….

۵-۱ مدارهاي راه‌انداز بيس ………………………………………………………………………………………….

۵-۱-۱ راه انداز شامل ديود و خازن ……………………………………………………………………………

۵-۱-۲ مدار راه انداز بهينه ………………………………………………………………………………………….

۵-۱-۳ راه اندازهاي بيس تناسبي ………………………………………………………………………………

۵-۲ تكنولوژي ساخت ترانزيستورهاي ماس‌فت …………………………………………………………

فصل ششم – واحد كنترل PWM …………………………………………………….

6-1 نحوه كنترل PWM ……………………………………………………………………………………………

6-2 معرفي تعدادي از مدارهاي مجتمع كنترل كننده PWM ……………………………..

6-2-1 مدار مجتمع مد جرياني خانواده ۵/۴/۳/۸۴۲ (۳) ……………………………..

۶-۲-۲ مدار مجتمع  كنترل كننده مُد جرياني از نوع سي‌ماس ………………….

۶-۲-۳ مدر مجتمع مد ولتاژي P/FP 16666 HA ……………………………………………….

6-2-4 مدار مجتمع مد ولتاژي  ………………………………………………………………………

۶-۲-۵ مدار مجتمع مد جرياني  …………………………………………………………………..

۶-۲-۶ مدار مجتمع مد جرياني ……………………………………………………………………

فصل هفتم – سوئيچينگ ولتاژ صفر و جريان صفر ………………………………..

۷-۱ سوئيچينگ ولتاژ صفر و جريان صفر ………………………………………………………………….

۷-۲ مبدل فلاي‌بك ولتاژ صفر ساده …………………………………………………………………………..

۷-۳ مبدل هاي سوئيچينگ نرم ولتاژ صفر ………………………………………………………………..

۷-۳-۱ مبدل تشديدي موازي …………………………………………………………………………………….

۷-۳-۲ مبدل تشديدي سري ………………………………………………………………………………………

۷-۳-۳ مبدل تشديدي سري –موازي ………………………………………………………………………..

۷-۳-۴ پل تشديدي با فاز انتقال يافته ……………………………………………………………………….

۷-۴ سوئيچينگ نرم جريان صفر ………………………………………………………………………………..

فصل هشتم – تجزيه و تحليل چند منبع تغذيه سوئيچينگ  …………………

۸-۱ مدار مجتمع  ……………………………………………………………………………………………..

۸-۲ مدار مجتمع ……………………………………………………………………………………………

۸-۳ مدار مجتمع P/FP 16666HA ……………………………………………………………………….

8-4 مدار مجتمع ……………………………………………………………………………………………

۸-۵ مدار مجتمع ……………………………………………………………………………………………

۸-۶ مدار مجتمع TOPxxx …………………………………………………………………………………….

فصل نهم – برخي ملاحظات جانمايي ……………………………………………………

مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………….

۹-۱ سلف ………………………………………………………………………………………………………………………

۹-۲ فيدبك …………………………………………………………………………………………………………………..

۹-۳ خازن هاي فيلتر …………………………………………………………………………………………………..

۹-۴ مسير زمين ………………………………………………………………………………………………………………………

۹-۵ چند نمونه طرح جانمايي …………………………………………………………………………………….

۹-۶ خلاصه …………………………………………………………………………………………………………………..

۹-۷ فهرست قوانين طرح جانمايي ……………………………………………………………………………..

دانلود فايل