[آموزش] آموزش سوئیچینگ به زبان ساده

[ناصر منتظری]

ترکیب بوست

ترکیب بعدی ترکیب بوست هست .
در این ترکیب هم میشه سوئیچ رو یه بار باز تصور کرد و یه بار بسته و مدار رو تحلیل کرد:


وقتی که سوئیچ بسته است انرژی داخل سلف ذخیره میشه
وقتی سوئیچ باز میشه در سلف خودالقایی شکل می گیره و پلاریته سلف عوض میشه ولی جهت جریانش همونه و اینبار انرژی ذخیره شده در سلف که خودش رو به شکل ولتاژ خودالقایی نشون میده با ولتاژ منبع جمع میشه و دیود رو هادی می کنه و در خازن ذخیره میشه



مد ناپیوسته هم داره که شکل موج ها این طوری میشن : oo:

مد ناپیوسته وقتی بوجود میاد که انرژی ذخیره شده تو سلف خیلی کم باشه.
محاسبه سلف هم می تونید در سایت زیر پیدا کنید :
http://en.wikipedia.org/wiki/Boost_converter
محاسبه خازن هم مثل رگولاتور باک هست
در اینجا ولتاژ سوئیچ باید ولتاژ زیادی باشه و بتونه جمع ولتاژ ورودی و خروجی رو تحمل کنه
دیود هم از نوع فست هست و ولتاژ قابل تحملش باید از جمع ولتاژ خروجی و ورودی بیشتر باشه
سلف هم باید سلفی باشه که به اشباع نره و دارای مدار مغناطیسی باز باشه مثل سلف بشکه ای
البته اینجا هم میشه دیود رو حذف کرد و به جاش یه ماسفت گذاشت ماسفت اینجا کار دیود رو انجام میده و حتی بهتر از دیود هم عمل می کنه و بنابراین میشه یه بوست قوی و فرکانس بالا ساخت که به نام سینکرونوس بوست می شناسنش :


فرمول رگولاتور بوست هم به صورت زیر میشه نوشت :

که اگه بررسی کنیم می بینیم جون مقدار D.C یا همون دیوتی سایکل یا همون D همیشه کمتر از یک هست پس ولتاژ خروجی رگولاتور بوست همیشه بیشتر از مقدار ولتاژ ورودی است.
ای سی های رگولاتور بوست هم بسیار زیاد هستند مثلا LM2577 :

[ناصر منتظری]

رگولاتور بوست و یک کاربرد مهم آن به نام PFC boost pre regulator

در ورودی هر منبع تغذیه یک فیلتر خط قرار می گیرد تا بتواند نویز های تولید شده در منبع تغذیه را حذف کند.
همان طور که گفته شد منبع سوئیچینگ نویز ها و اعوجاج های زیادی را ایجاد می کند هم در ورودی هم در خروجی
در خروجی می توان با فیلتر های ال سی این اعوجاج ها و ریپل ها را کم کرد و در ورودی باید لاین فیلتر گذاشت
لاین فیلتر یک نوع فیلتر است که این اعوجاج های مزاحم را از بین می برد و برای منابع سوئیچ حتما باید استفاده شود.
سلفی که در لاین فیلتر استفاده میشه در عکس نشون داده شده که هر دو سلف روی یک هسته پیچیده میشن تا میدان های مغناطیسی شون هم دیگرو از بین ببره و بتونه در برابر فرکانس های بالا یک مقاومت خوب رو نشون بده


http://eis.apitech.com/images/large/power_line06.gif
http://i00.i.aliimg.com/photo/v4/785979288/Power_line_filter_IEC_inlet_EMI_filter.jpg
در ورودی پاور کامپوتر هم یک لاین فیلتر قرار دارد زیرا پاور کامپیوتر هم سوئیچینگ است.
اما هنگامی که توان بالاتر می رود باید واحد اصلاح ضریب قدرت نیز اضافه شود. همچنین به علت وجود خازن های صافی بعد از پل دیود شکل موج جریان یک شکل غیر سینوسی می شود و طبق اصل فوریه هر موج غیر سینوسی از چند موج سینوسی تشکیل شده است که همین امر موجب می شود تا هارمونیک های منبع تغذیه وارد شبکه برق شده و تاثیرات نا مطلوب خود را اشکار سازد ، برای جلوگیری از هامونیک های مزاحم و همچنین کوچک تر شدن خازن صافی از پری رگولاتور استفاده می شود. پری رگولاتور بوست می تواند علاوه بر اصلاح ضریب قدرت یک ولتاژ دی سی کاملا صاف را در خروجی تولید کند و همچین از جریان های لحظه ای زیاد نیز جلوگیری میکند . همچنین می تواند جریان های inrush current را نیز حذف کند جریان های یورشی یا اینراش به علت وجود خازن ها که در ابتدا مانند یک اتصال کوتاه عمل می کند ، بوجود می آید.
در شکل زیر یکسوساز با بار اهمی خازنی را مشاهده می کنیم :

همانطور که مشاهده می شود جریان به رنگ قرمز نمایش داده شده است که کاملا غیر سینوسی بوده و هارمونیک های زیادی را بوجود می آورد و این جریان می تواند در توان های بالا بسیار خطرناک باشد و به خود دستگاه یا سایر تجهیزات آسیب برساند یکی از آثار نا مطلوب آن داغ شدن زیاد سیم ها و ذوب شدن آنهاست. در تصویر زیر واحد اصلاح ضریب قدرت نیز اضافه شده است که مشاهده می شود جریان نیز همانند ولتاژ کاملا سینوسی شده است و در خروجی نیز ولتاژ دی سی کاملا صافی برقرار است و ریپل ندارد همچنین از خازنهای کوچکتری نیز استفاده شده است.

اما در حالت قبل ریپل وجود داشت و همچنین خازنها بزرگتر بودند. در شکل زیر ریپل خروجی با رنگ قرمز نمایش داده شده است. و پیک های جریان نیز به رنگ بنفش مشاهده می شود. در صورتی که اگر واحد پری رگولاتور وجود داشته باشد شکل موج جریان به صورت زرد رنگ در می آید که محاسن زیادی در پی دارد.

حال با یک رگولاتور بوست و یک لاین فیلتر یک پری رگولاتور درست میشه که می تونه تمام فاکتور های نامطلوب گذشته را اصلاح کند از جمله اقدامات خوبی که انجام میده میشه به موارد زیر اشاره کرد : :applause:
کاهش جریان پل دیود ، اصلاح ضریب قدرت ، حذف جریان های یورشی ، حذف جریان های ضربه ای و حذف هامونیکها ، حذف ریپل ولتاژ خروجی . کوچک شدن خازن صافی
در شکلهای زیر تاثیر هارمونیکی بار خازنی برای یکسوساز مشاهده می شود . در شکل آخر نیز پری رگولاتور قرار گرفته است و جریان نیز به شکل سینوسی در آمده است.

طرز کار این پری رگولاتور به این صورت است که توسط یک مبدل بوست و یک پی اف سی کنترلر که با pwm کار می کند شکل موج جریان را به صورت یک موج مثلثی با فرکانس بالا در می آورد و سپس یک لاین فیلتر این موج را به موج سینوسی تبدیل می کند. در شکل زیر شکل موج ها نشان داده شده است.همانگونه که مشاهده می شود جریان ورودی کاملا سینوسی شده است و می توان به راحتی آنرا به منابع تغذیه سوئیچینگ توان بالا متصل کرد و تمام فاکتور های مزاحم نیز حذف شده است.ای سی های پری رگولاتور به وفور در اینترنت یافت می شوند و مدارات ساده ای هم دارند و در خروجی یک ولتاژ ثابت و بدون ریپل به ما می دهند که می تواند برای مدارات تغذیه سوئیچینگ بسیار مفید باشد.

اگر مدارات تغذیه از Pre regulator boost active power factor correction یا همون پری رگولاتور بوست استفاده کنند و با یه استارت پ دیگه کلا مشکل اینراش کارنت یا همون جریان ضربه یا به عبارت بهتر جریان هجومی کلا حل میشه و دیگه نیازی هم به ان تی سی یا مدارهای رله مقاومتی و یا تریستوری نیست و مدار کاملا بهینه میشه .
این هم نمونه از شکل این مدارات :

اینم یه کاربرد مهم رگولاتور بوست بود که امروزه استفاده فراوانی داره در سیستم های سوئیچینگ :read:

[ناصر منتظری]

باک - بوست

ترکیب بعدی ترکیب باک - بوست هست که هم می تونه ولتاژ رو کم کنه و هم می تونه ولتاژ رو افزایش بده

بازم میشه سوئیچ رو یه بار باز فرض کرد و یه بار بسته

وقتی سوئیچ بسته است انرژی داخل سلف ذخیره میشه و وقتی باز میشه خود القایی سلف خازن رو شارژ می کنه و دیود هادی میشه
نکته خیلی جالب اینه که باک - بوست پلاریته ولتاژ رو بر عکس می کنه و دلیلش هم خود القایی سلف هست.

روابط رو در سایت زیر ببینید:
http://en.wikipedia.org/wiki/Buck%E2%80%93boost_converter
و مهمترین رابطه اینه :

که نشون میده ولتاژ خروجی می تونه کمتر یا بیشتر از ورودی باشه ولی پلاریته برعکس ولتاژ ورودی هست.
دو تصویر زیر هم مروری است بر آنچه تا به حال گفته شد :


ای سی های زیادی هم برای این مبدل ها تولید شده اند که برای اطلاعات بیشتر به سایت لینیر مراجعه کنید، که می تونید ولتاژ جریان های ورودی و خروجی رو مشخص کنید تا ای سی مورد نظرتون رو پیدا کنید . :wow: :wow:
http://www.linear.com/products/Switching_Regulator
باک و بوست و باک بوست به پایان رسید.

[ناصر منتظری]

مقایسه سوئیچ ها

در مدارات سوئیچینگ از سه قطعه برای عنصر سوئیچ استفاده میشه که می خوایم اونا رو توضیح بدیم:
BJT & MOSFET & IGBT
BJT:
ترانزیستور معمولی که نیاز به معرفی نداره
http://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor
http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B2%DB%8C%D8%B3%D8%AA%D 9%88%D8%B1
مهمترین نکته هایی که باید اشاره کنم اینه :
برخی از ترانزیستور ها می تونن تو فرکانس های خیلی بالا کار کنن
و ترانزیستور عنصر کنترل شونده با جریان هست و کنترلش با جریان انجام میشه پس نمیشه جریان های بالا رو باهاش سوئیچ کرد چون برای قطع و وصل یک جریان بالا خودش نیاز به جریان بالا برای درایو داره و همین باعث میشه که تلفات کنترلی داشته باشیم یعنی تلفات برای روشن کردن خود سوئیچ :sad: که این امر اصلا مطلوب نیست.
خوبی ترانزیستور هم اینه که با یه ولتاژ کم میشه روشنش کرد البته در جریان پایین
افت ولتاژ کلکتور امیتر هم در حالت روشنی یه عدد ثابت هست البته تقریبا یه عدد ثابته پس در توان های کم تلفات خیلی کمی داره

MOSFET:
http://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_MOSFET
http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%A7%D8%B3%D9%81%D8%AA
ماسفت که از کلمه metal–oxide–semiconductor field-effect transistor گرفته شده یک قطعه است که با ولتاژ کنترل میشه
انواع مختلفی داره مثل نوع N و P و نوع تشکیل شونده و تهی شونده
البته امروزه پیشرفت زیادی کردن و ماسفت های سوپرجانکشن و هگزفت و ... هم ساخته شده که همه این ماسفت ها ساختار داخلی شون با هم فرق داره و برخی هاشون پارامترهای بهتری دارن
ماسفت برای روشن شدن به ولتاژ بالای 7 ولت نیاز داره تا کامل روشن شه و چون گیت عایق شده است جریان خیلی کمی میکشه البته در فرکانس های بالا گیت به علت خازن ذاتی مثل اتصال کوتاه عمل می کنه که باعث میشه ماسفت در فرکانس های بالا مثلا بالاتر از یک مگاهرتز کار نکنه و یا مجبور بشیم از ماسفت های خاصی استفاده کنیم که به مسفت یا mesfet مشهورن.
پرکاربرد ترین ماسفت در سوئیچینگ ماسفت تشکیل شونده نوع N هست که ساختار داخلیش به شکل زیره :

وقتی به گیت سورس ولتاژی ندهیم ماسفت خاموشه و مقاومت بین درین سورس بسیار بالاست
اما وقتی ولتاژی حدود 10 ولت به گیت سورس اعمال میشه یه کانال بین درین سورس تشکیل میشه و باعث میشه درین به سورس وصل شه البته یک مقاومت کم بین درین سورس هنوز وجود داره که به نام Rds(on) : l می شناسن که هر چه کمتر باشه بهتره
IGBT:
آی جی بی تی ها نیز مثل ماسفت عناصر کنترل شونده با ولتاژ هستن
http://en.wikipedia.org/wiki/Insulated-gate_bipolar_transisto
IGBT ها دارای ریتینگ نسبتا بالایی هستن و نسبت به ماسفت ها ولتاژ و جریان بالاتری رو می تونن تحمل کنن
فرق ماسفت با ای جی بی تی در جریان های بالا معلوم میشه
افت ولتاژ دو سر ماسفت تابع جریان هست ولی افت ولتاژ دو سر ای جی بی تی تغییرات کمتری رو با تغییرات جریان دارن یعنی اگه بخوایم تو جریان بالا از ماسفت استفاده کنیم تلفات بیشتر میشه
ای جی بی تی ها نمی تونن در فرکانس بالا کار کنن اما برای قدرت های خیلی بالا مناسب هستن پس سرعت خیلی پایینی دارن ولی قدرت خیلی بالایی دارن و کلا ای جی بی تی میشه پیدا کرد اندازه ی آجر
نسبت به ماسفت سخت تر درایو میشن و برای اینکه کاملا روشن بشن به 15 ولت نیاز دارن و برای خاموشی حتما باید پایه گیت به امیتر وصل شود و اگر وصل نشود ای جی بی تی می سوزد به این پدیده پدیده قفل شدگی می گن.
بهتره برای درایو ماسفت و ای جی بی تی از درایو توتم پل استفاده کرد توتم پل یه مداری هست که با استفاده از دو ترانزیستور یا ماسفت در موقع روشن ولتاژ مورد نیاز گیت رو تامین می کنه و موقع خاموشی گیت رو به امیتر (سورس در ماسفت ) اتصال کوتاه می کنه

[ناصر منتظری]

خلاصه

سلام تا اینجای آموزش سوئیچ خودمم نفهمیدم چی شده oo: ولی کلا چی شده ؟؟؟ oo:
به همین خاطر یه مروری داریم بر آنچه گذشت. :biggrin:
در مقدمه گفتیم :
برای ساخت یک منبع ، آمپلی فایر و ... باید از ترانزیستور استفاده کرد.
ترانزیستور در ناحیه خطی یا فعال مثل یه مقاومت متغییر با کنترل اتوماتیک عمل می کنه پس کلی تلفات و گرما داریم :sad: :angry:
اما در سوئیچینگ ترانزیستور در ناحیه قطع و اشباع عمل می کنه و میشه مثل کلید ، کلید هم که تلفات نداره ! البته سوئیچ های ما یکم تلفات دارن !
در باک گفتیم :
این مبدل کاهنده است.
توسط مدار کنترلر به کمک PWM خروجی رو تنظیم می کنه
برای سلف باید از سلف های بشکه ای استفاده بشه ( سلف دارای مدار مغناطیسی باز باید باشه)
دیود هم باید فست باشه که بعضی جاها به جای دیود از ماسفت استفاده میشه و مدار میشه سینکرونوس باک ( چه با کلاس )
در بوست گفتیم :
این ترکیب ولتاژ رو افرایش میده
مقدار ولتاژی که در سلف به شکل خود القایی ظاهر میشه با ولتاژ منبع جمع میشه میره تو خروجی (اینطوری افزایش میده )
ترکیب سینکرونوس بوست هم داریم که خیلی پرکاربرد هست (برای توان های بالاتر )
یه کاربرد بوست استفاده به عنوان پری رگولاتور هست که باعث میشه در یک منبع تغذیه به جای یکسوساز معمولی که در توان های بالا کلی مشکل ایجاد می کنه یه مدار بزاریم که کلی محاسن داره و معایب قبلی رو جبران می کنه و حتی اندازه مدار رو کوچیک می کنه و اقتصادی تره و خیلی خوبه ولی نمیدونم چرا بعضیا استفاده نمی کنن :angry: !
در باک بوست هم گفتیم :
هم میشه افزایش ولتاژ داشت و هم کاهش ولتاژ ولی پلاریته خروجی عکس ورودی هست. ( به کسی نگید اینو من بهتون گفتما [-X: با یه ترکیب باک-بوست و یک منبع ولتاژ خوب میشه یه منبع دوبل خوب درست کرد البته یکم سخته ! :eek: )
سوئیچ ها رو هم مقایسه کردیم :
BJT: کنترل جریانی (:| ، سرعت بالا البته بعضیاش ، کاربرد در توان کم ، ارزونه :biggrin:
MOSFET : کنترل ولتاژی :applause: ، سرعت متوسط ، کاربرد در توان متوسط ، قیمت مناسب ، دوست داشتنی ، تلفات کم در جریان کم
IGBT : کنترل ولتاژی :biggrin: ، سرعت کم :sad: ، قیمت بالا ، تلفات کم در جریان زیاد :applause: ، تلفات زیاد در جریان کم :eek: ، در ضمن یکم ازار میده ادمو اول اینکه باید 15 ولت بدی تا روشن شه بعد هم باید گیت و امیترشو بهم وصل کنی (البته به صورت الکترونیکی ) تا نسوزه ، کلا ماسفت خیلی بهتره ولی ماسفت جریان بالا نداریم اما IGBT داریم اندازه آجر میشه باهاش ساختمون ساخت :surprised:
اینم یه عکس دسته جمعی از ترکیبها :

[ناصر منتظری]

سوال ها و جواب ها (خلاصه)

سلام
برخی از سوالهایی که پرسیده شد خیلی خوب بود و به همین خاطر یک بار برای دوستان اینجا قرار میدم.
1- ایا میشه با رگولاتور باک و تغذیه از برق شهر یک منبع تغذیه ساخت ؟
بله امکانش هست اما به دلیل ایزوله نبودن باک امکان برق گرفتگی وجود داره و بهتره از توپولوژی های پیشرفته تر استفاده کنیم.
2- رابطه بین سلف و انرژی ؟
W= 0.5 * L * I^2
3- توضیح خود القایی سلف (در باک) ؟
وقتی که کلید باز میشه سلف خود القایی ایجاد می کنه در حقیقت خود القایی می خواد نزاره جریان صفر بشه پس سعی می کنه یه ولتاژ ایجاد کنه که بتونه جریان رو ادامه بده یعنی اگر قبلا پلاریته اش از ورودی به خروجی بوده حالا برعکس میشه یعنی از خروجی به ورودی میشه و اگه بخوایم سلف رو مثل باتری فرض کنیم اینبار پایه + اش به سمت خازن هست پس باعث میشه جریان از خازن رد بشه و بیاد از این طرف در جهت موافق دیود قرار بگیره و دیود رو هادی کنه و به پایه - سلف برگرده

4- توضیح عمل رینگینگ (در باک) ؟
هر دیود یه خازن ذاتی داره به خاطر فیزیک نیمه هادیش
برای عمل رینگینگ مقدار جریان بار خیلی کم هست
وقتی سوئیچ وصل میشه جریان کمی از سلف می گذره و انرژی کمی در سلف ذخیره میشه
وقتی سوئیچ باز میشه انرژی سلف که باید بره تو خروجی به علت کم بودن زود تموم میشه و جریان سلف به صفر میرسه
وقتی جریان سلف به صفر رسید :
خازن خروجی می خواد خازن ذاتی دیود رو شارژ کنه به همین خاطر یه جریان کم شکل میگیره دوباره سلف یه خود القایی کوچیک ایجاد می کنه و این عمل به طور کامل یه بار دیگه تکرار میشه و در نهایت یه موج سینوسی ایجاد میشه که این موج سینوسی که در این سیستم به وجود اومده مثل نویز و پارازیت می تونه مدار رو بر هم بزنه و یا موجب روشن شدن بی خود سوئیچ بشه
5- تفاوت سلف ها ؟
سلف تیروئیدی دارای مدار مغناطیسی بسته است و اگر در جریان بالا استفاده بشه کلی تلفات ایجاد می کنه و داغ میشه
در دیتا شیت آی سی های باک نیز به این موضوع اشاره شده که برای سلف های فرکانس بالا از سلف های بشکه ای و یا سلف با فاصله هوایی ( مدار باز مغناطیسی ) استفاده شود.
تمام توپولوژی هاس سوئیچ مثل بوست و یا باک بوست و... برای سلف فرکانس بالا نیاز به سلف بشکه ای یا سلف با فاصله هوایی دارن
و یا اگر می خواید حتما از سلف تیروئیدی استفاده کنید باید مقدار سلف کمی زیاد باشد تا به اشباع نرود. و یا در خود هسته یک شکاف ایجاد کنید تا مدار مغناظیسی هسته باز شود.
6- محدودیت توان در توپولوژی ها چگونه است ؟
در باک و بوست به علت ذخیره سازی انرژی درسلف و خازن نمی توان توان زیادی را منتقل کرد.
در ترکیب سینکرونوس باک و سینکرونوس بوست به علت توانایی کار در فرکانس بالاتر میشه سرعت انتقال انرژی بین ورودی و خروجی رو زیاد کرد و توان بالاتری رو انتقال داد.
برای انتقال توان های خیلی بالا باید از توپولوژی های پیشرفته تر استفاده کرد که به مرور به آن مطالب نیز می رسیم.
7- پارامتر های مهم انتخاب ماسف :
1- حداکثر ولتاژ درین سورس در حالت خاموشی : Vds
که بهتره 1.5 برابر ولتاژ کار مدار باشه تا در اثر بالازدگی ها سوئیچ نسوزه
2- حداکثر جریان درین سورس در حالت کاملا روشن : Id
که بهتره جریان 1.5 برابر حداکثر جریان مدار انتخاب بشه باز هم برای اطمینان بیشتر
3- مقاومت درین سورس در حالت روشنی: Rds(on
که هر چه کمتر باشه بهتره
4- ظرفیت خازنی گیت :Qg
که هرچه کمتر باشه بهتره
5- زمان های صعود و نزول ولتاژ درین سورس در هنگام سوئیچ شدن :Rise Time و Fall Time که با Tr و Tf نشون داده میشن :
که هرچه کمتر باشه هم تلفات کمتره هم سرعت سوئیچ بالاتر البته زمان های تاخیر پاسخ هم تا حدی مهمه که بهتره کم باشه که اونا رو با td(off) :Turn-Off Delay Time و td(on) :Turn-On Delay Time می شناسن

[ناصر منتظری]

ترکیب فلای بک

ترکیب بعدی ترکیب فلای بک است.
http://en.wikipedia.org/wiki/Flyback_converter

این مبدل ها در توان های زیر 300 وات کاربرد دارند اما بسیار ساده و کوچک هستند.
اکثر شارژرهای مبایل ، لپ تاپ و ... و بسیاری از منابع تغذیه کوچک از نوع فلای بک هستند.
یک نمونه منبع فلای بک :

برای تحلیل مبدل فلای بک می توان برای سوئیچ دو حالت باز و بسته در نظر گرفت و مدار را بررسی کرد:

هنگامی که سوئیچ بسته است :
انرژی به صورت الکترومغناطیسی در ترانس ذخیره می شود.
هنگامی که سوئیچ باز است :
در ثانویه ترانس خود القایی شکل می گیرد و انرژی ذخیره شده در ترانس توسط دیود به سمت خازن می رود و خازن خروجی را شارژ می کند.
به همین خاطر نمی توان توان زیادی را در این منابع انتقال داد.
مقدار ولتاژ خروجی را می توان با تغییر تعداد دور و فیدبک تغییر داد. البته کنترلر فلای بک نیز توسط PWM خروجی را کنترل می کند امروزه کنترلر های این مبدل ها در یک آی سی کوچک خلاصه شده است.
مثلا ای سی های TOP و TNY برای مبدل های فلای بک ساخته شده اند.مثلا top250yn
اساس کار یک مبدل فلای بک خود القایی است و می توان گفت ترانس هم نقش ایزوله کننده را بازی می کند و هم نقش سلف را یعنی کاری که سلف در مبدل باک انجام می داد (ذخیره سازی انرژی به صورت مغناطیسی) اینجا ترانس انجام می دهد.
مداری دیگر:

مدار داخلی این ای سی ها :

ترانس فلای بک :
به علت این که این ترانس کار سلف را انجام می دهد حتما باید مانند سلف مبدل باک به گونه ای باشد که به اشباع نرود.
معمولا برای هسته این ترانس ها از هسته EE استفاده می شود و بین دو هسته یک فاصله هوایی قرار می دهند تا از اشباع جلوگیری شود.
نحوه طراحی ترانس :
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1024.pdf
البته برای مبدل فلای بک به راحتی می توان با نرم افزار PI EXPERT مبدل مورد نظر را طراحی کرد کافی است مشخصات دلخواه را وارد کنیم تا نرم افزار تمام محاسبات را انجام دهد و در خروجی شماتیک و نوع ترانس و نوع پیچیدن ترانس و ... را تحویل دهد. :rolleyes:
مبدل فلای بک نیز حتما باید دارای فیدبک و بار باشد تا از افزایش بی رویه ولتاژ جلوگیری شود.
در فلای بک می توان چند سیم پیچ استفاده کرد و ولتاژ های مختلفی دریافت کرد که معمولا یه ثانویه جدا برای تغذیه مدار فیدبک در نظر می گیرند.
شکل موج ها :

در اولیه ترانس فلای بک حتما باید مدارهای برش دهنده و محدود کننده وجود داشته باشه تا بتونه خود القایی و اعوجاج های ناخواسته در اولیه رو محدود کنه
در این منابع حتما باید از لاین فیلتر استفاده کرد چون نویز های زیادی رو روی شبکه برق ایجاد می کنه که با لاین فیلتر این نویز ها خیلی کم میشن
نکته دیگه اینه که اولیه و ثانویه ترانس باید در فاز مخالف هم پیچیده بشن تا بشه از خود القایی ترانس استفاده کرد.
اگر اولیه و ثانویه هم جهت پیچیده بشن به خاطر اینکه ترانس در جریان دی سی استفاده میشه به سرعت اشباع میشه به همین خاطر مجبوریم در فلای بک از خودالقایی استفاده کنیم.

[ناصر منتظری]

نکات مهم در مورد ای سی های سوئیچینگ و آی سی های تغذیه

سلام
جدیدا ای سی های سوئیچینگ و تغذیه تقلبی در بازار زیاد شده و می خواستم در مورد این آی سی ها کمی توضیح بدم.
اول اینکه همیشه وقتی از ای سی های سوئیچینگ استفاده می کنید قبل از استفاده در مدار حتما اونا رو تست کنید تا مطمئن بشید سالم هست و عملکرد خوبی داره
برای تست ای سی ها می تونید یه مدار بسازید و اونو برای خودتون نگه دارید مخصوصا اگر با تعداد زیادی از این ای سی ها کار می کنید.
آی سی های LM2576 در بازار نوع تقلبی زیاد دارن :
آی سی اورجینال بخرید.فقط در این انجمن 4 تاپیک مختلف در رابطه با این آی سی ایجاد شد و همش به خاطر ای سی تقلبی بود.
آی سی LM2576 اورجینال در روی بدنه و در بالای پایه اول (از سمت چپ) یه نشانه کوچک دارد : یک دایره تو رفته که درون آن ورژن ای سی نوشته شده مثلا V5 اما ای سی های غیر اورجینال این نشانه را ندارند و کاملا صاف است.
در آی سی های مدل LM2576HV که می توان به آنها تا 60 ولت اعمال کرد (فقط نسخه HV) نوشته ها بسیار ریز است.
ولی در ای سی تقلبی مدل HV پایه یک نقطه دارد اما نوشته ها بزرگ هستند.
حتما از فروشگاه معتبر خرید کنید.
در مورد ای سی های 2113 و یا 2153 خیلی دقت کنید چون ای سی های درایور قلابی می تواند سوئیچ های گران قیمت شما را به راحتی بسوزاند. پس قبل از استفاده حتما تست کنید.
در مورد ترانزیستور ها و ماسفت ها نیز حتما قبل از استفاده تست کنید و از فروشنده معتبر خرید کنید.
در مورد ای سی های فلای بک و top switch حتما یک مدار مناسب بر روی برد ببندید و برای ای سی جای پایه درست کنید تا بتوانید این ای سی ها را نیز تست کنید ای سی های قلابی به سرعت می سوزند و ممکن است ضرر های زیادی به شما بزنند.
پی سی بی قطعه نیز بسیار مهم است معمولا دیتاشیت ای سی ها کمی راجع به پی سی بی توضیح میدهد که اهمیت PCB برای یک ای سی سوئیچینگ را نشان میدهد .در مورد برخی ای سی ها PCB خیلی خیلی مهم است حتی برخی اوقات موجب کار نکردن مدار می شود مثل آی سی های فلای بک یا تاپ سوئیچ
آی سی های سوئیچینگ را طوری در مدار قرار دهید تا گرمای آن به محیط انتقال یابد همچنین این ای سی ها را نزدیک قطعات حرارت زا قرار ندهید.
حتما برای ای سی رگولاتور های هیت سینک خور هیت سینگ بزرگ و مناسب قرار دهید .
سوالات و نظرات خود را در تاپیک پرسش و پاسخ مطرح نمایید.

[ناصر منتظری]

ترانس منابع تغذیه سوئیچینگ

سلام
همان طور که می دانید یکی از اجزاء مهم منابع تغذیه سوئیچینگ ترانس می باشد.
در این قسمت قصد داریم طراحی ترانس را به روشی بسیار ساده بیان کنیم.
در ترانس پیچی فرکانس بالا باید چند نکته را رعایت کرد.
اول اندازه هسته :
با توجه به توان و فرکانس کاری اندازه و نوع هسته مشخص می شود. برای پیدا کردن هسته مناسب باید به دیتاشیت ها و کتاب ها مراجعه نمود در کتاب منابع تغذیه سویچینگ نوشته ابراهام پرسمان جدول های مناسبی برای این کار قرار گرفته که شما می توانید با توجه به فرکانس کاری مدار و نوع توپولوژی و همچنین توان هسته مورد نظر خود را پیدا کنید. برای دانلود این کتاب کافی است عبارت Switching Power Supply Design, 3rd Ed را جست و جو نمایید.
دوم به دست آوردن قطر سیم ها :
با استفاده از رابطه: قطر = رادیکال جریان می توان قطر را به دست آورد . پس برای جریان 4 آمپر قطر سیم باید 2 باشد.
سوم استفاده از چند سیم به جای یک رشته سیم :
در فرکانس بالا برای حذف اثر پوستی بهتر است به جای سیم یک رشته از چند رشته سیم استفاده کنیم مثلا به جای اینکه از یک رشته سیم شماره 1 استفاده کنیم باید از دو رشته سیم 0.7 استفاده کنیم و دقت کنید که نباید دو رشته سیم 0.5 را معادل سیم 1 فرض کرد زیرا رابطه آن به صورت زیر است :
قطر سیم اول به توان دو + قطر سیم دوم به توان دو = قطر سیم حاصل به توان دو
اثر پوستی :
در فرکانس بالا جریان تمایل دارد به جای عبور از مرکز سیم از سطح و دور سیم بگذرد که به همین خاطر در فرکانس های خیلی خیلی بالا به جای سیم از لوله استفاده می شود. ( لوله های موج بر )
علت اثر پوستی :
نیروی دافعه بین الکترون ها به خاطر بار یکسان که در فرکانس بالا بیشتر خود را نشان میدهد.
چهارم تعیین نسبت دور ها :
باید با توجه به نسبت ولتاژ اولیه و ثانویه نسبت تعداد دور را تعیین کرد.
پنجم عایق کاری :
باید توجه داشت هنگام پیچیدن ترانس سوئیچینگ به دلیل وجود پیک های ولتاژ بسیار زیاد مجبوریم عایق کاری بسیار مناسبی داشته باشیم و یهتر است بین هر دور و هر لایه یک عایق بگذاریم.
ششم توجه به فاصله هوایی در برخی ترانس ها :
در برخی توپولوژی ها مثل فلای بک برای ترانس هسته حتما باید دارای فاصله هوایی باشد که نباید فراموش شود.
هفتم پیچیدن سیم ها :
با توجه به فضای موجود و مقدار حجم سیم ها و عایق ها باید و همچنین توجه به نسبت تعداد دورها باید سیم پیچی را شروع کرد و سعی نمود تا جایی که می شود سیم پیچی نمود. یعنی باید از تمام فضای موجود استفاده کنیم.
برای پیچیدن ترانس سوئیچینگ نیاز نیست حتما با محاسبات سنگین تعداد دور را حساب کرد بلکه با انتخاب سیم مناسب و فرکانس و هسته مناسب فضای سیم پیچی محدودی وجود دارد که باید سعی کنیم از تمام این فضا برای سیم پیچی استفاده کنیم و با رعایت نسبت تعداد دور سیم پیچی را انجام دهیم.
پس در این روش با توجه به فضای موجود و سایر پارامتر ها تا جایی که می شود سیم پیچی را انجام می دهیم.(روش هندسه ی هسته)
هشتم عایق کاری و جلوگیری از انتشار امواج الکترومغناطیسی:
حتما بین هر لایه و بین اولیه و ثانویه باید عایق بندی بسیار مناسب ایجاد شود.
بعد از سیم پیچی و تست می توان از لاک (شار لاک یا لاک سیم لاکی :mrgreen استفاده کرد تا جلوی لرزش و نوسان را گرفت تا ترانس صدا تولید نکند.
در آخر می توان روی ترانس را با یک نوار مسی عایق شده پوشاند و آنرا به زمین مدار متصل کرد تا انتشار امواج الکترومغناطیسی کمتر شود.
با رعایت این نکات می توان به طور تجربی ترانس پیچی را بدون هیچ فرمول و محاسباتی پیچید.
نکات بیشتر طراحی ترانس نیز بعدا گفته خواهدشد.

[ناصر منتظری]

نکات دیگر ترانس پیچی

همان طور که گفتیم برای پیچیدن ترانس باید ابتدا هسته مناسب رو تعیین کرد و بعد به سیم پیچی پرداخت.
در یک ترانس معمولی و فرکانس پایین اگر به ترانس ولتاژ بالاتر اعمال شود ترانس می سوزد در حقیقت دما بالا می رود و لاک بین سیم ها آب می شود و دیگر عایق نیست یعنی ترانس هنگامی می سوزد که سیم پیچ ها از بین می روند.
در ترانس معمولی اگر به ترانس ولتاژ پایین تر اعمال شود مشکلی پیش نمی آید.
در ترانس فرکانس بالا به سبب وجود فرکانس بالا دور بر ولت کاهش پیدا می کند یعنی نیاز نیست تعداد دور خیلی زیاد باشد اما برای اطمینان ما تا جایی که فضا اجازه بدهد سیم پیچی را انجام می دهیم و البته باید حتما فرکانس مناسب و ابعاد مناسب رو انتخاب کنیم.
به جای سیم یک رشته هم از چند رشته سیم استفاده می کنیم.
خوب حالا جداول مورد نیاز برای ترانس پیچی لطفا به نوشته ها و مطالب روی عکس ها بسیار دقت کنید.
(این جدول ها از کتاب ابراهام ای پرسمان انتخاب شده است.البته برای جلوگیری از شلوغی آدرس عکس ها رو قرار دادم)
http://upload7.ir/imgs/2014-05/63329921476588441232.jpg
http://upload7.ir/imgs/2014-05/15930270122996184305.jpg
http://upload7.ir/imgs/2014-05/45094640842823943322.jpg
http://upload7.ir/imgs/2014-05/06809096169119518914.jpg
http://upload7.ir/imgs/2014-05/25635948392974712699.jpg
http://upload7.ir/imgs/2014-05/58385583574230317579.jpg
عکس آخر هم برای پیچیدن لاین فیلتر بسیار مناسب است و می توان نوع سیم پیچی لاین فیلتر را نشان دهد و باید به این عکس دقت بسیار زیادی کرد.

[ناصر منتظری]

تر کیب سپیک sepic

ترکیب بعدی ترکیب سپیک است که مانند باک - بوست است و می تواند ولتاژ را کاهش و یا افزایش بدهد.
اما تفاوت این ترکیب این است که پلاریته ولتاژ خروجی با ورودی یکی است.
http://en.wikipedia.org/wiki/Single-ended_primary-inductor_converter

تحلیل :


در عکس های بالا تبادل انرژی بین عناصر مدار کاملا مشخص است.
شکل موج ها :

[ناصر منتظری]

ترکیب کاک Čuk

این ترکیب نیز مانند باک بوست عمل می کند و رابطه بین ورودی خروجی در یک - با سپیک اختلاف دارد.

http://en.wikipedia.org/wiki/%C4%86uk_converter


http://www.boostbuck.com/

البته ترکیب های سپیک و کاک کمی نسبت به دیگر ترکیب ها پیچیده تر هستند و نیاز به تحلیل بسیار مفصلی دارند که البته چون کاربرد زیادی هم ندارند فقط این ترکیب ها را معرفی کردیم . ترکیب های زیاد دیگری نیز و جود دارد ولی فعلا قصد داریم به ترکیب های مهم تر مانند نیم پل و تمام پل برسیم.

[ناصر منتظری]

ترکیب پوش پول

یکی از ترکیب های پر کاربرد و ساده و در عین حال قدرتمند ترکیب پوش پول است این ترکیب معایب زیادی هم دارد اما برای برخی کارهای غیر حساس و کم هزینه استفاده می شود.
این ترکیب انرژی را از یک ترانس دوبل توسط دو سوئیچ عبور می دهد و در ثانویه هر ولتاژ و جریانی که بخواهیم می توانیم با تنظیم تعداد دور به دست آوریم.
http://en.wikipedia.org/wiki/Push%E2%80%93pull_converter

مزایا :
کم حجم
ساده
ارزان
معایب :
ترانس پیچی مشکل است و باید خیلی دقیق پیچیده شود و ممکن است اگر سیم پیچ ها با هم یکی نباشد ترانس به اشباع برود.
همان طور که می دانید هنگامی که یک ترانس پیچیده می شود دور های ابتدایی کوچکتر از دور های انتهایی هستند زیرا سیم ها روی هم پیچیده می شوند و حتی با تعداد دور یکسان رفتار مشابه نخواهیم داشت مگر اینکه هر دو سیم پیچ در اولیه و همچنین دوسیم پیچ ثانویه را با هم بپیچیم.
در ثانویه نیز از دو سیم پیچ استفاده می کنیم تا یکسوسازی راخت تر انجام شود.
یک نمونه مدار پوش پول :

شکل موج ها و روابط:

[ناصر منتظری]

lm2576

سلام دوستان
این مدار برای افزایش جریان در LM2576 هست :

از وقفه پیش آمده هم معذرت می خوام بعضی عکس ها نابود شده باید بشینم دوباره پلود کنم ~x( ادامه آموزش رو هم به زودی بیان خواهیم کرد. :bye

[ناصر منتظری]

ترکیب نیم پل

این ترکیب یکی از ساده ترین ترکیب ها و در عین حال بسیار پر کاربرد هست.
تنها از دو سوئیچ تشکیل شده و بسیار ساده است و در توانهای بین 100 تا 1000 وات بسیار پرکاربرد می باشد.
این ترکیب به دو خازن بزرگ با کیفیت و با ظرفیت و ولتاژ بالا نیز نیاز دارد که تنها عیب این ترکیب است.


http://en.wikipedia.org/wiki/Rectifier
تحلیل مدار بسیار بسیار ساده است.
به این صورت که سوئیچ ها باید برعکس هم روشن و خاموش شوند. یعنی وقتی سوئیچ 1 روشن است سوئیچ دو خاموش است.
وقتی که سوئیچ ها می خواهند روشن و خاموش شوند سوئیچ دیگر هم باید تغییر وضعیت بدهد که در این صورت باید یک زمان کوتاه هر دوسوئیچ خاموش شوند و بعد از خاموشی کامل دو سوئیچ ، سوئیچ دیگر روشن شود.
به این وقفه دید تایم میگن و وجود دید تایم ضروریه چون اگه دید تایم نباشه به علت کندی سوئیچ ها در هنگام خاموش شدن هر دو سوئیچ با هم هدایت می کنن و در نتیجه + و _ تغذیه وردودی اتصال کوتاه میشه و همه چیز منفجر میشه :twisted:
در این منبع دو خازن نقش ذخیره کردن انرژی و همچنین تقسیم کردن انرژی رو بر عهده دارن که این کار باعث میشه دیگه برای ورودی منبع دوبل نیاز نداشته باشیم.



فرمول ها و تحلیل و شکل موج ها :
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/hgw_hilfe_e.html

یه آی سی هم هست به نام IR2153 که یه نیم پل درایور هست و باهش میشه براحتی یه منبع تغذیه ساخت اما اصلش پیدا نمیشه و این تقلابیاش دائم یا می سوزن یا سوئیچ ها رو می سوزونن که اگه اصلش رو دیدید بهش سلام برسونید :biggrin:

اما با همکاری آیسی های IR2113 و هچنین SG3525 میشه یه منبع نیم پل خوب ساخت:

اینم با آی سی IR2113 و هچنین TL494 :

برای ماسفت های ترانس نیم پل حتما ماسفت اورجینال استفاده کنید چون به تازگی یه مدار ساختم با کلی ماسفت خوب کار میکرد اما دو تا ماسفت غیر اورجینال کلی به من ضرر زد قبل از خرید حتما یکی دو تا ماسفت بخرید و تا سر حد مرگ تستش کنید چون ممکنه قطعات غیر اورجینال که به تازگی خیلی زیاد شده شما رو از الکترونیک دل سرد کنه
پس یه ضرب المثل هست که خودم گفتم : اول از یه جای مطمعن 1 قطعه بخر بعد خوب تست کن بعد اگه خوب بود به تعداد زیاد بخر