مقاله منبع تغذیه سوییچینگ

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله منبع تغذیه سوییچینگ دارای ۲۲ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله منبع تغذیه سوییچینگ  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله منبع تغذیه سوییچینگ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله منبع تغذیه سوییچینگ :

منبع تغذیه سوییچینگ

شرح کلی مدار
امروز می خواهم به ذکر یک نمونه عملی از منابع تغذیه سوئیچینگ بپردازم تا با بررسی مدار آن، عملکرد این سیستم برای شما بیشتر روشن شود. حال با توجه به مدار به شرح اجزاء مختلف آن خواهم پرداخت.
مداری را که به عنوان یک مثال عملی مشاهده می نمایید، مدار یک منبع تغذیه سوئیچینگ ۲۰۰ وات ATX متعلق به کامپیوتر شخصی است که توسط شرکت TDK طراحی و ساخته شده است.
برای دیدن نقشه فوق در اندازه بزرگتر (اصلی) اینجا را کلیک کنید.
در این منبع تغذیه سوئیچینگ از یک آی سی با شماره TL494 استفاده شده و همچنین از یک مبدل که ترانزیستور های آن با آرایش پوش- پول عمل رگولاسیون خروجی را انجام می دهند استفاده شده است. ولتاژ خط برق شهر پس از عبور از مدار فیلتر ورودی متشکل از (C1, R1, T1, C4, T5) به بلوک یکسوساز هدایت می شود. مدار یکسوکننده از نوع پل دیودی تمام موج می باشد که نسبت به سایر یکسو کننده های دیگر از هر لحاظ مقرون به صرفه تر است. هنگامی که کلید تبدیل از حالت ۲۳۰ ولت بر روی ۱۱۵ ولت قرار گیرد، در نتیجه مدار سیستم دو برابر کننده وارد عمل می شود. مقاومت های واریستور (مقاومت متغیر با ولتاژ) Z1 و Z2 دارای عملکرد محافظت از اضافه ولتاژ در ورودی می باشند. مقاومت ترمیستور (مقاومت متغیر با دما) NTCR1 جهت محافظت در برابر جریان هجومی در هنگام شارژ C5 و C6 مورد استفاده قرار گرفته است.

مقاومت های R2 و R3 فقط برای تخلیه نمودن بار الکتریکی داخل خازن ها و جلوگیری از خطر برق گرفتگی در هنگام قطع بودن (خاموش بودن) منبع تغذیه به کار می روند. در هنگام اتصال منبع تغذیه به برق شهر، C5 و C6 با هم در ابتدا تا حد بالا تر از ۳۰۰ ولت شارژ می شوند.

قسمت ثانویه منبع تغذیه به صورت کنترل شده توسط Q12 راه اندازی شده و سپس ولتاژ در خروجی قسمت ثانویه ظاهر می شود. در پی آن IC3 که یک رگولاتور ولتاژ ۵ ولت می باشد، ولتاژ ۵ ولتی مورد نیاز مادر برد را برای راه اندازی گیت های منطقی و سایر موارد دیگر تأمین می نماید.

سپس ولتاژ تثبیت نشده از طریق D30 به چیپ کنترلی اصلی یعنی IC1 و همچنین ترانزیستورهای Q3 و Q4 هدایت می شود. وقتی منبع تغذیه اصلی در حال کار بود، ولتاژ ۱۲ ولت خروجی از طریق دیود D به سمت IC1 هدایت می شود.
حالت کم¬مصرف Stand By

در حالت کم¬مصرف Stand By توسط ولتاژ مثبت در پایه PS-ON که از طریق مقاومت R23 از مدار ثانویه منبع تغذیه تأمین شده مانع از کار کردن قسمت اصلی منبع تغذیه میشویم. چون ترانزیستور Q10 باز شده و در نتیجه ترانزیستور Q1 نیز در حالت باز قرار گرفته و در پی آن ولتاژ مبنای ۵ ولت پایه شماره ۱۴ IO1 برای پایه شماره ۴ IO1 تأمین میشود. و مدار در نهایت به حالت مسدود شده کلیدزنی خواهد شد. ترانزیستورهای Q3 و Q4 هدایت خواهند کرد و سیم پیچ ترانسفورماتور کمکی T2 را اتصال کوتاه خواهند نمود. توسط پایه شماره ۴ IO1 ما قادریم که پهنای پالس خروجی را تعیین نماییم. صفر بیانگر بیشترین پهنای پالس و ۵ ولت بیانگر این است که پهنای پالسی وجود ندارد.

تشریح کارکرد منبع تغذیه
وقتی کسی کلید روشن شدن کامپیوتر را فشار دهد، در نتیجه مادربرد صفر منطقی یا زمین منطقی را برای پایه PS-ON فراهم می نماید. ترانزیستور Q10 بسته شده و در نتیجه Q1 نیز بسته می شود و خازن C15 از مسیر مقاومت R15 شروع به شارژ شدن نموده و در پایه شماره ۴ IC1 شاهد شروع کاهش ولتاژ دو سر مقاومت R17 به سمت صفر می باشیم. به علت این ولتاژ بیشترین مقدار پهنای پالس بطور پیوسته افزوده شده و باعث راه اندازی نرم و بدون اشکال قسمت اصلی منبع تغذیه خواهیم بود. در حالت عملکرد طبیعی منبع تغذیه دائماً توسط IC1 کنترل می شود. زمانی که ترانزیستور های Q2 و Q1 بسته اند، ترانزیستورهای Q3 و Q4 باز می باشند. وقتی که می خواهیم یکی از ترانزیستور¬های قدرت Q1 و Q2

را باز کنیم، مجبور هستیم که تحریک ترانزیستور های Q3 و Q4 را برداریم. جریان از مسیر مقاومت R46 و دیود D14 و همچنین سیم پیچ T2 جاری می شود. این جریان باعث می شود که ولتاژ تحریک بیس ترانزیستور قدرت فراهم شده و به دلیل وجود فیدبک مثبت ترانزیستور خیلی سریع در حالت اشباع قرار گیرد. با سپری شدن این ضربه ناگهانی، هر دو ترانزیستور باز می شوند. فیدبک مثبت از بین رفته و Overshoot در سیم پیچ تحریکی را ایجا می کند که باعث بسته شدن سریع ترانزیستور قدرت می شود. مجدداً این فرایند در ترانزیستور دوم تکرار می شود. ترانزیستور های Q1 و Q2 متناوباً ولتاژ مثبت و منفی را به یکی از دو سر سیم پیچ اولیه متصل می نمایند. جریان الکتریکی از مسیر شاخه امیتر Q1 (کلکتور Q2) را در سیم پیچ ثالثیه جاری شده و ترانسفورماتور T2 را تحریک می نماید. و سپس از سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور T3 و خازن C7 و مرکز مجازی ولتاژ تغذیه ورودی مسیر خود را تکمیل می نماید.
پایداری ولتاژ خروجی

خروجی های +۵v و +۱۲v توسط مقاومت های R25 و R26 دائماً اندازه گیری می شوند و برای پایدار نگه داشتن آنها را به IC1 ارسال می نمایند. سایر ولتاژ ها از لحاظ پایداری مواظبت نمی شوند و مقدار آنها را با تعداد دور سیم پیچی ترانس و دیود ها به دست می آورند. در مقدار خروجی میزان رأکتانس سیم پیچی به دلیل کار در فرکانس بالا اهمیت زیادی دارد. همان طور که می دانید در جریان مستقیم تعداد دور سیم پیچی اهمیتی ندارد و همواره ولتاژی روی سیم پیچ افت نمی نماید. اما با بالا رفتن فرکانس تعداد دور سیم پیچی و نوع هسته در میزان افت ولتاژ روی سیم پیچ دخالت زیادی دارد. معمولاً ولتاژ های خروجی حدود ۱۰% مجاز هستند که انحراف از مقدار نامی خود داشته باشند. کنترل کننده IC1 با استفاده از Error Amplifier در پایه شماره ۲ خود حاصل از مقاومتهای مقسم ولتاژ R24/R19 و مقدار ولتاژ مبنای ۵ ولت را در پایه ۱۴ خود مقایسه نموده و این انحراف ۱۰% را جبران می نماید.

Power Good
مادربرد به سیگنال Power Good نیاز دارد. وقتی که همه ولتاژ های خروجی به حالت پایداری رسیده باشند، پایه Power Good مقدار ۵ ولت یا یک منطقی می شود. Power Good معمولاً به پایه RESET بر روی مادربرد متصل می شود.
پایداری ولتاژ ۳۳ ولت
به مداری که به ولتاژ ۳۳ ولت متصل است توجه کنید. این مدار اضافه ولتاژ پایداری را به دلیل افت ولتاژ در کابل ایجاد می نماید. یک سیم پیچ کمکی برای اندازه گیری ولتاژ ۳۳ ولت در مادر برد در نظر گرفته شده است.
مدار اضافه ولتاژ
این مدار از ترکیب ترانزیستور های Q5 و Q6 و تعداد دیگری از قطعات ساخته شده است. این مدار کلیه ولتاژ های خروجی را از لحاظ ایجاد اضافه ولتاژ در آنها محدود نموده و محافظت می نماید.
برای مثال اگر اشتباهاً بین خروجی های +۵v و -۵v اتصال کوتاهی به وجود آید، از طریق مسیر D10، R28 و D9 ولتاژ مثبت به پایه بیس Q6 می رسد. این ترانزیستور اکنون باز است و ترانزیستور Q5 نیز باز می باشد. ولتاژ +۵v از پایه ۱۴ کنترل کننده IC1 از مسیر D11 به پایه شماره ۴ کنترل کننده IC1 رسیده و منبع تغذیه را بلوک می کند. از طرف دیگر Q6 توسط ولتاژ رسیده به بیس خود روشن شده و مدار برق ورودی منبع تغذیه را قطع می کند.
معرفی پایه¬های خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ ATX
پایه سیگنال رنگ اول رنگ دوم
۱ ۳۳v نارنجی بنفش
۲ ۳۳v نارنجی بنفش
۳ GND مشکی مشکی
۴ ۵v قرمز قرمز

۵ GND مشکی مشکی
۶ ۵v قرمز قرمز
۷ GND مشکی مشکی
۸ PW_OK خاکستری نارنجی

۹ ۵v_SB بنفش قهوه¬ای
۱۰ ۱۲v زرد زرد
۱۱ ۳۳v نارنجی بنفش

۱۲ -۱۲v آبی آبی
۱۳ GND مشکی مشکی
۱۴ PS_ON سبز خاکستری
۱۵ GND مشکی مشکی

۱۶ GND مشکی مشکی
۱۷ GND مشکی مشکی
۱۸ -۵v سفید سفید
۱۹ ۵v قرمز قرمز
۲۰ ۵v قرمز قرمز

.

اصول کار منابع تغذیه سوئیچینگ به زبان ساده::
امروز یک مبحث تازه ای را بررسی می کنم. و این مبحث در مورد ساختار و عملکرد منابع تغذیه سوئیچینگ است. حتماً شما با خودتان می گویید که چرا وبلاگی که ادعا می کند در مورد منابع تغذیه سوئیچینگ مطالبی را ارائه می دهد. هیچ چیزی از نحوه عملکرد این منابع تغذیه را به میان نیاورده و توضیحی در مورد منابع تغذیه سوئیچینگ نداده است. به همین دلیل امروز سعی میکنم با ارائه مطالب جدید این عیب خود را تا حدودی رفع کنم. طبق نظراتی که دوستان و مراجعین به وبلاگ با من در میان گذاشته اند همه متفقاً از من خواسته اند که توضیحی در مورد عملکرد منابع تغذیه سوئیچینگ برای آنها بدهم. تا مسئله تبدیل ولتاژ و جریان در این منابع تغذیه برای آنها روشن شود. خوب اگر شما هم با نظر این دوستان موافق
اینجا سعی کرده ام که تا جایی که امکان دارد مطالب را ساده بیان کنم. همچنین سعی می کنم که از مدارات الکترونیک و بحث ریاضی و فرمول های پیچیده تا جایی که می شود پرهیز کنم.

همان طور که می دانید در منابع تغذیه معمولی ابتدا برق شهر را از ترانسفورماتور کاهنده یا افزاینده عبور می دهند و سپس عمل یکسو سازی و بعد از آن عمل رگولاسیون یا تثبیت ولتاژ را انجام می دهند. عمل کاهش یا افزایش ولتاژ و جریان فقط با ترانسفورماتور انجام می شود. اما در منابع تغذیه سوئیچینگ برق شهر را مستقیماً یکسو نموده و پس از عبور از یک مدار کلید زنی یا همان چهار نوع رگولاتور معروف کاهنده، افزاینده، فلای بک و Cuk عبور می دهند تا جریان دوباره به AC تبدیل شود و عمل کاهش یا افزایش را روی آن انجام می دهند. پس از آن برای ایزولاسیون انرژی الکتریکی را از ترانسفورماتور عبور داده و پس از یکسو سازی و عبور از صافی آن را به بار تحویل می دهند.
امروز یک مبحث تازه ای را بررسی می کنم. و این مبحث در مورد ساختار و عملکرد منابع تغذیه سوئیچینگ است. حتماً شما با خودتان می گویید که چرا وبلاگی که ادعا می کند در مورد منابع تغذیه سوئیچینگ مطالبی را ارائه می دهد. هیچ چیزی از نحوه عملکرد این منابع تغذیه را به میان نیاورده و توضیحی در مورد منابع تغذیه سوئیچینگ نداده است. به همین دلیل امروز سعی میکنم با ارائه مطالب جدید این عیب خود را تا حدودی رفع کنم. طبق نظراتی که دوستان و مراجعین به وبلاگ با من در میان گذاشته اند همه متفقاً از من خواسته اند که توضیحی در مورد عملکرد منابع تغذیه سوئیچینگ برای آنها بدهم. تا مسئله تبدیل ولتاژ و جریان در این منابع تغذیه برای آنها روشن شود. خوب اگر شما هم با نظر این دوستان موافق
حتماً این سوال را از خود خواهید پرسید که چرا لقمه را دور سر تابانده و سیس وارد دهان می کنیم! یعنی چرا از همان روش اول که یک مرحله یکسو سازی و صافی داشت و همچنین دارای توپولوژی مداری بسیار ساده تری نسبت به منبع تغذیه سوئیچینگ است استفاده نکنیم؟ همچنین از خود خواهید پرسید که چرا دوباره کاری کنیم و جریان AC را DC و سپس آن را دوباره به AC و باز دوباره به DC تبدیل کنیم؟ حتماً شما خواهید گفت که تو عقلت را از دست داده ای یا پول و وقت باد آورده ای داری و می خواهی سرمایه ات را حیف و میل کنی. اگر قصد چنین کاری را داشتی چرا از همان اول قصد خود را به ما بالا بین
می گفتی و نام وبلاگ خود را هم نظریات پوچ یک اَبلَه می گذاشتی و ما را هم اینقدر معطل نمی کردی!
اولاً برای دفاع از خودم باید به این نکته اشاره کنم که اگر خصوصیات من را از آنهایی که مرا خوب می شناسند و با من مدت کوتاهی زندگی کرده اند سوال نمایید، قطعاً مرا فردی با در آمد ناچیز و اما بسیار خسیس و محتاط در خرج کردن و سرمایه گذاری معرفی می کنند. همچنین به شما خواهند گفت که آرش محمدی تودشکی فردی است که خیلی سر خودش معطل است و دائماً برای خود کارت تبریک چاپ می کند و هر وقت با او کاری داریم و می خواهیم قرار ملاقات با او بگذاریم، با جوابی سر بالا که من خیلی کار دارم ما را از سر خود باز می کند. و یا اگر با ما قرار گذاشت وقت خیلی کمی را به ما اختصاص می دهد. حتماً قانع شده اید که من وقت و پول خود را بی هوده تباه نمی کنم.

ثانیاً پاسخ سوال شما بسیار ساده است و حتماً شما را قانع خواهد نمود. ما در منابع تغذیه معمولی از یک ترانسفورماتور استفاده می کردیم که تلفات انرژی در آن خیلی زیاد بود و راندمان کمی داشت و فقط مقدار ولتاژ و جریان خروجی آن را یکبار و آن هم فقط موقع مونتاژ ترانسفورماتور می توانستیم تغییر دهیم. همچنین هیچ کنترلی ورودی و خروجی آن از لحاظ فیدبک و کنترل حالات مختلف تغییرات بار نداشتیم. همین موضوع عدم انعطاف پذیری این منابع تغذیه قدیمی و معمولی را اثبات می کند.

اما در منابع تغذیه سوئیچینگ برق شهر خیلی ساده یکسو سازی شده و پس از عبور از صافی به طبقه بعدی تحویل داده می شود با این کار از آنجایی که ولتاژ برق شهر را مستقیم یکسو می کنیم، و ولتاژ آن معمولاً زیاد است نیاز به خازن صافی کوچک اما با تحمل ولتاژ بالا و عایق بندی خوب و ارزان قیمتی داریم. در این طبقه ما دوباره جریان DC را به AC با فرکانس
بالا بین ۲۰KHz الی ۱MHz (معمولاً اکثر منابع تغذیه سوئیچینگ با فرکانسی حدود۶۵KHz کار می¬کنند.) تبدیل نموده و آن را پس از کاهش یا افزایش از ترانسفورماتور افزاینده یا کاهنده و یا ترانسفورماتور ۱:۱ عبور می دهند. با این کار اولاً یک محیط کنترلی انعطاف پذیر برای کنترل فیدبک دار با استفاده از کنترل Duty Cycle ترانزیستور کلید زنی برای کاهش و افزایش

میزان ولتاژ و جریان ایجاد نموده ایم. ثانیاً با بالا بردن فرکانس جریان AC در حد چندین کیلوهرتز نیاز به ترانسفورماتور از لحاظ ابعاد بسیار کوچکتر یعنی با ابعادی حدود ۱/۴۰۰ الی ۱/۲۰۰۰ نیاز داریم و نیز راندمان ترانسفورماتور از ۵۵% به حدود ۹۹۹% خواهد رسید. شما با مقایسه یک منبع تغذیه سوئیچینگ کامپیوتر و یک ترانسفورماتور با همان قابلیت از لحاظ ظرفیت انتقال توان از نقطه نظر حجم، وزن و ابعاد می توانید به صحت این ادعای من پی ببرید. همچنین در ثانویه ترانسفورماتور پس از یکسو سازی و عبور از صافی سلف و خازن یک انرژی با ری

پل خیلی کوچکتر از مدل معمولی منبع تغذیه های قدیمی خواهیم داشت. و همچنین بار ما می تواند متغیر باشد. چون به دلیل وجود فیدبک کنترل Duty Cycle همواره عمل استابیلازینگ و پایداری خروجی را نسبت به تغییرات بار و نیز برق شهر انجام می دهیم. همچنین به دلیل استفاده فرکانس بالا نیاز به خازن کوچکی برای عمل صافی در خروجی خواهیم داشت. مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ قیمت تمام شده یک منبع تغذیه را حدود بیش از ۱/۱۰۰۰ کاهش می دهد

مدار ارائه شده در این بخش یک منبع تغذیه با کیفیت بالا می باشد با یک خروجی تثبیت شده متغییر که می تواند در هر مقداری بین صفر و سی ولت تنظیم شود. مدار همچنین از یک محدود کننده جریان خروجی الکترونیکی بهره می برد که به طور موثر جریان خروجی را از ۲mA تا ۳A کنترل می کند. این خصوصیات حضور این منبع تغذیه را در آزمایشگاه مجرب ها ضروری می سازد چرا که امکان محدود کردن جریان ماکزیممی در هنگام تست مدار وجود دارد و شما می توانید بدون ترس از جریان کشی مدار و آسیب دیدن آن به تغذیه متصل نمایید. همچنین نمایشگر بصری منبع تغذیه به شما نشان می دهد که جریان مودر نیاز مدار بیش از حد مجاز است یا خیر.
خصوصیات

_ اندازه کوچک ساخت آسان وعملکرد ساده
_ ولتاژ خروجی قابل تنظیم
_ محدود گر جریان خروجی با نمایشگر بصری
_ حفاظت کامل از وسیله در حال تغذیه در برابر اضافه بار وعملکرد بد

جهت مشاهده مدار و توضیحات کامل بر روی ادامه مطلب کلیک کنید.

در ابتدا یک ترانس اصلی کاهنده با خروجی ۲۴v و۳A انرژی مورد نیاز مدار را تامین می نماید که به دو پایه ورودی مدار یعنی پایه ۱و۲ وصل می شود کیفیت خروجی نهایی به کیفیت ترانس وابسته است ولتاژ ثانویه ترانس با پل دیودی متشکل از D1_D4 یکسو می شود ولتاژ AC گرفته شده از خروجی پل با فیلتر متشکل از خازن صافیC1 و مقاومتR1 صاف می

شود. این مدار دارای خصوصیات منحصر به فردی است که آن را از دیگر منابع تغذیه این کلاس مجزا می کند به جای استفاده از یک چینش متغییر فیدبک برای کنترل ولتاژ خروجی مدار از یک تقویت کننده با بهره ثابت برای تولید ولتاز مرجع لازم برای کار کرد ثابت آن استفاده می کند ولتاژ مرجع در خروجی U1 تولید می شود نحوه عملکرد مدار بدین گونه است که دیود D8 یک زنر ۵۶ ولت در ضریب دمای صفر جریان اش کار می کند ولتاژ خروجی U1 به تدریج افزایش پیدا می کند تا D8 روشن شود وقتی این اتفاق افتاد مدار تثبیت می شود وولتاژ مرجع زنر ۵۶ ولت روی مقاومتR5 ظاهر می شود جریانی که از ورودی noninverting آپ امپ می گذرد قابل صرف نظر کردن است. بنابر این همان جریانی که از R5 میگذرد از R6 نیز عبور خواهد

کرد و از آنجا که دو مقاومت یک مقدار دارند ( بهتر است دو مقاومت را در هنگام ساخت با اهم متر اندازه گیری کنید تا یک اندازه داشته باشند چون مقاومت ها به خاطر تلرانسشان با مقدار نامی خود متفاوت اند ) ولتاژ روی هر دوی آنها در حالت سری دقیقاَ دوبرابر ولتاژ هر یک از انها ست بنابر این ولتاژ ظاهر شده در خروجی آپ امپ ( پایه ۶ ) دو برابر ولتاژ مرجع زنر یعنی ۱۱۶ ولت خواهد بود. مدار مجتمع U2 دارای یک عامل تقویت ثابت تقریباَ ۳X است و ولتاژ مرجع ۱۱۲ ولت را تقریباَ تا ۳۳ولت افزایش می دهد.