مقاله طراحی و ساخت منبع تغذیه سوئیچینگ fly back

دانلود تحقیق و مقالات رشته برق با عنوان مقاله طراحی و ساخت منبع تغذیه سوئیچینگ fly back در قالب ورد و قابل ویرایش و در ۱۲۰ صفحه گرد آوری شده است. در زیر به مختصری از آنچه شما در این فایل دریافت می کنید اشاره شده است.

چکیده:
چرا از منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنیم؟
انتخاب بین یک منبع تغذیه خطی یا سویچینگ می تواند بر اساس کاربرد آنها انجام شود . هر یک مشخصات و مزایا و معایب خاص خود را دارند . همچنین حوزه های متعددی وجود دارد که تنها یکی از این دو نوع می تواند مورد استفاده قرار گیرندو یا کاربردهایی که یکی بر دیگری برتری دارد.
مزایای منابع تغذیه خطی:
۱-سادگی:طرح مدار بسیار ساده است و با قطعات کمی به راحتی پایدار می شود.
۲-قابلیت تحمل بار زیاد
۳-نویز ناچیز یا کم در خروجی
۴-زمان پاسخ دهی بسیار کوتاه
۵-برای توانهای کمتر از ۱۰w ارزانتر از مدار های مشابه سوئیچینگ تمام می شود.

معایب منابع تغذیه خطی:
معایب این گونه منابع به طور کلی قابل رفع نیستند ولی به کمک طراحی بهتر قابل کاهش می باشند.
۱-تنها به صورت یک رگولاتور کاهنده قابل کاربرد هستند(ورودی باید ۲تا ۳ ولت بیشتر از خروجی باشد.)
۲-عدم انعطاف پذیری تغذیه , افزودن هر خروجی مستلزم اضافه کردن سخت افزار زیادی است.
۳-بهره متوسط چنین منابعی کم و نوعا ۳۰٪تا ۴۰٪ است . این تلفات توان در ترانزیستور خروجی تولید حرارت می کند و نیاز به ترانزیستوری قویتری را مطرح میکند. تا حدود۱۵w روشهای معمول مفید است ولی بیش از آن نیاز به سرمایش تحت فشار (forced) وجود دارد .
مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ:
تمامی این معایب در منبع تغذیه سوئیچینگ رفع شده است.
۱-افزایش راندمان به حدود ۶۸٪تا۹۰٪ کارکرد ترانزیستور در نواحی قطع و اشباع به انتخاب حرارت گیر یا خنک کننده (heat sink) و ترانزیستور کوچکتر منجر شده است.
۲-به دلیل اینکه قدرت خروجی از یک ولتاژdc بریده شده که به شکل ac در یک قطعه مغناطیسی ذخیره می شود تامین می گردد. لذا با اضافه کردن تنها یک سیم پیچ می توان خروجی دیگری را بدست آورد ٬که در مقام مقایسه بسیار ارزانتر و ساده تر تمام می شود.
۳- به علاوه به دلیل افزایش فرکانسی کاری به حدود ۵۰تا khz 60 اجزاء ذخیره کننده انرژی می توانند خیلی کوچکتر انتخاب شوند.
۴-برخلاف منابع تغذیه خطی، در توان های خیلی بالا قابل استفاده هستند.
همه این موارد به کاهش هزینه و توان تلفاتی و افزایش بهره دهی و انعطاف پذیری منجر می شود.
معایب منابع تغذیه سوئیچینگ:
معایب این منابع ناچیز بوده و به کمک طراحی بهینه قابل رفع می باشد.
۱-طرح چنین منابعی اصولا مشکل و پیچیده است
۲-نویز قابل ملاحظه ای از آنها به محیط انتشار می یابدو این اشکالی است که نباید در مرحله طراحی نادیده گرفته شود. و با کمک فیلتر و محافظ به نحو چشمگیری کاهش می یابد.
۳- به دلیل ماهیت کار این منابع که بر اساس برش یک ولتاژdc استوار است ،زمان رسیدن ولتاژ خروجی به مقدار مطلوب در مقایسه با منابع تغذیه خطی زیاد است. این زمان اصطلاحا زمان پاسخ ناپایدارtransient response time نامیده می شود.
تمامی این موارد در جهت کاهش کار آمدی انعطاف پذیری و افزایش قیمت هستند ولی با طراحی بهتر قابل بهبود می باشند.
البته هر یک از این منابع حوزه های کاری خود را دارند، عموما برای مدلهایی با راندمان و ولتاژ بالا مثل منابع تغذیه شونده با باطری های قابل حمل تغذیه سوئیچینگ برتری دارد ولی برای ولتاژهای ثابت و کم منابع خطی ارزانتر و ارجح هستند.

فصل اول
مقدمه
چگونه یک منبع تغذیه سوییچینگ کار می‌کند؟
اگر یک رگولاتور سوییچینگ (منابع تغذیه 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 براساس تأمین جریان و ولتاژ مطلوب در خروجی به وسیله یک نیمه‌هادی قدرت که در حالت خطی به کار گرفته شده است کار می‌کند.
حاصلضرب اختلاف ولتاژ خروجی با ورودی در جریان بار توانی است که در این عنصر نیمه هادی 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 سوییچینگ تغییر سطح ولتاژ خروجی از طریق تغییر در نسبت روشن به خاموش یا اصطلاحاً زمان کارکرد ترانزیستور خروجی انجام می‌گیرد. به دلیل کارکرد ترانزیستور در حالت خاموش و روشن تلفات در نیمه هادی 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 تقسیم‌بندی هستند:
فوروارد forward
فلای بک flyback

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

عناصر اصلی هر یک از انواع این منابع عبارتند از:
• یک منبع سوییچ جهت تهیه موج ‍PWM
• القاگر (در مورد منابع پیشرفته‌تر القاگر جای خود را به ترانس می‌دهد).
• سوییچ قدرت
• یکسوکننده
• خازن ذخیره کننده انرژی در خروجی
• شبکه‌های حس کننده و عمل کننده بازخورد
 

فهرست مطالب
چکیده ۱
چرا از منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنیم؟ ۱
مزایای منابع تغذیه خطی ۱
معایب منابع تغذیه خطی ۲
مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ ۲
معایب منابع تغذیه سوئیچینگ ۳
فصل اول ۵
مقدمه ۵
توضیح چگونگی کارکرد منبع تغذیه سوئیچینگ ۵
رگولاتور سوییچینگ حالت فوروارد ۶
رگولاتور سوییچینگ حالت فلای بک ۸
فصل دوم ۹
فیلتر EMI 10
خازن انباره، فیلتر ورودی ۱۱
ترانسفورمر ۱۱
یکسوکننده خروجی ۱۲
بخش فیلتر خروجی ۱۲
عنصر حس کننده جریان ۱۳
عنصر بازخورد ولتاژ ۱۳
بخش کنترل ۱۳
انواع آرایشهای منابع تغذیه سوییچینگ ۱۴
فصل سوم ۱۷
رگولاتورهای سوییچینگ فاقد ترانسفورماتور ایزوله کننده ۱۷
رگولاتور Buck 17
رگولاتور افزاینده Boost 20
رگولاتور Buck –Boost 22
فصل چهارم ۲۴
رگولاتور سوییچینگ با ترانسفورمر ایزوله کننده ۲۴
رگولاتور فلای بک ۲۴
رگولاتور پوش پول Push-Pull 28
رگولاتور نیم پل (Half-Bidge) 31
رگولاتور تمام پل (Full-Bridge) 32
کاربرد نیمه هادی های قدرت در منابع تغذیه سوییچینگ ۳۴
ترانزیستور قدرت دو قطبی BJT 34
MOSFET های قدرت ۴۳
یکسوکننده ها ۵۰
مدارات مجتمع کنترل کننده منابع تغذیه ۵۳
حالت (نوع) کنترل ولتاژ ۵۵
حالت (نوع) کنترل جریان ۵۶
حالت کنترل شبه رزونانسی ۵۸
اجزای مغناطیسی در یک منبع تغذیه سوییچینگ ۵۹
الفبای مغناطیس و فرو مغناطیس ها ۵۹
ترانسفورمر حالت (نوع) فلای بک ۶۸
روش ترانسفورمر ۸۰
شبکه حسگر ولتاژ ۸۲
سلف فیلتر خروجی ترویج شده از دوسر ۸۳
حفاظت تغذیه و بار از خط ورودی ۸۴
شرایط معکوس کاری خط AC ورودی ۸۵
افت خط (Ac Line Dropout) 86
حالت سوختن خارجی (Brownout Conditions) 86
نشتی و حالت گذرا (Surges and Transients) 87
حالات ورودی DC مغایر ۸۸
حالت ولتاژ کم (Under voltage Conditions) 89
حالت ولتاژ فوق العاده زیاد (Uver Voltage onditions) 90
افت خروجی (Line Dropout) 90
تموج (Surges) 91
حفاظت از بار در مقابل تغذیه و خودش ۹۱
دیود زنر (Zener Diode): 93
اهرم ولتاژ فوق العاده (The Over Voltage Crowbar): 94
روشهای سخت افزاری برای مقابله با حالت جریان بیش از حد ۹۴
طرح منبع تغذیه و سیستم زمین ۹۶
‌طرح و استفاده از برشگر (clamp) و اسنوبر ۱۰۰
شماتیک مدار ۱۰۷
فهرست اشکال
شکل ۱: رگولاتور حالت فوروارد و جهت جریانهایش ۷
شکل ۲: رگولاتور حالت فلای بک و جهت جریانهایش ۸
شکل ۳: شکل موجهای نمونه. ۹
شکل ۴:رگولاتور buck 18
شکل ۵ : رگولاتور boost. 20
شکل ۶: رگولاتور Buck-Boost 23
شکل ۷: رگولاتور فلای بک. ۲۷
شکل ۸: رگولاتور: push-pull 30
شکل ۹: رگولاتور نیم‌پل Half-Bidge 32
شکل ۱۰: رگولاتور تمام پل Full-Bridge. 33
شکل ۱۱: مدارهای هدایت بیس ترانزیستور ۳۶
شکل ۱۲: مدارهای هدایت بیس غیراشباع شونده ۳۷
شکل ۱۳ : مدارهای هدایت کننده گیت Mosfet. 44
شکل ۱۴: بالا: منحنی B-H نمونه پایین: روش مشاهده و اندازه‌گیری مشخصه B-H ماده. ۶۲
شکل ۱۵: استفاده از عنصر مغناطیسی در حلقه جزئی در رگولاتور سوییچینگ، الف) ترانسفورمر دو قطبی forward، ب) ترانسفومر flyback ناپیوسته، ج) ترانسفورمر flyback پیوسته و سلف و فیلتر نوع forward. 65
شکل ۱۶: حاصل جمع جریان اولیه و ثانویه در یک ترانسفورمر فلای بک. ۶۹
شکل ۱۷: زمینهای منابع تغذیه. ۹۹
شکل ۱۸: اسنوبِر. ۱۰۴
فهرست جداول
جدول رگولاتور افزاینده Boost 20
جدول رگولاتور boost. 23
جدول رگولاتور Buck-Boost 27
جدول رگولاتور فلای بک. ۳۰
جدول رگولاتور: push-pull 32
جدول رگولاتور نیم‌پل Half-Bidge 33
جدول رگولاتور تمام پل Full-Bridge. 51
جدول مقایسه چهار نوع یکسوکننده ۵۸
جدول کنترلرهای نوع جریان ۶۷
جدول مقایسه مواد مغناطیس و فرو مغناطیس ۶۷