طراحی مدارات سوئیچینگ

در حال حاضر در بیشتر لوازم الکتریکی من جمله لوازم صوتی و تصویری ، اقسام شارژر، اینورتر ها ، پاور کامپیوتر و…. از مدارات سوئیچینگ جهت مبدل ولتاژ و جریان استفاده می کنند. چرا که بسته به ماخذ تغذیه خطی که با ترانسفورمر های عظیم ، کار مبدل ولتاژ و جریان را اعمال می کنند سبک وزن هستند، گنجایش کمتری را در اختیار می گیرند، تقریبا نرخ آنها نسبت به سایر منابع تغذیه به صرفه تر و ارزان تر است و  عمده ترین خصوصیت آن راندمان بالاتری دارند. همچنین می توان میزان فشار الکتریکی ورودی وسیع تری را به آنها وارد کند و با این حال خروجی آن ها بدون بکارگیری رگولاتور هایی با صرف انرژی بسیار به صورت کامل ثابت شده است.

یک ماخذ خطی با هدر دادن نیرو، خروجی را یکسو می کند اما در شیوه سوئیچینگ با تحول مقدار زمان تناوب کلید ، ولتاژ و جریان خروجی تنظیم می شود. با یک پی ریزی مطلوب در این روش می توان تقریبا به ۹۰ درصد نتیجه رسید. شارژر های موبایل می توانند مطلوب ترین نمونه برای این منبع تغذیه دانست.

نحوه عملکرد مدارات سوئیچینگ

عملکرد یک ماخذ تغذیه سوئیچینگ به چه نحوی است؟ از لحاظ مفهومی آموزش شیوه کارکرد آن مسئله ای پیچیده نیست.‌زمانی که به این منبع تغذیه به شکل یک جعبه سیاه توجه کنید که تنها پایانه های ورودی و خروجی آن را در دسترس دارید، در این شرایط روال یک مدار سوئیچینگ مشابه یک منشا تغذیه خطی خواهد بود. اختلاف عمده میان این دو آن است که منبع تغذیه خطی جهت حفظ ولتاژ بار، گردش بار را که از گردش ورودی فراهم می شود به شیوه مستمر رگوله می کند. با آنکه دیگری همین عمل را با گسیختن و متصل کردن ولتاژ ورودی ، و پس از آن با مهار کردن جریان متوسط آن به وسیله  عوض کردن عرض پالس اعمال می کند. هنگامی که گردش خروجی زیادتری به وسیله بار مدنظر باشد با بالا رفتن  مدت زمان روشن بودن پالس ها این کار صورت می گیرد.

عوامل موثر در سوختن آی سی نوسان ساز در منشا تغذیه سوئیچینگ

مغز هر سیستم مدار سوئیچینگ را قسمت ارتعاش ساز آن ایجاد می کند. نمونه های ساده این قسمت متشکل از یک ترانزیستور، چند خازن و مقاومت است. و نمونه های گسترده تر و نوین تر  از ای سی برخوردار است. به گونه ای که سوای از مدار ارتعاش ساز حتی ترانزیستور های نیرومند را هم در یک آی سی می توان پیدا کرد. نقش بخش ارتعاش ساز در این نوع مبدا تغذیه برعکس آداپتور ها که به وسیله ترانس هسته فلزی و رگولاتور های خطی که در بسامد حداقل ۱۰۰هرتز مشغول فعالیت است باعث هدر رفتن زیاد انرژی می شوند. با اعمال حرکت ترانزیستور های کلید در بسامدی ویژه و مدولاسیون پهنای باند می باشد که انرژی را خیلی کمتر هدر می دهد.

عوامل بسیاری سبب سوختن آی سی نوسان ساز منبع تغذیه سوئیچینگ می شوند  که عبارتند از:

• بی کیفیت بودن نوع آی سی
• نقص دیود یا رگولاتور ثابت سازی ولتاژ ورودی این قطعه
• نقص قطعه های بخش ورودی منشا تغذیه
• ارتعاشات ورودی برق کانال
• پیوستگی خط سیر مسی pbc در بخش ورودی به علت حرارت بیش از اندازه مدار

منبع تغذیه سوئیچینگ چیست؟

در حال حاضر منبع تغذیه سوئیچینگ در تلویزیون ها، موبایل ها، کامپیوتر ها، تقویت کننده های نیرو ، درایو موتور های DC و…. بکار برده می شود.

گونه ای ماخذ تغذیه است که شیوه های سوئیچینگ را بر پایه نیمه رسانا جهت وارد شدن به ولتاژ خروجی مناسب به کار می برند و  از یک  تبدیل منبع تغذیه پایه ، توان و یک مدار مهار ایجاد شده است. امتیاز عمده این منبع تغذیه راندمان زیادتر آن در قیاس با منابع تغذیه خطی است. مولفه عمده در وارد شدن به این راندمان یک ترانزیستور است که میان دو حالت وصل و قطع کلید می کند و سبب هدر رفتن توان محدودتری می شود. زمانی که ترانزیستور این منبع تغذیه به صورت کاملی وصل باشد و جریان را بفرستد افت ولتاژ آن در کمترین حد خواهد بود و زمانی که بصورت کاملی قطع شود جریانی از آن نمی گذرد. در این صورت ترانزیستور همانند یک کلید مطلوب کار می کند.

در نهایت برعکس منبع تغذیه خطی که تنها کنترل ولتاژ را به شکل کاهش دهنده اعمال می کند این نوع منبع تغذیه سوئیچینگ می تواند کاهش دهنده Buck, افزایش دهنده Boost یا وارون کننده پلاریته ولتاژ ورودی Buck Boost نیز باشد. این ۳ مدار معمولا پایه های ماخذ تغذیه را ایجاد می کنند. تمایز این ۳ مدار تنها در محل واقع شدن سلف و خازن خروجی در مدار می باشد.

معرفی انواع مدارات سوئیچینگ

ماخذ تغذیه سوئیچینگ به دو گونه جامع فوروارد و فلای بک توزیع می شوند. با توجه به شباهت های زیادی که دارند از تمایزات منحصر به فردی هم برخوردارند. شیوه کارکرد و حالت قرار گیری ماده مغناطیسی مشخص کننده گونه مدار است.

• فوروارد (Forward)

کلید قدرت

یک ترانزیستور نیرومند IGBT, MOSFET  است که بسامد روشن کننده و قطع کننده آن بایستی از بسامد کاری مدار بسیار بیشتر باشد.

القاگر

یک ماده اندوخته ‌کننده انرژی است و کارکرد این مدار بسیار مشابه پیستون و چرخ طیار می باشد. اگرچه احتمال وجود یک ترانسفورماتور در عوض القاگر به قصد تغییر میزان فشار الکتریکی و تولید عایق بندی وجود دارد.

خازن

خازن معمولا یک ماده اندوخته کننده انرژی است به منظور اینکه میزان فشار الکتریکی خروجی در میزان معین خود باقی بماند و فاقد ریپل بسیاری باشد.

یکسو کننده

معمولا یک دیود فوق العاده سریعی است که دیود شاتکی بکار می برد که قطعا بایستی مدت زمان قطع و وصل آن خیلی پایین باشد.

شیوه عملکرد مدار

همانگونه که پیستون فاقد قدرت است و نیرو از طرف چرخ طیار فراهم می شود و در تناوب بعدی پیستون به گروه چرخ طیار نیرو می دهد و در اینجا هم زمانی که کلید باز است با گردش سیر از سوی دیود ، نیرو از طرف القاگر فراهم می شود و در تناوب بعدی با مسدود شدن کلید، القاگر دوباره به وسیله ماخذ ورودی حاوی نیرو می شود.

• فلای بک ( Flyback)

شیوه کارکرد مدار

با وصل شدن کلید نیرو، القاگر با استفاده از ماخذ، دارای انرژی می شود، در این وضعیت دیو خاموش می باشد. با قطع کردن کلید جریان بار با استفاده از دیود ، القاگر و تغذیه امتداد می یابد.