منبع تغذیه بکاپ سوئیچ

منبع تغذیه بک آپ سوئیچ

ما در این مقاله قصد داریم شما را با منبع تغذیه بک آپ سوئیچ آشنا کنیم.

منبع تغذیه سوئیچ

یک منبع تغذیه سوئیچینگ برای شروع کار خود عمل دشواری را انجام نمی دهد و وقتی به یک منبع تغذیه سوئیچینگ به شکل یک جعبه سیاه نگاه کنیم ، فقط ترمینال های ورودی و خروجی آن ، در اختیار ما قرار می گیرد. سوئیچینگ ها شبیه یک منبع تغذیه خطی هستند. اما تفاوت اساسی آن ها این است که منبع تغذیه خطی ، برای ثابت نگه داشتن ولتاژ بار ، از جریان بار ورودی استفاده می کند و به صورت پیوسته رگوله هستند.

در صورتی که منبع تغذیه سوئیچینگ ، رگوله ها را در جریان بار و جهت ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی نگهدارد ، باعث قطع و وصل شدن ولتاژ ورودی می شود. اما با کنترل کردن جریان متوسط از طریق تغییر عرض پالس می تواند جلوی این اتفاق را بگیرد. هنگامی که جریان خروجی بیشتری توسط بار مورد نیاز ایجاد شود ، پالس ها با افزایش زمان روشن و به وجود می آیند.

در کل هر دو منبع تغذیه سوئیچینگ بر پایه مدولاسیون عرض پالس شروع به کار می کنند. این دو منبع عبارتند از : منبع تغذیه فوروارد مود ( Forward Mode ) و منبع تغذیه فلای بک مود (Fly Back Mode )

نام این دو منبع تغذیه ، بر اساس عملکرد عنصرهای مغناطیسی که در رگولاتورها استفاده می شوند ، به وجود آمده اند.

رگولاتورهای فوروارد مود : این رگولاتورها توسط 4 عنصر برای رگوله کردن استفاده می شوند. این 4 عنصر عبارتند از :

• سوئیچ قدرتمند ، برای تولید پالس ها : سویئچ های قدرتمند می توانند ترانزیستور BJT با قدرتی بسیار بالا تولید کنند ، همچنین قادرند که یک MOSFET را مستقیماً بین ولتاژ ورودی و قسمت فیلتر شده قرار دهند. گاهی اوقات ممکن است بین سوئیچ های قدرتمند و یک قسمت از فیلترها ترانسفورماتوری جهت کاهش یا افزایش ولتاژ ورودی قرار گیرند. این ترانسفورماتور به رگولاتورهای فوروارد بک مشهور هستند.
• PWM
• سلف سری و خازن
• دیود

مخزن ذخیره انرژی ها

دیود شنت ، سلف سری و خازن شنت می توانند یک مخزن ذخیره انرژی را تشکیل دهند. وظیفه این 3 عنصر ثابت نگهداشتن انرژی و ولتاژ بار خروجی در زمان قطع بودن سوئیچ ها می باشد. سوئیچ های قدرتمند می توانند مخزن های انرژی را در زمان قطع بودن منبع سوئیچینگ ، پر کند. با این عمل از تلف شدن زمان جلوگیری می شود.

عملکرد منبع تغذیه را می توان در دو حالت قطع و وصل کردن منبع سوئیچ های قدرتمند بررسی کرد.

حالت اول وصل بودن سوئیچ قدرتمند :

در مدت زمان جریان خروجی از منبع ورودی ولتاژ و منبع عبور کرده و به وسیله سلف ، مجدداً از طریق خطوط برگشتی به منبع ورودی باز می گردد. در این مدت دیود ، در بخش بایاس معکوس شده و قطع می شود. سپس سوئیچ قدرتمند قطع شده و به سبب جریان در سلف ها به حالت قبل برگشته ولی پلاریته ولتاژ آن ها عوض می شود. این عمل باعث می شود تا دیود در بایاس به صورت موافق قرار گیرد و شروع به کار کند.

حالت دوم قطع بودن سوئیچ قدرتمند :

با روشن شدن دیود دز مسیر جریان خروجی به وسیله سلف و دیود انرژی ایجاد شده و سلف ها در زمان روشن بودن سوئیچ قدرتمند توسط دیود شنت و خازن منتقل می شوند. این عمل باعث می شود انرژی بار در زمان قطع بودن سوئیچ قدرت تأمین شود.

به نظر شما چرا به این قطعات فوروارد گفته می شود ؟

زیرا در زمان وصل و قطع بودن سوئیچ های قدرت جریان بار را از سلف ها عبور می دهند. به همین دلیل فوروارد (FOWARD ) تغذیه را با این نام می شناسند.

میزان انرژی تحویل داده شده به بار، توسط زمان وظیفه سوئیچ قدرتمند و کنترل ایجاد می شود. وظیفه سوئیچ قدرت در زمان ، بین 0تا 100 درصد قابل تغییر می باشد. اما در منبع های تغذیه عملی ، این میزان حدوداً بین 5 تا 95 درصد است.

رابطه ولتاژ ورودی و خروجی

یک فرمول و رابطه تقریبی بین ولتاژهای ورودی و خروجی و زمان وظیفه وجود دارد .

رگولاتورهای فلای بک مود Flyback Mode

رگولاتورهای سوئیچینگ ، در فلای بک مانند فوروارد می باشد که از 4 عنصر اصلی تشکیل شده اند. تنها تفاوت میان این دو رگولاتورها ، در نحوه چیدمان و المان های آن می باشد. یک بار سلف می تواند بین منبع ورودی و سوئیچ قدرتمند قرار بگیرد. سپس پایه آند دیود به مکان اتصال سوئیچ قدرتمند و سلف ها متصل می شود. همچنین خازن ها هم بین کاتد دیود و زمین قرار می گیرند.

عملکرد فلای بک مودها نیز در دو حالت روشن و خاموش سوئیچ قدرت بررسی می شود. در حالت اول سلف ، به صورت مستقیم منبع ورودی را متصل کرده و یک جریانی را از سلف عبور می دهد. به همین دلیل یک انرژی در هسته سلف قرار می گیرد. هنگامی که یک سوئیچ قدرت قطع می شود، حالت جریان سلف توانایی تغییر جهت را ندارد اما پلاریته ولتاژها برعکس می شوند. این اتفاق باعث می شود تا دیود ، روشن شده و از طریق انرژی ذخیره شده در سلف به خازن منتقل کنند. این کار تا زمان خالی شدن انرژی سلف ، ادامه پیدا می کند.

همان طور که می دانید ولتاژ معکوس بر روی سلف ، بیشتر از ولتاژ ورودی قرار دارد. این ولتاژ با ولتاژ منبع ورودی جمع شده و میزان خروجی آن بر روی خازن ظاهر می شود. با توجه به اینکه خازن فیلتر خروجی ، تنها المان ذخیره کننده انرژی است ، میزان ریپل خروجی در رگولاتورهای فلای بک ، بیشتر از فوروارد می باشد.

میزان زمان وظیفه در یک رگولاتور فلای بک حدوداً بین 0 تا 50 درصد است. این محدودیت ناشی از زمان وظیفه مورد نیاز ، برای خالی شدن انرژی سلف به خازن ها است. زمان وظیفه در این رگولاتورها به صورت ایزوله بوده و با ترانسفورمر می تواند از حالت قبلی بزرگ تر شود. این یکی از قابلیت های تأثیرگذار بر روی نسبت دور سیم پیچ ها و اندوکتانس سیم پیچ های اولیه و ثانویه نیز می باشد. رابطه بین ولتاژهای ورودی و خروجی در رگولاتورهای فلای بک ، کمی پیچیده تر می باشد. هنگامی که سوئیچ قدرت قطع می شود ، سلف ها قبل از روشن شدن سوئیچ قدرت خود را تخلیه می کنند. از طرفی مقدار ولت تایم شارژ و سلف باید یکی باشد . همچنین خروجی مبدل boost می تواند بدون ایزوله بودن ولتاژ ورودی بیشتری را تولید کند.