پروژه منابع تغذیه سوئیچینگ

پایان نامه کاردانی در رشته مهندسی کامپیوتر گرایش سخت افزار منابع تغذیه سوئیچینگ

چکیده :

کلیه مدارات الکترونیکی نیاز به منبع تغذیه دارند. برای مدارات با کاربرد کم قدرت از باطری یا سلولهای خورشیدی استفاده می شود. منبع تغذیه به عنوان منبع انرژی دهنده به مدار مورد استفاده قرار می گیرد. حدود 20 سال است که سیستمهایی پر قدرت جای خود راحتی در مصارف خانگی هم باز کرده اند و این به دلیل معرفی سیستمهای جدید برای تغذیه مدارات قدرت است.

این منابع تغذیه کاملاً خطی عمل می نمایند. این نوع منابع را منابع تغذیه سوئیچینگ می نامند. این اسم از نوع عملکرد این سیستمها گرفته شده است. به این منابع تغذیه اختصاراً SMPS نیز می گویند. این حروف برگرفته از نام لاتین Switched Mode Power Supplies است.

راندمان SMPS بصورت نوعی بین 80% الی 90% است که 30% تا 40% آنها در نواحی خطی کار می کنند. خنک کننده های بزرگ که منابع تغذیه گلوله قدیمی از آنها استفاده می کردند، در SMPS ها دیگر به چشم نمی خورند و این باعث شده که از این منابع تغذیه بتوان در توانهای خیلی بالا نیز استفاده کرد.

در فرکانسهای بالای کلیدزنی از یک ترانزیستور جهت کنترل سطح ولتاژ DC استفاده می شود. با بالا رفتن فرکانس ترانزیستور، دیگر خطی عمل نمی کند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید می نماید. به همین سبب در فرکانس کلیدزنی بالا از المان کم مصرف Power MOSFET استفاده می شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نیز زیاد می شود. المان جدیدی به بازار آمده که تمامی مزایای دو قطعه فوق را در خود جمع آوری نموده است و دیگر معایب BJT و Power MOSFET را ندارد. این قطعه جدید IGBT نام دارد. در طی سالهای اخیر به دلیل ارزانی و مزایای این قطعه از IGBT استفاده زیادی شده است.

امروزه مداراتی که طراحی می شوند، در رنج فرکانسی MHZ و قدرتهای در حد MVA و با قیمت خیلی کمتر از انواع قدیمی خود می باشند.

فروشنده های اروپائی در سال 1990 میلادی تا حد 2 میلیارد دلار از فروش این SMPS ها درآمد خالص کسب نمودند. 80% از SMPS های فروخته شده در اروپا طراحی شدند و توسط کارخانه های اروپائی ساخت آنها صورت پذیرفت. درآمد فوق العاده بالای فروش این SMPS ها در سال 1990 باعث گردید که شاخه جدیدی در مهندسی برق ایجاد شود.

این رشته مهندسی طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ نام گرفت.

یک مهندس طراح منابع تغذیه سوئیچینگ بایستی که در کلیه شاخه های زیر تجربه و مهارت کافی کسب کند و همیشه اطلاعات بروز شده در موارد زیر داشته باشند:

1- طراحی مدارات سوئیچینگ الکترونیک قدرت.

2- طراحی قطعات مختلف الکترونیک قدرت.

3- فهم عمیقی از نظریه های کنترلی و کاربرد آنها در SMPS ها داشته باشد.

4- اصول طراحی را با در نظر گرفتن سازگاری میدانهای الکترومغناطیسی منابع تغذیه سوئیچینگ با محیط انجام دهد.

5- درک صحیح از دفع حرارت درونی (انتقال حرارت به محیط) و طراحی مدارات خنک کننده موثر با راندمان زیاد.

فهرست مطالب

عنوانصفحه

فصل اول- انواع منابع تغذیه

1-1منبع تغذیه خطی

1-1-1 مزایای منابع تغذیه خطی

1-1-2 معایب منبع تغذیه خطی

1-1-2-1 بزرگ بودن ترانس کاهنده ورودی

1-2 منبع تغذیه غیر خطی (سوئیچینگ)

1-2-1 مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ

1-2-2معایب منابع تغذیه سوئیچینگ

فصل دوم یکسوساز و فیلتر ورودی

2-1 یکسوساز ورودی

2-2 مشکلات واحد یکسوساز ورودی و روش های رفع آن ها

2-2-1 استفاده از NTC

2-2-2 استفاده از مقاومت و رله

2-3-2 استفاده از مقاومت و تریاک

2-3-1 روش تریستور نوری

فصل سوم مبدل های قدرت سوئیچنیگ

3-1 مبدل فلای بک غیر ایزوله

3-2 مبدل فوروارد غیر ایزوله

فصل چهارم ادوات قدرت سوئیچینگ

4-1 دیودهای قدرت

4-1-1 ساختمان دیودهای قدرت

4-1-2 انواع دیود قدرت

4-1-2-1 دیودهای با بازیابی استاندارد یا همه منظوره

4-1-2-2 دیودهای بازیابی سریع و فوق سریع

4-1-2-3 دیودهای شاتکی

4-2 ترانزیستور دوقطبی قدرت سوئیچینگ

4-3 ترانزیستور ماس فت قدرت سوئیچینگ

فصل پنجم مدارهای راه انداز

5-1 مدارهای راه انداز بیس

5-1-1 راه انداز شامل دیود و خازن

5-1-2 مدار راه انداز بهینه

5-1-3 راه اندازهای بیس تناسبی

5-2 تکنولوژی ساخت ترانزیستورهای ماس فت

فصل ششم واحد کنترل PWM

6-1 نحوه کنترل PWM

6-2 معرفی تعدادی از مدارهای مجتمع کنترل کننده PWM

6-2-1 مدار مجتمع مد جریانی خانواده 5/4/3/842 (3)

6-2-2 مدار مجتمع کنترل کننده مُد جریانی از نوع سی ماس

6-2-3 مدر مجتمع مد ولتاژی P/FP 16666 HA

6-2-4 مدار مجتمع مد ولتاژی

6-2-5 مدار مجتمع مد جریانی

6-2-6 مدار مجتمع مد جریانی

فصل هفتم سوئیچینگ ولتاژ صفر و جریان صفر

7-1 سوئیچینگ ولتاژ صفر و جریان صفر

7-2 مبدل فلای بک ولتاژ صفر ساده

7-3 مبدل های سوئیچینگ نرم ولتاژ صفر

7-3-1 مبدل تشدیدی موازی

7-3-2 مبدل تشدیدی سری

7-3-3 مبدل تشدیدی سریموازی

7-3-4 پل تشدیدی با فاز انتقال یافته

7-4 سوئیچینگ نرم جریان صفر

فصل هشتم تجزیه و تحلیل چند منبع تغذیه سوئیچینگ

8-1 مدار مجتمع

8-2 مدار مجتمع

8-3 مدار مجتمع P/FP 16666HA

8-4 مدار مجتمع

8-5 مدار مجتمع

8-6 مدار مجتمع TOPxxx

فصل نهم برخی ملاحظات جانمایی

مقدمه

9-1 سلف

9-2 فیدبک

9-3 خازن های فیلتر

9-4 مسیر زمین

9-5 چند نمونه طرح جانمایی

9-6 خلاصه

9-7 فهرست قوانین طرح جانمایی