دانلود مقاله شبیه سازی منابع تغذیه سوئیچینگ

منبع تغذیه غیرخطی (سوئیچینگ ): منابع تغذیه خطی منابعی هستند که عنصر کنترل آنها در ناحیه فعال از عملکرد خود قرار دارد، معایب یک منبع تغذیه خطی عبارتند از : 1- بازده کمتر از 50 درصد ( در توانهای نسبتاً زیاد ) ، 2- حجم زیاد. معایب منبع تغذیه خطی می تواند با استفاده از… پیشنهاد می کنیم ادامه این مطلب مفید و ارزشمند را در مقاله شبیه سازی منابع تغذیه سوئیچینگ دنبال نمایید. این فایل شامل 96 صفحه و در قالب word ارائه شده است.

مشخصات فایل شبیه سازی منابع تغذیه سوئیچینگ

عنوان: شبیه سازی منابع تغذیه سوئیچینگ
فرمت فایل : word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات : 96
حجم فایل : 14 مگابایت

بخشی از  مقاله شبیه سازی منابع تغذیه سوئیچینگ را در ادامه مشاهده خواهید نمود.

مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ

منابع تغذیه سوئیچینگ دارای مزایایی به شرح زیر می باشند :

1- راندمان بزرگ تراز 50٪  : معمولاً بازده منابع تغذیه سوئیچینگ بیشتر از بازده منابع تغذیة خطی می باشد . بازده منابع تغذیه سوئیچینگ بین 70٪ تا 80٪ است.

در منابع تغذیه سوئیچینگ عنصر کنترل (سوئیچینگ) در حالت اشباع و قطع کار می کند و توان تلفاتی پایینی دارد ، در حالی که در منابع تغذیه خطی عنصر کنترل در حالت فعال کار می کند  و توان بالایی دارد . در واقع با فرض ایده آل بودن عنصر کنترل داریم :

2- ابعاد کوچک ترانس

در منابع تغذیه خطی ترانس در فرکانس 50 هرتز برق شهر کار می کند. بر این اساس انرژی نسبتاً زیاد در تعداد دفعات کم به خروجی منتقل می شود . در حالی که در منبع تغذیه سوئیچینگ با افزایش فرکانس ، بسته های انرژی کوچک تری در تعداد دفعات بیشتری منتقل می گردد. برای مثال منبع پر از آبی را در نظر بگیرید ، اگر این منبع را با یک ظرف بزرگ و با سرعت کم و یا با یک فنجان ولی با سرعت زیاد خالی کنیم ، هر دو می توانند در یک زمان منبع را خالی کنند با این که ظرفیت و حجم یک فنجان بسیار کوچک تر است. از این مثال این موضوع را درک می کنیم که در منابع تغذیه سوئیچینگ با افزایش فرکانس ، حجم ترانس کوچک می شود . به عنوان مثال اگر فرکانس سوئیچینگ برابر با 30KHZ و فرکانس برق شهر 50HZ باشد ، ابعاد ترانس در منابع تغذیه سوئیچینگ نسبت به منابع تغذیه خطی 600 برابر کوچکتر می باشد ، زیرا :

3- سبک بودن منبع تغذیه

بیشتر وزن یک منبع به ترانس آن بستگی دارد . حال اگر ترانس کوچک باشد این منبع سبک خواهد شد.

4- کاملاً فشرده

منابع تغذیه سوئیچینگ را می توان در بسته بندی های کاملاً فشرده قرار داد ، چون اتلاف حرارتی کمی دارند.

5- ورودی با محدودة دینامیکی زیاد

ولتاژ ورودی می تواند در محدوده وسیعی تغییر کند در حالی که ولتاژ خروجی ثابت باقی بماند.

6- زمان نگهداری بیش از پنج میلی ثانیه

در منابع تغذیه سوئیچینگ زمان نگهداری بیشتر از منابع تغذیة خطی است . دلیل آن ولتاژ dc بالایی است که در خازن ورودی ذخیره می شود . از آنجایی که انرژی ذخیره شده در خازن با مربع ولتاژ رابطه دارد به همین دلیل منبع سوئیچینگ زمان نگهداری بیشتری دارد.

معایب منابع تغذیه سوئیچینگ

منبع تغذیه سوئیچینگ با بلوک دیاگرامی که در شکل A-1 معرفی شد ، همانند منابع تغذیه خطی دارای معایبی می باشد که در ادامه سعی بر رفع این معایب و یا در واقع ارائه بلوک دیاگرام کامل­تر یک منبع تغذیه سوئیچینگ داریم . این معایب به شرح زیر می باشد :

• به دلیل نوع فیدبک به کار برده شده ایزولاسیون ( مجزا سازی) مدار از بین می رود و در این حالت زمین ورودی به زمین خروجی متصل می شود و خطر برق گرفتگی برای کاربر به وجود می آید.

با توجه به شکل A-2 تغییرات ولتاژ جریان در نقطة (a) باعث تشعشع می شود . در این حالت علاوه بر تشعشع ، تلفات در ترانس افزایش یافته و با افزایش تلفات در ترانس بازده آن کاهش می یابد. به عنوان مثال اگر ولتاژ برق شهر برابر با 220 ولت مؤثر باشد مقدار ولتاژ dc خازن ورودی برابر 220√2 = 311 ولت خواهد شد. اگر زمان روشنی عنصر سوئیچینگ برابر با یک میکروثانیه فرض شود ، در این صورت داریم :

بلوک دیاگرام کامل تر منبع تغذیه سوئیچینگ قطع خط

در بلوک دیاگرام ساده شده شکل A-1 مشکلاتی وجود دارد که موجب می گردد تا نتوان با اطمینان خاطر از سیستم سوئیچینگ با این بلوک دیاگرام در عمل استفاده کرد ، در نتیجه باید با اضافه کردن چند بلوک مناسب دیگر این معایب برطرف شوند . در این قسمت به بررسی پیرامون این مشکلات و چگونگی رفع آن ها می پردازیم.

یکی از مشکلات بلوک دیاگرام قبل این است که چنانچه مسیر فیدبک به هر دلیلی قطع شود ، ولتاژ خروجی زیاد شده و چون کنترلی برای محدود کردن آن وجود ندارد در نهایت باعث سوختن مدار می شود. بنابراین نیاز به یک حفاظت در برابر اضافه ولتاژ می باشد که این عمل را واحدی به نام « حفاظت اضافه ولتاژ »[1] انجام می دهد . به این صورت که این مدار از ولتاژ خروجی نمونه برداری کرده و آن را بررسی می کند که مقدار به دست امده بیش تر از مقدار مورد نظر تعیین شده نباشد. اصل این واحد دو وظیفه برعهده دارد :

• در صورت رخداد اضافه ولتاژ سیستم را به شکل کامل یا نیمه کامل قطع می کند.
• سیگنالی را برای شبکه تغذیه شونده می فرستد و به آن اعلام می کند که تغذیه مناسب است یا خیر در واقع [2]PG را فعال یا غیرفعال می سازد.

لازم به ذکر است که اغلب دستگاههای تغذیه شونده با منبع سوئیچینگ در هنگام دریافت توان و برای امنیت بیشتر به این صورت کار می کنند که بعد از به وجود آمدن ولتاژ خروجی منبع سوئیچینگ  آن را آزمایش می­کند، چنانچه ولتاژ خروجی در محدودة مناسب بود ، یک سیگنال High شده به وسیله اجازه می دهد که توان نامی را از سیستم سوئیچینگ دریافت کند. چنانچه این سیگنال Low شود ، هیچ گاه این توان انتقال پیدا نمی کند . لذا در بعضی اوقات ممکن است که منبع سوئیچینگ روشن باشد ولی سیستم متصله روشن نشود ، زیرا سیگنال مورد نظر High نشده است و در واقع سیگنال PG به وجود نیامده است.

مشکل دیگر بلوک دیاگرام قبل ، ایجاد نویز هدایتی است که از ترانس سوئیچینگ رو به جلو و یا عقب – بر روی خط تغذیه – نشت می کند. برای حذف این نویز از فیلتر RFI[3] یا [4]EMI استفاده می گردد که دقیقاً در ورودی نصب می شود و وظیفه اش این است که اجازه ورود و خروج نویز را ندهد. مشکل نویز هدایتی به دو صورت خود را آشکار می کند :

• توان راکتیو دریافت شده از خط را زیاد می کند.
• ایجاد تداخل رادیویی می کند.

در توان های پایین و در حدود 300- 200 وات غالباً از یک طبقه از این نوع فیلتر استفاده می شود . در توان های بالاتر مثلاً 600- 500 وات از دو طبقه فیلتر استفاده می شود، اما در توان های خیلی بالاتر ، فیلتر RFI به تنهایی پاسخ گوی نیاز مدار نیست و باید از واحد دیگری به نام [5]PFC نیز استفاده کرد. مشکل دیگر ، جریان عبوری از عناصر سؤئیچینگ  است به عنوان مثال اگر خروجی اتصال کوتاه شود ، به محض آمدن پالس روشنی ، ترانزیستور سوئیچینگ  می سوزد و یک اتصال کوتاه فلزی در ترانزیستور به وجود می آید. ( یعنی فلز کنتاکت کلکتور به داخل امیتر نفوذ می کند ) البته ترانس تحمل عبور جریان تا 10 برابر جریان اتصال کوتاه را دارد ، لذا نمی سوزد . اما سایر عناصر مسیر ، مثل دیود یکسوساز ، فیلتر RFI و… صدمه می بینند.

برای رفع این مشکل واحدی به نام « حفاظت اضافه جریان »[6] طراحی می شود تا بالا رفتن جریان را تشخیص دهد . به عنوان مثال در برخی سیستم ها ، توسط یک ترانس از بیشینه جریان عبوری به وسیله حلقه تروئیدی نمونه گیری می شود و ولتاژی متناسب با این جریان در خروجی ایجاد می شود . این ولتاژ مورد بررسی قرار می گیرد که آیا در حد مجاز می باشد یا خیر.

البته به جای ترانس می توان از مقاومت های کوچک استفاده کرد. اما در توان های بالا ، در فرکانس سوئیچینگ این مقاومت های کوچک از خود خاصیت سلفی نشان می دهند . چون ساختار آنها به صورت سیم نازک دور یک میله میکا می باشد . لذا در فرکانس های بالا مشابه سلف عمل می کند و در این حالت ولتاژ دو سر آنها متناسب با جریان عبوری از آنها نیست تا بتوان با اندازه گیری ولتاژ دو سرشان ، مقدار جریان را تعیین کرد ، بلکه متناسب با تغییرات جریان می باشد که فعلاً در صدد بررسی آن نمی باشیم اما به طور مفصل در فصل جداگانه­ای بررسی می گردد. همچنین اگر به جای استفاده از مقاومت های کوچک ، از موازی کردن چند مقاومت کربنی استفاده کنیم حجم زیادی اشغال می کنند . لذا بهتر است از ترانس جریان استفاده کنیم.

یکی از مهم­ترین اشکالات بلوک دیاگرام قبل آن است که با اتصال شبکه فیدبک ، زمین ورودی و زمین خروجی یکی می شوند. این از نظر ایمنی مناسب نیست ، زیرا سیستم باید قطع خط[7] باشد. در یک سیستم قطع خط باید اتصال خطوط ورودی ( فاز یا نول) از خروجی سیستم کاملاً جدا باشد تا ایمنی کاربر تضمین گردد. برای رسیدن به این هدف باید ارتباط واحد فیدبک و کنترل مجزا باشد . برای این منظور از بلوک « مجزا سازی ورودی / خروجی »[8] استفاده می شود. غالباً بعد از عمل مقایسه ولتاژ خروجی با مرجع ، اطلاعات را به صورت نوری و یا مغناطیسی انتقال می دهند. زیرا در این حالت نیازی به خط زمین نیست و به وسیله یک ترانس یا دیود نوری به راحتی می توان مجزا سازی را انجام داد. به این ترتیب می توان این واحد را به دو صورت زیر طرح کرد:

1-نوری[9]

 2-مغناطیسی[10]

در مورد محل قرار گیری واحد کنترل باید گفته شود که اگر واحد کنترل در خروجی قرار گیرد ، در لحظه اول که سیستم می خواهد روشن شود ، از آنجایی که ولتاژ خروجی صفر است ، تغذیه ای برای واحد کنترل وجود ندارد ، لذا سیستم روشن نخواهد شد ، زیرا اول واحد کنترل باید روشن شود تا پالس روشنی برای ترانزیستورها بفرستد و بعد سیستم روشن شود. لذا اغلب واحد کنترل بعد از مجزاسازی ورودی و خروجی قرار داده می شود تا ولتاژ آن به نحو مطلوب تری تأمین گردد. برای این که بخش کنترل عملیات را به دست بگیرد ، احتیاج به فیدبک مثبت است تا نوسانات لازم اولیه ایجاد شود و ولتاژ اندکی در خروجی به وجود آید. به این ترتیب ولتاژ حداقلی به واحد کنترل می رسد که شروع به کار می کند . اما اگر در این شرایط خروجی به یک بار بزرگ – باری که جریان زیادی می کشد وصل شود ، منبع روشن نمی شود و اصطلاحاً « زیر بار » می ماند . از آنجایی که در تمام سیستم هایی که نیاز به امنیت بیشتر دارند ، بخش کنترل باید در خروجی قرار گیرد تا در صورت اتصال کوتاه خروجی ، سیستم کنترل سریعاً خاموش و ترانزیستورهای سوئیچینگ  هم قطع شوند ، لذا از بلوک تغذیه کمکی[11] شکل A-8 استفاده می شود ، تا در لحظه اول که سیستم در آستانه روشنی است ، تغذیه بخش کنترل را تأمین کند. بدین طریق واحد کنترل در خروجی قرار می گیرد و باعث بالارفتن امنیت سیستم می شود. در مورد گرمای تولید شده به ویژه در توان های بالا باید توجه داشت که اگر بازدهی مدار 90٪ باشد ، از 10٪تلفات ، حدوداً 5٪ آن تشعشع و حدود 5٪ آن مربوط به حرارت تولیدی است که باید آن را به طریقی دفع کرد . این عمل غالباً توسط فن ها انجام می شود که انرژی شان را از بلوک تغذیه کمکی دریافت می کنند.

به طور خلاصه عملکرد سیستم به این صورت است که لحظه اول بلوک تغذیه کمکی روشن می شود و متعاقباً فن ها را روشن می کند . اگر چرخش فن ها درست بود ، تغذیه بخش کنترل اعمال می شود . بخش کنترل پس از دریافت تغذیه ، با مشاهدة عدم وجود ولتاژ خروجی ، یک پالس به بخش سوئیچینگ  اعمال کرده تا ترانزیستورهای سوئیچینگ روشن شوند و قدرت انتقال یابد . در این حالت چنانچه بار زیاد باشد ، منبع « زیر بار » نمی ماند و حتی با اتصال کوتاه کردن خروجی ، هم بخش کنترل و هم ترانس هیچ پالسی به خروجی نمی فرستند. تنها مشکل باقی مانده در این سیستم به ویژه در انواع توان زیاد آن ، این است که وقتی ترانزیستور سوئیچینگ  کار می کند ، هارمونی­هایی به وجود می آید که واحد RFI قادر به حذف آن ها نیست . این هارمونی­ها در ورودی تغذیه موجب دریافت توان راکتیو زیادی می شوند که مطلوب نیست . اما چنانچه جریان با ولتاژ ورودی هم فاز شود ، هارمونی (توان را کتیو) تولید نمی شود. برای این کار از واحد « تصحیح ضریب قدرت » استفاده می شود . این واحد اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ را صفر می کند. در اصل PFC هارمونی اصلی ولتاژ را با جریان اصلی هم فاز می کند.

فهرست مطالب مقاله شبیه سازی منابع تغذیه سوئیچینگ, در ادامه قابل مشاهده می باشد.

• چکیده
• مقدمه
• فصل اول
• معرفی بخش های مختلف منبع تغذیة سوئیچینگ
• فصل دوم
• مبدل های قدرت سوئیچینگ
• فصل سوم
• ادوات قدرت سوئیچینگ
• فصل چهارم
• مدارهای راه¬انداز
• فصل پنجم
• شبیه سازی چند منبع تغذیة سوئیچینگ و تجزیه و تحلیل آنها
• ضمیمه

در صورت تمایل شما می توانید مقاله شبیه سازی منابع تغذیه سوئیچینگ را به قیمت 16900 تومان از سایت فراپروژه دانلود نمایید. اگر در هر کدام از مراحل خرید یا دانلود با سوال یا ابهامی مواجه شدید می توانید از طریق آدرس contact-us@faraproje.ir و یا ارسال پیامک به شماره: 09382333070 با ما در تماس باشید. با اطمینان از وب سایت فراپروژه خرید کنید، زیرا پشتیبانی سایت همیشه همراه شماست.