نسل جوان ایران

فنی مهندسی کشاورزی و منابع طبیعیصنایع عذائئصنایع عذائئ

منبع تغذیه

ارسال کننده : جناب آقای محمد حسن رحیمی
سطح فعالیت : ناشر
ایمیل : mohammadhassan1384[@]gmail.com
تاریخ ارسال : ۹ تیر ۱۳۹۷
دفعات بازدید : 130
زبان نوشتاری : فارسی
تعداد صفحه : 16
فرمت فایل : word
حجم فایل : 272kb

قیمت فایل : 50,000 تومان
خرید فایل

امتیاز مثبت : 0
امتیاز منفی : 0

پایگاه مقاله نسل جوان ایران

 

روشهای کنترل در منابع تغذیه سوئیچینگ

منابع تغذیه سوئیچینگ نه تنها دارای بازدهی و راندمان بالایی هستند، بلکه انعطاف پذیری بیشتری را برای طراح ایجاد می کنند. دو روش عمومی برای کنترل PWM منابع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد. این روشها بر کمیتهای نمونه برداری شده در منبع تغذیه سوئیچینگ استوارند. جریان یا ولتاژ می توانند دوباره برای تولید ولتاژ های خروجی مورد نیاز بکار روند. تراشه های کنترل کننده منبع تغذیه سوئیچینگ یکی از روشهای کنترل حالت ولتاژ یا کنترل حالت جریان را انتخاب می کنند.

 

1-2: کنترل شده حالت ولتاژ

در کنترل حالت ولتاژ، تنها از ولتاژ خروجی برای بدست آوردن دامنه مورد نیاز نمونه برداری می شود. مقایسه گر ولتاژ خطا را با موج دندانه اره ای ایجاد شده به وسیله بخش نوسان ساز تراشه مقایسه می کند. این مقایسه گر که معمولا مقایسه گر PWM می باشد، ولتاژ خطا را به شکل موج مدوله شده پهنای پالس (PWM) تبدیل می کند. شکل موج حاصل برای تحریک کلیدهای قدرت به روس on/off مدوله شده پالس به کار می رود. معمولتریت کنترل کننده حالت ولتاژة روش فرکانس تثبیت شده می باشد. از روشهای دیگر کنترل حالت ولتاژ که در منابع سوئیچینگ شبه تشدید به کار می رود، کنترل فرکانس است.. این روش اساسا یک روش کنترل ولتاژ است زیرا تنها ولتاژ خروجی نمونه برداری شده و سپس زمانهای on و یا off خروجی و یا همان المانهای قدرت خروجی در هر ثانیه کنترل می شود. در این روش یا زمان on ثابت و زمان off تغییر می کند و یا زمان off ثابت و زمان on متغیر است.

2-2: کنترل شده حالت جریان

روش کنترل حالت جریان روش جدیدی است که در آن نه تنها از ولتاژ خروجی نمونه برداری می شود بلکه از جریان عبوری از سلف یا ترانسفورماتور نیز نمونه برداری می شود. هنگامی که قدرت خروجی بیشتری نیاز دارد، کنترل کننده اجازه عبور جریان بیشتری از سلف یا ترانسفورماتور را می دهد. برعکس، اگر ورودی یک تغییر ناگهانی را مشاهده نماید، این تغییر فورا به وسیله کنترا کننده آشکار می شود و در نتیجه ولتاژ خروجی را در مقدار مناسب تنظیم می کند.

به طور کلی در مدارات کنترل حالت ولتاژ در صورت افزایش جریان مصرفی در خروجی و به دنبال آن کاهش ذخیره خازن صافی خروجی و پایین آمدن سطح ولتاژ از مقدار تنظیم شده، مدار تشخیص خطا بعد از کاهش ولتاژ، از ولتاژ خروجی، نمونه برداری می کند. در این بین تا اصلاح سطح ولتاژ خروجی، برای زمانی حدود چند میکرو و یا میلی ثانیه، ولتاژ از مقدار تنظیم شده کمتر خواهد بود. با بررسی ولتاژ خروجی به این نکته می رسیم که یک دامنه ضعیف ولتاژ با فرکانس بالا بر روی ولتاژ DC سوار است. این ولتاژ AC کوچک همان ریپل منابع تغذیه سوئیچینگ می باشد.

حال با بررسی منابع تغذیه سوئیچینگ کنترل شده در حالت جریان به اینجا خواهیم رسید که این ریپل کمتر است. دلیل آن در زیر شرح داده شده است.

در صورت افزایش جریان مصرفی در خروجی و به دنبال آن کاهش ذخیره خازن صافی خروجی و پایین آمدن سطح ولتاژ از مقدار تنظیم شده می شود. به هنگام عبور جریان لحظه ای شدید که پیامد آن کاهش پیش بینی نشده ولتاژ است، در مدار کنترل جریان از این تغییر سریع جریان نمونه برداری شده و به مدار PWM جهت تغییر در پهنای پالس، در نتیجه اعمال توان بیشتر در خروجی،مانع از کاهش ولتاژ می شود.

 

روش معمول کنترل حالت جریان را می توان به وسیله خروجی تقویت کننده خطا (E/A) که به یکی از ورودیهای مقایسه گر اعمال می شود توصیف کرد. به پایه دیگر مقایسه کننده ولتاژی متناسب با جریان دندانه اره ای عبوری از یک مقاومت نمونه بردار که در مسیر جریان عبوری از سلف خروجی قرار دارد، اعمال می شود. این روش کنترل، زمان پاسخ گذاری بسیار مناسبی را فراهم می سازد، یعنی زمان پاسخ به هر گونه تغییر در ورودی یا خروجی بسیار کوتاه خواهد بود. این امر همچنین به کنترل بسیار مقاوم که به سرعت به شرایط اتصال کوتاه و اضافه بار پاسخ می دهد منجر می شود.

یک سیگنال ساعت پالسهای قدرت را در فرکانس ثابت راه اندازی می کند. هر پالس ساعت زمانی به پایان می رسد که یک مقدار آنالوگ از جریان سلف مقدار آستانه مشخص شده به وسیله سیگنال خطا برسد. در این روش سیگنال خطا عملا پیک جریان سلف را کنترل می کند. این امر با طرحهای متداول که در آن سیگنال خطا بدون در نظر گرفتن جریان سلف مستقیما پهنای پالس را کنترل می کنند، متفاوت است. کاربرد کنترل حالت جریان چندین مزیت عملی را به دنبال دارد. اول آنکه یک مشخصه پیش خورد برای ولتاژ ورودی ایجاد می شود، یعنی اینکه مدار کنترل بدون استفاده از محدوده دینامیک تقویت کننده های خطا تغییرات ولتاژ ورودی را اصلاح می کند. بنابراین تنظیم ولتاژ خط (Line regulation) عالی می باشد و تقویت کننده خطا را می توان منحصرا برای اصلاح تغییرات بار بکار برد. برای مبدلهایی که در آنها جریان سلف پیوسته است، کنترل پیک جریان تقریبا معادل کنترل متوسط جریان می باشد. بنابراین هنگامی که چنین مبدلهایی کنترل حالت جریان را به کار می برند، سلف می تواند به عنوان یک منبع جریان کنترل شده با ولتاژ خطا برای تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک بکار رود. کنترل دو قطبی برای پاسخ فرکانسی خروجی این مبدلها به کنترل تک قطبی کاهش می یابد.

مروري بر منابع تغذیه, دلیل انتخاب SMPS و مقایسه آن با منابع تغذیه خطی,چگونگی تنظیم خروجی در, يك نمونه SMPS داراي چه مشخصاتي است,کاربرد دیگر SMPS ها به

بعضی از تجهیزات الکترونیکی نیاز به منابع تغذیه با ولتاژ و جریان بالا دارند. بدین منظور باید ولتاژ AC شهر توسط ترانسفورماتور کاهنده به ولتاژ پایینتر تبدیل و سپس یکسوسازی شده و به وسیله خازن و سلف صاف و DC شود.

تا سال 1972 ، منابع تغذیه خطی برای بیشتر دستگاههای الکترونیکی مناسب بودند. اما با توسعه کاربرد مدارهای مجتمع ، لازم شد که خروجی این مدارها در برابر تغییرات جریان و یا ولتاژ شبکه برق بیشتر تثبیت گردد. آی سی های خانواده TTL به ولتاژ کاملا تثبیت شده 5V احتیاج دارند. به منظور بدست آوردن ولتاژ ثابت تر، یک سیستم کنترل فیدبک در آی سی ها ی تثبیت کننده به کار برده می شود. تا سال 1975 ، آی سی های موجود مثل 723 و CA3085 قادر به تثبیت ولتاژ ثابت مورد نظر نمونه برداری می کردند. این منابع، منابع تغذیه تثبیت شده خطی نامیده می شد.

امروزه تراشه های یکپارچه تنظیم ولتاژ برای جریانهای تا 5A در دسترس می باشد. این تراشه ها مناسب می باشند. اما راندمانی زیر 50% دارند و تلفات حرارتی آنها در بار کامل زیاد است.

منابع تغذیه سوئیچینگ دارای راندمان بالایی می باشند. این منابع در سال 1970 هنگامی که ترانزیستورهای سوئیچینگ سرعت بالا با ظرفیت زیاد در دسترس قرار گرفت، ابداع شدند. ولتاژ خروجی منابع تغذیه سوئیچینگ به وسیله تغییر چرخه کار (Duty Cycle) یا فرکانس سیگنال ترانزیستورهای کلید زنی کنترل می شود. البته می توان با تغییر هم زمان هر دوی آنها نیز ولتاژ خروجی را کنترل نمود.

یک منبع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) شامل منطق کنترل (Control Logic) و نوسان ساز می باشد. نوسان ساز سبب قطع و وصل عنصر کنترل کننده (Control Element) می گردد. عنصر کنترل کننده معمولا یک ترانزیستور کلید زنی ، یک سلف و یک دیود می باشد. انرژی ذخیره شده در سلف با ولتاژ مناسب به بار واگذار می شود، با تغییر چرخه کار یا فرکانس کلید زنی، می توان انرژی ذخیره شده در هر سیکل و در نتیجه ولتاژ خروجی را کنترل نمود. با قطع و وصل ترانزیستور کلیدزنی ، عبور انرژی انجام و یا متوقف می شود. اما انرژی در ترانزیستور تلف نمی شود. با توجه به اینکه فقط انرژی مورد نیاز برای داشتن ولتاژ خروجی با جریان مورد نظر، کشیده می شودع راندمان بالایی بدست می آید. انرژی به صورت مقطعی تزریق می شود. اما ولتاژ خروجی به وسیله ذخیره خازنی ثابت باقی می ماند.

 

روشهای کنترل در منابع تغذیه سوئیچینگ

منابع تغذیه سوئیچینگ نه تنها دارای بازدهی و راندمان بالایی هستند، بلکه انعطاف پذیری بیشتری را برای طراح ایجاد می کنند. دو روش عمومی برای کنترل PWM منابع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد. این روشها بر کمیتهای نمونه برداری شده در منبع تغذیه سوئیچینگ استوارند. جریان یا ولتاژ می توانند دوباره برای تولید ولتاژ های خروجی مورد نیاز بکار روند. تراشه های کنترل کننده منبع تغذیه سوئیچینگ یکی از روشهای کنترل حالت ولتاژ یا کنترل حالت جریان را انتخاب می کنند.

 

1-2: کنترل شده حالت ولتاژ

در کنترل حالت ولتاژ، تنها از ولتاژ خروجی برای بدست آوردن دامنه مورد نیاز نمونه برداری می شود. مقایسه گر ولتاژ خطا را با موج دندانه اره ای ایجاد شده به وسیله بخش نوسان ساز تراشه مقایسه می کند. این مقایسه گر که معمولا مقایسه گر PWM می باشد، ولتاژ خطا را به شکل موج مدوله شده پهنای پالس (PWM) تبدیل می کند. شکل موج حاصل برای تحریک کلیدهای قدرت به روس on/off مدوله شده پالس به کار می رود. معمولتریت کنترل کننده حالت ولتاژة روش فرکانس تثبیت شده می باشد. از روشهای دیگر کنترل حالت ولتاژ که در منابع سوئیچینگ شبه تشدید به کار می رود، کنترل فرکانس است.. این روش اساسا یک روش کنترل ولتاژ است زیرا تنها ولتاژ خروجی نمونه برداری شده و سپس زمانهای on و یا off خروجی و یا همان المانهای قدرت خروجی در هر ثانیه کنترل می شود. در این روش یا زمان on ثابت و زمان off تغییر می کند و یا زمان off ثابت و زمان on متغیر است.

2-2: کنترل شده حالت جریان

روش کنترل حالت جریان روش جدیدی است که در آن نه تنها از ولتاژ خروجی نمونه برداری می شود بلکه از جریان عبوری از سلف یا ترانسفورماتور نیز نمونه برداری می شود. هنگامی که قدرت خروجی بیشتری نیاز دارد، کنترل کننده اجازه عبور جریان بیشتری از سلف یا ترانسفورماتور را می دهد. برعکس، اگر ورودی یک تغییر ناگهانی را مشاهده نماید، این تغییر فورا به وسیله کنترا کننده آشکار می شود و در نتیجه ولتاژ خروجی را در مقدار مناسب تنظیم می کند.

به طور کلی در مدارات کنترل حالت ولتاژ در صورت افزایش جریان مصرفی در خروجی و به دنبال آن کاهش ذخیره خازن صافی خروجی و پایین آمدن سطح ولتاژ از مقدار تنظیم شده، مدار تشخیص خطا بعد از کاهش ولتاژ، از ولتاژ خروجی، نمونه برداری می کند. در این بین تا اصلاح سطح ولتاژ خروجی، برای زمانی حدود چند میکرو و یا میلی ثانیه، ولتاژ از مقدار تنظیم شده کمتر خواهد بود. با بررسی ولتاژ خروجی به این نکته می رسیم که یک دامنه ضعیف ولتاژ با فرکانس بالا بر روی ولتاژ DC سوار است. این ولتاژ AC کوچک همان ریپل منابع تغذیه سوئیچینگ می باشد.

حال با بررسی منابع تغذیه سوئیچینگ کنترل شده در حالت جریان به اینجا خواهیم رسید که این ریپل کمتر است. دلیل آن در زیر شرح داده شده است.

در صورت افزایش جریان مصرفی در خروجی و به دنبال آن کاهش ذخیره خازن صافی خروجی و پایین آمدن سطح ولتاژ از مقدار تنظیم شده می شود. به هنگام عبور جریان لحظه ای شدید که پیامد آن کاهش پیش بینی نشده ولتاژ است، در مدار کنترل جریان از این تغییر سریع جریان نمونه برداری شده و به مدار PWM جهت تغییر در پهنای پالس، در نتیجه اعمال توان بیشتر در خروجی،مانع از کاهش ولتاژ می شود.

 

روش معمول کنترل حالت جریان را می توان به وسیله خروجی تقویت کننده خطا (E/A) که به یکی از ورودیهای مقایسه گر اعمال می شود توصیف کرد. به پایه دیگر مقایسه کننده ولتاژی متناسب با جریان دندانه اره ای عبوری از یک مقاومت نمونه بردار که در مسیر جریان عبوری از سلف خروجی قرار دارد، اعمال می شود. این روش کنترل، زمان پاسخ گذاری بسیار مناسبی را فراهم می سازد، یعنی زمان پاسخ به هر گونه تغییر در ورودی یا خروجی بسیار کوتاه خواهد بود. این امر همچنین به کنترل بسیار مقاوم که به سرعت به شرایط اتصال کوتاه و اضافه بار پاسخ می دهد منجر می شود.

یک سیگنال ساعت پالسهای قدرت را در فرکانس ثابت راه اندازی می کند. هر پالس ساعت زمانی به پایان می رسد که یک مقدار آنالوگ از جریان سلف مقدار آستانه مشخص شده به وسیله سیگنال خطا برسد. در این روش سیگنال خطا عملا پیک جریان سلف را کنترل می کند. این امر با طرحهای متداول که در آن سیگنال خطا بدون در نظر گرفتن جریان سلف مستقیما پهنای پالس را کنترل می کنند، متفاوت است. کاربرد کنترل حالت جریان چندین مزیت عملی را به دنبال دارد. اول آنکه یک مشخصه پیش خورد برای ولتاژ ورودی ایجاد می شود، یعنی اینکه مدار کنترل بدون استفاده از محدوده دینامیک تقویت کننده های خطا تغییرات ولتاژ ورودی را اصلاح می کند. بنابراین تنظیم ولتاژ خط (Line regulation) عالی می باشد و تقویت کننده خطا را می توان منحصرا برای اصلاح تغییرات بار بکار برد. برای مبدلهایی که در آنها جریان سلف پیوسته است، کنترل پیک جریان تقریبا معادل کنترل متوسط جریان می باشد. بنابراین هنگامی که چنین مبدلهایی کنترل حالت جریان را به کار می برند، سلف می تواند به عنوان یک منبع جریان کنترل شده با ولتاژ خطا برای تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک بکار رود. کنترل دو قطبی برای پاسخ فرکانسی خروجی این مبدلها به کنترل تک قطبی کاهش می یابد.

برای این فایل تا کنون نظری ارسال نشده است

برای ارسال نظر باید عضو سایت باشید

تعداد کاراکتر مجاز:

برچسب های مرتبط


فهرست کتابخانه نسل جوان ایران

تاییدیه های سایت


درگاه بانک ملت

شبکه های اجتماعی نسل جوان ایران


فن آوری های روز دنیا


آرشیو فن آوری های روز دنیا

جدیدترین اخبار سایت


پایگاه خبری نسل جوان ایران

مقالات برتر و منتخب کاربران