منبع تغذیه سوئیچینگ چیست؟ ساخت مدار SMPS

تکامل الکترونیکی باعث شده است از واحد های منبع تغذیه سوئیچینگ به جای منبع تغذیه های خطی استفاده کنیم، اما چرا؟

منابع تغذیه خطی (PSU های ساده)، قابل اعتماد و بدون نویز با تنظیم خوب هستند، پس چرا باید از نوع دیگری از منابع تغذیه استفاده کنیم؟ دو دلیل اصلی وجود دارد و هر دو به هزینه مربوط می شوند. اول اینکه منابع تغذیه خطی به ترانسفورماتورهای بزرگ و گران قیمت نیاز دارند. دوم اینکه ترانزیستور تنظیم کننده گرمای زیادی تولید می کند که نیاز به هیت سینک های بزرگ و گران قیمت دارد. به عنوان مثال، یک منبع تغذیه متغیر 50 ولتی که برای خروجی 5 ولت در 2 آمپر تنظیم شده است، ممکن است (50 ولت – 5 ولت) * 2A = 90 وات گرما برای دفع داشته باشد.

منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) تقریباً هر دوی این مشکلات را برطرف می کند، اما مدار پیچیده تر می شود.

نحوه کار منبع تغذیه سوئیچینگ

در بلوک دیاگرام بالا، برق مستقیماً بدون استفاده از ترانسفورماتور به بلوک اول تغذیه می شود. البته دیودها و خازن هایی که در اینجا استفاده می شوند باید توانایی کار در این حد را داشته باشند. توجه داشته باشید که برق DC نیز می تواند در اینجا تغذیه شود، برای مثال در مبدل 12 ولت به 5 ولت DC به DC. جریان برق ورودی AC بعد از این مرحله یک جریان DC تصحیح شده با ولتاژ بالا است.

بلوک بعدی مبدل فرکانس بالا است، یک مدار چاپر (chopper) یک دستگاه برق مانند ماسفت را با فرکانس چند کیلوهرتز روشن و خاموش می کند. این یک ترانسفورماتور فرکانس بالا است که DC ورودی را به یک موج مربعی تبدیل می کند.

مرحله بعدی یک بار دیگر این مشکل را اصلاح می کند و ریپل و نویز را فیلتر می کند. آخرین بلوک، مدار کنترل، جایی است که جادو اتفاق می افتد!! این یک مدار بازخوردی است که چاپر ماسفت را کنترل می کند.

مدار کنترل دارای یک تقسیم/ضرب کننده ولتاژ است که ولتاژ خروجی را حس می کند. از آنجایی که ما آن را به مدار چاپر که با صدها ولت کار می کند، برمی گردانیم، معمولاً باید با یک اپتوکوپلر ایزوله شود. یک سیگنال مرجع وجود دارد که توسط یک دیود مرجع ثابت یا تریمپات تولید می شود. آمپر خطا این دو ولتاژ را مقایسه می کند و نوسانگر PWM (مدولاسیون عرض پالس) که ماسفت را کنترل می کند، تنظیم می کند.

حالا تمامی واحد ها را در یک مدار قرار میدهیم. بلوک دیاگرام عملکردی زیر نگاه بهتر و دقیق تری به قسمت های منبع تغذیه سوئیچینگ ارائه می دهد.

هرگز روی دستگاه های ولتاژ بالا کار نکنید، مگر اینکه کاملاً آموزش دیده باشید و برای این کار صلاحیت داشته باشید.

مدار منبع تغذیه سوئیچینگ

در زیر یک منبع تغذیه با حالت سوئیچ ساده و در عین حال کارآمد نشان داده شده است. قلب این مدار رگولاتور سوئیچینگ TNY267 است. این آی سی ژنراتور PWM، سوئیچ چاپر ماسفت، آمپر خطا و مدار کنترل را انجام می دهد.

خروجی نهایی این مدار 12 ولت است و می تواند جریان الکتریکی 1 آمپر را ارائه دهد:

• Vin یک کانکتور برق AC 100-300 ولت است.
• MOV یک وریستور اکسید فلزی است که برای محافظت از مدار در برابر ضربه های ولتاژ بالا استفاده می شود.
• D3 یک یکسو کننده پل تمام موج است و خروجی DC به خازن C2 ارائه می شود. با ورودی 220 ولت متناوب، این 220 ولت * 1.4 = 308 ولت DC است، پس مراقب باشید!
• D2 یک دیود سرکوب کننده گذرا 180 ولتی است که EMF را کنترل می کند.
• TNY267 در حدود 132 کیلوهرتز کار می کند.
• دیود D1 (شاتکی) روی ثانویه جریان متناوب 132 کیلوهرتز را اصلاح می کند و خازن C1 ریپل را صاف می کند.
• خازن C3 خازن بای پس مورد نیاز است.
• مقاومت‌های R1، R2 و دیود D5 یک مدار بازخوردی به TNY267 از طریق یک اپتوایزولاتور فراهم می‌کنند تا از جداسازی الکتریکی از شبکه در همه نقاط اطمینان حاصل کنند.
• اولیه ترانزیستور T1 برابر 157t و ثانویه 14t است.
• ترانسفورماتور فریت نوع E19 با هسته مرکزی حدود 4.5×4.5 میلی متر است.

قطعات مدار فوق دارای ولتاژ AC و DC بسیار بالایی هستند. کاملاً مطمئن شوید که قطعاتی که استفاده می‌کنید دارای مشخصات ایمن برای کنترل چنین ولتاژهایی هستند.

اکنون، ما می دانیم که منبع تغذیه حالت سوئیچ چقدر می تواند کارآمدتر باشد، اما پیچیده تر است و برای قابلیت اطمینان به قطعات با کیفیت نیاز دارد. از خواندن متشکریم و اگر در مورد چیزی سوالی دارید، حتماً نظر خود را در زیر بنویسید!