اصل اساسی منبع تغذیه سوئیچینگ PWM

اصل اساسی منبع تغذیه سوئیچینگ PWM

اگرچه منابع تغذیه سوئیچینگ مدوله شده با عرض پالس (PWM) برای مدت طولانی وجود داشته است، اما تا اواسط دهه 1970 به طور گسترده مورد پذیرش قرار نگرفت و مورد استفاده قرار گرفت. منابع تغذیه سوئیچینگ مزایای زیادی نسبت به منابع تغذیه خطی دارند. برای همان ظرفیت توان، منابع تغذیه سوئیچینگ کارآمدتر و کوچکتر از منابع تغذیه خطی هستند، اما طراحی پیچیده تر و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) شدیدتر است.

دو رویکرد برای طراحی فعلی منابع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد. طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ DC/DC (ورودی DC، خروجی DC) می تواند مستقیماً به دفترچه راهنمای داده سازنده نیمه هادی ها مراجعه کند و می تواند قطعات استاندارد را از سایر سازندگان دریافت کند، اما در صورت وجود الزامات خاص، نیاز به طراحی دارد. توسط کاربر، و طراحی بسیار دشوارتر است.

این کتاب به دقت سازماندهی شده است تا فرآیند طراحی گسترده یک منبع تغذیه سوئیچینگ رایج را به بخش های قابل درک تر تقسیم کند. قسمت اول با عنوان «غیرمهندس قدرت» توضیح داده شده است. برای روش طراحی به طور کلی پذیرفته شده، فرمول طراحی مربوطه در اینجا استفاده می شود. هدف از این بخش این است که به خوانندگان اجازه دهد بهترین روش طراحی را که نیازهای آنها را برآورده می کند انتخاب کنند و از پارامترهای سیستم خاص خود برای ایجاد یک مدار فرعی استفاده کنند که می تواند به یک طراحی سیستم قدرت بزرگتر متصل شود. ترتیب طرح ها بر اساس مراحل معمول طراحی کارشناسان مجرب قدرت تنظیم می شود. این مراحل طراحی ثابت کردند که مشکلات را قبل از ظهور حل می کنند.

درک فرآیند کار یک منبع تغذیه سوئیچینگ نسبتاً آسان است. بر خلاف منابع تغذیه خطی که به ترانزیستور قدرت اجازه می دهد تا در حالت خطی کار کند، منابع تغذیه سوئیچینگ PWM به ترانزیستور قدرت اجازه می دهد تا در حالت خاموش و قضاوت کار کند. در هر دو حالت، محصول ولت آمپر اضافه شده به ترانزیستور قدرت همیشه کوچک است (در حالت روشن و خاموش، جریان کم و جریان زیاد است، خاموش، ولتاژ بالا، جریان کم). محصول ولت آمپر در یک دستگاه قدرت تمام تلفات تولید شده در یک دستگاه نیمه هادی قدرت است.

در مقایسه با منبع تغذیه خطی، منبع تغذیه سوئیچینگ PWM فرآیند کار موثرتر از طریق "چاپگر" است، یعنی ولتاژ DC ورودی به دامنه ولتاژ پالس برابر با دامنه ولتاژ ورودی برای دستیابی است. چرخه وظیفه پالس توسط کنترل کننده منبع تغذیه سوئیچینگ تنظیم می شود. هنگامی که ولتاژ ورودی به امواج مربع AC خرد شد، دامنه پایه را می توان از طریق ترانسفورماتور افزایش یا کاهش داد. تعداد گروه های ولتاژ خروجی را می توان با افزایش تعداد سیم پیچ های ثانویه ترانسفورماتور افزایش داد. در نهایت، شکل موج AC اصلاح و فیلتر می شود تا ولتاژ خروجی DC به دست آید.

هدف اصلی کنترلر ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی است و روند کار آن بسیار شبیه به فرم خطی کنترلر است. این بدان معناست که بلوک‌های عملکردی کنترل‌کننده، مراجع ولتاژ و تقویت‌کننده‌های خطا می‌توانند به گونه‌ای طراحی شوند که با تنظیم‌کننده‌های خطی یکسان باشند. تفاوت آنها در این است که خروجی تقویت کننده خطا (ولتاژ خطا) از واحد تبدیل ولتاژ/عرض پالس قبل از حرکت لوله برق عبور می کند.

منابع تغذیه سوئیچینگ دو حالت اصلی کار دارند: تبدیل به جلو و تبدیل تقویتی. اگرچه چیدمان هر قسمت بسیار متفاوت است، اما روند کار بسیار متفاوت است و هر کدام مزایای خود را در موقعیت های کاربردی خاص دارند.