تکنیک های مختلف برای سوئیچینگ منابع تغذیه برای کاهش تلفات
تکنیک های مختلف برای سوئیچینگ منابع تغذیه برای کاهش تلفات
راندمان منبع تغذیه سوئیچینگ PWM بدون فناوری کنترل تلفات ویژه کمتر از منبع تغذیه سوئیچینگ با فناوری کنترل تلفات است. برای منابع تغذیه سوئیچینگ که مشکلی با اتلاف گرما ندارند، مانند برخی از منابع تغذیه آفلاین، راندمان ممکن است رضایت بخش باشد. اما برای منابع تغذیه قابل حمل و دستگاه هایی که به اندازه کوچک نیاز دارند، باید به دنبال کارایی بیشتر بود. برای بهبود راندمان کلی منبع تغذیه، می توان از چندین تکنیک استفاده کرد.
انواع تلفات اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ، تلفات روشن و خاموش و خاموش است. انتخاب کلید برق یا یکسو کننده بهتر با ولتاژ روشن کمتر می تواند تلفات روشن را کاهش دهد. استفاده از یکسو کننده سنکرون می تواند تلفات روشن و خاموش یکسو کننده را کاهش دهد، اما فقط می تواند در توپولوژی مدار جلو استفاده شود و مبدل تقویت کننده حالت متناوب را شامل نمی شود. یکسو کننده های سنکرون بازده منبع تغذیه را 1% تا 6% افزایش می دهند، بسته به چرخه کار متوسط منبع تغذیه. بهبودهای بیشتر به تکنیک های دیگری نیاز دارد.
هنگامی که ولتاژ ورودی یا خروجی داخل منبع تغذیه سوئیچینگ بالا باشد (بیشتر از DC20V)، تلفات سوئیچینگ بزرگتر خواهد بود و افت ولتاژ رو به جلو لوله یکسو کننده نسبت به ولتاژ ورودی و خروجی کوچک است. سوئیچینگ ولتاژ و جریان و محصول لحظه ای با ولتاژ و جریان متناسب است.
تلفات سوئیچینگ عمدتاً در دو گره معادل منبع تغذیه سوئیچینگ رخ می دهد: تخلیه (یا کلکتور) کلید برق و آند لوله یکسو کننده خروجی. آنها گره های اصلی AC در داخل منبع تغذیه سوئیچینگ هستند. در یک توپولوژی ایزوله غیر ترانسفورماتور، کلکتور (یا تخلیه) کلید برق مستقیماً به آند یکسو کننده خروجی متصل است و بنابراین فقط یک گره دارد. در توپولوژی جداسازی ترانسفورماتور، دو گره توسط یک ترانسفورماتور از هم جدا می شوند و با آنها کمی متفاوت رفتار می شود.
در طول دوره سوئیچینگ، مقادیر ولتاژ و جریان بسیار زیاد است و پیک ولتاژ و جریان همزمان ظاهر می شود که تلفات را بیشتر می کند. چهار هدف برای دستیابی به این دو گره وجود دارد:
1. ولتاژ و جریان جاری را در تمام لحظات خاموش و روشن کاهش دهید.
2. اثر بازیابی بازتاب تمام لوله های یکسو کننده PN را به حداقل برسانید.
3. تمام خوشه های تولید شده توسط اجزای انگلی را از بین ببرید.
4. تا حد امکان این انرژی «از دست رفته» را به جریان برق برگردانید.
طراحان ممکن است به همه این اهداف دست پیدا نکنند، اما بهبود این شرایط می تواند بازده کلی منبع تغذیه را 3-9٪ دیگر بهبود بخشد. یکی دیگر از ملاحظات هنگام اصلاح این مدارها، محدود کردن پهنای باند شکل موج تا حد امکان برای کاهش EMI است. بیشتر انرژی EMI در طول فرآیند سوئیچینگ منبع تغذیه تولید می شود و در اطراف آن تابش می کند. به طور کلی، عملکرد EMI را می توان با افزودن یک سلف کوچک به شاخه فعلی منبع تغذیه برگشت انرژی تا حد زیادی بهبود بخشید.
برای این منظور اغلب از عناصر مقاومتی و دیودهای اضافی یا MOSDET برای کنترل این عمل استفاده می شود. سه نوع اصلی بهبود در توپولوژی استاندارد PEM وجود دارد:
1. مدار جذب بدون تلفات.
2. مدار گیره فعال.
3. مدار بهبود یافته شبه رزونانسی. مدارهای جذب بدون تلفات و گیره فعال به شکل موج PWM یک لبه "نرم" می دهند.
برای گره های AC با سوئیچ برق، تاخیری در ولتاژ در لحظه خاموش شدن وجود دارد، که یکسو کننده خروجی را با فرآیند بارگذاری پیش رونده عنصر مغناطیسی در طول بازیابی رو به جلو فراهم می کند. برای گره AC یکسو کننده خروجی، امید است که جریان در حین خاموش شدن به تأخیر بیفتد، که باعث محدود شدن نوک جریان منعکس شده توسط یکسو کننده در طول بازیابی معکوس می شود.
