اکثر سیستم های الکترونیکی برای تامین نیاز به نوعی تبدیل بین ولتاژ منبع تغذیه و ولتاژ مدار دارند. هنگامی که باتری شارژ خود را از دست می دهد، ولتاژ کاهش می یابد. برخی از تبدیل های DC-DC می توانند اطمینان حاصل کنند که انرژی ذخیره شده بیشتری در باتری برای تغذیه مدار استفاده می شود. علاوه بر این، اگر از خطوط AC 110 ولت استفاده کنیم، نمی توانیم به طور مستقیم برق نیمه هادی هایی مانند میکروکنترلرها را تامین کنیم. از آنجایی که تقریباً هر سیستم الکترونیکی از مبدل های ولتاژ (همچنین به عنوان منبع تغذیه شناخته می شود) استفاده می کند، آنها در طول سال ها برای استفاده های مختلف بهینه شده اند. البته، اهداف بهینه سازی معمولاً اندازه راه حل، راندمان تبدیل، EMI و هزینه است.

منبع تغذیه ساده: LDO

یکی از اشکال ساده منبع تغذیه، رگولاتور کم خروجی (LDO) است. LDO یک رگولاتور خطی بر خلاف تنظیم کننده سوئیچینگ است. رگولاتور خطی یک مقاومت قابل تنظیم بین ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی قرار می دهد، به این معنی که مهم نیست ولتاژ ورودی چگونه تغییر می کند، جریان باری که از تجهیزات عبور می کند، ولتاژ خروجی ثابت است. شکل 1 اصل اساسی این مبدل ولتاژ ساده را نشان می دهد.

شکل 1. تنظیم کننده ولتاژ خطی یک ولتاژ را به دیگری تبدیل می کند.

برای سالیان متمادی، مبدل برق معمولی از یک ترانسفورماتور 50 هرتز یا 60 هرتز تشکیل شده است که به شبکه برق متصل می شود و یک ولتاژ خروجی ناپایدار با نسبت سیم پیچ معینی تولید می کند که چندین ولت بیشتر از ولتاژ منبع تغذیه مورد نیاز است. سیستم. سپس از یک تنظیم کننده خطی برای تبدیل این ولتاژ به یک ولتاژ تنظیم شده پایدار مورد نیاز محصولات الکترونیکی استفاده می شود. شکل 2 بلوک دیاگرام این مفهوم را نشان می دهد.

2. ترانسفورماتور خط به دنبال تنظیم کننده ولتاژ خطی.

مشکل راه اندازی اولیه در شکل 2 این است که ترانسفورماتور 50 هرتز/60 هرتز نسبتاً حجیم و گران است. علاوه بر این، رگولاتور خطی نیز گرمای زیادی از خود ساطع می کند، بنابراین راندمان کلی سیستم پایین است و به دلیل قدرت بالای سیستم، حذف گرمای تولید شده دشوار است.

برای جلوگیری از مضرات منبع تغذیه نشان داده شده در شکل. 2، منبع تغذیه حالت سوئیچینگ اختراع شد. آنها به ولتاژ AC 50 یا 60 هرتز وابسته نیستند، اما از ولتاژ DC استفاده می کنند، گاهی اوقات ولتاژ AC را اصلاح می کنند، ولتاژ متناوب فرکانس بالاتر را برای استفاده از ترانسفورماتور کوچکتر تولید می کنند، یا از فیلتر LC برای اصلاح ولتاژ برای تولید ولتاژ خروجی DC در سیستم غیر ایزوله استفاده می کنند. . مزیت این است که راه حل در اندازه کوچک و هزینه نسبتا کم است. نیازی نیست که ولتاژ AC تولید شده یک شکل موج ولتاژ سینوسی باشد. شکل موج سیگنال PWM ساده می تواند به خوبی کار کند و به راحتی با استفاده از ژنراتور و سوئیچ PWM تولید می شود.

تا سال 2000، ترانزیستورهای دوقطبی معمولاً سوئیچ استفاده می شدند. آنها عملکرد خوبی دارند، اما سرعت سوئیچینگ نسبتا پایین است. راندمان بالا نیست و فرکانس سوئیچینگ به 50 کیلوهرتز یا 100 کیلوهرتز محدود شده است. امروزه به جای ترانزیستور دوقطبی از ماسفت سوئیچینگ استفاده می کنیم و سرعت سوئیچینگ بسیار بیشتر است. از طرف دیگر، تلفات سوئیچینگ کمتر است و فرکانس سوئیچینگ به 5 مگاهرتز می رسد. چنین فرکانس سوئیچینگ بالایی، مرحله قدرت را قادر می سازد تا از اندوکتانس و ظرفیت بسیار کمی استفاده کند.

تنظیم کننده های سوئیچینگ مزایای بسیاری را به همراه دارد. آنها معمولاً تبدیل ولتاژ را با راندمان بالا ارائه می دهند، امکان افزایش و پایین آمدن را فراهم می کنند و طراحی نسبتاً فشرده و کم هزینه ای را ارائه می دهند. نقطه ضعف این است که فرآیند طراحی و بهینه سازی پیچیده است و تبدیل سوئیچینگ و فرکانس سوئیچینگ نیز EMI را تولید می کند. تنظیم کننده منبع تغذیه حالت سوئیچینگ و LTpowerCAD® و LTspice® در دسترس بودن ابزار طراحی منبع تغذیه این فرآیند طراحی دشوار را بسیار ساده کرده است. با استفاده از این ابزار می توان فرآیند طراحی مدار منبع تغذیه حالت سوئیچینگ را نیمه اتوماتیک کرد.

ایزوله در منبع تغذیه

هنگام طراحی منبع تغذیه، اولین سوالی که باید پاسخ داده شود این است که آیا عایق الکتریکی لازم است یا خیر. عایق الکتریکی به دلایل مختلفی استفاده می شود. این می تواند ایمنی مدار را بهبود بخشد، به سیستم شناور اجازه دهد تا کار کند و از پخش شدن جریان زمین پر سر و صدا از طریق دستگاه های الکترونیکی مختلف در یک مدار جلوگیری کند. دو توپولوژی متداول جداسازی مبدل فلایبک و مبدل جلو هستند. با این حال، برای توان بالاتر، توپولوژی های جداسازی دیگری مانند فشار کش، نیم پل و پل کامل استفاده می شود.

اگر نیازی به جداسازی الکتریکی نباشد، در بیشتر موارد از توپولوژی غیر ایزوله استفاده می شود. توپولوژی همیشه به یک ترانسفورماتور نیاز دارد، و این نوع تجهیزات اغلب گران و حجیم هستند، و تجهیزات خارج از قفسه که نیازهای دقیق منبع تغذیه سفارشی را برآورده می کنند، معمولا سخت به دست می آیند.

رایج ترین توپولوژی ها زمانی که نیازی به جداسازی نیست

توپولوژی رایج منبع تغذیه حالت سوئیچینگ غیر ایزوله مبدل باک است که به عنوان مبدل باک نیز شناخته می شود که یک ولتاژ ورودی مثبت دریافت می کند و ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی تولید می کند. این یکی از سه توپولوژی اصلی منبع تغذیه حالت سوئیچینگ است و فقط به دو سوئیچ، یک سلف و دو خازن نیاز دارد. شکل 3 اصل اساسی این توپولوژی را نشان می دهد. سوئیچ رده بالا جریان پالس را از ترمینال ورودی می فرستد و یک ولتاژ حالت سوئیچینگ تولید می کند که به طور متناوب بین ولتاژ ورودی و ولتاژ زمین تغییر می کند. فیلتر LC ولتاژ پالس را در گره سوئیچ به دست می آورد و یک ولتاژ خروجی DC تولید می کند. با توجه به نسبت وظیفه سیگنال PWM سوئیچ سطح بالا، سطوح مختلف ولتاژ خروجی DC تولید می شود. این مبدل باک DC-DC دارای راندمان بالایی است، ساخت نسبتا آسانی دارد و به قطعات کمی نیاز دارد.

شکل 3. مفهوم مبدل باک ساده.

مبدل باک جریان پالس را در ورودی ساطع می کند، در حالی که خروجی جریان پیوسته از سلف دارد. به همین دلیل است که صدای مبدل باک در ورودی بسیار زیاد است، اما در خروجی آنقدر زیاد نیست. دانستن این موضوع هنگام طراحی یک سیستم کم نویز مهم است.

علاوه بر توپولوژی باک، دومین توپولوژی پایه توپولوژی تقویتی است. توپولوژی تقویت کننده از همان پنج عنصر اصلی قدرت مانند توپولوژی باک استفاده می کند، اما پس از تنظیم مجدد، سلف در ورودی و سوئیچ سمت بالا در خروجی قرار می گیرد. توپولوژی بوست برای افزایش ولتاژ ورودی به ولتاژ خروجی بالاتر از ولتاژ ورودی استفاده می شود.

شکل 4. مفهوم مبدل تقویت کننده ساده.

هنگام انتخاب مبدل تقویت کننده، توجه به این نکته مهم است که حداکثر جریان سوئیچینگ نامی همیشه به جای حداکثر جریان خروجی در برگه اطلاعات مبدل تقویت کننده مشخص می شود. در مبدل باک، حداکثر جریان سوئیچینگ مستقیماً با حداکثر جریان خروجی قابل دستیابی مرتبط است و ربطی به نسبت ولتاژ بین ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی ندارد. در تنظیم کننده بوست، نسبت ولتاژ مستقیماً بر حداکثر جریان خروجی ممکن بر اساس حداکثر جریان کلیدزنی ثابت تأثیر می گذارد. هنگام انتخاب آی سی تنظیم کننده تقویت کننده مناسب، باید نه تنها جریان خروجی مورد نیاز، بلکه ولتاژهای ورودی و خروجی طراحی شده در توسعه را نیز بدانید.

نویز مبدل تقویت کننده در ورودی بسیار کم است، زیرا اندوکتانس مطابق با اتصال ورودی می تواند از تغییر سریع جریان جلوگیری کند. با این حال، در انتهای خروجی، نویز این توپولوژی بسیار زیاد است. ما فقط جریان پالس را می بینیم که از طریق سوئیچ خارجی می گذرد، بنابراین به ریپل خروجی بیشتر از توپولوژی باک توجه می کنیم.

سومین توپولوژی پایه مبدل باک-بوست معکوس است که تنها از پنج جزء اصلی تشکیل شده است. این مبدل یک ولتاژ ورودی مثبت می گیرد و آن را به یک ولتاژ خروجی منفی تبدیل می کند و به همین دلیل نام آن است. علاوه بر این، ولتاژ ورودی ممکن است بیشتر یا کمتر از مقدار مطلق ولتاژ خروجی معکوس باشد. به عنوان مثال، ولتاژ خروجی 12-- ولت ممکن است از 5 ولت یا 24 ولت در ورودی تولید شود. این ممکن است بدون تغییر مدار خاصی اتفاق بیفتد. شکل 5 مفهوم مدار مبدل باک-بوست معکوس را نشان می دهد.

شکل 5. مفهوم مبدل باک بوست معکوس ساده.

در توپولوژی باک-بوست معکوس، سلف از گره سوئیچینگ به زمین متصل می شود. جریان های پالسی در ورودی و خروجی مبدل وجود دارد، بنابراین نویز در ورودی و خروجی این توپولوژی زیاد است. در کاربردهای کم نویز، این ویژگی با افزودن فیلتر ورودی و خروجی اضافی جبران می شود.

یک جنبه سودمند توپولوژی باک-بوست معکوس این است که هر آی سی تنظیم کننده سوئیچینگ باک می تواند در این مبدل استفاده شود. تا زمانی که ولتاژ خروجی مدار باک به زمین سیستم متصل باشد. اتصال زمین مدار پایین آمدن آی سی به ولتاژ منفی تنظیم شده تبدیل می شود. این ویژگی باعث می شود که انتخاب آی سی رگولاتور سوئیچینگ در بازار گسترده شود.

توپولوژی ویژه

علاوه بر سه توپولوژی اصلی منبع تغذیه حالت سوئیچینگ غیر ایزوله که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، توپولوژی های زیادی نیز موجود است. با این حال، همه آنها به اجزای قدرت اضافی نیاز دارند. این معمولاً هزینه را افزایش می دهد و راندمان تبدیل توان را کاهش می دهد. اگرچه استثنائاتی وجود دارد، افزودن قطعات اضافی در مسیر منبع تغذیه معمولاً تلفات را افزایش می دهد. برخی از توپولوژی های رایج عبارتند از SEPIC، Zeta، UK و باک بوست 4 سوئیچ. همه آنها توابعی دارند که سه توپولوژی اصلی ندارند. در زیر لیستی از ویژگی های مهم هر توپولوژی آمده است:

01

SEPIC: SEPIC می تواند یک ولتاژ خروجی مثبت از یک ولتاژ ورودی مثبت بالاتر یا کمتر از ولتاژ خروجی ایجاد کند. از آی سی رگولاتور تقویت کننده می توان برای طراحی منبع تغذیه SEPIC استفاده کرد. عیب این توپولوژی این است که به سلف دوم یا سلف کوپلینگ و خازن SEPIC نیاز دارد.

02

زتا: این مبدل زتا شبیه SEPIC است، اما می تواند ولتاژ خروجی مثبت یا منفی ایجاد کند. علاوه بر این، نقطه صفر نیم صفحه راست (RHPZ) ندارد، بنابراین حلقه تنظیم را ساده می کند. در این توپولوژی می توان از آی سی مبدل باک استفاده کرد.

03

انگلستان: مبدل بریتانیا می تواند ولتاژ ورودی مثبت را به ولتاژ خروجی منفی تبدیل کند. از دو سلف یکی در ورودی و دیگری در خروجی استفاده می کند، بنابراین نویز در ورودی و خروجی بسیار کم است. نقطه ضعف این است که تعداد زیادی آی سی تبدیل توان حالت سوئیچینگ که از این توپولوژی پشتیبانی می کنند وجود ندارد، زیرا حلقه تنظیم به پین ​​های بازخورد ولتاژ منفی نیاز دارد.

04

 4Switching buck-boost: این نوع مبدل در سال های اخیر بسیار محبوب شده است. ولتاژ خروجی مثبت را از ولتاژ ورودی مثبت فراهم می کند. ولتاژ ورودی ممکن است بیشتر یا کمتر از ولتاژ خروجی تنظیم شده باشد. این مبدل بازده تبدیل توان بالاتری دارد و تنها به یک سلف نیاز دارد، بنابراین جایگزین بسیاری از طرح های SEPIC می شود.توپولوژی جداسازی رایج

علاوه بر توپولوژی غیر ایزوله، برخی از برنامه ها به مبدل های قدرت ایزوله الکتریکی نیاز دارند. دلیل آن ممکن است این باشد که به دلایل ایمنی، در سیستم‌های بزرگ با مدارهای مختلف متصل به یکدیگر، به زمین شناور نیاز است یا در کاربردهای حساس به نویز، جلوگیری از حلقه جریان اتصال به زمین ضروری است. توپولوژی های رایج مبدل ایزوله مبدل فلای بک و مبدل جلو هستند.

مبدل های فلای بک معمولاً برای سطوح توان تا 60 وات استفاده می شوند. حالت کار مدار به این صورت است که انرژی الکتریکی در طول زمان هدایت در ترانسفورماتور ذخیره می شود. هنگام قطع، انرژی الکتریکی به سمت ثانویه مبدل رها می شود تا برق خروجی را تامین کند. ساخت این مبدل آسان است، اما به یک ترانسفورماتور نسبتا بزرگ برای ذخیره تمام انرژی الکتریکی مورد نیاز برای عملکرد عادی نیاز دارد. از یک طرف، این توپولوژی به سطح توان پایین تر محدود می شود. شکل 6 مبدل فلای بک در بالا و مبدل جلو در پایین را نشان می دهد.

6. مبدل فلای بک (بالا) و مبدل جلو (پایین).

علاوه بر مبدل فلای بک، مبدل فوروارد نیز بسیار محبوب است. از یک ترانسفورماتور به روشی متفاوت از مبدل فلای بک استفاده می کند. در طول زمان هدایت، اگرچه جریان از سیم پیچ اولیه عبور می کند، جریان از سیم پیچ ثانویه نیز عبور می کند. انرژی الکتریکی نباید در سیم پیچ ترانسفورماتور ذخیره شود. پس از هر سیکل سوئیچینگ، باید اطمینان حاصل کنیم که تمام مغناطیسی سیم پیچ به صفر می رسد، به طوری که ترانسفورماتور پس از چندین سیکل سوئیچینگ اشباع نمی شود. چندین فناوری مختلف را می توان برای آزاد کردن انرژی الکتریکی از سیم پیچ استفاده کرد. یک روش معمول استفاده از یک گیره فعال با سوئیچ ها و خازن های اضافی کوچک است.

شکل 7 نمودار شماتیک محیط شبیه سازی LTspice را با طراحی گیره فعال با استفاده از ADP1074 نشان می دهد. در مبدل جلو، یک اندوکتانس اضافی در مسیر خروجی وجود دارد که در مبدل فلای بک یافت نمی شود، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است. اگرچه این جزء اضافی تأثیر فضای و هزینه مرتبط را دارد، اما به تولید ولتاژ خروجی نویز کمتر در مقایسه با مبدل فلایبک کمک می کند. علاوه بر این، در همان سطح قدرت مبدل فلای بک، اندازه ترانسفورماتور مورد نیاز مبدل جلو ممکن است بسیار کوچکتر باشد.

شکل 7. مدار رو به جلو گیره فعال با استفاده از ADP1074 برای تولید ولتاژ خروجی ایزوله، همانطور که در شبیه سازی در LTspice نشان داده شده است.

توپولوژی جداسازی پیشرفته

علاوه بر توپولوژی Flyback و Forward، مفاهیم زیادی مبدل های ایزوله الکتریکی بر اساس ترانسفورماتورهای مختلف وجود دارد. لیست زیر برخی از توضیحات اولیه مبدل های رایج را ارائه می دهد:

• Push-pull: توپولوژی push-pull مشابه توپولوژی مبدل رو به جلو است. با این حال، این توپولوژی به جای یک سوئیچ سمت پایین، به دو سوئیچ فعال سمت پایین نیاز دارد. یک ترانسفورماتور اولیه با شیر مرکزی نیز مورد نیاز است. در مقایسه با مبدل رو به جلو، مبدل فشاری دارای مزایای نویز کمتر و ترانسفورماتور کوچکتر است. پسماند منحنی BH ترانسفورماتور به جای یک ربع در دو ربع استفاده می شود.
  

• نیم پل / پل کامل: این دو توپولوژی معمولاً برای طراحی های با توان بالاتر استفاده می شوند که از چند صد وات شروع می شود و تا چندین کیلووات می رسد. آنها علاوه بر سوئیچ های سمت پایین، به سوئیچ های سمت بالا نیز نیاز دارند، اما می توانند از طریق ترانسفورماتورهای نسبتا کوچک به انتقال توان بالایی دست یابند.
  

• ZVS: این اصطلاح معمولاً هنگام بحث مبدل های ایزوله با توان بالا ذکر می شود. مخفف عبارت Zero Voltage Switching است. اصطلاح دیگر این نوع مبدل مبدل LLC (Inductance-Inductance-Capacitance) می باشد. هدف این معماری ها دستیابی به تبدیل کارآمد است. آنها مدارهای رزونانسی تولید می کنند و هنگامی که ولتاژ یا جریان روی کلید به صفر نزدیک می شود، کلید برق را تغییر می دهند. به این ترتیب تلفات سوئیچینگ به حداقل می رسد. با این حال، درک این نوع طراحی دشوار است، و فرکانس سوئیچینگ ثابت نیست، که گاهی اوقات باعث ایجاد مشکلات EMI می شود.

  
  

مبدل خازن سوئیچ

علاوه بر تنظیم کننده های خطی و منابع تغذیه حالت سوئیچ، دسته سوم مبدل های قدرت وجود دارد: مبدل های خازن سوئیچ. همچنین به عنوان پمپ شارژ شناخته می شود. آنها از کلیدها و خازن ها برای ضرب یا معکوس کردن ولتاژ استفاده می کنند. یک مزیت بزرگ این است که نیازی به اندوکتانسی ندارد. این نوع مبدل معمولاً برای سطوح توان پایین زیر 5 وات استفاده می شود. با این حال، پیشرفت قابل توجه اخیر اجازه می دهد تا مبدل های خازن سوئیچ شده قوی تری را ایجاد کنیم. شکل 8 LTC7820 را با بازده 98.5 درصد و طراحی 120 وات نشان می دهد که 48 ولت را به 24 ولت تبدیل می کند.

شکل 8. کنترلر DC-DC پمپ شارژ با نسبت ثابت LTC7820.

منبع تغذیه دیجیتال

تمام منابع تغذیه مورد بحث در این مقاله را می توان به عنوان منبع تغذیه آنالوگ یا دیجیتال پیاده سازی کرد. منبع تغذیه دیجیتال دقیقا چیست؟ منبع تغذیه باید همیشه از سطوح توان آنالوگ کلیدها، سلف ها، ترانسفورماتورها و خازن ها عبور کند. جنبه های دیجیتال توسط دو بلوک ساختمان دیجیتال معرفی می شوند:

• اولین رابط دیجیتال است که از طریق آن سیستم الکترونیکی می تواند با منبع تغذیه ارتباط برقرار کند. پارامترهای مختلف را می توان فوراً برای بهینه سازی منبع تغذیه برای شرایط کاری مختلف تنظیم کرد. علاوه بر این، منبع تغذیه نیز می تواند با پردازنده اصلی ارتباط برقرار کند و باعث ایجاد علامت هشدار یا خطا شود. به عنوان مثال، سیستم می تواند به راحتی جریان بار را کنترل کند، از آستانه از پیش تعیین شده فراتر رود یا دمای باتری بسیار بالا باشد.
  

• ماژول ساختمان دیجیتال دوم از حلقه دیجیتال به جای حلقه تنظیم آنالوگ استفاده می کند. این به خوبی کار می کند، اما برای اکثر برنامه ها، بهتر است از یک حلقه بازخورد آنالوگ استاندارد استفاده کنید که تأثیر دیجیتالی خاصی بر برخی پارامترها دارد، مانند تنظیم سریع تقویت کننده خطا یا تنظیم پویا پارامترهای جبران حلقه برای تحقق پایدار اما سریع. حلقه بازخورد

نمونه ای از دستگاهی با حلقه کنترل کاملا دیجیتالی ADP1046A ADI است. نمونه ای از رگولاتور باک رابط دیجیتال بهینه شده با نفوذ دیجیتال و با حلقه کنترل آنالوگ LTC3883 است.

ملاحظات EMI

تداخل الکترومغناطیسی (EMI) همیشه مشکلی بوده است که باید در طراحی منبع تغذیه حالت سوئیچینگ به آن توجه کرد. دلیل آن این است که منبع تغذیه حالت سوئیچینگ جریان بالا را در مدت زمان کوتاهی سوئیچ می کند. هرچه سرعت سوئیچینگ بیشتر باشد، بازده کلی سیستم بهتر است. سرعت سوئیچینگ بیشتر می تواند زمان روشن کردن جزئی سوئیچ را کاهش دهد. در این بخش از زمان به موقع، بیشتر تلفات سوئیچینگ رخ خواهد داد. شکل 9 شکل موج منبع تغذیه حالت سوئیچینگ در گره سوئیچینگ را نشان می دهد. به عنوان مثال رگولاتور باک را در نظر بگیرید. ولتاژ بالا با جریان عبوری از کلید سمت بالا تعریف می شود، در حالی که ولتاژ پایین با عدم عبور جریان از کلید سمت بالا تعریف می شود.

شکل 9. سرعت سوئیچینگ و فرکانس سوئیچینگ منبع تغذیه حالت سوئیچینگ.

همانطور که می توان در شکل دیده می شود. 9، سر و صدای تولید شده توسط منبع تغذیه حالت سوئیچینگ نه تنها از فرکانس سوئیچینگ تنظیم شده، بلکه از سرعت سوئیچینگ که بسیار بالاتر از فرکانس است نیز می آید. اگرچه فرکانس سوئیچینگ معمولاً بین 500 کیلوهرتز تا 3 مگاهرتز است، زمان سوئیچینگ ممکن است چندین نانوثانیه باشد. در زمان سوئیچینگ 1 ns، فرکانس مربوطه در طیف 1 گیگاهرتز خواهد بود. حداقل این دو فرکانس به عنوان اختلال تابش الکترومغناطیسی و تابش هدایت شده در نظر گرفته می شوند. نوسان حلقه تنظیم یا تعامل بین منبع تغذیه و فیلتر نیز ممکن است فرکانس های دیگری را به همراه داشته باشد.

دو دلیل برای کاهش EMI وجود دارد. اولین دلیل محافظت از عملکرد یک سیستم الکترونیکی است که توسط یک منبع تغذیه خاص تغذیه می شود. برای مثال، ADC 16 بیتی مورد استفاده در مسیر سیگنال سیستم نباید نویز سوئیچینگ را از منبع تغذیه دریافت کند. دلیل دوم رعایت برخی از مقررات EMI است که توسط دولت های سراسر جهان برای محافظت از عملکرد قابل اعتماد سیستم های الکترونیکی مختلف به طور همزمان تدوین شده است.

دو شکل EMI وجود دارد، EMI تابشی و EMI هدایت شده. راه موثر برای کاهش EMI تابشی، بهینه سازی طرح PCB و استفاده از فناوری هایی مانند Silent Switcher® of ADI است. چنین فناوری. البته قرار دادن مدار در جعبه فلزی محافظ نیز موثر است. با این حال، این ممکن است عملی نباشد و در بیشتر موارد پرهزینه است.

EMI هدایت شده معمولاً با فیلتر اضافی ضعیف می شود. در مرحله بعد، فیلتر اضافی برای کاهش تشعشعات هدایت شده مورد بحث قرار خواهد گرفت.

امواج فیلتر

فیلتر RC یک فیلتر پایه پایین گذر است. با این حال، در طراحی منبع تغذیه، هر فیلتر یک فیلتر LC است. به طور کلی، کافی است تعدادی سلف را به صورت سری اضافه کنید، زیرا یک فیلتر LC یا CLC را همراه با ظرفیت ورودی یا خروجی منبع تغذیه حالت سوئیچینگ تشکیل می دهد. گاهی اوقات فقط از خازن ها به عنوان فیلتر استفاده می شود، اما با در نظر گرفتن اندوکتانس انگلی خطوط برق یا آثار، خازن ها را با هم ترکیب می کنیم تا فیلتر LC را تشکیل دهیم. سلف l ممکن است یک سلف با یک سیم پیچ یا یک مهره فریت باشد. هدف از فیلتر LC در واقع یک اثر کم گذر است که به برق DC اجازه عبور می دهد و تداخل فرکانس بالا را تا حد زیادی کاهش می دهد. فیلتر LC دارای دو قطب است، بنابراین می تواند به میرایی فرکانس بالای 40 دسی بل در اکتاو دست یابد. فیلتر می تواند به یک افت فرکانس نسبتاً شدید دست یابد. طراحی فیلترها آسان نیست. با این حال، از آنجا که اجزای انگلی مدار (مانند اندوکتانس ردیابی) اثرات ایجاد می کنند، مدل سازی فیلتر نیز نیاز به مدل سازی اثرات انگلی اصلی دارد. این باعث می شود فیلتر آنالوگ کاملاً وقت گیر باشد. بسیاری از طراحان با تجربه در طراحی فیلتر می دانند که کدام فیلترها به خوبی کار می کنند و ممکن است به طور مکرر یک فیلتر را برای به دست آوردن یک طرح جدید بهینه کنند.

هنگام طراحی همه فیلترها، نه تنها باید رفتار سیگنال کوچک، مانند عملکرد انتقال فیلتر در نمودار پورتر، بلکه اثر سیگنال بزرگ را نیز در نظر گرفت. در هر فیلتر LC، منبع تغذیه از سلف عبور می کند. اگر دیگر به منبع تغذیه در خروجی نیاز نباشد، انرژی الکتریکی ذخیره شده در سلف باید در جایی به دلیل گذر ناگهانی بار آزاد شود. خازن فیلتر را شارژ می کند. اگر فیلتر برای این بدترین حالت طراحی نشده باشد، انرژی الکتریکی ذخیره شده ممکن است باعث افزایش ولتاژ شود که ممکن است به مدار آسیب برساند.

در نهایت، فیلتر دارای امپدانس خاصی است. این امپدانس با امپدانس مبدل برق متصل به فیلتر تعامل دارد. این تعامل ممکن است منجر به بی ثباتی و نوسان شود. ابزارهای شبیه سازی دستگاه های آنالوگ مانند LTspice و LTpowerCAD برای پاسخ به تمام این سوالات و طراحی فیلترهای عالی مفید هستند. شکل 10 رابط کاربری گرافیکی طراحان فیلتر را در محیط طراحی LTpowerCAD نشان می دهد. استفاده از این ابزار برای طراحی فیلترها بسیار ساده است.

شکل 10. طراحی فیلتر ورودی رگولاتور باک با استفاده از LTpowerCAD.

کلیدهای بی صدا

متوقف کردن تداخل الکترومغناطیسی سخت است. یک سپر مخصوص ساخته شده از یک ماده فلزی خاص مورد نیاز است. هزینه انجام این کار بسیار بالاست. برای مدت طولانی، مهندسان به دنبال راه هایی برای کاهش اختلال تشعشعات الکترومغناطیسی ناشی از منبع تغذیه حالت سوئیچینگ بوده اند. چند سال پیش، فناوری Silent Switcher یک پیشرفت بزرگ ایجاد کرد. با کاهش اندوکتانس انگلی در مدار حرارتی منبع تغذیه حالت سوئیچینگ و تقسیم مدار حرارتی به دو مدار که به صورت متقارن مرتب شده اند، اختلالات تابش الکترومغناطیسی عمدتاً یکدیگر را خنثی می کنند. امروزه، بسیاری از دستگاه های Silent Switcher اختلالات تابش الکترومغناطیسی بسیار کمتری نسبت به محصولات سنتی ایجاد می کنند. کاهش اختلال تابش الکترومغناطیسی می تواند سرعت سوئیچینگ را بدون EMI جدی بهبود بخشد. افزایش سرعت سوئیچینگ می تواند تلفات سوئیچینگ را کاهش دهد و در نتیجه فرکانس سوئیچینگ را افزایش دهد. نمونه ای از این نوآوری LTC3310S است که فرکانس سوئیچینگ 5 مگاهرتز دارد و از قطعات خارجی کم هزینه برای دستیابی به طراحی بسیار فشرده استفاده می کند.

مدیریت نیرو ضروری است، اما می تواند سرگرم کننده نیز باشد.

در این مقاله، بسیاری از جنبه های طراحی منبع تغذیه، از جمله توپولوژی های مختلف منبع تغذیه و مزایا و معایب آنها را مورد بحث قرار می دهیم. این اطلاعات برای مهندسان قدرت بسیار اساسی است، اما برای افراد متخصص و غیر حرفه ای، استفاده از ابزارهای نرم افزاری مانند LTpowerCAD و LTspice در فرآیند طراحی مفید است. با این ابزارها می توان مبدل برق را در مدت زمان کوتاهی طراحی و بهینه کرد.

سلب مسئولیت: این مقاله از "اتحاد قدرت R&D" تکثیر شده است. این مقاله فقط دیدگاه های شخصی نویسنده را نشان می دهد و دیدگاه های Sacco Micro و صنعت را نشان نمی دهد. این فقط برای تجدید چاپ و به اشتراک گذاری برای حمایت از حمایت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً هنگام چاپ مجدد منبع و نویسنده اصلی را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفا با ما تماس بگیرید تا آن را حذف کنیم.

تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی
QQ: 332496225 مدیر کیو
آدرس: اتاق 809، بلوک C، ساختمان فناوری Zhantao، خیابان Minzhi شماره 1079، منطقه جدید Longhua، شنژن