طراحی و ساخت منابع تغذیه سوئیچینگ 0-1000 امپر و0-1000 ولت
طراحی و ساخت منابع تغذیه سوئیچینگ
آموزش ساخت منبع تغذیه سوییچینگ با
آی سی های TinySwitch-II
با توجه به نیاز روزافزون به منبع های تغذیه سوییچینگ، شرکت های مختلف به تولید آی سی هایی روی آورده اند که کارهای مختلف یک مدار سوئیچینگ را (از جمله ماسفت قدرت، محدود کننده جریان، فیدبک ولتاژ خروجی و …) به صورت مجتمع و یکجا انجام می دهند و به این ترتیب از تعداد قطعات مدار کاسته شده و طراحی آن نیز ساده تر می گردد. یکی از این شرکت ها کمپانی امریکایی Power Integrations می باشد که تنوع محصولات آن زیاد بوده و البته خوشبختانه تعدادی از آنها در بازار ایران هم پیدا می شوند. آی سی های این شرکت به خانواده های مختلفی تقسیم می شوند که هر خانواده برای استفاده در یک توپولوژی خاص طراحی شده است…
در این پست، طرز استفاده از آی سی های سری TinySwitch-II را برای شما آموزش می دهم و این نخستین باری است که در سایت های ایرانی نحوه استفاده از آن ها تشریح می شود.
درون این سری از آی سی ها، همه اجزای لازم برای یک سیستم سوییچینگ کامل با توپولوژی فلایبک جاسازی شده است و مدار را از سیم پیچ کمکی بی نیاز می کند و به راحتی قابل استفاده می باشد. فرکانس کاری این آی سی ها ۱۳۲ کیلوهرتز است و درون آنها یک ماسفت ۷۰۰ ولتی جاسازی شده است. از آی سی های این خانواده معمولا در ساخت شارژرهای گوشی موبایل استفاده می شود. دارای ۷ پایه هستند (مانند آی سی های ۸ پایه است ولی پایه شماره ۶ آن ها وجود ندارد ! ) و در دو بسته بندی DIP-8B و SMD-8B عرضه می شوند که در بازار ایران معمولا نوع DIP-8B آنها موجود است و در اکثر فروشگاه های قطعات الکترونیک (حداقل در میان فروشگاه های اینترنتی) نیز یافت می شوند. البته قیمت آنها از قیمت آی سی های هم اندازه خودشان تا حدودی بیشتر است. در جدول زیر، توان خروجی آی سی های این خانواده (بر حسب وات) را مشاهده می کنید :
توان خروجی آی سی های خانواده TinySwitch-II
طرز قرارگیری پایه های خانواده TinySwitch-II
بلوک دیاگرام عملیاتی آی سی های TinySwitch-II
شکل ظاهری آی سی ها در بسته بندی SMD-8B
شکل ظاهری آی سی ها در بسته بندی DIP-8B
همانطور که در جدول ملاحظه کردید، هرچه شماره این سری از آی سی ها بیشتر شود، قدرت آن ها نیز افزایش می یابد. من خودم معمولا از TNY268 استفاده می کنم؛ چون هم قدرت بیشتری دارد و هم در بازار ایران فراوان تر است. اما شما با توجه به قدرت مورد نیازتان می توانید یکی از آن ها را انتخاب کنید. به هر حال اساس کار و ترتیب پایه های آن ها شبیه به هم است و تنها تفاوت در قدرت خروجی آن هاست. شکل کلی مدار مورد استفاده برای این آی سی ها که شرکت سازنده شان ارائه داده طبق شماتیک زیر است:
کاربران این آی سی ها با توجه به نیاز خود می توانند تغییراتی را در مدار آن ایجاد کنند. مثلا در زیر چند نمونه از مدارهایی که با این آی سی ها میتوانند ساخته شوند و در دیتاشیت آن ها آمده را مشاهده می کنید:
شارژر باتری با ورودی بین المللی (۸۵ تا ۲۶۵ ولت AC) و خروجی ثابت ۵ ولت ۲٫۵ وات
قابل استفاده به عنوان شارژر باتری های موبایل و باتری های لیتیم پلیمر ۱ سل
منبع تغذیه ۱۵ وات با قابلیت Standby
در ادامه به توضیح منبع تغذیه ای که خود من استفاده می کنم می پردازیم. ابتدا به شماتیک آن و تفاوتش با شماتیک های بالا توجه کنید:
شماتیک منبع تغذیه سوییچینگ با آی سی TNY268 (برای ساخت این مدار حتما توضیحات را مطالعه کنید)
در این مدار همانند مدارهای قبلی از یک اپتوکوپلر برای فیدبک استفاده شده است. برای آشنایی با این قطعه می توانید مطالعه کنید. ما در این جا از نوع ترانزیستوری آن به شماره PC817 یا LTV817 استفاده می کنیم که در بازار ایران فراوان است. اپتوکوپلر مورد استفاده ما ۴ پایه دارد که به صورت زیر هستند :
طرز قرارگیری پایه های اپتوکوپلر PC817
شکل ظاهری اپتوکوپلر PC817
قسمت LED اپتوکوپلر با تعدادی
قطعه به خروجی مدار ما و قسمت فوتوترانزیستور آن به پایه EN\UV آی سی متصل
می شود تا ولتاژ خروجی ترانسفورمر را به قسمت سوییچینگ فیدبک کند و بدین
ترتیب آی سی از تغییرات ولتاژ در خروجی ما مطلع می شود و عملکرد خود را
تنظیم می کند.
آستانه ولتاژ توسط دیود زنر DZ1 تعیین می شود و در واقع ، ولتاژ خروجی مدار
را این دیود زنر مشخص می کند. اگر افت ولتاژ داخل LED اپتوکوپلر را نیز در
نظر بگیریم، ولتاژ خروجی تقریبا ۱ ولت بیشتر از ولتاژ نامی دیود زنر است.
بنابراین برای این که خروجی ۱۲ ولت داشته باشیم، باید از دیود زنر ۱۱٫۱ ولت
استفاده کنیم و برای داشتن خروجی ۵ ولت (مثل شارژرهای موبایل) ، از دیود
زنر ۳٫۹ ولت استفاده کنیم. دقت کنید که دیود زنرها برای همه ی ولتاژها وجود
ندارند و مقادیر آن ها تعریف شده است. همچنین دیود زنری با توان ۰٫۵ وات
نیز برای مدار ما کافی خواهد بود.
ترانسفورمر مورد استفاده در این پروژه برای آی سی TNY268 ، یک ترانس کوچک است با هسته EE و سایز تقریبی ۲۰*۲۰ میلیمتر است و قسمت وسط هسته آن دارای گپ هوایی به ارتفاع ۰٫۴ و ابعاد ۴٫۵*۴٫۵ میلیمتر می باشد. منظور از گپ هوا (Air Gap) یک لایه خالی مانند شکل زیر در وسط هسته فریت و بین دو قطعه آن است که از اشباع هسته جلوگیری میکند:
مقایسه یک هسته بدون گپ و یک هسته دارای گپ
برای شماره های پایین تر از TNY268 می توانید از ترانسفورمرهای کوچکتر استفاده کنید.
برای ساختن سیم پیچ اولیه آن، قرقره خالی ترانس را آماده کرده و ۱۴۰ دور
سیم لاکی مرغوب با قطر حداکثر ۰٫۴ میلیمتر (دقت کنید که این سیم پیچ برای
TNY268 طراحی شده) را که کاملا صاف و راست است، به طور منظم به دور آن
بپیچانید. دقت کنید که سیم پیچ ها باید کاملا صاف و به هم چسبیده باشند
وگرنه در عملکرد مدار شما اختلال ایجاد خواهد شد. حالا باید چند دور
نوارچسب مخصوص ترانس یا چسب لوله بر روی سیم پیچ اولیه بپیچانید تا آن را
نسبت به ثانویه کاملا عایق کند. اگر می خواهید در خروجی ولتاژ ۱۲ ولت داشته
باشید، برای سیم پیچ ثانویه کافی است ۱۸ دور سیم لاکی مرغوب با قطر حداکثر
۱ میلیمتر را به طور منظم بر روی نوارچسب ها بپیچانید. البته برای تغییر
ولتاژ خروجی، می توانید تعداد دورهای ثانویه سیم پیچ ترانس را تغییر دهید و
برای هر ولت، حدودا ۱٫۵ دور سیم پیچ ثانویه لازم است. بنابراین با تغییر
دو عامل می توانید ولتاژ خروجی را تغییر دهید: ۱- تغییر دیود زنر که همیشه
یک ولت کمتر از مقدار خروجی است. ۲- تغییر تعداد دور سیم پیچ ثانویه که
تقریبا ۱٫۵ دور به ازای هر ولت است. دقت کنید که هرچه تعداد دور سیم پیچ
بیشتر شود، ولتاژ خروجی افزایش می یابد و هرچه قطر سیم ها بیشتر شود،
جریاندهی آن افزایش می یابد. این بستگی به توان ترانسفورمر و مدار کلیدزنی
شما (در اینجا آی سی) خواهد داشت که چه سیم پیچی را انتخاب کنید. به یاد
داشته باشید که با در نظر گرفتن رابطه توان P=IV ، از یک مدار منبع تغذیه
سوییچینگ ایده آل ساخته شده با استفاده از آی سی TNY268 که قدرتی در حدود
۱۵ وات دارد، در حالت عادی می توان خروجی ۵ ولت ۳ آمپر و یا ۱۵ ولت ۱ آمپر
یا ۳۰ ولت ۵۰۰ میلی آمپر پایدار کشید (البته با ورودی ۲۲۰ ولت، می توان تا
۲۳ وات نیز از آن اخذ کرد).
شکل های زیر مراحل پیچاندن سیم پیچ ها به دور قرقره ترانس را نشان می دهند:
مرحله ی اول : پیچاندن سیم پیچ اولیه به دور قرقره
مرحله ی دوم : عایق بندی
مرحله ی سوم : پیچاندن سیم پیچ ثانویه
مرحله ی آخر : ترانسفورمر تکمیل شده
البته شما می توانید با استفاده از دستگاه های ترانس پیچ، سیم پیچ های منظم تری را درست کنید که طبیعتا عملکرد بهتری هم خواهند داشت.
D1 تا D4 با هم یک پل دیود برای
یکسوسازی برق ورودی را تشکیل می دهند و می توانید به جای آن ها از ۱n4005 و
۱n4006 و یا از پل دیودهای ولتاژ بالا و جریان ۱ آمپر نیز استفاده کنید.
ولی ولتاژ آن ها باید بالای ۴۰۰ ولت باشد. C1 و C2 و L1 برای دکوپلاژ برق
ورودی و حذف نوسانات آن به کار می روند. دقت کنید که ولتاژ نامی C1 و C2
کمتر از ۴۰۰ ولت نباشد چون که در غیر این صورت خواهند ترکید! برای L1 نیز
بهتر است از یک سلف بشکه ای استفاده کنید. اگر نویز خروجی مدار برای شما
مهم نیست (مثل استفاده برای مدارهای نورپردازی) می توانید از وجود المان
های L1 وL2 و C2 و C6 صرف نظر کنید و به جای سلف ها یک تکه سیم قرار
دهید، اما برای استفاده از این پروژه به عنوان منبع تغذیه مدارهای صوتی و
مخابراتی و سایر مدارهای حساس، وجود آن ها برای داشتن یک ولتاژ خروجی صاف و
بدون نویز الزامی است. D5 از نوع دیودهای یکسوساز پرسرعت است و می توانید
به جای آن از BA159 نیز استفاده کنید. D6 یک دیود شاتکی ۴۰ ولت ۱ آمپر است و
در صورتی که خروجی مدار بیش از این مقدار باشد باید از دیودهای قوی تر
استفاده کنید و یا برای کارآیی بهتر می توانید از دیودهای پرسرعت مانند
BA159 استفاده کنید. C5 و C6 و L2 نیز برای صافی و دکوپلاژ جریان خروجی می
باشند. L2 می تواند بشکه ای یا تیرویدی باشد و باید بگونه ای انتخاب شود
که قدرت تحمل جریان خروجی را داشته باشد.
فکر می کنم که دیگر نیازی به توضیح بیشتر نباشد. فقط به این نکته توجه کنید
که چون این منبع تغذیه ها باید به طور مستقیم به برق شهری متصل شود، در
هنگام ساخت و استفاده از آن باید موارد ایمنی را رعایت کنید. همچنین اگر
قصد آزمایش مدار روی بردبورد را دارید، حتما قبل از اتصال مدار خود به برق
برق شهری از یک محافظ یخچال استفاده کنید تا در صورت وجود اتصال در مدار و
یا اتصال اشتباه یک قطعه، از حوادث ناگوار جلوگیری شود. با رعایت موارد
ایمنی از جمله نصب درست قطعات (چون پروژه با برق قوی کار می کند، در صورت
نصب اشتباه یک قطعه، ممکن است به کل مدار آسیب برسد)، استفاده از قطعات
کاملا سالم و مرغوب، عدم دستکاری و تماس مستقیم با مدار در هنگامی که به
برق شهری متصل است و ساخت سیم پیچ ترانسفورمر مدار طبق مواردی که گفته شد و
ایزولاسیون کامل آن، حتی مبتدیان هم می توانند به ساخت این پروژه مبادرت
کنند. توصیه می کنم که این مدار را بر روی PCB مونتاژ واستفاده کنید تا
خطرات ناشی از آن به حداقل برسد.
در ادامه هم می توانید فایل شماتیک و PCB مدار را که خودم طبق اصول قیدشده در دیتاشیت آی سی طراحی کرده ام را دانلود کنید. فایل ها قابل اجرا در نرم افزارهای Eagle و Protel هستند و تصویر پشت و روی فیبر با فرمت PDF نیز همراه آن ها موجود است.
مطالب مشابه :
منابع تغذیه سوئیچینگ
منابع تغذیه سوئیچینگ. مقايسه منابع تغذيه سوئيچينگ با منابع تغذيه خطی: بنا بركاربرد منابع
منابع تغذیه سوئیچینگ
الکترونیک - منابع تغذیه سوئیچینگ - الکترونیک از فركانس کار ترانسها در روش خطی 50 تا 60 هرتز
منابع تغذیه سوئیچینگ
برق - منابع تغذیه سوئیچینگ - الكتروتكنيك - برق مقايسه منابع تغذيه سوئيچينگ با منابع تغذيه
منابع تغذیه سوئیچینگ
مزایای منابع تغذیه خطی: 1- طراحی مدارات بسیار ساده صورت می گیرد. 2- قابلیت تحمل بار زیاد
منابع تغذیه سوئیچینگ
آلفا - منابع تغذیه سوئیچینگ - وبلاگ تخصصی مطالب و مقالات برق و الکترونیک - آلفا
منابع تغذیه ومنابع تغذیه سوئیچینگ
تعاریف عمومی و متداول در منابع تغذیه و بخصوص منابع تغذیه سوئیچینگ مقدمه. كلیه مدارات
منابع تغذیه سوئیچینگ
elerey 85 - منابع تغذیه سوئیچینگ - گروه كارشناسي الكترونيك دانشگاه آزاد شهرري ورودي 85
طراحی و ساخت منابع تغذیه سوئیچینگ 0-1000 امپر و0-1000 ولت
طراحی و ساخت منابع تغذیه سوئیچینگ . 0-1000 امپر و0-1000 ولت آموزش ساخت منبع تغذیه سوییچینگ با
منابع تغذیه سوئیچینگ
این یک مقاله فوق العاده راجع به منابع تغذیه سوئیچینگ است که امیدوارم نظرتان را جلب کند .
برچسب :
منابع تغذیه سوئیچینگ