0

آموزش منابع تغذیه DC – بخش دوم | مشخصات فنی

دسته بندی ها : مدارهای آنالوگ ۵ بهمن ۱۳۹۷ احسان ملکوتی نیا 1568 بازدید
منبع تغذیه

در این بخش قصد داریم با برخی از پارامترهای مهم منابع تغذیه آشنایی پیدا کنیم. این پارامترها تحت تاثیر نوع منبع تغذیه، نحوه طراحی و کیفیت برق ورودی هستند و برای تست کیفیت منابع تغذیه اجباری می‌باشند. البته باید خاطر نشان کرد که کیفیت ساخت منابع تغذیه نسبی است و منبع ایده‌آل وجود ندارد. پس باید بر حسب نیاز، طراحی شوند تا کیفیت مناسب برای کاربرد مد نظر را داشته باشند. پس در ابتدا شما باید اطلاعات کافی از نوع بار و حساسیت‌های آن داشته باشید؛ بعد از آن طراحی را انجام دهید و در آخر به تست منبع تغذیه بپردازید.

پارامتر های منبع تغذیه DC

پارامتر های منبع تغذیه DC

ریپل ولتاژ یا جریان خروجی Vr

ریپل ولتاژ یا جریان خروجی Vr

ریپل ولتاژ یا جریان خروجی Vr

اگر منبع تغذیه از نوع منبع ولتاژ (ولتاژ ثابت) باشد؛ ریپل ولتاژ و برای منبع جریان (جریان ثابت) ریپل جریان حائز اهمیت است. این پارامتر بر حسب RMS (موثر) یا P-P (پیک تا پیک) بیان می شود. مقدار پیک تا پیک همیشه از موثر بیشتر است.

باید توجه داشت که ریپل ولتاژ یا جریان خروجی در منابع تغذیه سوئیچینگ، بالاتر از نوع خطی است و دلیل پیدایش ریپل در این دو نوع منبع کاملا متفاوت است. دلیل به وجود آمدن ریپل در منبع خطی، تغییرات یا فرکانس برق ورودی و شارژ و دشارژ شدن خازن صافی و خازن فیلتر بر اثر این تغییرات می‌باشد؛ ولی در منبع سوئیچینگ دلیل این امر شارژ و دشارژ شدن خازن خروجی، بر اثر سوئیچ زنی ولتاژ DC ورودی است.

نکته دیگر این است که شکل موج و دامنه ریپل خروجی، در این دو نوع منبع متفاوت است و کنترل این ریپل در منابع خطی ساده تر می‌باشد و می توان کیفیت ولتاژ و جریان خروجی بسیار خوبی در حد ماکزیمم 2 میلی ولت (یا آمپر) پیک تا پیک دریافت کرد. این در حالی است که گرفتن کیفیت ولتاژ و جریان خروجی که پیک تا پیک کمتر از 10 میلی ولت (آمپر) داشته باشند، در منابع تغذیه سوئیچینگ کاری بسیار دشوار و در بعضی از موارد غیر ممکن است.

روش اندازه گیری

برای اندازه‌گیری ریپل ولتاژ نیاز به اسیلوسکوپ آنالوگ یا دیجیتال داریم. در هر دو این اسکوپ‌ها باید کانال مورد نظر را به حالت AC قرار داده و حساسیت ولوم ولتاژ آن کانال را بالا ببریم و با تغییر ولوم زمان، شکل موج ولتاژ خروجی قابل مشاهده است. در اسکوپ دیجیتال علاوه بر این مراحل باید پهنای باند کانال را بروی 20 مگاهرتز محدود کنیم. توجه کنید که تنظیمات ذکر شده کلی هستند و برای انجام این تست باید با نحوه کار اسکوپ آشنایی داشته باشید.

در ساختمان ها و پریز هایی که ارت دارند، زمین مدار اسکوپ و زمین پراب (شیلد کابل)، به ارت متصل می‌شوند و اگر مدار تحت تست نیز به صورت غیر ایزوله به برق شهر و ارت وصل باشد، باید احتیاط کرد و ترجیحا زمین پراب به زمین مدار تحت تست (ارت) وصل بماند. در صورت رعایت نکردن این نکته ممکن است نقطه‌ای از مدار اتصال کوتاه شده و جریان عبوری به سیستم تحت تست (DUT)، اسکوپ و پراب آسیب بزند.

نکته دیگر در استفاده از اسکوپ، در نظر گرفتن دامنه ولتاژ وروردی است؛ این ولتاژ نباید بالاتر از 300 ولت پیک برود، پس از اتصال مستقیم برق شهر و ولتاژ های بالای غیر ایمن، به ورودی اسکوپ خودداری کنید و از پراب‌های ضربدر 10، 100، 1000 و یا 10000 نسبت به سطح ولتاژ مورد نظر استفاده کنید. توجه کنید که ماکزیمم ولتاژ پیک قابل نمایش توسط اسکوپ 20 ولت است و از آن به بعد شکل موج از صفحه نمایش خارج می‌شود.

سطح نویز ولتاژ یا جریان خروجی Vn

این پارامتر معمولا همراه با دامنه ریپل بیان می‌شود ولی تعریف کاملا متفاوتی دارد و علل بسیار زیادی در به وجود آمدن آن نقش دارند. در این جا به دو علت کلی می‌پردازیم؛

  1. اولین علت انتقال نویز به خروجی، به دلیل ایده‌آل نبود فیلترهای ورودی و خروجی منبع، ضعف و محدودیت‌های طراحی است که باعث می‌شود نویز ذاتی مدار به علاوه نویز برق ورودی (برق شهر) به خروجی انتقال یابد. این نوع نویز، به صورت هدایتی دریافت و به خروجی منتشر می‌شود.
  2. دلیل دوم تأثیر گرفتن خود مدار و ورودی و خروجی آن از میدان‌های الکترومغناطیسی اطراف است (EMI) و تعبیراتی مانند: استفاده از انواع شیلد های فلزی برای کابل های ورودی، خروجی و جعبه مدار و اتصال آن‌ها را به ارت ساختمان را باید اندیشد (EMC). این نویز به صورت میدانی دریافت می‌شود و ممکن است از خود ترانس و سلف مدار نیز منتشر شود.
سطح نویز ولتاژ یا جریان خروجی Vn

سطح نویز ولتاژ یا جریان خروجی Vn

این پارامتر فرکانس بالاتری نسبت به ریپل دارد و بر روی آن سوار می‌شود و می‌تواند باعث بی‌ثباتی بارهای حساس مانند انواع آی سی‌های ابزار دقیق و فرکانس بالا شود. واحد اندازه‌گیری آن معمولا بر حسب پیک تا پیک و فرکانس اصلی آن است. لازم به ذکر است که نویز ذاتی منابع تغذیه سوئیچینگ به مراتب بالاتر از منابع خطی است ولی می‌توان با فیلترگذاری مناسب تا حد زیادی آن را محدود کرد.

ضریب راندمان η

نسبت توان مصرفی خروجی به توان دریافتی ورودی است که معمولا بر حسب درصد بیان می‌شود. نماد آن هم بصورت حرف یونانی η می‌باشد. برای تست این پارامتر باید توان مصرفی خروجی اندازه‌گیری شده و تقسیم بر توان دریافتی ورودی شود؛ سپس در عدد صد ضرب گردد. این پارامتر در توان‌های مصرفی بالاتر از 100 وات بسیار حائز اهمیت است. در این موارد از منابع سوئیچینگ به دلیل تلفات توان کمتر نسبت به نوع خطی، بیشتر استفاده می‌شود.

در منابع خطی هر چقدر ولتاژ DC ورودی و خروجی به هم نزدیک‌تر باشند؛ تلفات توان کمتر و راندمان بالاتر می‌رود. ولی این کار محدودیت‌هایی دارد؛ برای همین معمول است که ولتاژ ورودی باید حداقل بین 0.5 تا 2 ولت (بسته به نوع رگولاتور) بیشتر از ولتاژ خروجی باشد.

راندمان منبع تغذیه dc

نمودار راندمان منبع تغذیه

توجه داشته باشید که اگر منبعی با بالاترین راندمان ممکن مثلا؛ 90 درصد هم طراحی کنید، اگر توان مصرفی خروجی بالا باشد، آخر تلفات توانی که داخل مدار دارید؛ که به صورت حرارت خود را نشان می‌دهد و نسبت به استفاده مدار، باید المان سوئیچ را با استفاده از خمیر سیلیکون مناسب به هیت-سینک وصل و در صورت لزوم از فن برای خنک کردن بیشتر آن استفاده کرد.

نکته دیگر این است که معمولا منابع سوئیچینگ راندمان بالاتری نسبت به نوع خطی دارند. دلیل این عمر در نحوه تنظیم ولتاژ و جریان خروجی است. در منابع خطی عنصر کنترل‌کننده در ناحیه فعال کار می‌کند و همین باعث افزایش تلفات توان می‌شود. ولی در نوع سوئیچینگ این عنصر در اشباع و قطع کار می‌کند، که خود باعث کاهش تلفات توان می‌شود.

حجم و وزن

این پارامتر بستگی به نوع منبع دارد و معمولا به دلیل استفاده از فرکانس بالاتر در منابع سوئیچینگ (بین 16 کیلو هرتز تا 1 مگا هرتز) و کوچک‌تر شدن ابعاد ترانس با افزایش فرکانس، حجم و وزن آن به صورت قابل توجهی کاهش می‌یابد. توجه کنید که این مقایسه برای منابع تغذیه ایزوله صدق می‌کند و حالت کلی ندارد. نکته دیگر این است که منابع تغذیه خطی معمولا نیاز به هیت سینک‌های بزرگ‌تری دارند.

ضریب توان PF

این ضریب برای اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان سینوسی تعریف شده است. افزایش این اختلاف فاز، باعث افزایش توان راکتیو (ظاهری) و ایجاد محدودیت و مشکلات زیادی می‌شود. این پارامتر از حاصل تقسیم توان واقعی به توان ظاهری (کسینوس اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان) به دست می‌آید و بین 0 تا 1 است. بهترین حالت 1 بودن این ضریب (اختلاف فاز صفر) و بدترین حالت آن هم 0 صفر (اختلاف فاز 90 درجه) است.

در منابع سوئیچینگ توان بالا (بالاتر از 100 وات) جریان‌کشی‌های لحظه‌ای با دامنه بالایی بر روی شبکه برق شکل می‌گیرد؛ که اختلاف فاز با ولتاژ شبکه دارند و علاوه بر آن باعث تزریق هارمونیک‌های مضری به شبکه می‌شوند. این هارمونیک‌ها برای وسایل دیگر مضر هستند و از طرفی به دلیل ایجاد توان ظاهری، توان خروجی منبع را محدود می‌کنند.

برای حل این مشکل از PFC استفاده می‌شود؛ که در منابع سوئیچینگ دو نوع فعال (اکتیو) و غیر فعال (پسیو) دارد. مدار اصلاح ضریب توان (PFC) با تکنیک‌های مختلف جریان لحظه‌ای ورودی را کنترل و محدود می‌کند تا با دامنه کمتر و در عوض، زمان بیشتر در هر نیم سیکل برق شهر به صورت تقریبا هم فاز قرار بگیرند و بیشتر شبیه موج سینوسی یا مربعی شود.

ضریب توان PF منابع تغذیه

ضریب توان PF

نوع فعال این مدار از نوع غیر فعال موثرتر بوده و ضریب نزدیک‌تر به یک دارد. نوع فعال به راحتی ضریب بالاتر از 0.98 را ارائه می‌دهد ولی نوع غیر فعال فقط تا 0.85 می تواند باشد. محدودیت توان خروجی از حاصل ضرب راندمان (بدون درصد)، در ضریب توان، در ولتاژ موثر برق ورودی، در جریان موثر به دست می آید.

برای مثال ولتاژ برق شهر را 220 ولت و جریان مصرفی ماکزیمم آن را 15 آمپر در نظر بگیرید (بعد از این جریان فیوز قطع می شود، در اصطلاح trip می خورد). اگر ضریب توان منبع 0.65 و ضریب راندمان 0.85 باشد. ماکزیمم توانی که در خروجی می‌توان از این منبع گرفت حدود 1823 وات است؛ این در حالی است که اگر در این معادله ضریب توان 0.98 بود؛ توان خروجی ماکزیمم می‌توانست حدود 2749 وات باشد.

ضریب صعود CF

پارامتر CF و PF تقریبا به هم وابسته‌اند. پارامتر CF از حاصل تقسیم جریان ماکزیمم به جریان موثر بدست می‌آید. این پارامتر هرچقدر به عدد یک نزدیک تر باشد بهتر است و نشان دهنده کنترل بهتر جریان کشی لحظه‌ایی منبع است.

برای مثال اگر پیک جریان ورودی 14.14 و جریان موثر 10 آمپر باشند، حاصل CF برابر رادیکال 2 یا 1.414 خواهد بود (در موج سینوسی کامل اتفاق می افتد). حال اگر پیک جریان ورودی همان 14.14 باشد ولی جریان موثر به دلیل تغییر شکل در جریان‌کشی مدار و تبدیل شدن آن به حالت اسپایک (تغییرات سریع در موج که بیشتر حالت سوزنی شکل دارد) به 7 آمپر برسد این ضریب برابر 2.02 خواهد شد که می‌تواند مشکل ساز شود.

ضریب صعود CF منبع تغذیه DC

ضریب صعود CF

پارامترهای دیگر

پارامتر‌های دیگری هم می‌توان ذکر کرد که بیش‌تر برای یکسوساز‌های صنعتی کاربرد دارند؛ که خود منبع تغذیه طبقات قدرت بعدی هستند. به این یکسوساز‌ها کنورتر (.Conv) گویند و کاربرد وسیعی در انواع صنایع خودروسازی، درایو موتور‌های AC، درایو موتور‌های (DC (TPS و… دارند. این پارامتر‌ها شامل؛ راندمان (بازده) η، ضریب شکل (FF)، ضریب ریپل (RF)، ضریب تغییر مکان (DF)، ضریب هارمونیک (HF)، ضریب توان (PF)، ضریب صعود (CF) و…. هستند.

در قسمت‌ بعدی موضوع منابع تغذیه را بیشتر باز کرده و به بررسی دقیق‌تر انواع آن‌ها می‌پردازیم. با نظرات و انتقادهای مفیدتان ما را همراهی کنید. با ما در رزدینو همراه باشید…

احسان ملکوتی نیا
احسان ملکوتی نیا

علاقه مند به الکترونیک صنعتی، منابع تغذیه، سیستم های حفاظتی الکترونیکی و کنترل سطح نویز مدارات الکترونیکی

راه آسان‌تری برای ارتباط با کاربران‌مان پیدا کرده‌ایم :) عضویت در کانال

مطالب زیر را حتما بخوانید:

  چنانچه دیدگاهی توهین آمیز باشد و متوجه اشخاص مدیر، نویسندگان و سایر کاربران باشد تایید نخواهد شد. چنانچه دیدگاه شما جنبه ی تبلیغاتی داشته باشد تایید نخواهد شد. چنانچه از لینک سایر وبسایت ها و یا وبسایت خود در دیدگاه استفاده کرده باشید تایید نخواهد شد. چنانچه در دیدگاه خود از شماره تماس، ایمیل و آیدی تلگرام استفاده کرده باشید تایید نخواهد شد. چنانچه دیدگاهی بی ارتباط با موضوع آموزش مطرح شود تایید نخواهد شد.  

نظرات کاربران

    دیدگاهتان را بنویسید

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

    این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

    لینک کوتاه :