ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه برای تبدیل ولتاژ ورودی به مقدار مورد نیاز عناصر داخلی دستگاه استفاده می‌شود . نام دیگر این منبع پالسی اینورتر می‌باشد . در این مقاله شما را با این نوع ترانسفورماتور ، اجزا و نحوه کارکرد آن آشنا می‌کنیم .
ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه چیست ؟
اینورتر یک منبع تغذیه ثانویه است که از تبدیل مضاعف ولتاژ AC ورودی استفاده می‌کند . مقدار پارامترهای خروجی با تغییر مدت زمان ( عرض ) پالس‌ها و در برخی موارد فرکانس تکرار آنها تنظیم می‌شود . به این نوع مدولاسیون ، مدولاسیون عرض پالس می‌گویند .
به بیان ساده در ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه ، هیچ ترانسفورماتور کاهنده‌ای در دستگاه قرار نگرفته است . تقریباً در تمام تجهیزات مدرن ، منابع تغذیه سوئیچینگ به عنوان فشرده‌ترین و کارآمدترین منبع تغذیه نصب می‌شوند .
اصل عملکرد ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه
عملکرد اینورتر بر اساس اصلاح ولتاژ اولیه و تبدیل بیشتر آن به زنجیره‌‌ای از پالس‌های فرکانس بالا می‌باشد . ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه با یک ترانسفورماتور معمولی تفاوت‌های زیادی دارد و نحوه عملکرد آن نیز بسیار متفاوت است .
ولتاژ خروجی ان برای تشکیل یک سیگنال بازخورد منفی استفاده می‌شود تا امکان تنظیم پارامترهای پالس‌ها وجود داشته باشد . با کنترل عرض پالس ، سازماندهی تثبیت و تنظیم پارامترهای خروجی ، ولتاژ یا جریان ساده برقرارمی‌شود . یعنی این دستگاه هم نقش تثبیت کننده ولتاژ و هم تثبیت کننده جریان را بر عهده دلرد . تعداد و قطبیت مقادیر خروجی بسته به نحوه عملکرد منبع تغذیه سوئیچینگ می‌تواند بسیار متفاوت باشد .
انواع ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه
دو نوع ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه بر اساس کاربرد و طراحی ساخت در بازار وجود دارد که در ادامه مطلب راجع به این دو به طور مختصر صحبت می‌کنیم .
بدون ترانسفورماتور: این نوع منبع تغذیه از این جهت با نوع تبدیل کننده ، متفاوت است که توالی پالس مستقیماً به یکسو کننده خروجی و فیلتر صاف کننده دستگاه می‌رود . چنین دستگاهی دارای حداقل اجزاء می‌باشد . یک ترانس سوئیچینگ ساده شامل یک مدار مجتمع تخصصی و ژنراتور با عرض پالس است .
از معایب دستگاه‌های بدون ترانسفورماتور این است که عایق گالوانیکی از شبکه برق ندارند و می‌توانند خطر برق گرفتگی را ایجاد کنند . همچنین این دستگاه‌ها اغلب توان کمی دارند و تنها 1 مقدار ولتاژ خروجی را می‌دهند .
تبدیل کننده : این نوع ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه رایج‌ترین دستگاه‌های ترانسفورماتور هستند که در آنها یک دسته پالس فرکانس بالا به سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور تغذیه می‌شود . این دستگاه می‌تواند به تعداد دلخواه سیم پیچ ثانویه داشته باشد که به شما امکان می‌دهد چندین ولتاژ خروجی تولید کنید . هر سیم پیچ ثانویه با یکسو کننده و فیلتر صاف کننده خود بارگیری می شود .
استفاده از این ترانسفورماتورها برای تبدیل ولتاژ فرکانس بالا ( ده ها کیلوهرتز به جای 50 هرتز ) باعث شد تا ابعاد و وزن آنها چندین برابر کاهش یابد و به جای آهن الکتریکی از مواد فرومغناطیسی با نیروی اجباری بالا به عنوان ماده هسته استفاده شود .مبدل‌های DC نیز بر اساس مدولاسیون عرض پالس ساخته شده‌اند . بدون استفاده از مدارهای اینورتر ، تبدیل ولتاژ با مشکلات زیادی همراه بود .
اجزای ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه
ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه از اجزائی چون فیلتر سرکوب نویز شبکه ، یکسو کننده ، فیلتر صاف کننده ، مبدل پهنای پالس ، ترانزیستورهای کلیدی ، ترانسفورماتور فرکانس بالا خروجی ، یکسو کننده‌های خروجی ، خروجی فیلترهای فردی و گروهی تشکیل شده است .
هدف از فیلتر سرکوب کننده به تاخیر انداختن تداخل از عملکرد دستگاه به شبکه است . عناصر نیمه هادی قدرت سوئیچینگ می‌تواند با ایجاد پالس‌های کوتاه مدت در محدوده فرکانسی وسیع همراه باشد . بنابراین ، در اینجا لازم است از عناصری که برای این منظور طراحی شده اند ، به عنوان خازن‌های ورودی واحدهای فیلتر استفاده نمود .
یکسو کننده برای تبدیل ولتاژ AC ورودی به DC استفاده می‌شود و فیلتر صاف کننده بعدی موج ولتاژ یکسو شده را از بین می‌برد .
در صورت استفاده از مبدل DC / DC در ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه ، استفاده از یکسو کننده و فیلتر غیر ضروری شده و سیگنال ورودی با عبور از مدارهای فیلتر نویز مستقیماً به مبدل عرض پالس (مدولاتور) با نام اختصاری PWM ، تغذیه می‌شود .
PWM پیچیده ترین بخش مدار منبع تغذیه سوئیچینگ است و وظیفه آن شامل تولید پالس‌های فرکانس بالا ، کنترل پارامترهای خروجی بلوک و تصحیح توالی پالس مطابق با سیگنال بازخورد و حفاظت از کنترل و اضافه بار ،می‌شود .
سیگنال PWM به خروجی‌های کنترل ترانزیستورهای کلیدی قدرتمند متصل در یک مدار پل یا نیم پل تغذیه می‌شود . توان خروجی ترانزیستورها بر روی سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور خروجی فرکانس بالا بارگذاری می‌شود .
در دستگاه ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه به جای ترانزیستورهای دوقطبی سنتی ، از ترانزیستورهای IGBT یا MOSFET استفاده می‌شود که با افت ولتاژ کم در اتصالات و سرعت بالا شناخته می‌شوند . بهبود پارامترهای ترانزیستور به کاهش اتلاف توان با همان ابعاد و پارامترهای طراحی فنی کمک می‌کند .
ترانسفورماتور پالس خروجی از همان اصل تبدیل به عنوان ترانسفورماتور کلاسیک ( در فرکانس بالاتر) استفاده می‌کند . در نتیجه ترانسفورماتورهای فرکانس بالا با توان انتقالی یکسان دارای ابعاد کوچکتری هستند .
ولتاژ از سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور قدرت (ممکن است چندین وجود داشته باشد) به یکسو کننده‌های خروجی عرضه می‌شود . برخلاف یکسو کننده ورودی ، دیودهای یکسو کننده مدار ثانویه باید فرکانس کاری افزایش یافته داشته باشند . دیودهای شاتکی در این بخش از مدار بهترین عملکرد را دارند.هدف فیلتر خروجی ترانسفورماتور سوئیچینگ منبع تغذیه کاهش ریپل ولتاژ خروجی تصحیح شده به حداقل مورد نیاز است . از آنجایی که فرکانس ریپل بسیار بیشتر از ولتاژ شبکه است ، نیازی به مقادیر خازنی زیاد خازن‌ها و اندوکتانس سیم پیچ‌ها نیست .
در پایان
تیم مهندسی طاها ترانس سعی نموده است در این مقاله به طور مختصر و با بیانی ساده شما را با ترانس سوئیچینگ منبع تغذیه آشنا کند . شرکت مهندسی طاها ترانس یکی از تولید کنندگان و عرضه کنندگان انواع ترانس از جمله ترانس سوئیچینگ می‌باشد و در سایت فروش خود این محصول را با قیمت مناسب به سراسر ایران عرضه می‌کند .
مقالات پیشنهادی
