SMPS for Dummies!

سلام

میخوایم یکمی با هم یک منبع تغذیه سوییچینگ ایزوله رو از بیخ تئوری وار بسازیم و کنترلش کنیم. :)

گام اول تو ساخت یک منبع سوییچینگ اینه که ببینیم اصلا چی میخوایم.

یعنی این که جریان خروجی ولتاژ خروجی و در واقع توان خروجی چقدره و چی میخوایم بسازیم.

با استفاده از اطلاعات بالا توپولوژی مدارمون مشخص میشه، در سوییچینگ ما انواع زیادی از توپولوژی ها رو داریم که میتونیم بر حسب علاقه انتخاب کنیمشون.

فرض میکنم که شما خودتون میرید و ویکی پدیا رو میخونید و مزایا و معایب هر توپولوژی و محدوده عملکردشون رو متوجه میشید و توپولوژی خودتون رو انتخاب میکنید.

فرض کنید ما میخوایم ساده ترین چیز ایزوله یعنی فلایبک رو ببندیم.

خب توپولوژی اینه:

بسیار ساده فقط باید به گیت ماسفت پالس بدیم و کار کنه. روابط مربوط به تبدیل ولتاژ ها بهم دیگر تو اینترنت ریخته ولی معمولا ولتاژ ورودیمون ثابت نیست. فرض کنید برق شهر رو گرفتیم و از پل دیودی رد کردیم و دادیم به خازن صاف شده. این ولتاژ کاملا متغیره هم ریپل داره هم اصلا برق ثابت نیست چون برق شهر تا 180ولت rms هم میتونه بیاد پایین !

و خب اکثر مواقع ما دوست داریم ولتاژ خروجی رگوله بشه یعنی مثلا تو بار 10 کیلو اهم و بار 1 اهم ولتاژمون افت نکنه یا زیادی نشه.

برای همین ما از یک کنترلر استفاده میکنیم. 

حس خوبی داره وقتی عکس قبلی رو ادامه میدم.

خب

یکمی به کنترل خطی برگردیم و فرض کنیم که کنترلرمون یه Kی عدد باشه و عدد زیاد باشه:

همون طور که میبینیم ما میتونیم با بستن یه حلقه با گین زیاد و بهره ی فیدبک 1 میتونیم خروجی ای برابر ورودی Vref داشته باشیم.

سوال اینه که چه دردیه وقتی Vref رو داریم بیایم یک خروجی برابر Vref بسازیم.

جواب اینه که خب اصلا ممکنه Vref یک عدد انتزاعی داخل میکرو کنترلر باشه یا این که باید یاداوری کنم درست کردن Vref ای که هم جریان بده هم خیلی نسبت به دما دقیق باشه در یک کلام غیر ممکنه و معمولا ولتاژ رفرنس هایی که هستن بیش از چند میلی آمپر ندارن که بدن :)

در موارد دیگه ممکنه ما ضرایبی از Vref رو بخوایم مثلا رفرنس 5 ولتی داریم ولی 40 ولت خروجی میخوایم. چی کار میکنیم؟ خروجی رو 1/8 میکنیم میدیم به کنترلر دقیقا یعنی گین فیدبک رو عوض کردیم. همون طور که نوشتم تو عکس خروجی 8 برابر Vref میشه.

بهر حال...

خب پس ما میتونیم خروجی رو وصل کنیم به کنترلر:

در مواردی این کار شدنی نیستش راستش... مثلا ما تغذیه میکرومون 5 ولت هست و اصلا نمیتونیم بالای 5 ولت بدیم پس برای ساخت 12 ولت باید ولنتاژ رو کم کنیم و همون قضایای بالا...

خب این شد کنترلرمون

حالا سوالی پیش میاد اونم اینه که برای کنترلر چی بزارم؟ IC هه PWM خوبه یا میکرو ؟

جواب سوالتون اینه که هردو خوبن ولی میکرو یه بدی داره اونم اینه که ممکنه دچار هنگ بشه و کلا گند بزنه به داستان یا این که موقع ریست جفت پین هاش در توپولوژی های دوسوییچی 1 بشن و بزنه جفت سوییچا رو بترکونه البته راه کار هایی برای جلوگیری ازین امر هست ولی خب داستانه.

بنظر شخص خودم بهترین کار اینه که با یک IC پی دبلیو ام بیایم و کنترل کنیم و برای نمایش ولتاژ جریان و اینا ازمیکرو استفاده کنیم که خب امن تره.

شاید تو مواردی هم گفته ی من غلط باشه ولی خب این IC ها امتحان خودشون رو پس دادن.

حالا یکمی بریم راجع به ایزولاسیون گالوانیک صحبت کنیم.

اسمش واقعا قشنگه و اینجا راجع بشه بخونید

خلاصه اش اینه که بین برق شهر و جنابعالی که درسمت راست مدار نشسته اید هیچ مسیر جریانی نباشه. هیچ مسیری. حتی یک سیم.

ولی مداری که شکلش رو بالا کشیدم برای کار کردن فیدبک باید یک سیم از زمین راست مدار و یک سیم از تقسیم مقاومتی بیاد تو کنترلر که سمت برق شهره. خیلی خوبه این قسمتش:

راه اول:

راه کاری که خیلی سادس و چرنده استفاده از یک ثانویه دیگه است که بنظر خودم کاربردی نداره یعنی داره ها ولی برای وقتایی خوبه که بار خروجی تغییری نمیکنه و فقط میخوایم ریپل برق شهر رو کنسل کنیم.

با این کار خیلی شیک ایزولاسیون رو انجام دادیم دقت کنید که فقط قسمت مغناطیسی بین دو سمت مدار هست. بجای تقسیم مقاومتی هم نسبت دور های ثانویه هه دوم به تعداد دور های اولیه داریم. ولی خیلی کارامد نیست چون وقتی جریان زیاد از خروجی بکشیم و ولتاژش بخاطر مقاومت ثانویه تغییر کنه کسی متوجه نمیشه. خیلی بده...

راه دوم و سوم و چهارم استفاده از اپتوکوپلر هستش. انواع زیادی دارن اپتو کوپلر ها ...

روش دوم : ایزوله کردن سیگنال های کنترلر و قرار دادن کنترلر راست مدار:

 

اینم برای خودش یک نوع ایزولاسیونه... باید اپتوها سریع باشن و همچنین مشکل تغذیه ی کنترلر هست که بعدا اشاره خواهم کرد...

روش سوم استفاده از اپتوکوپلر های خطی است. یعنی اپتویی که ولتاژ اونورش یه رایطه خطی با اینورش داشته باشه.

دو تا متد برای این کار هست یکی استفاده از HCPL-7840 هست که یک امپلیفایر ایزولس ولتاژ -200 تا 200 میلی ولت رو 8 برابر میکنه و میده خروجیش. البته یک بایاس هم اضافه میکنه که داستانه ... برای همین حس میکنم فقط بدرد میکرو کنترلر میخوره... قیمتشم یکمی جالب نیست

 

متد دوم استفاده از IL300 هست که به یه روش خیلی شیک ایزوله میکنه 

توضیح نمیدم خودتون ببینید خیلی زیبا ایزوله میکنه

اینم مشکلات خودش رو داره اولیش قیمتشه دومیش تغذیه هاشه سومیش دوتا آپمپه بقلشه و ...

داستانیه برای خودش...

روش چهارم 

این روش خیلی روش خوب و ارزونیه ... بزارید اول با TL431 آشنا بشیم.

این IC که در پکیج TO-92 ارائه میشه (پکیج ترانزیستور معمولیا) یک رگولاتور شنت هست که "میتونیم" مثل زنر های الک 1 راجع بهش فکر کنیم ولی هیچ ربطی به زنر نداره منتها خیلی دقیق هست نسبت به دما و کلا خودش.

ولتاژش با دو مقاومت قابل تنظیمه.

خب از آرایش زیر استفاده میکنیم:

اون خازنی که گذاشتم و خطچین هست برای کم کردن سرعت حلقست در واقع برای عقب نموندن اپتو از TL431 است ممکنه تو مدارتون لازم نشه. اگه وضع خراب بود باید بزارید.

ولتاژ خروجی هم با اون R1,R2 تنظیم میشه. درواقع ولتاژ خروجی از ولتاژی که Tl431 روش تنظیم شده کم میشه و تو گین اپتوهه ضرب میشه و میره سمت کنترلر.

خب این روش آخر تو پاور کامپیوتر استفاده میشه و خیلی بهینه و به صرفه هم هست.

دیگه خدمتتون بگم که نکته آخری که میمونه تامین تغذیه کنترلر هست. اگر کنترلر در قسمت راست مدار باشه باید یک منبع ولتاژ براش بزارید در هر حال ولی اگه سمت چپ باشه راه حل هایی هست!!

اول کار خازنه میاد از اون مقاومت 100 کیلوهه پر میشه و با زنره رگوله میشه و بعد از اون که کنترلر راه افتاد بقیه ولتاژ رو ازون ثانویه هه میگیره تا قوی تر کار کنه .

گرادیان نور خورشید روی برگه ها هم جالبه از سفید به زرد رفته :)

این قسمتای نسبتا مهم بودن

قسمتای نسبتا مهم تر هم هستن که بعدا شاید گفتم مثل رعایت نکات EMI و همچنین جریان ها نکات ترانس و ...