طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

مهدی فرامرزپور آموزش طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ

.در جلسه قبلی آموزش طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ به بررسی مثال آموزش طراحی مبدل فلای‌بک کم توان ۱۲ ولت ۱۲‌وات پرداختیم. در این جلسه به طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز می‌پردازیم. در ادامه با میکرو دیزاینر الکترونیک همراه باشید.

مثال طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل

مشخصات طراحی به صورت زیر می باشد.

رنج ولتاژ ورودی:

  240 V تا 205V و 130V تا 90V

خروجی:

5VDC 5A+

12VDC 1A+

12VDC 1A−

ریپل خروجی:

5V:50mv Vp-p

12V:100mVp-p

شماتیک مداری این منبع تغذیه در شکل پایین نمایش داده شده است.

  • 1-توان خروجی:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

  • 2-توان ورودی:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

  • 3-محاسبه ولتاژهای DC یکسو شده برای حالت 115V-Ac:
طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز
  • 4-جریان های متوسط ورودی:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

                          

  • 5-ماکزیمم جریان پیک:
طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز


طراحی ترانسفورمر

جنس و شکل هسته مورد نظر را انتخاب کنید(این کار را می توانید با مراجعه به کاتالوگ های ارایه شده توسط شرکت های مختلف انجام

دهید.در اینجا ما از هسته های Magnetics استفاده خواهیم کرد).با مراجعه به کاتالوگ Magnelics بهترین هسته از نظر تلفات در فرکانس 100 KHZ ، هسته نوع F می باشد . همچنین شکل مورد نظر هسته EC می باشد .

با استفاده از روابط موجود در کاتالوگ Magnetics هسته بهینه را انتخاب کنید.در فرکانس های بالا تر از 50KHZ معمولا Bmax را کمتر از نصف Bsat انتخاب می کنند . در اینجا ما Bmax را 1200G انتخاب می کنیم (برای هسته نوع F ، Bsat (4700G) می باشد.)

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

با مراجعه به کاتالوگ هسته EC این WaAc متناظر با هسته F42510-EC-00 می باشد . با توجه به این که علاوه بر سیم پیچی باید عایق سازی مناسب نیز صورت گیرد ، به خاطر همین هسته مورد نظر را اندکی بزرگتر از هسته محاسبه شده انتخاب می کنیم (F43515-EC-00 به جای F42510-EC-00 انتخاب شود.)

مطلب پیشنهادی:  منبع تغذیه سوئیچینگ DC به DC با رنج 0-30 ولت 3 آمپر دیجیتال

محاسبه تعداد دور سیم پیچ اولیه:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز.

–محاسبه تعداد دور سیم پیچ ثانویه:

برای این منظور ابتدا باید ولتاژ واقعی

ثانویه را با اضافه کردن افت ولتاژ دیود و همچنین ماکزیمم dutycyele حساب کنیم

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

 

مقدار ولتاژ پیک واقعی با دو دور به صورت زیر بدست می آید

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

با تقسیم این مقدار بر دو دور (7.18/2=3.59)   ثابت ولت- بر- دور واقعی بدست می آید،این مقدار متناظر با ماکزیمم Dustycycle زیر می باشد.

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

محاسبه تعداد دور ثانویه برای ولتاژهای 12-/+ :

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

–نوع سیم برای اولیه و ثانویه ها به صورت زیر انتخاب می شود.

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

طراحی سلف (چوک) فیلتر خروجی:

برای 5+ ولت حداقل اندوکتانس مورد نیاز به صورت زیر بدست می آید .

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

2- برای 12-/+ ولت:

         Lmin=550 μH

انتخاب هسته مورد نظر برای این سلف ها مانند مثال قبلی می باشد.

 برای طراحی ترانسفورمر درایور برای ماسفت از هسته MPP Powder با u=550 استفاده می کنیم . این ترانسفورمر باید نسبت 1:1 داشته باشد . این هسته ها به خاطر توان پایین آنها ، کوچک می باشد . برای این منظور ما از هسته با قطر 0.310 in استفاده می کنیم :

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

 

محاسبه ظرفیت خازنی فیلتر خروجی :

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

 

از 4 خازن 220μF−20v تا نتالیوم برای این منظور استفاده کنید.

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

از خازن های تانتالیوم 33μf−35v برای +12V و 47μf−35vبرای -12V استفاده کنید.

انتخاب ماسفت های قدرت:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

با در نظر گرفتن مقادیر بالا و همچنین تلفات ماسفت،MTP2N50 را انتخاب می کنیم.

انتخاب دیودهای خروجی:

انتخاب آی سی کنترلر:

آی سی مورد نظر باید چندین شرط را برآورده کند.اول از همه باید دو کانال مجزا برای سوئیچ های قدرت داشته باشد.درایورهای خروجی ماسفت ها باید از نوع Totem-Pole باشند.همچنین باید توانایی کار در 100 KHZ را داشته باشد.برای این منظور ما آی سی SG3526 را انتخاب می کنیم.

طراحی مدار بوت استرپSturtup

مدار بوت استرپ یک رگولاتور کوچک خطی می باشد که به هنگام متصل شدن مدار به برق شهری،وظیفه ایجاد ولتاژ و جریان مورد نیاز برای آی سی کنترلر در لحظه اول را به عهده دارد.بعد از بالا آمدن منبع ولتاژ ، جریان مورد نیاز آی سی از طریق سیم پیچ کمکی ترانس تامین می شود و مدار بوت استرپ از طریق دیود از مدار خارج می شود .

مطلب پیشنهادی:  شماتیک منبع تغذیه سوئیچینگ شرکت meanwell

مقاومت پایه بیس ترانزیستور به صورت زیر بدست می آِید.

 

محاسبه مقاومت کلکتور:

در جلسه قبلی آموزش طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ به بررسی مثال آموزش طراحی مبدل فلای‌بک کم توان ۱۲ ولت ۱۲‌وات پرداختیم. در این جلسه به طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز می‌پردازیم. در ادامه با میکرو دیزاینر الکترونیک همراه باشید. طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز مشخصات طراحی به صورت زیر می باشد .                  240 V تا 205V و 130V تا 90V    : رنج ولتاژ ورودی     +5VDC 5A +12VDC 1A -12VDC 1A : خروجی +5V: 50mv Vp-p +/-12V:100mVp-p       : ریپل خروجی شماتیک مداری این منبع تغذیه در شکل 3-9 نمایش داده شده است . 1-توان خروجی 2-توان ورودی : 3-محاسبه ولتاژهای DC یکسو شده برای حالت 115V-Ac : 4-جریان های متوسط ورودی :                                                         5-ماکزیمم جریان پیک :                                                         طراحی ترانسفورمر: 1-جنس و شکل هسته مورد نظر را انتخاب کنید(این کار را می توانید با مراجعه به کاتالوگ های ارایه شده توسط شرکت های مختلف انجام دهید.در اینجا ما از هسته های Magnetics استفاده خواهیم کرد).با مراجعه به کاتالوگ Magnelics بهترین هسته از نظر تلفات در فرکانس 100 KHZ ، هسته نوع F می باشد . همچنین شکل مورد نظر هسته EC می باشد . 2-با استفاده از روابط موجود در کاتالوگ Magnetics هسته بهینه را انتخاب کنید.در فرکانس های بالا تر از 50KHZ معمولا Bmax را کمتر از نصف Bsat انتخاب می کنند . در اینجا ما Bmax را 1200G انتخاب می کنیم (برای هسته نوع F ، Bsat (4700G) می باشد.) با مراجعه به کاتالوگ هسته EC این W a A c متناظر با هسته F42510-EC-00 می باشد . با توجه به این که علاوه بر سیم پیچی باید عایق سازی مناسب نیز صورت گیرد ، به خاطر همین هسته مورد نظر را اندکی بزرگتر از هسته محاسبه شده انتخاب می کنیم (F43515-EC-00 به جای F42510-EC-00 انتخاب شود.) 3-محاسبه تعداد دور سیم پیچ اولیه : 4-محاسبه تعداد دور سیم پیچ ثانویه : برای این منظور ابتدا باید ولتاژ واقعی ثانویه را با اضافه کردن افت ولتاژ دیود و همچنین ماکزیمم dutycyele حساب کنیم مقدار ولتاژ پیک واقعی با دو دور به صورت زیر بدست می آید با تقسیم این مقدار بر دو دور (7.18/2=3.59)   ثابت ولت- بر- دور واقعی بدست می آید،این مقدار متناظر با ماکزیمم Dustycycle زیر می باشد. 5-محاسبه تعداد دور ثانویه برای ولتاژهای 12-/+ : 6-نوع سیم برای اولیه و ثانویه ها به صورت زیر انتخاب می شود . (0.6A):#22 AWG +12V (1A):#20 AWGاولیه -12V(1A):#20 AWG +5V (2A+5A):#13 AWG طراحی سلف (چوک) فیلتر خروجی : 1-برای 5+ ولت حداقل اندوکتانس مورد نیاز به صورت زیر بدست می آید . 2- برای 12-/+ ولت :               L m i n = 550   μ H انتخاب هسته مورد نظر برای این سلف ها مانند مثال قبلی می باشد. 3- برای طراحی ترانسفورمر درایور برای ماسفت از هسته MPP Powder با u=550 استفاده می کنیم . این ترانسفورمر باید نسبت 1:1 داشته باشد . این هسته ها به خاطر توان پایین آنها ، کوچک می باشد . برای این منظور ما از هسته با قطر 0.310 in استفاده می کنیم : 4-محاسبه ظرفیت خازنی فیلتر خروجی : از 4 خازن 220 μ F − 2 0 v تا نتالیوم برای این منظور استفاده کنید. از خازن های تانتالیوم 33 μ f − 35 v برای +12V و 47 μ f − 35 v برای -12V استفاده کنید. انتخاب ماسفت های قدرت : با در نظر گرفتن مقادیر بالا و همچنین تلفات ماسفت،MTP2N50 را انتخاب می کنیم. انتخاب دیودهای خروجی : انتخاب آی سی کنترلر:آی سی مورد نظر باید چندین شرط را برآورده کند.اول از همه باید دو کانال مجزا برای سوئیچ های قدرت داشته باشد.درایورهای خروجی ماسفت ها باید از نوع Totem-Pole باشند.همچنین باید توانایی کار در 100 KHZ را داشته باشد.برای این منظور ما آی سی SG3526 را انتخاب می کنیم. 1 – طراحی مدار بوت استرپSturtup : مدار بوت استرپ یک رگولاتور کوچک خطی می باشد که به هنگام متصل شدن مدار به برق شهری،وظیفه ایجاد ولتاژ و جریان مورد نیاز برای آی سی کنترلر در لحظه اول را به عهده دارد.بعد از بالا آمدن منبع ولتاژ ، جریان مورد نیاز آی سی از طریق سیم پیچ کمکی ترانس تامین می شود و مدار بوت استرپ از طریق دیود از مدار خارج می شود . مقاومت پایه بیس ترانزیستور به صورت زیر بدست می آِید. R b = V i n ( L o w ) I b = 230 v 0 . 5 m A = 460   ی ا   470   K Ω 2 – محاسبه مقاومت کلکتور : R c = V i n ( L o w ) I c = 230 − 10 3 m A = 73 ≅ 75   K Ω 3 – ترانزیستور مورد نظر یک ترانزیستور کم توان می باشد که باید توانایی تحمل ولتاژ ورودی در V C E خود را داشته باشد برای این منظور ما ترانزیستور TIP50 را انتخاب می کنیم که دارای تحمل ولتاژ 400V و I c = 1 A می باشد . 4 – دیود زنر مورد نظر باید توانایی ایجاد 10V در امیتر ترانزیستور را د اشته باشد . با اضافه کردن افت ولتاژ بیس امیتر ترانزیستور، دیود زنر حدودا 12 ولتی بدست می آید .برای این منظور ما دیود 1N5241A را انتخاب می کنیم. 5 – محاسبه مقادیر مقاومت و خازن اسیلاتور : این مقادیر از روی گراف های موجود در کاتالوگ آی سی بدست می آیند. و عبارت اند از : C t = 2 n f , R t = 5 . 6 K 6 – انتخاب مقاومت Deadtime (زمان مرده) : R d ≅ 0 . 5   Ω 7 – مقسم ولتاژ تقویت کننده خطا : با در نظر گرفتن جریان 0.5mA برای این مقاومت ها داریم R t o t a l = 5 . 0 V 0 . 5 m A = 10 K Ω ⟹ R t o p   &   R b o t t o m = 4 . 7   K Ω اپتو کوپلر به کار رفته دارای CTR صد درصد می باشد (4N35). این یعنی جریان عبوری از بخش LED با جریان کلکتور ترانزیستور اپتوکوپلر برابر است . از آنجایی که برای عملکرد صحیح TL431 باید حداقل جریان 1 میلی آمپر از کاتد آن عبور کند (جریان عبوری از LED اپتوکوپلر) داریم : R B o t t o m = 2 . 5 1 + 0 . 5 = 1 . 6 ≈ 1 . 5 k Ω R T o p = 5 − 2 . 5 0 . 5 m A = 5 ≈ 4 . 7 k Ω برای مشخص کردن جریان عبوری از LED باید جریان کلکتور اپتوکوپلر را بر CTR آن تقسیم کنیم. از آنجایی که CTR اپتوکوپلر به کار رفته 100 درصد می باشد.داریم: I s m a x = I c o n t r o l C t r ( m i n ) = 1 m A 100 % = 1 m A افت ولتاژ در دو سر LED اپتوکوپلر معمولا 1.5 ولت می باشد . و حداقل افت ولتاژ در دو سر TL431 نیز2.5 ولت می باشد . در نتیجه افت ولتاژ LED و TL431 از رابطه مقابل به دست می آید. V v e 1 ( m i n ) = 2 . 5 + 1 . 5 = 4 V جریان عبوری از LED باید با یک نسبتی بین ولتاژ های 5 ولت و 12 ولت تقسیم شود.این نسبت را 80:20 انتخاب کردیم. R s ( + 5 ) = 5 − 4 0 . 8 ( 1 m A ) = 1250   ی ا   1 . 2   K Ω با انتخاب مقاومت 1.2K ، مقدار واقعی نسبت به صورت زیر بدست می آید. 1 . 0 V 1 . 2 K = . 83 m A     ⟹   + 12 V : 1 m A − . 83 m A = 0 . 17 m A R s ( + 12 v ) = 12 − 4 v . 17 m A = 47 k Ω طراحی قطعات جبران ساز برای تقویت کننده خطا : برای این منبع از مدار دو قطب-دو-صفر (جبران کننده نوع دوم) استفاده می کنیم . 1 – قطب غالب فیلتر خروجی برای +5V و +/-12V با استفاده از رابطه 1-7 به صورت زیر بدست می آید. f p ( + 5 v ) = 719 H Z         f p ( + 12 ) = 1292 H Z         f p ( − 12 ) = 1082 H Z 2 – محاسبه بهره DC با استفاده از رابطه 3-7 : A D C = 20 L o g ( V i n V r a m p . N s N p ) ; V r a m p = 2 . 4   v L o w   L i n e   :   A D C = 17 . 1   d B                   H i g h L i n e   :   A D C = 20 . 6   d B 3 – محاسبه فرکانس قطع فیلتر f x o = f s 5 = 100   K H Z 5 = 20   K H Z 4 – محل قرار گیری صفرهای فرکانس پایین،نصف فرکانس قطب خواهد بود یعنی : f z = f L − C 2 = 719   H Z 2 ≅ 360   H Z 5 – محل قرارگیری اولین قطب فرکانس بالا در بدترین حالت حدودا 8 کیلو هرتز می باشد . 6 – محل قرارگیری دومین قطب فرکانس بالا به صورت زیر بدست می آید. f p 2 = 1 . 5 f x o = 1 . 5 × 20   K H Z = 30   K H Z 7 – بهره مورد نیاز در صفرهای جبران ساز به صورت زیر محاسبه می شود. A 1 = A 2 + 20 L o g ( f z 2 f p 1 ) = 29 . 2   d B + 20 L o g ( 360 H Z 8000 H Z ) = 2 . 3   d B لازم به ذکر است که در رابطه بالا A 2 بهره مورد نیاز برای آوردن منحنی جبران ساز به 0dB در فرکانس قطع می باشد . که این مقدار برای A 2 برابر 29.2 dB می باشد. 8 – محاسبه C 1 : C 1 = 1 2 π A 1 . f x o . R 1 = 1 2 π × 2 × ( 2 × 10 4 K H ) × ( 1 . 21   K Ω ) ⟹ C 1 ≅ 3300   p f = 3 . 3   n f   ( ا س ت   ش د ه   ا ن ت خ ا ب 1 . 2 k ب ر ا ب ر ب ا R 1 ی ا R i n م ق ا و م ت   ) 9 – محاسبه R 2 :                       R 2 = A 1 R 1 = 1 . 3 × 1 . 2 = 1 . 5   K Ω 10 - محاسبه R 3 : R 3 = R 2 A 2 = 1 . 5   K Ω 28 . 1 = 51   Ω 11 – محاسبه C 2 : C 2 = 1 2 π I z 2 R 2 = 1 2 π ( 360 H Z ) ( 1 . 5   K Ω ) = 0 . 29 ≅ 0 . 27 μ f 12 – محاسبه C 3 : C 3 = 1 2 π f z R 1 = 1 2 π × 360 × ( 1 . 1   K Ω ) = 0 . 36   μ f شکل 3-9 مدار منبغ تغذیه سوئیچینگ نیم پل 50 وات 100 کیلوهرتز شکل 4-9 مدار فیلتر خط و همچنین یکسوساز برای ورودی مدار شکل 3-9

ترانزیستور مورد نظر یک ترانزیستور کم توان می باشد که باید توانایی تحمل ولتاژ ورودی در VCE خود را داشته باشد برای این منظور ما ترانزیستور TIP50 را انتخاب می کنیم که دارای تحمل ولتاژ 400V و Ic=1A می باشد .

دیود زنر مورد نظر باید توانایی ایجاد 10V در امیتر ترانزیستور را د اشته باشد .

با اضافه کردن افت ولتاژ بیس امیتر ترانزیستور، دیود زنر حدودا 12 ولتی بدست می آید .برای این منظور ما دیود 1N5241A را انتخاب می کنیم.

محاسبه مقادیر مقاومت و خازن اسیلاتور : این مقادیر از روی گراف های موجود در کاتالوگ آی سی بدست می آیند. و عبارت اند از :

Ct=2nf,Rt=5.6K

انتخاب مقاومت Deadtime (زمان مرده) : Rd≅0.5 Ω

مقسم ولتاژ تقویت کننده خطا : با در نظر گرفتن جریان 0.5mA برای این مقاومت ها داریم

در جلسه قبلی آموزش طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ به بررسی مثال آموزش طراحی مبدل فلای‌بک کم توان ۱۲ ولت ۱۲‌وات پرداختیم. در این جلسه به طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز می‌پردازیم. در ادامه با میکرو دیزاینر الکترونیک همراه باشید. طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز مشخصات طراحی به صورت زیر می باشد .                  240 V تا 205V و 130V تا 90V    : رنج ولتاژ ورودی     +5VDC 5A +12VDC 1A -12VDC 1A : خروجی +5V: 50mv Vp-p +/-12V:100mVp-p       : ریپل خروجی شماتیک مداری این منبع تغذیه در شکل 3-9 نمایش داده شده است . 1-توان خروجی 2-توان ورودی : 3-محاسبه ولتاژهای DC یکسو شده برای حالت 115V-Ac : 4-جریان های متوسط ورودی :                                                         5-ماکزیمم جریان پیک :                                                         طراحی ترانسفورمر: 1-جنس و شکل هسته مورد نظر را انتخاب کنید(این کار را می توانید با مراجعه به کاتالوگ های ارایه شده توسط شرکت های مختلف انجام دهید.در اینجا ما از هسته های Magnetics استفاده خواهیم کرد).با مراجعه به کاتالوگ Magnelics بهترین هسته از نظر تلفات در فرکانس 100 KHZ ، هسته نوع F می باشد . همچنین شکل مورد نظر هسته EC می باشد . 2-با استفاده از روابط موجود در کاتالوگ Magnetics هسته بهینه را انتخاب کنید.در فرکانس های بالا تر از 50KHZ معمولا Bmax را کمتر از نصف Bsat انتخاب می کنند . در اینجا ما Bmax را 1200G انتخاب می کنیم (برای هسته نوع F ، Bsat (4700G) می باشد.) با مراجعه به کاتالوگ هسته EC این W a A c متناظر با هسته F42510-EC-00 می باشد . با توجه به این که علاوه بر سیم پیچی باید عایق سازی مناسب نیز صورت گیرد ، به خاطر همین هسته مورد نظر را اندکی بزرگتر از هسته محاسبه شده انتخاب می کنیم (F43515-EC-00 به جای F42510-EC-00 انتخاب شود.) 3-محاسبه تعداد دور سیم پیچ اولیه : 4-محاسبه تعداد دور سیم پیچ ثانویه : برای این منظور ابتدا باید ولتاژ واقعی ثانویه را با اضافه کردن افت ولتاژ دیود و همچنین ماکزیمم dutycyele حساب کنیم مقدار ولتاژ پیک واقعی با دو دور به صورت زیر بدست می آید با تقسیم این مقدار بر دو دور (7.18/2=3.59)   ثابت ولت- بر- دور واقعی بدست می آید،این مقدار متناظر با ماکزیمم Dustycycle زیر می باشد. 5-محاسبه تعداد دور ثانویه برای ولتاژهای 12-/+ : 6-نوع سیم برای اولیه و ثانویه ها به صورت زیر انتخاب می شود . (0.6A):#22 AWG +12V (1A):#20 AWGاولیه -12V(1A):#20 AWG +5V (2A+5A):#13 AWG طراحی سلف (چوک) فیلتر خروجی : 1-برای 5+ ولت حداقل اندوکتانس مورد نیاز به صورت زیر بدست می آید . 2- برای 12-/+ ولت :               L m i n = 550   μ H انتخاب هسته مورد نظر برای این سلف ها مانند مثال قبلی می باشد. 3- برای طراحی ترانسفورمر درایور برای ماسفت از هسته MPP Powder با u=550 استفاده می کنیم . این ترانسفورمر باید نسبت 1:1 داشته باشد . این هسته ها به خاطر توان پایین آنها ، کوچک می باشد . برای این منظور ما از هسته با قطر 0.310 in استفاده می کنیم : 4-محاسبه ظرفیت خازنی فیلتر خروجی : از 4 خازن 220 μ F − 2 0 v تا نتالیوم برای این منظور استفاده کنید. از خازن های تانتالیوم 33 μ f − 35 v برای +12V و 47 μ f − 35 v برای -12V استفاده کنید. انتخاب ماسفت های قدرت : با در نظر گرفتن مقادیر بالا و همچنین تلفات ماسفت،MTP2N50 را انتخاب می کنیم. انتخاب دیودهای خروجی : انتخاب آی سی کنترلر:آی سی مورد نظر باید چندین شرط را برآورده کند.اول از همه باید دو کانال مجزا برای سوئیچ های قدرت داشته باشد.درایورهای خروجی ماسفت ها باید از نوع Totem-Pole باشند.همچنین باید توانایی کار در 100 KHZ را داشته باشد.برای این منظور ما آی سی SG3526 را انتخاب می کنیم. 1 – طراحی مدار بوت استرپSturtup : مدار بوت استرپ یک رگولاتور کوچک خطی می باشد که به هنگام متصل شدن مدار به برق شهری،وظیفه ایجاد ولتاژ و جریان مورد نیاز برای آی سی کنترلر در لحظه اول را به عهده دارد.بعد از بالا آمدن منبع ولتاژ ، جریان مورد نیاز آی سی از طریق سیم پیچ کمکی ترانس تامین می شود و مدار بوت استرپ از طریق دیود از مدار خارج می شود . مقاومت پایه بیس ترانزیستور به صورت زیر بدست می آِید. R b = V i n ( L o w ) I b = 230 v 0 . 5 m A = 460   ی ا   470   K Ω 2 – محاسبه مقاومت کلکتور : R c = V i n ( L o w ) I c = 230 − 10 3 m A = 73 ≅ 75   K Ω 3 – ترانزیستور مورد نظر یک ترانزیستور کم توان می باشد که باید توانایی تحمل ولتاژ ورودی در V C E خود را داشته باشد برای این منظور ما ترانزیستور TIP50 را انتخاب می کنیم که دارای تحمل ولتاژ 400V و I c = 1 A می باشد . 4 – دیود زنر مورد نظر باید توانایی ایجاد 10V در امیتر ترانزیستور را د اشته باشد . با اضافه کردن افت ولتاژ بیس امیتر ترانزیستور، دیود زنر حدودا 12 ولتی بدست می آید .برای این منظور ما دیود 1N5241A را انتخاب می کنیم. 5 – محاسبه مقادیر مقاومت و خازن اسیلاتور : این مقادیر از روی گراف های موجود در کاتالوگ آی سی بدست می آیند. و عبارت اند از : C t = 2 n f , R t = 5 . 6 K 6 – انتخاب مقاومت Deadtime (زمان مرده) : R d ≅ 0 . 5   Ω 7 – مقسم ولتاژ تقویت کننده خطا : با در نظر گرفتن جریان 0.5mA برای این مقاومت ها داریم R t o t a l = 5 . 0 V 0 . 5 m A = 10 K Ω ⟹ R t o p   &   R b o t t o m = 4 . 7   K Ω اپتو کوپلر به کار رفته دارای CTR صد درصد می باشد (4N35). این یعنی جریان عبوری از بخش LED با جریان کلکتور ترانزیستور اپتوکوپلر برابر است . از آنجایی که برای عملکرد صحیح TL431 باید حداقل جریان 1 میلی آمپر از کاتد آن عبور کند (جریان عبوری از LED اپتوکوپلر) داریم : R B o t t o m = 2 . 5 1 + 0 . 5 = 1 . 6 ≈ 1 . 5 k Ω R T o p = 5 − 2 . 5 0 . 5 m A = 5 ≈ 4 . 7 k Ω برای مشخص کردن جریان عبوری از LED باید جریان کلکتور اپتوکوپلر را بر CTR آن تقسیم کنیم. از آنجایی که CTR اپتوکوپلر به کار رفته 100 درصد می باشد.داریم: I s m a x = I c o n t r o l C t r ( m i n ) = 1 m A 100 % = 1 m A افت ولتاژ در دو سر LED اپتوکوپلر معمولا 1.5 ولت می باشد . و حداقل افت ولتاژ در دو سر TL431 نیز2.5 ولت می باشد . در نتیجه افت ولتاژ LED و TL431 از رابطه مقابل به دست می آید. V v e 1 ( m i n ) = 2 . 5 + 1 . 5 = 4 V جریان عبوری از LED باید با یک نسبتی بین ولتاژ های 5 ولت و 12 ولت تقسیم شود.این نسبت را 80:20 انتخاب کردیم. R s ( + 5 ) = 5 − 4 0 . 8 ( 1 m A ) = 1250   ی ا   1 . 2   K Ω با انتخاب مقاومت 1.2K ، مقدار واقعی نسبت به صورت زیر بدست می آید. 1 . 0 V 1 . 2 K = . 83 m A     ⟹   + 12 V : 1 m A − . 83 m A = 0 . 17 m A R s ( + 12 v ) = 12 − 4 v . 17 m A = 47 k Ω طراحی قطعات جبران ساز برای تقویت کننده خطا : برای این منبع از مدار دو قطب-دو-صفر (جبران کننده نوع دوم) استفاده می کنیم . 1 – قطب غالب فیلتر خروجی برای +5V و +/-12V با استفاده از رابطه 1-7 به صورت زیر بدست می آید. f p ( + 5 v ) = 719 H Z         f p ( + 12 ) = 1292 H Z         f p ( − 12 ) = 1082 H Z 2 – محاسبه بهره DC با استفاده از رابطه 3-7 : A D C = 20 L o g ( V i n V r a m p . N s N p ) ; V r a m p = 2 . 4   v L o w   L i n e   :   A D C = 17 . 1   d B                   H i g h L i n e   :   A D C = 20 . 6   d B 3 – محاسبه فرکانس قطع فیلتر f x o = f s 5 = 100   K H Z 5 = 20   K H Z 4 – محل قرار گیری صفرهای فرکانس پایین،نصف فرکانس قطب خواهد بود یعنی : f z = f L − C 2 = 719   H Z 2 ≅ 360   H Z 5 – محل قرارگیری اولین قطب فرکانس بالا در بدترین حالت حدودا 8 کیلو هرتز می باشد . 6 – محل قرارگیری دومین قطب فرکانس بالا به صورت زیر بدست می آید. f p 2 = 1 . 5 f x o = 1 . 5 × 20   K H Z = 30   K H Z 7 – بهره مورد نیاز در صفرهای جبران ساز به صورت زیر محاسبه می شود. A 1 = A 2 + 20 L o g ( f z 2 f p 1 ) = 29 . 2   d B + 20 L o g ( 360 H Z 8000 H Z ) = 2 . 3   d B لازم به ذکر است که در رابطه بالا A 2 بهره مورد نیاز برای آوردن منحنی جبران ساز به 0dB در فرکانس قطع می باشد . که این مقدار برای A 2 برابر 29.2 dB می باشد. 8 – محاسبه C 1 : C 1 = 1 2 π A 1 . f x o . R 1 = 1 2 π × 2 × ( 2 × 10 4 K H ) × ( 1 . 21   K Ω ) ⟹ C 1 ≅ 3300   p f = 3 . 3   n f   ( ا س ت   ش د ه   ا ن ت خ ا ب 1 . 2 k ب ر ا ب ر ب ا R 1 ی ا R i n م ق ا و م ت   ) 9 – محاسبه R 2 :                       R 2 = A 1 R 1 = 1 . 3 × 1 . 2 = 1 . 5   K Ω 10 - محاسبه R 3 : R 3 = R 2 A 2 = 1 . 5   K Ω 28 . 1 = 51   Ω 11 – محاسبه C 2 : C 2 = 1 2 π I z 2 R 2 = 1 2 π ( 360 H Z ) ( 1 . 5   K Ω ) = 0 . 29 ≅ 0 . 27 μ f 12 – محاسبه C 3 : C 3 = 1 2 π f z R 1 = 1 2 π × 360 × ( 1 . 1   K Ω ) = 0 . 36   μ f شکل 3-9 مدار منبغ تغذیه سوئیچینگ نیم پل 50 وات 100 کیلوهرتز شکل 4-9 مدار فیلتر خط و همچنین یکسوساز برای ورودی مدار شکل 3-9

اپتو کوپلر به کار رفته دارای CTR صد درصد می باشد (4N35). این یعنی جریان عبوری از بخش LED با جریان کلکتور ترانزیستور اپتوکوپلر برابر است . از آنجایی که برای عملکرد صحیح TL431 باید حداقل جریان 1 میلی آمپر از کاتد آن عبور کند (جریان عبوری از LED اپتوکوپلر) داریم :

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

برای مشخص کردن جریان عبوری از LED باید جریان کلکتور اپتوکوپلر را بر CTR آن تقسیم کنیم. از آنجایی که CTR اپتوکوپلر به کار رفته 100 درصد می باشد.داریم:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

افت ولتاژ در دو سر LED اپتوکوپلر معمولا 1.5 ولت می باشد. و حداقل افت ولتاژ در دو سر TL431 نیز2.5 ولت می باشد . در نتیجه افت ولتاژ LED و TL431 از رابطه مقابل به دست می آید.

مطلب پیشنهادی:  مقاله آموزش طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ با نرم افزار PI Expert

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

جریان عبوری از LED باید با یک نسبتی بین ولتاژ های 5 ولت و 12 ولت تقسیم شود.این نسبت را 80:20 انتخاب کردیم.

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

 با انتخاب مقاومت 1.2K ، مقدار واقعی نسبت به صورت زیر بدست می آید.

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتزطراحی قطعات جبران ساز برای تقویت کننده خطا : برای این منبع از مدار دو قطب-دو-صفر (جبران کننده نوع دوم) استفاده می کنیم.

1 – قطب غالب فیلتر خروجی برای +5V و +/-12V با استفاده از رابطه 1-7 به صورت زیر بدست می آید.

2 – محاسبه بهره DC با استفاده از رابطه 3-7 :

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

3 – محاسبه فرکانس قطع فیلتر

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

4 – محل قرار گیری صفرهای فرکانس پایین،نصف فرکانس قطب خواهد بود یعنی:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

5 – محل قرارگیری اولین قطب فرکانس بالا در بدترین حالت حدودا 8 کیلو هرتز می باشد .

6 – محل قرارگیری دومین قطب فرکانس بالا به صورت زیر بدست می آید.

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

 

7 – بهره مورد نیاز در صفرهای جبران ساز به صورت زیر محاسبه می شود.

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

لازم به ذکر است که در رابطه بالا A2 بهره مورد نیاز برای آوردن منحنی جبران ساز به 0dB در فرکانس قطع می باشد . که این مقدار برای A2 برابر 29.2 dB می باشد.

8 – محاسبه C1:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

9 – محاسبه R2:    

  

                

10 – محاسبه R3:

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

 

11 – محاسبه C2:

12 – محاسبه C3 :

طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ Half-Bridge یا نیم‌پل 50 وات 100 کیلوهرتز

شکل 3-9 مدار منبغ تغذیه سوئیچینگ نیم پل 50 وات 100 کیلوهرتز

شکل 4-9 مدار فیلتر خط و همچنین یکسوساز برای ورودی مدار شکل 3-9

خب به پایان آموزش طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ و مثال‌های طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ رسیدیم و امدواریم ساعت‌ها تلاش برای ترجمه، ویرایش، بارگذاری، انتشار و نگه‌داری در سایت برایتان مفید واقع شده باشه. لطفا نظرات خودتان را در قسمت کامنت‌های همین نوشته بنویسید..

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.

مطالعه دیگر جلسات این آموزش<< جلسه قبلی                    

|

دیدگاهتان را بنویسید

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

12 دیدگاه

  1. نادر
    اردیبهشت 29, 1399 در 6:27 ب.ظ

    با سلام
    ضمن تشکر از مطالب مفیدتان در مورد طراحی منابع سویچینگ بنظر میرسد طراحی و مثال آن برای منابع تمام پل از قلم افتاده متمنی است در صورت امکان این منابع را هم ارائه نمایید .
    با تشکر

    پاسخ
  2. احسان
    اردیبهشت 31, 1399 در 4:56 ب.ظ

    با عرض خدمت مهندس عزیز : مطالب عالی ….
    سوال : اگر طراحی فلای بک باشه باید در محاسبه جریان پیک یعنی Ipk بجای اون ضریب 2.8 عدد 5.5 قرار بدیم ، درسته ؟

    پاسخ
  3. ش ج
    شهریور 11, 1399 در 1:03 ب.ظ

    سلام و احترام از همه تشکر میکنم من یک دانش خور تشنه ام ولی چیز زیاد مناسب و موثری یافت نمی شود ا اگر بشود پولی است و متاسفانه توان ما هم کم است اما نمی دانم از شما چگونه و به صورت تشکر کنم باز هم شما تا انجا که ممکن است مطالبی اضافه کرده و متمایز هستید . زیرا بیشتر سایت ها تنها کپی کرده اند و زمان مطالعه مرا تلف میکنند . نمی دانم چه بگویم از … جلیلی

    پاسخ
  4. عمیدی
    شهریور 12, 1399 در 10:45 ق.ظ

    خدا خیرتون بده تمام اینترنتا گشتم مطالب شما اصلا آدما گیج نمی کرد و به شکلی ساده بیان شده دستون درد نکنه

    پاسخ
  5. یارالله حسن پور
    تیر 14, 1400 در 10:59 ق.ظ

    سلام از تمامی دوستانیکه این برنامرا ساختند کمال تشکر رادارم واقعا عالی هستش خیلی خیلی برایمن خوب بود و هست ممنونم خداوند نگهدارتان باشد انشاالله

    پاسخ
  6. پیمان
    مرداد 4, 1400 در 7:54 ق.ظ

    سلام و خسته نباشید
    واقعا عالی بود دستت تون درد نکنه خیلی بهم کمک کرد

    پاسخ
  7. Unknown
    اسفند 5, 1400 در 3:20 ق.ظ

    شیر ننت حلالت. خداوکیل یک سال بیشتره این گوگل و هرجاییرو فکرشو کنید سر زدم ولی هیچ جایی اینطوری بدون چشم داشت و دریافت هزینه ای راه های محاسبه از خود ترانس یا خازن اولیه فیلتر ورودی مدار تاااا اخرین قطعه دونه ب دونه توضیح داده ک خداوکیل این دوره زمونه ک همه از آب کره میگیرن هستن کسایی واسه نجات جوونای مملکتشون از بیکاری و فلاکت کشیده شدن نجات بدن. ممنون خدا عوض خیرسو بهتون بده. فقط میدونم خیلی حوصله میخواد و وقت زیادی میبره ولی اگ اون عزیزی ک ترجنه میکنه متنو بده ب ی آدم وارد ب اون موضوع ک ی نگاه بندازه جاهایی ک زیاد توضیح نداده نویسنده اصلی یا از قلم افتاده یاااا … اون عزیز اضافه کنه . موفق و پیروز و سربلند ….🙏😍👍💝

    پاسخ
  8. مسعود
    اسفند 23, 1400 در 2:01 ب.ظ

    خیلی عالی بود، ممنون

    پاسخ
  9. رسول
    فروردین 29, 1401 در 9:15 ق.ظ

    خداییش خدا خیرت بده خوب بود

    پاسخ
  10. فرهود بختیاری
    آبان 13, 1402 در 0:03 ق.ظ

    با سلام در قسمت تبدیل جریان ac به معادل DC چرا از 2×√(2) استفاده کردید.هر چی فکر کردم √(2) بود.

    پاسخ
  11. مجتبی
    آذر 25, 1402 در 0:12 ق.ظ

    ممنون عالی بود

    پاسخ
پرسش و پاسخ * دانلود اپلیکیشن
©کپی بخش یا کل هر کدام از مطالب Melec.ir تنها با کسب مجوز مکتوب امکان پذیر است. از سال 2013 تا 2024