كليه مدارات الكترونيكي نياز به منبع تغذيه دارند. براي مدارات با كاربرد كم قدرت از باطري يا سلولهاي خورشيدي استفاده مي شود. منبع تغذيه به عنوان منبع انرژي دهنده به مدار مورد استفاده قرار مي گيرد.
حدود 20 سال است كه سيستمهاي پر قدرت جاي خود را حتي در مصارف خانگي هم باز كرده اند و اين به دليل معرفي سيستمهاي جديد براي تغذيه مدارات قدرت است.
اين منابع تغذيه كاملاً خطي عمل مي نمايند. اين نوع منابع را منابع تغذيه سوئيچينگ مي نامند. اين اسم از نوع عملكرد اين سيستمها گرفته شده است. به اين منابع تغذيه اختصاراً SMPS نيز مي گويند. اين حروف بر گرفته شده از نام لاتين Switched Mode Power Supplies است.
راندمان SMPS بصورت نوعي بين 80% الي 90% است كه 30% تا 40% آنها در نواحي خطي كار مي كنند. خنك كننده هاي بزرگ كه منابع تغذيه رگوله قديمي از آنها استفاده مي كردند، درSMPSها ديگر به چشم نمي خورند و اين باعث شده كه از اين منابع تغذيه بتوان در توانهاي خيلي بالا نيز استفاده كرد.
در فركانسهاي بالاي كليدزني از يک ترانزيستور جهت كنترل سطح ولتاژ DC استفاده مي شود. با بالا رفتن فركانس ترانزيستور، ديگر خطي عمل نمي كند و نويز مخابراتي شديدي را با توان بالا توليد مي نمايد. به همين سبب در فركانس كليد زني بالا از المان كم مصرف Power MOSFET استفاده مي شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نيز زياد مي شود. المان جديدي به بازار آمده كه تمامي مزاياي دو قطعه فوق را در خود جمع آوري نموده است و ديگر معايب BJT و Power MOSFET را ندارد. اين قطعه جديد IGBT نام دارد. در طي سالهاي اخير به دليل ارزاني و مزاياي اين قطعه از IGBT استفاده زيادي شده است.
امروزه مداراتي كه طراحي مي شوند، در رنج فركانسي MHZ و قدرتهاي در حد MVA و با قيمت خيلي كمتر از انواع قديمي خود مي باشند.
فروشنده هاي اروپائي در سال 1990 ميلادي تا حد 2 ميليارد دلار از فروش اين SMPSها درآمد خالص كسب نمودند. 80% از SMPSهاي فروخته شده در اروپا طراحي شدند و توسط كارخانه هاي اروپائي ساخت آنها صورت پذيرفت. درآمد فوق العاده بالاي فروش اين SMPSها در سال 1990 باعث گرديدكه شاخه جديدي در مهندسي برق ايجاد شود، اين رشته مهندسي طراحي منابع تغذيه سوئيچينگ نام گرفت.
يک مهندس طراح منابع تغذيه سوئيچينگ بايستي كه در كليه شاخه هاي زير تجربه و مهارت کافي كسب كند و هميشه اطلاعات بروز شده در موارد زير داشته باشد:
1- طراحي مدارات سوئيچينگ الكترونيك قدرت.
2- طراحي قطعات مختلف الكترونيك قدرت.
3- فهم عميقي از نظريه هاي كنترلي و كاربرد آنها در SMPSها داشته باشد.
4- اصول طراحي را با در نظر گرفتن سازگاري ميدانهاي الكترومغناطيسي منابع تغذيه سوئيچينگ با محيط انجام دهد.
5- درك صحيح از دفع حرارت دروني (انتقال حرارت به محيط) و طراحي مدارات خنك كننده مؤثر با راندمان زياد.
و …

طرح يک منبع تغذيه با رگولاتور

هر دستگاه الکترونيکي به يک تغذيه ي DC نياز داره که اين منبع DC بايد در مقابل تغييرات ورودي (برق شهر) و همچنين تغييرات بار (مصرف کننده) تثبيت شده باشه، پس در واقع مدارات مجتمع رگولاتور از عناصر ولتاژ مرجع (مثل ديودهاي زنر) براي تثبيت ولتاژ استفاده مي کنند. آي سي هاي رگولاتور متداول معمولا 3 پايه (مثل سري 78xx) يا 5 پايه (مثل L200) يا بيشتر (مثل LM723 با 14 پايه) مي باشند.
دسته اي از رگولاتور هاي سه پايه مثل سري 78xx داراي ولتاژ ثابت اند و گروهي ديگه از سري LM، ولتاژ خروجي شان قابل تنظيم است. آي سي هاي سري 78xx که دو رقم آخر بيانگر ولتاژ ثابت خروجي است جريان 1 آمپر رو تامين مي کنن و از 5 تا 24 ولت موجودند. مثلا شماره ي 7808 داراي ولتاژ 24 و جريان 1 آمپر است. xx مي تونه اعداد 05، 06، 08، 10، 12، 15، 18 يا 24 باشه. رگولاتور هاي سري LM با ولتاژ هاي متغير موجودند و رگولاتور بسيار دقيق و جالب LM723 که داراي 14 پايه است، ولتاژ خروجي متغير 2 تا 37 و جريان 150 ميلي آمپر رو بدون ترانزيستور خارجي تامين ميکنه که با افزودن ترانزيستور تا 10 آمپر قابل افزايشه.
رگولاتوري که در اينجا مي خواهيم ازش در ساخت يک منبع تغذيه استفاده کنيم، آي سي سه پايه LM317 است. اين رگولاتور مشخصات مناسبي داره که براحتي مي تونه به عنوان يه منبع تغذيه ي آزمايشگاهي يا به عنوان منبع تغذيه ي پروژه هاي الکترونيکي استفاده بشه. ولتاژ متغير خروجي که اين آي سي در اختيار مي گذاره در رنج 1.2 تا 37 تغيير مي کنه، همچنين حداکثر جريان خروجي تا 1.5 آمپر و درصد رگولاسيون 0.1 درصد که بسيار مناسب مي باشد. اگر جريان 1.5 آمپر براتون کافي نيست مي تونيد از LM338 با 5 آمپر جريان استفاده کنيد و همچنين زوج منفي LM317، آي سي LM337 است که ولتاژ منفي 1.2- تا 37- رو تامين ميکنه.

اجزا مورد نياز

F1 - 2A فيوز با عملکرد سريع
R3 - 4700 Ohms پتانسيومتر
F2 - 250mA فيوز با عملکرد سريع
C1 - 4700uF/35v
S1 - سوييچ
C2 - 1uF/35v
T1 - ترانسفورماتور 3 آمپر با ثانويه ي 9-0-9
C3 - 1000uF/35v
U1 - LM 317 آي سي رگولاتور
U2 - PIV پل يکسوساز 4 آمپر و 100 ولت
R2 - 1700 Ohms 1/2 Watt
R1 - 220 Ohms 1/2 Watt
Voltmeter - ولت 30-0
Ampmeter - 1.5-0 آمپر
Heatsink - حداقل 8 سانت در 8 سانت
Blower - فن کوچک 12 ولت
مشخصه که بعضي از اجزا مي تونن بدون اينکه خللي در کار مدار بوجود بيارن حذف بشن، مثلا فيوزها فقط براي محافظت مدار هستند و وجودشون الزامي نداره. همچنين ولت متر و آمپر متر در صورتي مفيدند که بخواهيم يک منبع تغذيه ي آزمايشگاهي بسازيم ولي در مورد پروژه ها وجودشون ضرورتي نداره. در مورد فن هم در صورت وجود، در جريان هاي بالا منبع خنک تر خواهد بود و مي تونه بسته به نظر شما حذف بشه و Heatsink کفايت ميکنه. واضحه که به جاي پل يکسوساز مي تونيد از چهار ديود به صورت مجزا استفاده کنيد و پل رو خودتون بسازيد اما PIV و جريان رو در نظر بگيريد.
عملکرد اين مدار بسيار ساده است. ترانسفورماتور برق شهر رو به دو خروجي 9 ولت (18 ولت در مجموع) تبديل ميکنه و 18 ولت سينوسي وارد پل يکسوساز ميشه و به صورت تمام موج يکسو ميشه و خازن ضرفيت بالاي C1 ريپل ولتاژ رو کم ميکنه و در واقع به عنوان صافي عمل ميکنه. بعد از اون ولتاژ رگوله نشده ي DC وارد رگولاتور ميشه و پس از تثبيت شدن، خروجي از پايه ي Out گرفته ميشه و مقدارش بوسيله پتانسيومتري که در پايه Adjust وجود داره تنظيم ميشه و خازن C2 که به صورت موازي با بار قرار داره هم به صورت يک صافي عمل ميکنه. بقيه ي المان ها عناصر جانبي هستند، مثلا ديود D2 و خازن C3 يک منبع DC از ترانس براي فن تامين ميکنن. و همچنين LED و R2 وضيعت روشن يا خاموش بودن منبع رو نشون ميدن و ديود D1 به عنوان محافظ عمل ميکنه.
منبع: http://www.forum.microrayaneh.com
/خ