يک مثال عملی از منابع تغذيه سوئيچينگ

شرح کلي مدار امروز مي خواهم به ذکر يک نمونه عملي از منابع تغذيه سوئيچينگ بپردازم تا با بررسي مدار آن، عملکرد اين سيستم براي شما بيشتر روشن شود. حال با توجه به مدار به شرح اجزاء مختلف آن خواهم پرداخت.
مداري را که به عنوان يک مثال عملي مشاهده مي¬نماييد، مدار يک منبع تغذيه سوئيچينگ 200 وات ATX متعلق به کامپيوتر شخصي است که توسط شرکت TDK طراحي و ساخته شده است.

براي ديدن نقشه فوق در اندازه بزرگتر (اصلي) اينجا را کليک کنيد. اگر لينك فوق كار نداد از اين لينك استفاده نماييد. http://arashmt.8m.com/persianblog/ در اين منبع تغذيه سوئيچينگ از يک آي¬سي با شماره TL494 استفاده شده و همچنين از يک مبدل که ترانزيستور¬هاي آن با آرايش پوش- پول عمل رگولاسيون خروجي را انجام مي¬دهند استفاده شده است. ولتاژ خط برق شهر پس از عبور از مدار فيلتر ورودي متشکل از (C1, R1, T1, C4, T5) به بلوک يکسو¬ساز هدايت مي¬شود. مدار يکسو¬کننده از نوع پل¬ديودي تمام¬موج مي¬باشد که نسبت به ساير يکسو¬کننده¬هاي ديگر از هر لحاظ مقرون به صرفه¬تر است. هنگامي که کليد تبديل از حالت 230 ولت بر روي 115 ولت قرار گيرد، در نتيجه مدار سيستم دو برابر کننده وارد عمل مي¬شود. مقاومت¬هاي واريستور (مقاومت متغير با ولتاژ) Z1 و Z2 داراي عملکرد محافظت از اضافه ولتاژ در ورودي مي¬باشند. مقاومت ترميستور (مقاومت متغير با دما) NTCR1 جهت محافظت در برابر جريان هجومي در هنگام شارژ C5 و C6 مورد استفاده قرار گرفته است.

مقاومت¬هاي R2 و R3 فقط براي تخليه نمودن بار الکتريکي داخل خازن¬ها و جلوگيري از خطر برق گرفتگي در هنگام قطع بودن (خاموش بودن) منبع تغذيه به کار مي¬روند. در هنگام اتصال منبع تغذيه به برق شهر، C5 و C6 با هم در ابتدا تا حد بالا¬تر از 300 ولت شارژ مي¬شوند.

قسمت ثانويه منبع تغذيه به صورت کنترل شده توسط Q12 راه¬اندازي شده و سپس ولتاژ در خروجي قسمت ثانويه ظاهر مي¬شود. در پي آن IC3 که يک رگولاتور ولتاژ 5 ولت مي¬باشد، ولتاژ 5 ولتي مورد نياز مادر¬برد را براي راه¬اندازي گيت¬هاي منطقي و ساير موارد ديگر تأمين مي¬نمايد.
سپس ولتاژ تثبيت نشده از طريق D30 به چيپ کنترلي اصلي يعني IC1 و همچنين ترانزيستور¬هاي Q3 و Q4 هدايت مي¬شود. وقتي منبع تغذيه اصلي در حال کار بود، ولتاژ 12 ولت خروجي از طريق ديود D به سمت IC1 هدايت مي¬شود.

حالت کم¬مصرف Stand By

در حالت کم¬مصرف Stand By توسط ولتاژ مثبت در پايه PS-ON که از طريق مقاومت R23 از مدار ثانويه منبع تغذيه تأمين شده مانع از کار کردن قسمت اصلي منبع تغذيه مي¬شويم. چون ترانزيستور Q10 باز شده و در نتيجه ترانزيستور Q1 نيز در حالت باز قرار گرفته و در پي آن ولتاژ مبناي 5 ولت پايه شماره 14 IO1 براي پايه شماره 4 IO1 تأمين مي¬شود. و مدار در نهايت به حالت مسدود شده کليد¬زني خواهد شد. ترانزيستور¬هاي Q3 و Q4 هدايت خواهند کرد و سيم¬پيچ ترانسفورماتور کمکي T2 را اتصال کوتاه خواهند نمود. توسط پايه شماره 4 IO1 ما قادريم که پهناي پالس خروجي را تعيين نماييم. صفر بيانگر بيشترين پهناي پالس و 5 ولت بيانگر اين است که پهناي پالسي وجود ندارد.

تشريح کارکرد منبع تغذيه

وقتي کسي کليد روشن شدن کامپيوتر را فشار دهد، در نتيجه مادر¬برد صفر منطقي يا زمين منطقي را براي پايه PS-ON فراهم مي¬نمايد. ترانزيستور Q10 بسته شده و در نتيجه Q1 نيز بسته مي¬شود و خازن C15 از مسير مقاومت R15 شروع به شارژ شدن نموده و در پايه شماره 4 IC1 شاهد شروع کاهش ولتاژ دو سر مقاومت R17 به سمت صفر مي¬باشيم. به علت اين ولتاژ بيشترين مقدار پهناي پالس بطور پيوسته افزوده شده و باعث راه¬اندازي نرم و بدون اشکال قسمت اصلي منبع تغذيه خواهيم بود. در حالت عملکرد طبيعي منبع تغذيه دائماً توسط IC1 کنترل مي¬شود. زماني که ترانزيستور¬هاي Q2 و Q1 بسته¬اند، ترانزيستور¬هاي Q3 و Q4 باز مي¬باشند. وقتي که مي¬خواهيم يکي از ترانزيستور¬هاي قدرت Q1 و Q2 را باز کنيم، مجبور هستيم که تحريک ترانزيستور¬هاي Q3 و Q4 را برداريم. جريان از مسير مقاومت R46 و ديود D14 و همچنين سيم¬پيچ T2 جاري مي¬شود. اين جريان باعث مي¬شود که ولتاژ تحريک بيس ترانزيستور قدرت فراهم شده و به دليل وجود فيدبک مثبت ترانزيستور خيلي سريع در حالت اشباع قرار گيرد. با سپري شدن اين ضربه ناگهاني، هر دو ترانزيستور باز مي¬شوند. فيدبک مثبت از بين رفته و Overshoot در سيم¬پيچ تحريکي را ايجا مي کند که باعث بسته شدن سريع ترانزيستور قدرت مي¬شود. مجدداً اين فرايند در ترانزيستور دوم تکرار مي¬شود. ترانزيستور¬هاي Q1 و Q2 متناوباً ولتاژ مثبت و منفي را به يکي از دو سر سيم¬پيچ اوليه متصل مي¬نمايند. جريان الکتريکي از مسير شاخه اميتر Q1 (کلکتور Q2) را در سيم¬پيچ ثالثيه جاري شده و ترانسفورماتور T2 را تحريک مي¬نمايد. و سپس از سيم¬پيچ اوليه ترانسفورماتور T3 و خازن C7 و مرکز مجازي ولتاژ تغذيه ورودي مسير خود را تکميل مي¬نمايد.

پايداري ولتاژ خروجي

خروجي¬هاي +5v و +12v توسط مقاومت¬هاي R25 و R26 دائماً اندازه¬گيري مي¬شوند و براي پايدار نگه¬داشتن آنها را به IC1 ارسال مي¬نمايند. ساير ولتاژ¬ها از لحاظ پايداري مواظبت نمي¬شوند و مقدار آنها را با تعداد دور سيم¬پيچي ترانس و ديود¬ها به دست مي¬آورند. در مقدار خروجي ميزان رأکتانس سيم¬پيچي به دليل کار در فرکانس بالا اهميت زيادي دارد. همان¬طور که مي¬دانيد در جريان مستقيم تعداد دور سيم¬پيچي اهميتي ندارد و همواره ولتاژي روي سيم¬پيچ افت نمي¬نمايد. اما با بالا رفتن فرکانس تعداد دور سيم¬پيچي و نوع هسته در ميزان افت ولتاژ روي سيم¬پيچ دخالت زيادي دارد. معمولاً ولتاژ¬هاي خروجي حدود 10% مجاز هستند که انحراف از مقدار نامي خود داشته باشند. کنترل کننده IC1 با استفاده از Error Amplifier در پايه شماره 2 خود حاصل از مقاومت¬هاي مقسم ولتاژ R24/R19 و مقدار ولتاژ مبناي 5 ولت را در پايه 14 خود مقايسه نموده و اين انحراف 10% را جبران مي¬نمايد.

 Power Good

مادر¬برد به سيگنال Power Good نياز دارد. وقتي که همه ولتاژ¬هاي خروجي به حالت پايداري رسيده باشند، پايه Power Good مقدار 5 ولت يا يک منطقي مي¬شود. Power Good معمولاً به پايه RESET بر روي مادر¬برد متصل مي¬شود.

پايداري ولتاژ 3.3 ولت

به مداري که به ولتاژ 3.3 ولت متصل است توجه کنيد. اين مدار اضافه ولتاژ پايداري را به دليل افت ولتاژ در کابل ايجاد مي¬نمايد. يک سيم¬پيچ کمکي براي اندازه¬گيري ولتاژ 3.3 ولت در مادر¬برد در نظر گرفته شده است.

مدار اضافه ولتاژ

اين مدار از ترکيب ترانزيستور¬هاي Q5 و Q6 و تعداد ديگري از قطعات ساخته شده است. اين مدار کليه ولتاژ¬هاي خروجي را از لحاظ ايجاد اضافه ولتاژ در آنها محدود نموده و محافظت مي¬نمايد.
براي مثال اگر اشتباهاً بين خروجي¬هاي +5v و -5v اتصال کوتاهي به وجود آيد، از طريق مسير D10، R28 و D9 ولتاژ مثبت به پايه بيس Q6 مي¬رسد. اين ترانزيستور اکنون باز است و ترانزيستور Q5 نيز باز مي¬باشد. ولتاژ +5v از پايه 14 کنترل کننده IC1 از مسير D11 به پايه شماره 4 کنترل کننده IC1 رسيده و منبع تغذيه را بلوک مي¬کند. از طرف ديگر Q6 توسط ولتاژ رسيده به بيس خود روشن شده و مدار برق ورودي منبع تغذيه را قطع مي¬کند.

معرفي پايه­هاي خروجي منبع تغذيه سوئيچينگ  ATX