9 ! W > / HIM 8 > $$$ $ ' # & : #] (! ! 7 # W >? & 8 !> & #& #

w

ww.Iran

Switchin

g.ir

2 وژ ز

وژ ز

!" !" !" ا()' &%ر ا()' &%ر ا()' &%ر ا()' &%ر ::::"!

www.IranSwitching.ir


w

ww.Iran

Switchin

g.ir

3 وژ ز

چكيده

باشد كه به كنيد در زمينة منابع تغذية سوئيچينگ ميپروژه كارشناسي كه ملاحظه مي

اصول كار و چگونگي طرح و تجزيه و تحليل منابع تغذية سوئيچينگ پرداخته و در

.انجام گرفته است ORCADORCADORCADORCADافزار پايان شبيه سازي آن توسط نرم

در اين پايان نامه سعي گرديده به صورت جامع و كامل در زمينه منابع تغذية

سوئيچينگ توضيح داده شود و در پايان شبيه سازي اين منابع تغذيه انجام شده تا

انم ازاستاد محترم جناب آقاي در اينجا لازم مي د. مورد استفاده علاقه مندان قرار گيرد

اند ، هاي ارزشمند خود مرا ياري دادهمهندس رمضاني و ديگر دوستان كه با راهنمايي

.تشكر كنم



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

4 وژ ز

مقدمه

)سوئيچينگ (منبع تغذيه غيرخطي

منابع تغذيه خطي منابعي هستند كه عنصر كنترل آنها در ناحيه فعال از عملكرد خود قرار دارد،

، ) در توانهاي نسبتا زياد ( درصد 50505050بازده كمتر از - 1111: منبع تغذيه خطي عبارتند از معايب يك

حجم زياد - 2222

كاهش يافته و يا حذف سوئيچينگ معايب منبع تغذيه خطي مي تواند با استفاده از منبع تغذيه

.شود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

5 وژ ز

ده در شكل زير نمايش داده ش) سوئيچينگ(بلوك دياگرام ساده شده يك منبع غيرخطي

.است

( شماي مداري ساده شدة اين بلوك دياگرام مي تواند به صورت شكل زير توصيف شود

.)از واحد فيدبك و كنترل صرف نظر شده است

:نحوه عملكرد اين مدار به صورت زير است

DCDCDCDCابتدا ولتاژ متناوب برق شهر مستقيما يكسو و فيلتر مي شود تا يك ولتاژ

اين ولتاژ به عنصر سوئيچينگ اعمال مي شود تا موج مربعي . ليد شودنسبتا زياد تو

مورد dcdcdcdcفركانس زياد حاصله بعد از عبور از يك ترانس كاهنده و يكسو سازي ، ولتاژ

يكسو ساز خروجي و فيلتر ترانس ايزوله ئيچينگعنصر سو ساز و فيلتريكسو

فيدبك و كنترل

جعولتاژ مر A-1شكل

ac Vout

220

A- 2شكل

°



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

6 وژ ز

بديهي است كه با كنترل زمان قطع و وصل كليد مي توان دامنه ولتاژ . نياز توليد كند

اين عمل مي تواند توسط واحد . خروجي را بر روي يك مقدار مشخص تثبيت كرد

.فيدبك و كنترل انجام گيرد كه در شماتيك مداري فوق ترسيم نشده است

مزاياي منبع تغذيه سوئيچينگ

:منابع تغذيه سوئيچينگ داراي مزايايي به شرح زير مي باشند

معمولا بازده منابع تغذيه سوئيچينگ بيشتر از بازده : ٪٪٪٪50505050راندمان بزرگ تراز - 1111

.است ٪٪٪٪80808080تا ٪٪٪٪70707070بازده منابع تغذيه سوئيچينگ بين . منابع تغذية خطي مي باشد

در حالت اشباع و قطع كار مي ) سوئيچينگ(در منابع تغذيه سوئيچينگ عنصر كنترل

كند و توان تلفاتي پاييني دارد ، در حالي كه در منابع تغذيه خطي عنصر كنترل در

در واقع با فرض ايده آل بودن عنصر كنترل . يي دارد حالت فعال كار مي كند و توان بالا

:داريم

رابطه فوق نشان مي دهد كه در منبع سوئيچينگ با فرض ايده آل بودن ترانزيستور

:هيچ گونه تواني تلف نمي شود اما براي منابع در بهترين شرايط داريم

ئيچينگتغذيه سو

در حالت قطع

در حالت اشباع

Icq = 0

Vce = Vceq

Ic= Icq

Vceq= 0

P = 0

P = 0

Ic= Icq

Vce = Vceq

P = Vce × Icq ) خطي تغذيه )توان تلفاتي



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

7 وژ ز

تلف مي شود كه بيان گر كه نشان مي دهد توان بسيار زيادي به ويژه در جريان زياد

.اين موضوع است كه منابع خطي نمي توانند راندمان بالايي داشته باشند

ابعاد كوچك ترانس - 2222

بر اين . هرتز برق شهر كار مي كند 50505050در منابع تغذيه خطي ترانس در فركانس

در حالي كه در. اساس انرژي نسبتا زياد در تعداد دفعات كم به خروجي منتقل مي شود

منبع تغذيه سوئيچينگ با افزايش فركانس ، بسته هاي انرژي كوچك تري در تعداد

براي مثال منبع پر از آبي را در نظر بگيريد ، اگر اين . دفعات بيشتري منتقل مي گردد

منبع را با يك ظرف بزرگ و با سرعت كم و يا با يك فنجان ولي با سرعت زياد خالي

زمان منبع را خالي كنند با اين كه ظرفيت و حجم يك كنيم ، هر دو مي توانند در يك

از اين مثال اين موضوع را درك مي كنيم كه در منابع . فنجان بسيار كوچك تر است

به عنوان مثال . تغذيه سوئيچينگ با افزايش فركانس ، حجم ترانس كوچك مي شود

، ابعاد باشد 50HZ50HZ50HZ50HZو فركانس برق شهر 30KHZ30KHZ30KHZ30KHZاگر فركانس سوئيچينگ برابر با

برابر كوچكتر مي 600600600600ترانس در منابع تغذيه سوئيچينگ نسبت به منابع تغذيه خطي

1 :باشد ، زيرا

2

30000600

50

f

f= =



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

8 وژ ز

سبك بودن منبع تغذيه - 3333

حال اگر ترانس كوچك باشد اين . بيشتر وزن يك منبع به ترانس آن بستگي دارد

.منبع سبك خواهد شد

كاملا فشرده - 4444

منابع تغذيه سوئيچينگ را مي توان در بسته بندي هاي كاملا فشرده قرار داد ،

.چون اتلاف حرارتي كمي دارند

ورودي با محدودة ديناميكي زياد - 5555

ولتاژ ورودي مي تواند در محدوده وسيعي تغيير كند در حالي كه ولتاژ خروجي ثابت

.باقي بماند

يه زمان نگهداري بيش از پنج ميلي ثان - 6666

. در منابع تغذيه سوئيچينگ زمان نگهداري بيشتر از منابع تغذية خطي است

از آنجايي كه انرژي . بالايي است كه در خازن ورودي ذخيره مي شود dcdcdcdcدليل آن ولتاژ

ذخيره شده در خازن با مربع ولتاژ رابطه دارد به همين دليل منبع سوئيچينگ زمان

.نگهداري بيشتري دارد



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

9 وژ ز

نابع تغذيه سوئيچينگمعايب م

معرفي شد ، همانند AAAA----1111منبع تغذيه سوئيچينگ با بلوك دياگرامي كه در شكل

منابع تغذيه خطي داراي معايبي مي باشد كه در ادامه سعي بر رفع اين معايب و يا در

اين معايب به شرح . تر يك منبع تغذيه سوئيچينگ داريم واقع ارائه بلوك دياگرام كامل

:شد زير مي با

مدار از بين مي ) مجزا سازي( به دليل نوع فيدبك به كار برده شده ايزولاسيون - 1111

رود و در اين حالت زمين ورودي به زمين خروجي متصل مي شود و خطر برق

.گرفتگي براي كاربر به وجود مي آيد

. باعث تشعشع مي شود (a)(a)(a)(a)تغييرات ولتاژ جريان در نقطة AAAA----2222با توجه به شكل - 2222

الت علاوه بر تشعشع ، تلفات در ترانس افزايش يافته و با افزايش تلفات در اين ح

220220220220به عنوان مثال اگر ولتاژ برق شهر برابر با . در ترانس بازده آن كاهش مي يابد

ولت خواهد 311 = 2√311220 = 2√311220 = 2√311220 = 2√220خازن ورودي برابر dcdcdcdcولت مؤثر باشد مقدار ولتاژ

ميكروثانيه فرض شود ، در اگر زمان روشني عنصر سوئيچينگ برابر با يك. شد

: اين صورت داريم

CCCC----5555 8300رابطه 3 10

1 sec sec

dV V dE

dt dtµ

= = × ⇒ → ∞



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

10

وژ ز

نشان مي دهد كه ترانس داراي تشعشع الكتريكي و يا تشعشع مستقيم CCCC----5555رابطه

01با فرض راندمان صد در صد و. خواهد بود , 300inI A P W= = :داريم كه

613 10

1 sec sec

dI A A dB

dt dtµ

= = × ⇒ → ∞

يعني تشعشع مغناطيس و يا غيرمستقيم در ترانس وجود دارد در حالت كلي

:مسيرهاي انتقال توان به دو صورت مي باشد

.يابدمستقيم كه از طريق سيم هاي ارتباطي انتشار مي) الف

.شود كه از طريق محيط ، ارتباط برقرار مي غيرمستقيم) ب

ولت مؤثر و فركانس 220220220220اما با توجه به روابط ذيل و با فرض آن كه ولتاژ برق شهر برابر با

50HZ50HZ50HZ50HZ باشد ، در منابع تغذيه خطي تشعشع وجود ندارد و انرژي به خارج منتقل نمي

.شود

dv /dt=220/20msecdv /dt=220/20msecdv /dt=220/20msecdv /dt=220/20msec

di/dt=2/20msecdi/dt=2/20msecdi/dt=2/20msecdi/dt=2/20msec

1111ر مقابل اضافه بارنياز به حفاظت د- 3333

. بسيار استفاده مي شود PPPP----NNNNدر منابع تغذيه خطي و يا غيرخطي از اتصالات

PPPP----NNNNاتصال

1. Over Load

P

N

b

شكل A-3اتصالP-Nايده آل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

11

وژ ز

AAAA----3333ايده آل در شكل

.نشان داده شده است

هنگامي . باشد مي AAAA----4444همانند شكل PPPP----NNNNاما در واقع شكل واقعي يك پيوند

از نقاط تختي DCDCDCDCيم بيش تر جريان عبور مي ده DCDCDCDCجريان PPPP----NNNNكه از يك پيوند

حال اگر جريان بيش از حد قابل تحمل پيوند باشد پيش . كند عبور مي b , ab , ab , ab , aهمانند

از آن كه پيوند اتصال كوتاه شود ، در اثر گرم شدن پيوند سيم ارتباطي آن كه با

)AAAA----5555شكل ( جوش اولتراسوند وصل شده جدا خواهد شد

از خود عبور مي دهد و معمولا DCDCDCDCرل ، جريان در منابع تغذيه خطي عنصر كنت

.با اتصال باز مواجه مي شويم



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

12

وژ ز

جريان پالسي عبور دهيم اين جريان از نقاطي PPPP----NNNNهنگامي كه از يك پيوند

حال اگر مقدار اين جريان ) . توجه شود AAAA----5555به شكل ( عبور مي كند CCCCهمانند نقطه

واقع در نقاط نوك PPPPوضعي پيوند ، ناخالصي هاي ناحيه افزايش يابد ، در اثر گرم شدن م

. ( نفوذ مي كنند و سبب اتصال كوتاه شدن پيوند مي شوند nnnnهادي نوع تيز به داخل نيمه

)AAAA----6666شكل

اتصال باجوش اولتراسوند A- 5شكل

واتصال كوتاه پيوند, n به داخل نيمه هادي نوع Pنفوذ ناخالصي ناحيه A- 6شكل

جوش اولتراسوند

b P

a

N c

P

N



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

13

وژ ز

در حالي . با قطع شدن فيدبك در منابع تغذيه خطي افزايش ولتاژ وجود ندارد - 4444

، قسمت كنترلي ولتاژ خروجي كه در منابع تغذيه سوئيچينگ با قطع شدن فيدبك

را صفر مي بيند و لذا براي افزايش ولتاژ انرژي بيش تري را به خروجي منتقل مي

انتقال انرژي . زيرا قسمت كنترلي ، كاهش ولتاژ را در اثر افزايش بار مي داند . كند

بيش تر به خروجي سبب افزايش ولتاژ خروجي مي شود تا جايي كه منجر به

.مدار مي شود سوختن عناصر

زياد 2جريان هاي يورشي- 5555

جريان هاي يورشي به جريان هايي گفته مي شود كه در لحظه اول بعد از وصل شدن

در منابع . منبع تغذيه به علت شارژ نبودن خازن هاي مدار از ورودي دريافت مي شود

رشي تغذيه خطي مطابق شكل زير با وجود ترانس هاي كاهنده ورودي ، جريان هاي يو

با توجه به اين كه در ورودي ، AAAA----2222كم است در منابع تغذيه غيرخطي مطابق شكل

ترانسي وجود ندارد ولتاژ اعمالي به دو سر خازن زياد است لذا جريان يورشي زياد

.خواهد بود

بلوك دياگرام كامل تر منبع تغذيه سوئيچينگ قطع خط

2 .Surge

220

15 12

A-7شكل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

14

وژ ز

د دارد كه موجب مي گردد مشكلاتي وجو AAAA----1111در بلوك دياگرام ساده شده شكل

تا نتوان با اطمينان خاطر از سيستم سوئيچينگ با اين بلوك دياگرام در عمل استفاده

. كرد ، در نتيجه بايد با اضافه كردن چند بلوك مناسب ديگر اين معايب برطرف شوند

.در اين قسمت به بررسي پيرامون اين مشكلات و چگونگي رفع آن ها مي پردازيم

مشكلات بلوك دياگرام قبل اين است كه چنانچه مسير فيدبك به هر دليلي يكي از

قطع شود ، ولتاژ خروجي زياد شده و چون كنترلي براي محدود كردن آن وجود ندارد در

بنابراين نياز به يك حفاظت در برابر اضافه ولتاژ مي . نهايت باعث سوختن مدار مي شود

به اين صورت . انجام مي دهد 3»حفاظت اضافه ولتاژ « باشد كه اين عمل را واحدي به نام

كه اين مدار از ولتاژ خروجي نمونه برداري كرده و آن را بررسي مي كند كه مقدار به

اصل اين واحد دو وظيفه . دست امده بيش تر از مقدار مورد نظر تعيين شده نباشد

:برعهده دارد

.امل يا نيمه كامل قطع مي كنددر صورت رخداد اضافه ولتاژ سيستم را به شكل ك - 1111

سيگنالي را براي شبكه تغذيه شونده مي فرستد و به آن اعلام مي كند كه - 2222

.را فعال يا غيرفعال مي سازد 4PGPGPGPGتغذيه مناسب است يا خير در واقع

لازم به ذكر است كه اغلب دستگاههاي تغذيه شونده با منبع سوئيچينگ در

يشتر به اين صورت كار مي كنند كه بعد از به وجود هنگام دريافت توان و براي امنيت ب

3. Over Voltage protection

4 . Conductive noise



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

15

وژ ز

كند، چنانچه ولتاژ خروجي در آمدن ولتاژ خروجي منبع سوئيچينگ آن را آزمايش مي

شده به وسيله اجازه مي دهد كه توان نامي را HighHighHighHighمحدودة مناسب بود ، يك سيگنال

هيچ گاه اين شود ، LowLowLowLowچنانچه اين سيگنال . از سيستم سوئيچينگ دريافت كند

لذا در بعضي اوقات ممكن است كه منبع سوئيچينگ روشن . توان انتقال پيدا نمي كند

نشده است و در HighHighHighHighباشد ولي سيستم متصله روشن نشود ، زيرا سيگنال مورد نظر

.به وجود نيامده است PGPGPGPGواقع سيگنال

نس مشكل ديگر بلوك دياگرام قبل ، ايجاد نويز هدايتي است كه از ترا

براي حذف اين . نشت مي كند ––––بر روي خط تغذيه ––––سوئيچينگ رو به جلو و يا عقب

استفاده مي گردد كه دقيقا در ورودي نصب مي شود و 6666EMIEMIEMIEMIيا RFIRFIRFIRFI5نويز از فيلتر

مشكل نويز هدايتي به دو . وظيفه اش اين است كه اجازه ورود و خروج نويز را ندهد

:صورت خود را آشكار مي كند

.ن راكتيو دريافت شده از خط را زياد مي كندتوا - 1111

.ايجاد تداخل راديويي مي كند - 2222

وات غالبا از يك طبقه از اين نوع 200200200200 ----300300300300در توان هاي پايين و در حدود

وات از دو طبقه فيلتر 500500500500 ----600600600600در توان هاي بالاتر مثلا . فيلتر استفاده مي شود

5. Radio Frequency Interference 6 . Electro Magnetic Interference



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

16

وژ ز

به تنهايي پاسخ گوي نياز RFIRFIRFIRFIالاتر ، فيلتر استفاده مي شود، اما در توان هاي خيلي ب

مشكل ديگر ، جريان . نيز استفاده كرد 7PFCPFCPFCPFCمدار نيست و بايد از واحد ديگري به نام

عبوري از عناصر سؤئيچينگ است به عنوان مثال اگر خروجي اتصال كوتاه شود ، به

كوتاه فلزي محض آمدن پالس روشني ، ترانزيستور سوئيچينگ مي سوزد و يك اتصال

يعني فلز كنتاكت كلكتور به داخل اميتر نفوذ مي كند . ( در ترانزيستور به وجود مي آيد

برابر جريان اتصال كوتاه را دارد ، لذا نمي سوزد 10101010البته ترانس تحمل عبور جريان تا )

.صدمه مي بينند... و RFIRFIRFIRFIاما ساير عناصر مسير ، مثل ديود يكسوساز ، فيلتر .

طراحي مي شود تا 8»حفاظت اضافه جريان « اين مشكل واحدي به نام براي رفع

به عنوان مثال در برخي سيستم ها ، توسط يك . بالا رفتن جريان را تشخيص دهد

ترانس از بيشينه جريان عبوري به وسيله حلقه تروئيدي نمونه گيري مي شود و ولتاژي

ين ولتاژ مورد بررسي قرار مي گيرد ا. متناسب با اين جريان در خروجي ايجاد مي شود

.كه آيا در حد مجاز مي باشد يا خير

اما در توان . البته به جاي ترانس مي توان از مقاومت هاي كوچك استفاده كرد

هاي بالا ، در فركانس سوئيچينگ اين مقاومت هاي كوچك از خود خاصيت سلفي نشان

لذا در . ر يك ميله ميكا مي باشد چون ساختار آنها به صورت سيم نازك دو. مي دهند

فركانس هاي بالا مشابه سلف عمل مي كند و در اين حالت ولتاژ دو سر آنها متناسب با

جريان عبوري از آنها نيست تا بتوان با اندازه گيري ولتاژ دو سرشان ، مقدار جريان را

7 . Power Factor Correction 8 . Over Current protection



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

17

وژ ز

بررسي آن نمي تعيين كرد ، بلكه متناسب با تغييرات جريان مي باشد كه فعلا در صدد

همچنين اگر به جاي . اي بررسي مي گرددباشيم اما به طور مفصل در فصل جداگانه

استفاده از مقاومت هاي كوچك ، از موازي كردن چند مقاومت كربني استفاده كنيم

.لذا بهتر است از ترانس جريان استفاده كنيم. حجم زيادي اشغال مي كنند

دياگرام قبل آن است كه با اتصال شبكه فيدبك ، ترين اشكالات بلوك يكي از مهم

اين از نظر ايمني مناسب نيست ، زيرا . زمين ورودي و زمين خروجي يكي مي شوند

فاز يا ( در يك سيستم قطع خط بايد اتصال خطوط ورودي . باشد 9سيستم بايد قطع خط

اي رسيدن به اين بر. از خروجي سيستم كاملا جدا باشد تا ايمني كاربر تضمين گردد) نول

مجزا سازي « براي اين منظور از بلوك . هدف بايد ارتباط واحد فيدبك و كنترل مجزا باشد

غالبا بعد از عمل مقايسه ولتاژ خروجي با مرجع ، . استفاده مي شود 10»خروجي / ورودي

ه خط زيرا در اين حالت نيازي ب. اطلاعات را به صورت نوري و يا مغناطيسي انتقال مي دهند

زمين نيست و به وسيله يك ترانس يا ديود نوري به راحتي مي توان مجزا سازي را انجام

:به اين ترتيب مي توان اين واحد را به دو صورت زير طرح كرد. داد

11نوري- 1111

12مغناطيسي- 2222

9 . Of – the – Line

10 . I/O isolation 11

. Opto electronic 12

. Magnatic



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

18

وژ ز

در مورد محل قرار گيري واحد كنترل بايد گفته شود كه اگر واحد كنترل در

لحظه اول كه سيستم مي خواهد روشن شود ، از آنجايي كه خروجي قرار گيرد ، در

ولتاژ خروجي صفر است ، تغذيه اي براي واحد كنترل وجود ندارد ، لذا سيستم روشن

نخواهد شد ، زيرا اول واحد كنترل بايد روشن شود تا پالس روشني براي ترانزيستورها

از مجزاسازي ورودي و لذا اغلب واحد كنترل بعد. بفرستد و بعد سيستم روشن شود

براي اين كه . خروجي قرار داده مي شود تا ولتاژ آن به نحو مطلوب تري تأمين گردد

بخش كنترل عمليات را به دست بگيرد ، احتياج به فيدبك مثبت است تا نوسانات لازم

به اين ترتيب ولتاژ حداقلي به . اوليه ايجاد شود و ولتاژ اندكي در خروجي به وجود آيد

اما اگر در اين شرايط خروجي به يك . حد كنترل مي رسد كه شروع به كار مي كند وا

باري كه جريان زيادي مي كشد وصل شود ، منبع روشن نمي شود و ––––بار بزرگ

از آنجايي كه در تمام سيستم هايي كه نياز به امنيت . مي ماند » زير بار « اصطلاحا

جي قرار گيرد تا در صورت اتصال كوتاه خروجي بيشتر دارند ، بخش كنترل بايد در خرو

، سيستم كنترل سريعا خاموش و ترانزيستورهاي سوئيچينگ هم قطع شوند ، لذا از

استفاده مي شود ، تا در لحظه اول كه سيستم در AAAA----8888شكل 13بلوك تغذيه كمكي

ر بدين طريق واحد كنترل د. آستانه روشني است ، تغذيه بخش كنترل را تأمين كند

در مورد گرماي توليد . خروجي قرار مي گيرد و باعث بالارفتن امنيت سيستم مي شود

باشد ، از ٪٪٪٪90909090شده به ويژه در توان هاي بالا بايد توجه داشت كه اگر بازدهي مدار

آن مربوط به حرارت توليدي است كه ٪٪٪٪5555آن تشعشع و حدود ٪٪٪٪5555تلفات ، حدودا 10101010٪٪٪٪

13

. Auxiliary supply



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

19

وژ ز

اين عمل غالبا توسط فن ها انجام مي شود كه انرژي . بايد آن را به طريقي دفع كرد

.شان را از بلوك تغذيه كمكي دريافت مي كنند

به طور خلاصه عملكرد سيستم به اين صورت است كه لحظه اول بلوك تغذيه كمكي

اگر چرخش فن ها درست بود ، تغذيه . روشن مي شود و متعاقبا فن ها را روشن مي كند

بخش كنترل پس از دريافت تغذيه ، با مشاهدة عدم وجود . شود بخش كنترل اعمال مي

ولتاژ خروجي ، يك پالس به بخش سوئيچينگ اعمال كرده تا ترانزيستورهاي سوئيچينگ

نمي » زير بار « در اين حالت چنانچه بار زياد باشد ، منبع . روشن شوند و قدرت انتقال يابد

، هم بخش كنترل و هم ترانس هيچ پالسي به ماند و حتي با اتصال كوتاه كردن خروجي

تنها مشكل باقي مانده در اين سيستم به ويژه در انواع توان زياد آن . خروجي نمي فرستند

هايي به وجود مي آيد ، اين است كه وقتي ترانزيستور سوئيچينگ كار مي كند ، هارموني

ورودي تغذيه موجب دريافت ها دراين هارموني. قادر به حذف آن ها نيست RFIRFIRFIRFIكه واحد

اما چنانچه جريان با ولتاژ ورودي هم فاز . توان راكتيو زيادي مي شوند كه مطلوب نيست

تصحيح ضريب « براي اين كار از واحد . توليد نمي شود) توان را كتيو(شود ، هارموني

در . كنداين واحد اختلاف فاز بين جريان و ولتاژ را صفر مي . استفاده مي شود » قدرت

.هارموني اصلي ولتاژ را با جريان اصلي هم فاز مي كند PFCPFCPFCPFCاصل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

20

بلوك دياگرام كاملتر منبع تغذيه سوئيچينگ قطع خط

وژ ز

بلوك دياگرام كاملتر منبع تغذيه سوئيچينگ قطع خط AAAA----8888شكل

وژ ز www.IranSwitching.ir


w

ww.Iran

Switchin

g.ir

21

وژ ز

14واحدهاي حفاظتي اضافه

:در عمل نياز به چند واحد كنترلي ديگر جهت حفاظت بيشتر داريم ، از قبيل

يك سري ترموستات بر روي گرماگيرها قرار مي در اين حالت: كنترل حرارتي - 1111

چنانچه گرما زياد شود ، كل . گيرد كه با خط ورودي منبع تغذيه سري مي شوند

سيستم با قطع برق ورودي قطع مي شود ، بديهي است كه بعد از مدتي مجددا

.با وصل برق ورودي ، سيستم روشن خواهد شد

اگر ولتاژ برق شهر كم شود ، چون توان : 15واحد حفاظت در برابر كاهش ولتاژ - 2222

خروجي منابع اغلب ثابت است ، جريان عبوري از ترانزيستورهاي سوئيچينگ

زياد شده و صدمه مي بينند ، لذا اين بخش را براي پيش گيري در سيستم قرار

.مي دهند

14

. Extra Protection 15

. Under Voltage



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

22

وژ ز

»فصل اول «

معرفي بخش هاي مختلف «

»منبع تغذيه سوئيچينگ

ساز و فيلتر ورودييكسو

در منابع تغذيه سوئيچينگ ، انرژي الكتريكي مرتبا از برق شهر دريافت شده و به

هايي كه به همين منظور در بخش ورودي تعبيه شده اند در خازن DCDCDCDCصورت ولتاژ

سپس با استفاده از يك ترانس سوئيچينگ قدرت ، توان از اين خازن . ذخيره مي گردد

عمل سوئيچينگ قدرت ، توان از اين . وجي انتقال داده مي شود ها دريافت و به خر

عمل سوئيچينگ ترانس غالبا در . خازن ها دريافت و به خروجي انتقال داده مي شود

فركانس بسيار زياد صورت مي گيرد كه اين امر موجب توليد نويز هدايتي و تشعشعي

رودي در منابع سوئيچينگ با بنابراين همواره بايد بخش يكسو ساز و. فراوان مي شود

به علاوه به جهت كارآيي بهتر و امنيت بيشتر . فيلترهاي حذف نويز مناسب همراه باشد



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

23

وژ ز

در مدار لازم است تا بخش ورودي شامل چندين مدار حفاظتي ديگر از قبيل حفاظت

همچنين اين بخش بايد . باشد ... در برابر اضافه ولتاژ ورودي ، اضافه جريان ورودي و

و 220v/50HZ220v/50HZ220v/50HZ220v/50HZبتواند با دو سيستم انتقال قدرت الكتريكي پذيرفته شده جهاني يعني

110v/60HZ110v/60HZ110v/60HZ110v/60HZ تبديل ولتاژ . به راحتي كار كندACACACAC برق شهر بهDCDCDCDC خيلي ساده به نظر

مي رسد اما در توان هاي نسبتا زياد استفاده از مدارهاي معمولي يكسو ساز جريان

جاد خواهد كرد كه مي تواند به عناصر مدار آسيب هاي شديد لحظه اي را در ورودي اي

.جدي بزند

به همين دلايل لازم است تا در اين فصل ضمن آشنايي با مدارهاي يكسو ساز توان

متوسط و زياد ، انواع روش هاي حفاظتي در آن ها و فيلترهاي حذف نويز مورد استفاده نيز

.معرفي شوند

يكسو سازي ورودي

به . به كار مي رود DCDCDCDCيل ولتاژ متناوب ورودي به مقدار اين بخش براي تبد

منظور امكان به كارگيري منبع تغذيه در دو سيستم انتقال انرژي رايج يعني سيستم

ولت بايد بخشي را در واحد يكسو سازي ورودي تعبيه كنيم به گونه اي كه 220220220220و 110110110110

در عمل از مدار دلن . د منبع تغذيه قادر باشد به راحتي در اين دو سيستم كار كن



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

24

وژ ز

)DelonDelonDelonDelon ( مطابق شكلBBBB----1111 اين مدار به گونه اي طراحي شده . استفاده مي شود

مقدار (V(V(V(V0000))))ولت ، ولتاژ خروجي 220220220220ولت يا 110110110110است كه به ازاي ولتاژ

يعني به عبارت ديگر تغييرات ولتاژ . ولت داشته باشد 311311311311ثابتي تقريبا برابر

مبدل منبع تغذية سوئيچينگ منتقل نگردد و در هر صورت ولتاژ مبدل ورودي به واحد

.ولت ثابت باقي بماند 311311311311حدود

D4

D3 D2

D1

V0 C1

C2

220

K110

Vin

+

-

+

B- 1شكل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

25

وژ ز

طرز كار مدار

BBBB----2222باز است و مطابق شكل KKKKولت مؤثر باشد كليد 220220220220اگر ولتاژ ورودي )1111

ولت خواهد ) 110110110110√√√√2222( 156156156156برابر CCCC2222 , C, C, C, C1111ولتاژ دو سر هر يك از خازن هاي

.يود نقش پل ديودي را ايفا مي كنندد 4444در اين مدار . شد

----BBBBبنابراين مطابق شكل . بايد بسته شود kkkkولت مؤثر كليد 110110110110براي ولتاژ ورودي )2222

هدايت خواهد كرد و ولتاژ دو سر D1D1D1D1در اين حالت در نيم سيكل مثبت ورودي 3333

هدايت مي كند و D4D4D4D4ولت خواهد شد و در نيم سيكل منفي 156156156156برابر C1C1C1C1خازن

ولت 311311311311بنابراين ولتاژ خروجي مجددا . ولت شارژ خواهد شد 156156156156تا C2C2C2C2خازن

عمل D4 , D1D4 , D1D4 , D1D4 , D1دقت شود كه در اين حالت مدار تنها دو ديود . مي شود

بنابراين ، ديودها به صورت يكسوساز نيم موج عمل . يكسوسازي را انجام مي دهند

.خواهند كرد

ش ورودي به گونه اي طراحي مي امروزه براي كاهش احتمال خطا و امنيت بيشتر ، بخ

ولت به صورت خودكار صورت 220220220220ولت يا 110110110110شود كه عمل تشخيص ولتاژ ورودي

D4

D3 D2

D1

V0 C1

C2

220

K110

Vin

+

-

+

B- 2شكل 110√2

110√2



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

26

واضح است . براي اين منظور از يك كليد كنترل شده با ولتاژ استفاده مي شود

لذا . داشته باشد BBBB----3333كه اين كليد بايد توانايي عبور جريان متناوب را مطابق شكل

در عمل معمولا . به همراه مدار تحريك آن مناسب به نظر مي رسد

در ادامه ضمن بررسي مختصر نحوة كار ترياك ، چگونگي استفاده از اين

.مدار مجتمع در ورودي يك نمونه منبع تغذيه ذكر مي شود

D4

D3

Vin

B- 3

وژ ز

براي اين منظور از يك كليد كنترل شده با ولتاژ استفاده مي شود . گيرد

كه اين كليد بايد توانايي عبور جريان متناوب را مطابق شكل

به همراه مدار تحريك آن مناسب به نظر مي رسد 16از ترياك استفاده

استفاده AVS08AVS08AVS08AVS08از مدار مجتمع

در ادامه ضمن بررسي مختصر نحوة كار ترياك ، چگونگي استفاده از اين . مي گردد

مدار مجتمع در ورودي يك نمونه منبع تغذيه ذكر مي شود

16

. Triac

D2

D1

C1

C2 +

-

+

3شكل

نيم سيكل منفي

نيم سيكل مثبت

وژ ز

گيرد

كه اين كليد بايد توانايي عبور جريان متناوب را مطابق شكل

استفاده

از مدار مجتمع

مي گردد

مدار مجتمع در ورودي يك نمونه منبع تغذيه ذكر مي شود

. Triac

V0



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

27

وژ ز

ولت مؤثر 110110110110د لن به ازاي ولتاژ ورودي وضعيت مدار - BBBB----3333شكل

ترياك و تريستور

لايه است را مي توان تركيبي از دو 5555مدار معادل ترياك كه يك عنصر نيمه هادي

اين مطلب در شكل . به يكديگر متصل هستند 17تريستور دانست كه به صورت ضدموازي

BBBB----4444 روشن شده است.

ه باشد مي توان به صورت يك كليد دو هر ترياك را در صورتي كه تحريك شد

در صورت تحريك شدن به صورت يك تريستور در حالي كه يك . طرفه در نظر گرفت

.كليد يك طرفه عمل مي كند يعني جريان را تنها از آند به كاتد خود عبور مي دهد

مشاهده مي شود هر تريستور از چهار لايه نيمه هادي تشكيل BBBB----5555مطابق شكل

به دليل اتصال ديودها به صورت . تشكيل مي دهند pppp----nnnnه كلا سه پيوند شده است ك

17

. Anti Parallel

A1

A2 G

B- 4شكل

A1

A2

G

G



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

28

وژ ز

تر يك تريستور را به رفتار دقيق. پشت به پشت موارد در حالت عادي قطع مي باشد

نشان داده شده است بهتر مي توان BBBB----6666كمك مدار معادل ترانزيستوري كه در شكل

.تشريح كرد

پالس جرياني اعمال شود ) GGGGپايه (يستور تراگر به گيت BBBB----6666در مدار معادل شكل

NPN , PNPNPN , PNPNPN , PNPNPN , PNPبنابر فيدبك مثبت ناشي از اتصال كلكتور و بيس ترانزيستورهاي

در اين . جريان از آند به كاتد جابه جا مي شود تا زماني كه ترانزيستورها اشباع شوند

را از آند به مانند اتصال كوتاه عمل مي كند ، البته تنها قادر است جريان تريستور حالت

.كاتد خود عبور دهد

P

N

P

N

A

B- 5شكل G

K

A

K



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

29

وژ ز

ملاحظه اي كه بايد در نظر گرفت اين است كه افت ولتاژ دو سر ترياك هنگام

ولت و يا كمي بيشتر بسته به ميزان جريان عبوري از آن مي 5555/1111روشن بودن معمولا

مصرف شده آمپر باشد توان 1111بنابراين اگر فرض كنيم كه جريان عبوري حدود . باشد

اگر توان بيشتري از منبع تغذيه دريافت . وات خواهد شد 2222تا 5555/1111در ترياك حدود

به همين دليل در منابع با توان خروجي . شود به تبع آن جريان ورودي افزايش مي يابد

.بيشتر بايد از گرماگير مناسب براي ترياك استفاده كرد

مشكلات واحد يكسوساز ورودي

ن هاي ورودي نقش ذخيره كننده انرژي را به عهده دارند با قطع از آنجا كه خاز -1111

ورودي از سيستم برق شهر انرژي زيادي در خازن ها ذخيره است و ولتاژ دو سر آنها

از طرف ديگر واحد كنترل همواره سعي مي كند تا توان ثابتي . به كندي افت مي كند

ورودي منجر به اين در خروجي تحويل دهد، براين اساس كاهش تدريجي ولتاژ

K

P

N

P

N

A

B- 6شكل G

A

K

NPN

PNP

G



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

30

وژ ز

. خواهد شد كه از ترانزيستورهاي سوئيچينگ ورودي ، جريان بيشتري عبور كند

ها تا مقدار بنابراين بعد از افت ولتاژ خازن. ادامه اين روند مشكل ساز خواهد بود

در اين صورت ديگر خازن ها . مشخص ، ديگر به واحد كنترل اجازه كار داده نمي شود

R2 , R1R2 , R1R2 , R1R2 , R1مقاومت هاي BBBB----7777در نتيجه مطابق شكل . ه شدن ندارندمسيري براي تخلي

قرار مي دهند تا خازن ها پس از گذشت C2 , C1C2 , C1C2 , C1C2 , C1را به طور موازي با خازن هاي

در اين . ثانيه حتي با قطع كامل واحد كنترل تخليه كامل شوند 20202020زماني در حدود

ر منبع تغذيه مهيا مي صورت امنيت لازم براي تعمير كار و يا هر سرويس لازم ديگر د

.شود

گيري ديگري كه با آن مواجه مي شويم جريان لحظه اي شديد عبوري از مشكل - 2222

مقدار اين جريان يورشي با توجه به . مدار به هنگام روشن كردن منبع تغذيه است

تخليه بودن خازن ها و فاز ولتاژ ورودي ممكن است بسيار زياد باشد كه مي تواند

ديودهاي بخش ورودي و عموما اتصال كوتاه آنها و يا حتي باعث باعث صدمه ديدن

براي رفع اين مشكل غالبا از يكي از روش هاي . قطع شدن فيوزهاي حفاظتي شود

:زير استفاده مي شود

NTCNTCNTCNTCاستفاده از - الف

استفاده از مقاومت و رله - ب

استفاده از مقاومت و ترياك -ج

نوريتريستور استفاده از - د



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

31

وژ ز

EMI / RFIEMI / RFIEMI / RFIEMI / RFIفيلتر ورودي

رايج ترين روش حذف نويز در بخش ورودي منابع تغذيه سوئيچينگ استفاده از

معمولا سلف تزويج شده به . براي حذف نويز تفاضلي و مشترك مي باشد LCLCLCLCيك فيلتر

و مابين هر ) XXXXخازن هاي (، در حالي كه خازن ها مابين خطوط ACACACACطور سري با هر خط

:مقادير نوعي سلف و خازن به قرار زير است . قرار مي گيرند ) YYYYخازن هاي ( خط و زمين

خط

بار

0.1 2

2.2 33

1.8 47

x

y

C mf mf

C nf nf

L mH mH

= −

= −

= −

Vin

V0 C1

C2

220

K 110

R1

R2

+

+

B- 7شكل

ورودي LCفيلتر B- 8شكل

C1 (y)

R

C2 (y)

C3 (x) C4 (x)



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

32

وژ ز

به هنگام انتخاب اجزاي فيلتر ، اطمينان از اين كه فركانس تشديد فيلتر ورودي

ACACACACطوط مابين خ RRRRمقاومت . بسيار كوچكتر از فركانس كار مدار باشد ، مهم است

مي باشد كه بر طبق استانداردهاي موجود از XXXXهاي مقاومت تخليه خازن) BBBB----8888شكل (

1: رابطه ذيل به دست مي آيد

2.21R

C=

. است XXXXجمع خازن هاي CCCCكه در اين رابطه

هاي انتشاريجريان. كنيدمشاهده مي BBBB----9999نمونه اي عملي از اين فيلتر را در شكل

شوند ، در حالي كه تضعيف مي y1111 (C(C(C(C7777) y) y) y)و خازن LLLL2222مد مشترك توسط چك مد مشترك

LLLL2222 و خازنCCCC6666 اين تضعيف مي. گردندهاي انتشاري مد تفاضلي ميموجب تضعيف جريان -

اي يا مثلثي عبوري از هاي آن ناشي از شكل موج ذوزنقهتواند در فركانس اصلي يا هارموني

به صورت تك خازن با عايق مناسب yyyy1111خازن ايمني BBBB----9999در شكل . اوليه ترانس باشد

وقتي . نشان داده شده كه براي اتصال مستقيم ميان اوليه و ثانويه در نظر گرفته شده است

بايد به ) نانوفاراد 2.22.22.22.2معمولا (نيز استفاده شود ، دو خازن بزرگتر yyyy2222از خازن استاندارد

. را در برگيرد طور سري قرار داده شوند تا ملاحظات ايمني



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

33

وژ ز

»فصل دوم «

»مبدل هاي قدرت سوئيچينگ«

B-9



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

34

وژ ز

هاي قدرت سوئيچينگمبدل

هاي از مبدل. پردازيمدر اين بخش به بررسي انواع مبدل قدرت سوئيچينگ مي

اي وجود دارد كه به ترتيب سادگي به بررسي آنها خواهيم قدرت انواع گوناگون پيچيده

.پرداخت

:شوند هاي قدرت به سه دسته كلي تقسيم ميمبدل

19بوست- يا باك 18فلاي بك - 1111

20باك - 2222

21درايو -باك - 3333

18

. Fly back 19 . Buck – Boost

20 . Buck

21 . Buck - Derived



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

35

وژ ز

اي است كه ولتاژ خروجي مي تواند بيشتر بك به گونههاي نوع فلايساختار مبدل

- اما مبدل. ) به صورت كاهنده يا افزاينده عمل مي كند( و يا كمتر از ولتاژ ورودي باشد

-هاي باكدر مبدل. معمولا به صورت كاهنده عمل مي كننددرايو و باك - هاي باك

از آنجائي ) پوش ، نيم پل و تمام پل همان طور كه بعدا خواهيم ديد - مانند پوش( درايو

شود توان خروجي نسبت به دو كه از تركيب مناسب دو مبدل فوروارد استفاده مي

.نامنداندازي قوي ميك با راهدسته قبلي بالاتر بوده و به همين دليل آن را مبدل با

:باشند ها به شرح زير ميترين مبدلبرخي از رايج

فلاي بك - 1111

فوروارد - 2222

پوش - پوش - 3333

نيم پل - 4444

تمام پل - 5555

22بلوكينگ - 6666

مدجريان - 7777

23چوك - 8888

24تايلور - شپرد - 9999

22 . Blocking

23. Cuk

24.Sheppard - Taylor



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

36

وژ ز

25 )رزونانسي( تشديد - 10101010

وارد - 11111111

ساختار و روابط شبيه به هم دارند و ) به جز مبدل تشديدي ( هاي بالا اكثر مبدل

اما مبدل تشديدي اصولا. با كمي تغيير در روابط قابل تبديل به يكديگر مي باشند

اغلب هنگامي كه بار تقريبا ( مبدل تشديدي براي موارد ويژه . ساختار متفاوتي دارد

توانند به ازاي بارهاي مختلفي كار ها مياستفاده مي شود ولي بقيه مبدل) ثابت است

هاي تشديدي معمولا بار و توان ويژه مدنظر است كه بيشينه در طراحي مبدل. كنند

هاي فوق مي توانند به هر يك از مبدل. آيد ر به دست ميراندمان به ازاي همان با

.صورت ايزوله و يا غير ايزوله مورد استفاده قرار گيرند

مبدل فلاي بك غيرايزوله

هاي سوئيچينگ كم باشد كه تقريبا در قريب به اتفاق تمامي مبدلاز ساختارهايي مي

سادگي ساختار و حجم كم از مزاياي ويژه آن . شودقدرت مورد استفاده واقع مي

25

. Resonance

Vin +

+ VL - D

+

+

C RL +

V0 -

S

C- 1شكل

IL



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

37

وژ ز

) CCCC----2222شكل ( باك - و مبدل بوست) CCCC----1111شكل ( 26در زير مدار مبدل بوست. است

.نشان داده شده است

دليل نام فلاي بك براي اين مبدل اين بوده است كه در گذشته قبل از اين كه

يد از هاي سياه و سفسيستم در منابع سوئيچينگ رايج شود در بخش افقي تلويزيون

از آن جايي كه ولتاژ زياد به هنگام . آن براي تهيه ولتاژ زياد استفاده مي شده است

( آيد به آن فلاي بك گيرد ، به وجود ميبرگشت اشعه افقي كه بسيار سريع صورت مي

بسته به اينكه ولتاژ خروجي مثبت يا منفي مدنظر . اطلاق شده است) پرواز برگشت

قطبيت ولتاژ خروجي CCCC----2222در شكل . دو نمونه فوق استفاده كردتوان از يكي از باشد مي

قطبيت ولتاژ خروجي هم جهت با ولتاژ CCCC----2 2 2 2برخلاف قطبيت ولتاژ ورودي و در شكل

26

. Boost

Vin +

D

-

-

C RL

- V0

+

S

C- 2شكل

IL +

VL -



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

38

وژ ز

با توجه به شارژ شدن در خازن مي توان قطبيت ولتاژ خروجي را تعيين ( ورودي است

. )ستور سوئيچينگ استنمادي از يك ترانزي SSSSكليد CCCC----2222و CCCC----1111در هر دو شكل . كرد

در هر دو حالت كليدها با فركانس مشخص باز و بسته مي شوند و اين روند تا

با بسته شدن كليد عمل هدايت ديودها . برقراري ولتاژ ثابت خروجي ادامه مي يابد

گيرد ، يعني در لحظه اتصال كليد هيچ انتقال قدرتي به بار خروجي نخواهيم انجام نمي

.رسدواقع هيچ انرژي به خروجي نميداشت و يا در

ترانزيستور سوئيچينگ مبدل فلاي بك

ترانزيستور سوئيچينگ مورد استفاده در اين مبدل بايد به گونه اي انتخاب شود

( در زمان خاموشي و حداكثر جريان درين ) يا كلكتور(كه تحمل حداكثر ولتاژ دررين

در مدت زمان ) ياكلكتور( ثر ولتاژ درين حداك. در زمان روشني را دارا باشد) ياكلكتور

.ولتاژ سلف قابل دست يابي است - از معادله حاكم بر جريان) براي مدناپيوسته ( قطع

:توان نوشت در مدت زمان وصل مي

in) 1111رابطه ( p in p

diV L LI ST L TV I

dtδ= = ⇒ =

به هنگام . پريود نوسانات است TTTTدوره روشني ترانزيستور و Tδكه در اين رابطه

)است كه از سلف خروجي براي مدت PnIقطع شدن ترانزيستور جريان ثانويه )1 Tδ−

′Lاگر مقدار سلف خروجي برابر با . كندعبور مي : باشد ، داريم



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

39

وژ ز

( )0 1PV L nI Tδ′= )2222رابطه ( −

2L L n′ )3333رابطه ( =

:لذا مي توان نوشت

( )( )0 1PV LI n Tδ= )4444رابطه ( −

:جايگزين نماييم ، نتيجه مي شود 1111در رابطه فوق از رابطه LLLLاگر به جاي

( )0 1inV V nδ δ= )5555رابطه ( −

:در مدت قطع عبارت است از ) يا كلكتور(حداكثر ولتاژ درين

( ) 0maxDS inV CEيــــــــــــــــــــــا V nV= + ) 6666رابطه (

: داريم 5555و در نتيجه با استفاده از رابطه

( ) ( )max

1DS inV CEيــــــــــــــــــــــا V δ= ) 7777رابطه ( −

در محدوده ) يا كلكتور( رابطه فوق به خوبي بيان مي كند براي آن كه ولتاژ درين

δδδδدر عمل حداكثر مقدار .نسبتا كوچك انتخاب شود δδδδامن نگه داشته شود بايد مقدار

نگاه V2.2 V2.2 V2.2 Vinininin 2.2را كمتر از) يا كلكتور( فرض مي شود كه حداكثر ولتاژ درين 0.550.550.550.55برابر با

بنابراين براي كار يك مبدل فلاي بك از نوع قطع خط در ولتاژ خط كشور . مي دارد

ار دوم معي. ولت استفاده شود 720720720720ايران لازم است كه از ترانزيستور با ولتاژ كار بيش از



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

40

وژ ز

به IIIIDDDD (C(C(C(Cيا ) ( يا كلكتور( كه ترانزيستور بايد آن را برآورده سازد ، جريان كار درين

:هنگام روشني است ، داريم

( )D L pI Cيــــــــــــــــــــــا I n I= = ) 8888رابطه (

معمولا جريان فوق برحسب توان خروجي مبدل و ولتاژ ورودي آن بيان مي شود

: براين اساس داريم . تر درك شودش اصلي بسياري از پارامترها راحتتا نق

20.5PoutP LI Tδ= ) 9999رابطه (

) فركانس سوئيچينگ ( ffffرا با T1 / T1 / T1 / T / 1اگر مقدار . راندمان مبدل مي باشد δδδδكه در آن

:م داريم استفاده كني 1111جايگزين كرده به علاوه از رابطه

PPPPoutoutoutout = 0.5= 0.5= 0.5= 0.5δδδδVVVVinininin δIδIδIδIPPPP ) 10101010رابطه (

: I I I I PPPPبا حل برحسب

IIIIpppp = 2 P= 2 P= 2 P= 2 Pout out out out / (δV/ (δV/ (δV/ (δVin in in in ) = I I ) = I I ) = I I ) = I I bbbb (C (C (C (C يا ) ) ) ) ) 11111111رابطه (

:داريم 0.4 = 0.48 = 0.48 = 0.48 = 8و 2.082.082.082.08با فرض

( )max

0.2D out inI C P V= )12121212رابطه (

فلاي بك چك مبدل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

41

وژ ز

از آن جايي كه چك مبدل فلاي بك در يك جهت از منحني مشخصه مغناطيسي

چنين طرحي . شود ، بايد به گونه اي طراحي شود كه هرگز اشباع نگرددراه اندازي مي

مقدار . احتياج به شكاف هوايي در هسته و حجم نسبتا بزرگ براي خود هسته دارد

:ه مشهور زير در الكترومغناطيس محاسبه كرد توان از رابطمؤثر حجم هسته را مي

0.5 v

V

E BHd= ∫ )13131313رابطه (

از آن جايي كه

2

max0.5 out LE L I= )14141414رابطه (

H B o eµ µ= )15151515رابطه (

:حاصل مي شود 13131313ط اخير در رابطه با جايگذاري رواب

max

2 2

max0.5 0.5out LL I VB o eµ µ=

:براين اساس حجم مورد نياز هسته به صورت ذيل به دست مي آيد

( ) ( )max

2 2

maxL outX o eI L Bµ µ=

حداكثر مقدار ممكن eµتوجه شود كه براي جلوگيري از اتلاف هسته بايد

.گرددمر خود موجب افزايش حجم هسته مورد نياز ميانتخاب شود كه اين ا

پوش غير ايزوله ––––مبدل پوش



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

42

وژ ز

پوش را نشان مي دهد كه در واقع ––––شكل زير ساختار مبدل غير ايزوله پوش

kkkk2222شامل دو مبدل فوروارد است كه به صورت موازي و با قطع و وصل متناوب كليدهاي

, k, k, k, k1111 كه در كنار يكديگر كار مي كنند .

راين چنين ساختاري نسبت به مبدل فوروارد توانايي انتقال قدرت بيشتري بناب

.قطع مي باشد و برعكس KKKK2222وصل است ، kkkk1111توجه شود كه در مدتي كه كليد . دارد

پوش ايزوله - مبدل پوش

پوش ايزوله در واقع متشكل از دو مبدل فوروارد است كه در فاز - مبدل پوش

آنجايي كه هر نيمه از مبدل در هر نيم سيكل سوئيچينگ توان از . متقابل كار مي كنند

.پوش برآن نهاده شده است -به بار تحويل مي دهد ، به همين دليل نام پوش

از شكل موج ها . پوش ايزوله در زير نشان داده شده است - شكل مبدل پوش

گ مشخص است كه به دليل حضور دو مجموعه ترانزيستور و ديود خروجي سوئيچين

°

Vin +

L

+

+

C RL +

V0

K1

پوش غيرايزوله -ساختار مبدل پوش

IL

+ VL - K2

D



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

43

وژ ز

مبدل فوروارد معادل كاهش مي يابد ، توجه شود %50%50%50%50جريان متوسط در هر مجموعه به

به طور همزمان هدايت كرده موجب DDDD2222 , D, D, D, D1111كه در طي خاموشي ترانزيستورها ، ديودهاي

.و تحويل توان به خروجي مي شود) مغناطيس زدايي( اتصال كوتاه خروجي ترانس



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

44

وژ ز

:مبدل نيم پل

اي ش مشكل اصلي وجود عدم تقارن عناصر مدار است ، به گونهپو -در مبدل پوش

ترين عدم تقارن باعث درست عمل نكردن مدار و احيانا سوختن كه كوچك

.ترانزيستورهاي قدرت سوئيچينگ مي شود

به طور مثال يك عدم تقارن بسيار كوچك مثلا در سيم پيچ هاي ترانس ، ترانس را

سري با ترانس ورودي CCCCSSSSل نيم پل با قراردادن يك خازن ولي در مبد. به اشباع مي برد

در دو سر خازن قرار مي گيرد و لذا طبعا در هيچ DCDCDCDCهر گونه تقارن به صورت ولتاژ

پوش عدم تقارن تصحيح مي -نخواهد داشت و برخلاف پوش DCDCDCDCحالتي ترانس مؤلفه

.شود

د ناشي از نكته قابل توجه اين است كه هرگونه عدم تقارن كه مي توان

ترانزيستورها ، ديودها و يا ترانس باشد با وجود خازن و اعمال ولتاژ مختلف در دو نيم

.سيكل به ترانس به خوبي جبران مي شود

V1

Q1

on Q2

on

IQ1

ID1

ID2

IL

Tδ T/2

موج هاي شكل

پوش -مبدل پوش

ايزوله



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

45

وژ ز

شكل موج ترانزيستورهاي سوئيچينگ و ترانس مبدل نيم پل

كل زير ترسيم شده بندي ترانزيستورها براي مبدل نيم پل در شنمونه اي از زمان

پس از . نشان داده شده است TonTonTonTonبا QQQQ1111است كه در آن زمان روشني ترانزيستور



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

46

وژ ز

روشن شده و سپس خاموش QQQQ2222ترانزيستور 1111δδδδ، با اختلاف زماني QQQQ1111خاموش شدن

. سيكل تكرار مي شود QQQQ1111صبر كرده و مجددا با روشن كردن 2222δδδδمي شود و به اندازه

.مساوي در نظر گرفته مي شود 1111δδδδ 2222 ,,,,δδδδو همچنين QQQQ2222 , Q, Q, Q, Q1111در عمل زمان روشني

با توجه به شكل . اكنون به بررسي شكل موج ولتاژ دو سر ترانس مي پردازيم

فوق ، ولتاژ هر دو نيم سيكل كاري ترانزيستورها بر روي ترانس اعمال شده و ترانس دو

در DCDCDCDCهيچ ولتاژ شكل موج با سطح زير منحني يكسان ملاحظه خواهد كرد و طبعا

.حالت پايدار دو سر آن به وجود نمي آيد

ترانس

ترانس با خازن سري

)خط چين(

Q1

Q2

A1

A3

A2

δ1 δ2

Ton

Toff

Ton

↔ ↔



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

47

وژ ز

كه به دليل عدم تقارن هاي موجود در QQQQ2222 , Q, Q, Q, Q1111اگر تأخير ميان دو ترانزيستور

عدم ( نشان داده شود QQQQ1111مدار به وجود مي آيد به صورت زيادتر شدن زمان روشني

.)نشان داده شده است QQQQ1111تقارن در زمان خاموش شدن

نخواهد داشت ولي DCDCDCDCسر ترانس به علت وجود خازن قطعا مؤلفه شكل موج دو

) AAAA1111 > A> A> A> A2222. (نيز برابر نخواهد بود AAAA2222 , A, A, A, A1111طبعا سطح زيرمنحني

سطح زير منحني ولتاژ در سيكل اول از سطح CCCCSSSSبا فرض عدم وجود خازن

ا پيد DCDCDCDCزيرمنحني ولتاژ در سيكل دوم مسلما بيشتر مي شود و ترانس مؤلفه جريان

مي كرد ، ولي با وجود خازن منحني ولتاژ كمي به سمت پايين جابجا شده و با به وجود

AAAA1 = 1 = 1 = 1 = AAAA2 + 2 + 2 + 2 + AAAA3333توجه شود كه . سطح زيرمنحني نهايي صفر خواهد شد AAAA3333آمدن سطح

در ترانس را حل مي كند ، ولي مي تواند DCDCDCDCاين جابجايي منحني ، مشكل وجود مؤلفه

از جمله اين تغييرات اين است كه شكل . مدار ايجاد كنداز جهاتي تغييراتي را نيز در

بود با اضافه شدن سطح AAAA2222 , A, A, A, A1111موج خروجي كه پيش از اين فقط ناشي از دو سطح

AAAA3333 شامل هارموني هاي جديد خواهد شد كه البته با انتخاب درستC , LC , LC , LC , L در فيلتر

ثر اين هارموني ها تنها ا. خروجي از ورود اين هارموني ها به خروجي جلوگيري مي شود

، گرم شدن ترانزيستور و تشعشع بيشتر ترانس مي باشد كه با انتخاب مناسب

.ترانزيستور و طرح درست ترانس اين مشكل نيز كم اثر خواهد بود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

48

وژ ز

27مبدل هاي مد جريان

در اين مبدل ها ، . مبدل هايي كه تا كنون بررسي شدند همگي از نوع مد ولتاژ بودند

در چنين مبدل هايي ، دو قطب ايجاد . ولتاژ خروجي نمونه برداري مي كردمدار كنترلي از

به همراه يك قطب ) يك مدار انتگرال گير( شده توسط سلف و خازن موجود در خروجي

ديگر در مسير فيدبك يا ورودي ، يك سيستم حداقل سه قطبي را تحميل مي كند كه

م چنين زمان تأخير نسبتا زياد يك ه. پايدارسازي چنين مبدل هايي را مشكل مي سازد

.سيستم مرتبه دو براي مشاهده پاسخ در خروجي چندان دلخواه طراح نمي باشد

اما در مبدل هاي مدجريان چون از جريان نمونه برداري مي كنيم يك قطب حذف

خواهد شد و در نتيجه پايدار كردن سيستم آسان تر مي شود ، همچنين اين مبدل ها

( به عبارتي خروجي سيستم ، ورودي را يا در همان سيكل . بالاتري دارند سرعت بسيار

در . دنبال مي كند) افزاينده ––––مبدل هاي كاهنده ( و يا سيكل بعدي ) مبدل فوروارد

. حالي كه در مبدل هاي مد ولتاژ ممكن است پاسخ با چندين سيكل تأخير ديده شود

مي شود ، ايدة اصلي اين مبدل همان طوري كه در شكل مبدل مدجريان ملاحظه

.مشابه مبدل بلوكينگ مي باشد

27

. Current mode Converters



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

49

وژ ز

وارد كرده و آن QQQQ1111در اين مدار پالسي با فركانس كاملا ثابت به بيس ترانزيستور

.را در لحظات خاصي قطع و وصل مي كنيم

براي توضيح طرز كار اين مبدل فرض كنيد كه در لحظه اول تريستور قطع باشد و

در اين صورت ترانزيستور روشن مي شود و جريان . وارد شود QQQQ1111به بيس پالس مثبت

شروع به افزايش كرده و در نتيجه در آن انرژي ذخيره PPPP1111سيم پيچ اوليه ترانس يعني

با گذشت زمان جريان سيم پيچي اوليه كه به صورت يك سلف عمل مي كند . مي شود

.ش مي كندشروع به افزاي I = ktI = ktI = ktI = ktبه طور خطي و مطابق رابطه

آن قدر بزرگ مي شود كه با فرمان VVVVrefrefrefrefدر مقايسه با RRRREEEEتا جايي كه ولتاژ دو سر

بر روي VVVVbiasbiasbiasbiasدر اين هنگام پتانسيل منفي . تريستور روشن شود AAAA1111مقايسه كننده

مشاهده مي شود كه مدار . قرار مي گيرد و ترانزيستور خاموش مي شود QQQQ1111بيس



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

50

اين باعث . حلقه ورودي و با حداقل تأخير انجام مي دهد

تفاوت . مي شود تصميم گيري ها لحظه اي و بسيار سريع تر از مبدل هاي مد ولتاژ باشد

فيدبك مثبت داريم و QQQQ1111درمبدل بلوكينگ از ثانويه ترانس به بيس ترانزيستور

ا و بار تغيير مي كند ، پس انتقال بهينه قدرت از طريق ترانس

، ولي ) يك ترانس نمونه ، فركانس انتقال بهينه ثابتي دارد

.در اين حالت پالس با فركانس كاملا ثابت توليد مي شود

» تقريبا « توان اين سيستم دقيقا ثابت است ، در حالي كه در بلوكينگ توان

1

2P P

wP L I

t= =

وژ ز

حلقه ورودي و با حداقل تأخير انجام مي دهدكنترلي نمونه برداري اش را در

مي شود تصميم گيري ها لحظه اي و بسيار سريع تر از مبدل هاي مد ولتاژ باشد

:هاي اين مدار با مبدل بلوكينگ عبارت است از

درمبدل بلوكينگ از ثانويه ترانس به بيس ترانزيستور -1111

ا و بار تغيير مي كند ، پس انتقال بهينه قدرت از طريق ترانس فركانس با دم

يك ترانس نمونه ، فركانس انتقال بهينه ثابتي دارد. ( صورت نمي گيرد

در اين حالت پالس با فركانس كاملا ثابت توليد مي شود

توان اين سيستم دقيقا ثابت است ، در حالي كه در بلوكينگ توان -2222

.ابت بودث

2: در واقع داريم

P PP L I

نمودارهاي جريان و ولتاژ مبدل مدجريان

وژ ز

كنترلي نمونه برداري اش را در

مي شود تصميم گيري ها لحظه اي و بسيار سريع تر از مبدل هاي مد ولتاژ باشد

هاي اين مدار با مبدل بلوكينگ عبارت است از

1111

2222

در واقع داريم

نمودارهاي جريان و ولتاژ مبدل مدجريان



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

51

وژ ز

در نمونه هاي پيشين به دليل وجود يك قطب كوچك ، مقداري لختي در پاسخ - 3333

ولتاژ خروجي يك لحظه RRRRLLLLكاهش به عبارت ديگر با تغيير و . ملاحظه مي شد

افت مي كرد و سپس جبران مي شد ، اما در اين مدار پاسخ بسيار سريع و ولتاژ

.خروجي تقريبا بدون افت است

قابليت ديگر مدار آن است كه به سادگي به يك مبدل مد ولتاژ تبديل مي شود و

مي توان ولتاژ AAAA2222گير همان طور كه در شكل زير ديده مي شود با افزودن مدار انتگرال

با سرعت بسيار AAAA1111در اين مدار . خروجي را تثبيت كرده و به مد تركيبي دست يافت

پس سيستم ابتدا . زيادتري به ورودي پله پاسخ مي دهد ولي اندكي خطاي ماندگار دارد

) AAAA2222توسط ( در مدجرياني به سرعت به ورودي پاسخ مي دهد آن گاه در مد ولتاژ

.اندگار صفر مي شودخطاي حالت م



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

52

وژ ز

يكي ديگر از مزاياي سيستم مدجريان معرفي شده آن است كه ضربان احتمالي

چرا كه در اين جا . چندان تأثيري در پاسخ ندارد VCCVCCVCCVCCموجود در تغذيه اصلي يعني

عرض پالس در ورودي متناسب با جريان اوليه ترانس كنترل مي شود ، يعني وجود

نكته قابل توجه . ر عرض پالس كنترلي سريعا جبران مي شودضربان در تغذيه ، با تغيي

MosfetMosfetMosfetMosfetآن است كه مناسب تر است تا ترانزيستور سوئيچينگ در مدار فوق از نوع

چرا كه با ولتاژ آستانه مشخص آنها به سادگي مي توان فرمان قطع و وصل را با . باشد

و قطبي دقيقا معلوم نيست ، ترانزيستورهاي د ββββارتفاع پالس مناسب تنظيم نمود ، اما

.بنابراين نمي توانيم جريان بيس لازم را دقيقا معين كنيم



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

53

وژ ز

مبدل باك

طراحي مبدل باك . مي باشد DCDCDCDCبه DCDCDCDCانداز ضعيف يك مبدل باك ، مبدل راه

وئيچينگ كه باشد و با مبدل بوست منبع تغذيه سانداز قوي بوست ميمشابه مبدل راه

و يك القاگر و يك خازن است ، مشابه ) يك ترانزيستور و يك ديود( شامل دو سوئيچ

.باشدمي

- كننده ولتاژ است اما تقسيماستفاده از مدار تقسيم DCDCDCDCترين راه كاهش ولتاژ ساده

هاي ولتاژ اتلاف انرژي دارند ، چون اين مدارها اضافه ولتاژ را به شكل گرما از كننده

با ولتاژ ورودي تغيير ( مي دهند و همچنين ، ولتاژ خروجي تنظيم شده نمي باشد دست

( يك مبدل باك ، به عبارت ديگر ، مي تواند داراي بازدهي فوق العاده باشد ) . كندمي

و تنظيم خودكار مبدل باك باعث مي ) مي باشد% 95959595براي مدارهاي انتگرال گير بالاي

ولت در زير لپ 12121212-24242424شد مانند تبديل ولتاژ باطري شود وظايف كاربردي داشته با

.تاپ كه براي پردازش كردن به ولتاژ كمي نياز دارد

1111شكل

پياده سازي مدار مبدل باك



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

54

وژ ز

معمولا يك ( پياده سازي مبدل باك كاملا ساده است با يك القاگر و دو سوئيچ

باك در اتصال القاگر به منبع مدار. كه القاگر را كنترل مي كند) ترانزيستور و يك ديود

.ولتاژ براي ذخيره انرژي در القاگر و خالي كردن بار القاگر به صورت متناوب عمل مي كند

2222شكل

مد پيوسته مبدل باك

در طول ) IIIILLLL( يك مبدل باك در مد پيوسته عمل مي كند اگر جريان وسط القاگر

كلي عمل كردن مدار در نمودارهاي در اين مد قاعده . تبديل متناوب به صفر نرسد

:توصيف شده است 4444شكل

3333شكل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

55

وژ ز

، ) 2222حالت روشن ، شكل بالايي شماره ( بسته است 3333زماني كه كليد در شكل

0Lولتاژ مياني القاگر برابر با iV V V= − جريان مياني در القاگر به صورت خطي . مي باشد

باياس معكوس است ، هيچ جرياني VVVVيود در منبع ولتاژبه عنوان مثال د. رشد مي كند

.در ديود جاري نيست

، ديود در حالت با ) 2222حالت خاموش ، شكل پاييني شماره ( زماني كه كليد باز است •

0LVولتاژ مياني القاگر برابر است با . ياس مستقيم مي باشد V= − با صرف نظر از (

LIجريان )نشست ديود .افزايش مي يابد

21: برابر است با LLLLانرژي ذخيره شده در القاگر

2LE L I= ×

بنابراين ، ديده مي شود كه انرژي ذخيره شده در سلف در زمان روشن شدن

خاموش شدن كاهش و سپس انرژي ذخيره در زمان ) IIIILLLLمانند افزايش ( يابد افزايش مي

.قابل استفاده در انتقال انرژي از ورودي به خروجي مبدل است LLLL. يابدمي

:مي تواند از فرمول زير محاسبه شود IIIILLLL سرعت تغيير

LI

L

t

dV L

d=



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

56

وژ ز

است VVVVoooo ---- در زمان روشن شدن و معادل با VVVVoooo VVVViiii ---- معادل است با VVVVLLLLوقتي كه

ين افزايش جريان هنگام روشن شدن توسط فرمول زير در زمان خاموش شدن بنابرا

:بدست مي آيد

( )0

0

.ton

iLLon

V V tonVI dt

L L

−∆ = =∫

به طور مشابه افزايش جريان در هنگام خاموش شدن توسط فرمول مقابل بدست مي

:آيد

( )0

0

.toff

iLLoff

V V tonVI dt

L L

−∆ = =∫

شده اگر فرض مي كنيم مبدل باك در حالت پايدار عمل مي كند ، انرژي ذخيره

با انرژي در ابتداي تبديل دوره تناوب TTTTتركيب كننده در پايان تبديل با دوره تناوب

نگاه كنيد به شكل ( برابر است t = T , t = 0t = T , t = 0t = T , t = 0t = T , t = 0در IIIILLLLبه عبارت ديگر جريان . برابر است

4444 (0Lon Loff

I I∆ + ∆ :و بنابراين از معادلات بالايي مي توان نوشت =

اي بالايي را مي توان از روي شكل به دست آورد و داراي يك مقدار انتگرال ه

.مشخص نيست



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

57

وژ ز

4444شكل

متناسب با ∆LoffI متناسب با مساحت ناحيه زرد رنگ است و ∆LonI، 4444در شكل

سطح قرمز مساحت ناحيه نارنجي رنگ است و مساحت اين نواحي توسط ولتاژ القايي

.رنگ مشخص مي شود

اين مساحت ها به آساني . مساحت اين مستطيل ها به سادگي به دست مي آيند

). مي توانند مشخص شوند )0iton V V× 0toffبراي مستطيل زردرنگ و − V− براي ×

.يد برابر باشندبراي حالت پايدار ، اين مساحت ها با. مستطيل نارنجي رنگ

.ديده مي شود ، 4444در شكل . , .D toff T D T ton D T= − يك مقدار اسكالر =

: نتيجه مي شود . ناميده مي شود 0 ,01 ,01 ,01 ,1است كه بهره با مقدار بين

( ) ( )0 0. . . . 0iV V D T V T D T− − − =

0: معادله فوق مي تواند مجددا به صورت مقابل نوشته شود . iV DV=

0 : دار بهره برابر است با مق

i

VD

V=

از اين معادله ، مي توان فهميد كه بهره ولتاژ خروجي مبدل به صورت خطي با

.ولتاژ ورودي تغيير مي كند



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

58

وژ ز

1111نمي تواند بيشتر از DDDDبهره TTTTو دوره متناوب ttttononononبرابر است با نسبت بين DDDDبهره

0راين ،بناب. باشد iV V≤ اين معادله اشاره مي كند به اين كه مبدل راه انداز ضعيف است ،.

ولتاژ ( كاهش مي يابد 3v3v3v3vبه 12v12v12v12vبنابراين ، به عنوان مثال ، در مرحله بعدي

1خروجي معادل است با

4-دارهاي ايدهدر م %25%25%25%25مقدار لازم براي بهره ) ولتاژ ورودي

.آل از نظر علمي ثابت شده است

مدناپيوسته

در بعضي موارد ، مقدار مورد نياز توسط بار به اندازه كافي كوچكي در زماني كمتر

.از كل دوره تناوب تبديل ، منتقل مي شود

تنها . در اين مورد ، جريان القاگر در طول بخشي از دوره تناوب به صفر مي رسد

كلي توصيف شده در بالا اين است كه القاگر به طور كامل بارش را در تفاوت در قاعده

)5555نگاه كنيد به شكل . ( انتهاي دوره تبديل تخليه مي كند

ما فرض مي . ديده مي شود كه به هرحال ، مقداري تأثير روي معادلات قبلي دارد

و انتهاي دوره بنابراين ، انرژي القاگر در ابتدا. كنيم كه مبدل در حالت پايدار است

)در مدناپيوسته ، مقدار آن برابر صفر است( تناوب برابر است

برابر صفر است ، همچنين مساحت ) VVVVLLLL(به عبارت ديگر ، مقدار متوسط ولتاژ القاگر

:شود بنابراين نتيجه مي. برابر است 5555مستطيل هاي زرد و نارنجي در شكل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

59

وژ ز

( )0 0. . . . 0iV V D T V Tδ− − =

0iV: برابر است با δδδδمقدار بنابراين VD

Lδ

−=

5555شكل

ثابت است ، فرض مي كنيم كه خازن ) 0I(جريان خروجي تحويل داده شده به بار

. ترمينال هاي دوره تبديل القاء شودخروجي به اندازه كافي بزرگ باشد تا ولتاژ در طول

اين فرض دلالت مي كند كه جريان جاري شده در خازن داراي مقدار متوسط صفر

0LI: بنابراين داريم . است I=

وقتي كه L

I مشاهده مي 5555ور كه در شكل مقدار متوسط جريان القايي مي باشد ، همانط

به LIشود ، شكل موج جريان القايي مستطيل شكل مي باشد ، بنابراين ، مقدار متوسط

:صورت هندسي جور مي شود به شكل زير

( )max

max max 0

1 1 1. . . .

2 2 2

L

L L L

I DI I D T I T I

T

δδ

+ = + = =



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

60

وژ ز

به اين . رسد مي IIIILmaLmaLmaLmaxxxxبه ttttononononجريان القايي در ابتدا برابر صفر است و اين جريان تا زمان

:معادل است با IIIILmaxLmaxLmaxLmax كه معني

0max

.i

L

V VI D T

L

−=

:در معادله قبلي نتيجه مي دهد IIIILmaxLmaxLmaxLmaxجانشين سازي مقدار

( ) ( )0

0

.

2

iV V D T DI

L

δ− +=

:در عبارت داده شده در بالا نتيجه مي دهد 8888و جانشين سازي

( )0

0

0

.

2

ii

V VV V D T D D

VI

L

−− +

=

: به صورت زير است عبارت نهايي 0

0

2

1

2 .1

. .

i

i

V VL I

D V T

=

+

.ولتاژ خروجي در مبدل باك در مدناپيوسته از حالت دوم در مدپيوسته پيچيده تر است

نيست، اما به ولتاژ DDDDبه علاوه ولتاژ خروجي اكنون تنها تابع ولتاژ ورودي و بهرة

.وابسته است) IoIoIoIo(و جريان خروجي ) TTTT(وب تبديل ، دورة تنا) LLLL(القايي



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

61

وژ ز

مبدل بوست

خروجي dcdcdcdcيك مبدل قدرت با ولتاژ ) مبدل راه انداز قوي( يك مبدل بوست

.ورودي است dcdcdcdcبزرگتر از ولتاژ

مبدل بوست بخشي از منبع تغذيه سوئيچينگ است كه شامل دو كليد نيمه

فيلترهاي . ره انرژي كوچك مي باشد و عنصر ذخي) يك ديود و يك ترانزيستور( هادي

اين مبدل از تركيب القاگر و خازن ساخته مي شوند و غالبا خروجي مبدل را براي بهبود

. اجرا افزايش مي دهند

28كاربرد مبدل بوست

باتري سيستم را تقويت مي كند اغلب باتري هاي بزرگ در حالت سري ولتاژ بالا

ي هاي بزرگ در ولتاژ بالاتر به علت كمبود جا امكان به هر حال ، باتر. توليد مي كنند

مبدل هاي بوست مي توانند ولتاژ را افزيش دهند و تعداد سلول ها را . ندارد به كار روند

دو باتري كم قدرت كه قابليت اجرا در مبدل بوست دارند يكي از آنها . كاهش دهند

وسيله الكتريكي . ايل الكتريكي هايبريد و ديگري سيستم هاي روشنايي مي باشدوس

را مورد 500V500V500V500Vهايبريد در تويوتا شامل موتوري است كه ولتاژهاي تقريبا برابر با

باتري براي راه اندازي 417417417417بدون مبدل بوست ، تويوتا نياز به . استفاده قرار مي دهد

28

. Boost Converter



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

62

وژ ز

باتري استفاده مي كند و ولتاژ باتري در 168168168168نها يك تويوتاي واقعي ت. موتور دارد

.ولت است 500500500500ولت تا 202202202202بوست ها برابر

مبدل هاي بوست در وسايل با مقياس كوچكتر قابليت اجرا دارند مانند سيستم

براي انتشار نور نياز دارد وي ك 3.3v3.3v3.3v3.3vسفيد به LEDLEDLEDLEDيك . هاي روشنايي قابل حمل

سلول قليايي براي روشن كردن لامپ افزايش 1.5V1.5V1.5V1.5Vز مبدل بوست مي تواند ولتاژ را ا

.دهد

مبدل هاي بوست همچنين مي توانند عمليات تبديل ولتاژهاي بالاتر را در لامپ

و بعضي از چراغ LCDLCDLCDLCDهاي فلورسنت به شكل كاترسرد در وسايل مانند زمينه نوري

.قوه ها اجرا كنند

تحليل مداري مبدل بوست

.حالت مجزا است 2222امل اصول اجراي مبدل بوست ش

بسته است و افزايش جريان القايي ) 1111نگاه كنيد به شكل ( SSSSدر حالت روشن ، كليد

.را نتيجه مي دهد

در حالت خاموش ، كليد باز است و تنها مسير پيشنهاد شده براي القاي جريان ديود

وخته شده در اين نتايج در انتقال انرژي اند. مي باشد RRRRو بار CCCCو خازن DDDDفلاي بك

.حالت روشن در خازن حاصل مي شود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

63

جريان ورودي ناپيوسته است و بازه اش برابر جريان القايي خيلي بزرگ تا صفر مي

موجك بزرگ معمولا به يك خازن باي پس ورودي بزرگ براي كاهش امپدانس

وژ ز


موجك بزرگ معمولا به يك خازن باي پس ورودي بزرگ براي كاهش امپدانس . باشد

.منبع نياز دارد

1111شكل

2222شكل

وژ ز


باشد

منبع نياز دارد



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

64

وژ ز

مد پيوسته در مبدل بوست

ي كه يك مبدل بوست در مد پيوسته عمل مي كند ، جريان القايي وقتLI به صفر

انواع شكل موج هاي جريان و ولتاژ در مبدل در حال اجراي 3333شكل . افت نمي كند

.مدپيوسته را نشان مي دهد

آل ولتاژ خروجي مي تواند به صورت زير محاسبه شود ، بخشي از يك مبدل ايده

:در شرايط ثابت عمل مي كند

بسته است ، كه باعث مي شود SSSSزماني كه مبدل در حالت روشن مي باشد ، كليد

)ولتاژ ورودي )iV در القاگر ظاهر شود ، به طوري كه منجر به تغيير جريان( )LI جاري

:مي شود و توسط فرمول زير مشخص مي شود (t)(t)(t)(t)در القاگر در طول يك دوره تناوب

iLVI

t L

∆=

∆

:را داريم بنابراين LIدر انتهاي حالت روشن ، افزايش جريان

.

0

. .D T

i iLon t

V V D TI d

L L∆ = =∫



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

65

TTTTتبديل اين فرمول نشان مي دهد كسري دوره تناوب

وقتي كه ( 1111و ) هميشه خاموش باشد

باز است ، بنابراين جريان SSSSزماني كه مدار در حالت خاموش است ، كليد

ه ولتاژ صفر سقوط كند و القاگر در بار جاري مي شود ، اگر ما فرض كنيم ولتاژ ديود ب

خازن را به اندازه كافي بزرگ در نظر بگيريم براي اينكه ولتاژ ثابت باقي بماند ،

:ناوب خاموشي برابر است با

وژ ز

3333شكل

DDDD اين فرمول نشان مي دهد كسري دوره تناوب . مقدار بهره مي باشد

.هنگامي كه كليد روشن است

هميشه خاموش باشد SSSSوقتي كه كليد ( بين صفر DDDDبنابراين رنج

.است) هميشه روشن باشد SSSSكليد

زماني كه مدار در حالت خاموش است ، كليد

القاگر در بار جاري مي شود ، اگر ما فرض كنيم ولتاژ ديود ب


ريسة L

I برابر است با : 0

LI

i

dV V L

dt− =

بنابراين ، تغييرات L

I ناوب خاموشي برابر است با در طول دوره ت

وژ ز

هنگامي كه كليد روشن است

كليد

القاگر در بار جاري مي شود ، اگر ما فرض كنيم ولتاژ ديود ب


ريسة

بنابراين ، تغييرات



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

66

وژ ز

( )( ) ( )( )1

0 0

0

1D T

i t i

Loff

V V d V V D TI

L L

−− − −

∆ = =∫

هرگاه فرض كنيم كه مبدل در حالت پايدار عمل مي كند ، مقدار انرژي ذخيره

در . شده در هر بخش تركيب كننده برابر است با دوره تناوب در ابتدا و انتهاي تبديل

:محاسبه مي شود حالت ويژه اي ، انرژي ذخيره شده در القاگر به صورت زير

21.

2L

E L I=

بنابراين ، واضح است كه جريان القاگر بايد با دوره تناوب در ابتدا و انتهاي تبديل

:اين مسأله مي تواند به صورت زير بيان شود . برابر باشد

0Lon LoffI I∆ + ∆ =

با جانشين كردن LonI∆ وLoffI∆ به عبارت زير منجر مي شود:

( )( )01. .

0ii

Lon Loff

V V D TV D TI I

L L

− −∆ + ∆ = + =

0: اين عبارت مي تواند نوشته شود به صورت مقابل 1

1i

V

V D=

−

: از اين عبارت مي توان بهره را به صورت مقابل به دست آورد 0

1 iVD

V= −



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

67

( از عبارت بالايي مي توان ديد ولتاژ خروجي هميشه بزرگتر از ولتاژ ورودي است

زيادمي شود ، از نظر علمي زماني

به اين مبدل گاهي اوقات به . است ولتاژ خروجي بي نهايت مي شود

در بعضي از بخش ها ، مقدار انرژي مورد نياز توسط بار به اندازه كافي كوچك در

در اين بخش ، جريان . مدت زماني كمتر از كل دوره تناوب تبديل منتقل مي شود

قاعدة تنها تفاوت در . عبوري از القاگر در بخشي از دوره تناوب به صفر افت مي يابد

كلي توصيف شده در بالا اين است كه القاگر در پايان دوره تناوب دوره تبديل كاملا

وژ ز

از عبارت بالايي مي توان ديد ولتاژ خروجي هميشه بزرگتر از ولتاژ ورودي است

زيادمي شود ، از نظر علمي زماني DDDDو ولتاژ خروجي با ) تغيير مي كند 1111بهره از صفر تا

DDDD است ولتاژ خروجي بي نهايت مي شود 1111نزديك

.مرتبه بالا رجوع مي شود عنوان مبدل

مد ناپيوسته

در بعضي از بخش ها ، مقدار انرژي مورد نياز توسط بار به اندازه كافي كوچك در

مدت زماني كمتر از كل دوره تناوب تبديل منتقل مي شود

عبوري از القاگر در بخشي از دوره تناوب به صفر افت مي يابد


)نگاه كنيد 4444به شكل شماره . ( تخليه مي شود

4444شكل

وژ ز

بهره از صفر تا

DDDDكه

عنوان مبدل

مد ناپيوسته

مدت زماني كمتر از كل دوره تناوب تبديل منتقل مي شود

عبوري از القاگر در بخشي از دوره تناوب به صفر افت مي يابد


تخليه مي شود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

68

وژ ز

اگر چه اين مقدار ناچيز است ، اين تفاوت تأثير زيادي روي معادله ولتاژ خروجي

:د اين معادله مي تواند به صورت زير محاسبه شو. دارد

جريان القاگر در ابتداي دوره تناوب برابر صفر است ، اين جريان داراي بيشترين

)مقدار است )maxLI وقتي كه.t D T= مي باشد : max

. .i

L

V D TI t

L=

: Tδ.مي رسد بعد از زمان به صفر LIزمان دوره تناوب خاموشي ،

( )0

max

. .0

i

L

V V TI t

L

δ−=

:برابر است با δδδδدر دو معادله قبلي مورد استفاده ،

0

.i

i

V D

V Vδ =

−

)معادل با جريان متوسط ديود 0Iجريان بارگذاري )DI همانطوري كه در . است

. ديده مي شود ، جريان ديود معادل با جريان القاگر در حالت خاموش است 4444شكل

:بنابراين جريان خروجي مي تواند به صورت زير نوشته شود

max0

2

LD

II I δ= =

:توسط عبارات مربوط به خود عبارت زير نتيجه مي شود δو maxLIبا تغيير جا دادن

( )

2 2

0

0 0

. .. . .

2 . 2

ii i

i i

V D TV D T V DI

L V V L V V= =

−



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

69

وژ ز

:بنابراين ، بهره ولتاژ خروجي مي تواند به صورت زير نوشته شود

2

0

0

. .1

2 .

i

i

V V D T

V L I= +

عبارات با ولتاژ خروجي در مد پيوسته مقايسه شده و باعث پيچيده تر شدن آنها

.ده استش

وابسته DDDDبنابراين در حالت ناپيوسته ، بهره ولتاژ خروجي تنها به دوره تناوب

نيست و به مقدار القاگر ، ولتاژ ورودي ، فركانس سوئيچينگ و جريان خروجي هم

. وابسته است

» فصل سوم «

»ادوات قدرت سوئيچينگ«

»ديودهاي قدرت«

نيمه هادي قدرت نقش مهمي را در مدارهاي الكترونيك قدرت ايفا مي ديودهاي

ديود به عنوان كليدي عمل مي كند كه در مدارهاي مختلف براي انجام عمليات . كنند

، عمل هرزگردي در تثبيت كننده ها ، DCDCDCDCبه ACACACACيكسوسازي غيركنترل شده و توان



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

70

وژ ز

ر ، جداسازي ولتاژ ، فيدبك انرژي معكوس سازي بار خازن و انتقال انرژي بين اجزاء مدا

در بيشتر كاربردها ، . از بار به منبع و آزادسازي انرژي ذخيره شده به كار مي رود

ديودهاي قدرت را مي توان به صورت يك كليد ايده آل در نظر گرفت ، اما ديودهاي

.واقعي با مشخصه هاي ايده آل مطابقت ندارند و محدوديت هاي ويژه خود را دارند

هر چند با . مي باشند PPPP----NNNNديودهاي قدرت تا حدودي مشابه ديودهاي سيگنال پيوند

اصلاحاتي كه صورت گرفته است ، ديودهاي قدرت توانايي كار در محدودة جريان ،

.ولتاژ و توان بالاتري را نسبت به ديودهاي سيگنال معمولي دارند

در مقايسه با ديودهاي آن ها) يا پاسخ فركانسي( از طرف ديگر سرعت كليدزني

هر چند اين محدوديت با توجه به كاربرد ديودهاي قدرت كه عموما . سيگنال پايين تر است

.در محدودة فركانسي پايين تري مورد استفاده قرار مي گيرند مشكلي به وجود نمي آورد

ساختمان ديودهاي قدرت

و در خلال بررسي ساده هستند PPPP----NNNNنيمه هادي هايي كه داراي تنها يك اتصال

ديودهاي با قدرت كم مورد بررسي قرار مي گيرند ، نمي توانند در ساختمان ديودهاي با

قدرت بالا به كار روند چرا كه اين گونه ديودها بايد علاوه برعبور جريان هاي مستقيم

شديد قادر به تحمل ولتاژهاي معكوس بالاتري نسبت به حالت عادي باشند ، براي حل

.استفاده مي شود P,NP,NP,NP,N----,N,N,N,Nكل از يك تركيب سه لايه به صورت اين مش

ترانزيستور دو قطبي قدرت سوئيچينگ



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

71

وژ ز

تا حدودي مي دانيم كه به هنگام روشن شدن ترانزيستور ، در ابتدا زماني طول

ولت پتانسيل به وجود 0.70.70.70.7اميتر آن شارژ شده و در آن - مي كشد تا خازن اتصال بيس

.بيايد

اين . د شده در اين اتصال الكترون ها را به بيس مي رساندسپس ميدان ايجا

. اميتر به اتصال كلكتور خواهند رسيد -الكترون ها به طريق پخشي از مرز اتصال بيس

بيس ، حامل هاي اقليت انباشته شده - آن گاه ميدان قوي ايجاد شده در اتصال كلكتور

اميتر را - ي كنيم ولتاژ بيسحال فرض م. در بيس را از طريق كلكتور خارج مي كند

در اثر ( اميتر تخليه مي شود - قطع كنيم ، در ابتدا خازن به وجود آمده در اتصال بيس

سپس بارهاي انباشته شده در بيس از طرف اميتر به كلكتور كه ) . گرايش معكوس

براي تخليه سريع اين حامل هاي اقليت لازم است از . چگالي بار كمتر است ، مي روند

.يس جريان منفي بگذردب

- +

- +

- +

- +

- +

º E

N+

+ -

2BI−

E 1BI

B

C P N

º

º

NPNدو قطبي شماي داخلي يك ترانزيستور D-1شكل

حامل اقليت



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

72

وژ ز

D-2

اميتر يك ترانزيستور -اميتر و ولتاژ كلكتور -شكل بعدي شكل موج ولتاژ بيس

.دو قطبي را كه توسط جريان بيس تحريك شده است نشان مي دهد

ترانزيستورزمان انباشتگي

( )stgt

زمان افت

( )ft

مان خيز ز

( )rt

زمان تأخير

( )dt

حداكثر فركانس

( )maxf

2 دو قطبي secµ≈ 0.1 secµ≈ 0.5 secµ≈ 0.2 secµ≈ 75KHZ≤

DDDD----3333جدول

ttttdddd : اميتر براي - عبارت است از مدت زمان صرف شده براي شارژ خازن پيوند بيس

:كاهش اين زمان دو روش وجود دارد



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

73

وژ ز

در اغلب مدارها از اين روش . ايجاد قله بسيار شديد لحظه اي در جريان بيس - 1111

.استفاده مي شود

اميتر - كاهش مساحت بيس - 2222

ttttstgstgstgstg :دت زمان لازم براي تخليه حامل هاي اقليت ناحيه بيس كه عبارت است از م

راه حل كاهش آن ايجاد جريان منفي در بيس . معمولا بيش ترين تأخير را ايجاد مي كند

مي باشد و يا اين كه براي كاهش اين زمان الكترون هاي انباشته شده را به دام حفره ها

عمول در ناحيه بيس ، قدري ناخالصي براي اين منظور علاوه برناخالصي م. مي اندازيم

ββββطلا اضافه مي كنند كه با ايجاد ترازهاي تله الكترودها باز تركيب شوند ، با اين روش

.ترانزيستور نيز كاهش مي يابد

ttttfallfallfallfall : ناشي از ثابت زمانيCR C µ پس راه حل كاهش آن ، كاهش مقاومت . مي باشد

.اهمي كلكتور است

ttttriseriseriserise : ناشي از عبور حامل ها از عرض بيس و رسيدن آن ها به كلكتور در اثر پديدة

.پخشي مي باشد

مي توانيم عرض بيس را كوچك كنيم ولي اين كار مشكل پايين ttttriseriseriseriseبراي كاهش

پس اين روش عملي نيست و بايد مقداري . آمدن ولتاژ شكست را به وجود مي آورد

ttttriseriseriserise همچنين مي توانيم . ترا هميشه پذيرفttttriseriseriserise را با دست كاري ناخالصي هاي ناحية



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

74

وژ ز

در اين روش چگالي ناخالصي بيس را غير يكنواخت مي گيرند ، . بيس كاهش دهيم

----PPPPو در طرف اتصال اميتر ، چگالي ناخالصي +P+P+P+Pيعني در طرف كلكتور ناخالصي بيس

ا سريع تر از اميتر به باشد ، پس يك ميدان داخلي ايجاد مي شود كه الكترون ها ر

شكل ( البته اين روش از نظر تكنولوژي ساخت محدوديت هايي دارد . كلكتور مي راند

DDDD----5555.(

چنين برمي آيد كه با استفاده از ترانزيستور دو قطبي DDDD----3333از اطلاعات جدول

كيلوهرتز انتخاب شود و اين امر از 75757575فركانس سوئيچينگ حداكثر مي تواند برابر با

ناشي مي شود كه براي اين نوع ترانزيستور زمان انباشتگي در حدود ميكرو ثانيه آن جا

در اين صورت . باشد ttttstgstgstgstg = 2 = 2 = 2 = 2 µµµµssssبراي بهتر مشخص شدن موضوع فرض كنيد . است

ميكروثانيه لحاظ شود و اين 2222فاصله بين روشن شدن هاي ترانزيستور ، حداقل بايد

:يعني

( )611 10 2 10 50sw swf f KHZ

T

−<< → ≤ × × =

. بنابراين دليل كم بودن فركانس سوئيچينگ ، زياد بودن زمان انباشتگي است

البته بارهاي . پس بايد ميزان بارهاي انباشته در بيس ترانزيستور دو قطبي حداقل گردد

كلكتور ، در - اميتر و بيس - انباشته به اين علت به وجود آمده اند كه هر دو پيوند بيس

.اند گرايش موافق قرار گرفته

BI+

BI



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

75

وژ ز

( كلكتور ، در گرايش فوق قرار نگيرد - اكنون اگر مداري طرح شود كه ديود بيس

ميزان انباشتگي بارها در بيس كم ) ترانزيستور اشباع نشود و در ناحيه فعال قرار گيرد

:براي انجام اين كار مدارهاي زير طرح مي شوند . تر مي گردد

29مدار دارلينگتون - 1111

30مپكل - مدار بيكر - 2222

29

. Darlington

N− N

+ P − P +

E B C

D- 5شكل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

76

وژ ز

مدار دارلينگتون

مشخص است كه ترانزيستور DDDD----6666با توجه به شكل 2

Q هرگز نمي تواند به ناحية

است كه همواره از اين امر ممانعت به عمل 1Qاشباع رود و دليل آن ، وجود ترانزيستور

يان بيس ترانزيستور همان طور كه ديده مي شود جر. مي آورد2

Q تقريبا( )1 1β برابر +

)حساب شود ، 2Qاست ، اگر جريان كلكتور 1Qجريان بيس ترانزيستور )2 11β β +

برحسب جريان ββββاست كه عدد بزرگي است اما برطبق منحني 1Qبرابر جريان بيس

بزرگ ممكن ββββاگر جريان كلكتور كم شود ، دست يافتن به DDDD----7777كلكتور مطابق شكل

نيست به همين علت مقاومت 2

R اميتر ترانزيستور - موازي بيس2

Q ه مي قرار داد

عبور مي 1Qشود تا مقداري جريان از آن عبور كند و در نتيجه جرياني كه از كلكتور

.افزايش مي يابد 1Qترانزيستور ββββكند افزايش يافته و به تبع آن مقدار

30

. Backer Clamp

+

D 1R

º

2R

1Q

2Q

1Q º

º شكلD- 6 آرايش دارلينگتون



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

77

وژ ز

)اين مقاومت زمان انباشتگي . لكرد ديگري نيز داردعم 2Rمقاومت )stgt را با

كاهش مي دهد و از 2Qاميتر ترانزيستور - برقراري مسيري جهت تخلية خازن بيس

طرفي جريان نشتي 1Q عبور از كه در اثر حرارت ايجاد مي شود به جاي

2Q 2ازR مي

مي تواند قطع باشد در 2Q. گذرد و به اين ترتيب در زماني كه پالس ورودي منفي است

.حالي كه اگر اين مقاومت نبود جريان هاي نشتي مانع از تحقق اين امر مي شدند

نشتي ترانزيستور نيز همان مطالبي كه براي ترانزيستور دوم ذكر در مورد جريان

است ؛ اما وظيفه ديود 2Rشد عينا صادق است يعني اين ترانزيستور نيز نيازمند مقاومت

B −

CI O

maxB

مقدار بهرة جريان ترانزيستور دو قطبي برحسب جريان كلكتور آن D- 7شكل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

78

وژ ز

DDDD اين ديود زماني كه پالس ورودي منفي است ، در گرايش . نياز به توضيح بيشتر دارد

اميتر -فته و پالس ورودي كه در مدت كوتاهي منفي است سريعا به بيسموافق قرار گر

زمان انباشتگي را 2Qترانزيستور دوم مي رسد و با تخليه سريع بارهاي موجود در بيس

بنابراين با اين ساختار فركانس كار مي تواند افزايش قابل . به شدت كاهش مي دهد

.توجهي يابد

CEVهمواره در ناحية فعال قرار دارد ، در نتيجه 2Qحالت روشني ، ترانزيستور در

باشد ، در حالي كه اگر آن قابل ملاحظه است و به همين دليل تلفات آن زياد مي

ترانزيستور اشباع مي باشد ، CEV ندك و قابل صرف نظر داشت ، در نتيجه تلفات بسيار ا

.آن كم مي شد

كلمپ - مدار بيكر

3اگر ورودي مثبت باشد ديودهاي DDDD----8888با توجه به مدار شكل 2 1, ,D D D هدايت

3D، از آنجائي كه 3Dتا 1Dدر حلقه شامل KVLKVLKVLKVLبا نوشتن . قطع است 4Dمي كنند و

:ولت است ، داريم 0.150.150.150.15از نوع شاتكي با ولتاژ هدايت حدود

0.15ولت 0.7 0.7 0 0.15CB CBV V− + + − = → =

ا در ، هرگز به اشباع نمي رود ام 1Qاز اين رابطه نتيجه مي شود كه ترانزيستور

هدايت كرده و ديودهاي 4Dدر پالس ورودي منفي ، ديود . نزديكي اين منطقه قرار دارد



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

79

وژ ز

3 2 1, ,D D D 1قطع اند و در نتيجه بارهاي انباشته در بيس ترانزيستورQ سريعا تخليه

ممكن است اين سؤال پيش بيايد كه . احية قطع مي رودمي شود و اين ترانزيستور به ن

جهت افزايش ) ترانزيستور شاتكي ––––منطق ترانزيستور ( TTLTTLTTLTTLچرا از آرايش شاتكي

سرعت سوئيچينگ استفاده نشده است ؟ براي جواب به اين سؤال به آرايش مدار

مثبت در اين جا به ازاي پالس. ترسيم شده توجه كنيد DDDD----9999كه در شكل TTLTTLTTLTTLشاتكي

0.15CBVولت هدايت مي كند و 0.150.150.150.15، ديود شاتكي با ولتاژي برابر با .ولت مي گردد =

اين ولتاژ براي به اشباع بردن ترانزيستور كافي نيست و همانند قبل ترانزيستور

مسئله اصلي اين جا است كه ولتاژ شكست . در نزديكي ناحية اشباع قرار مي گيرد

ولت است ، اما در مدارهاي تغذية سوئيچينگ ولتاژ 70707070تا 60606060شاتكي معمولا ديودهاي

. ولت مي رسد 300300300300اميتر ترانزيستور سوئيچينگ در هنگام قطع به حدود - كلكتور

اما با توجه به ولتاژ . يعني ديود در گرايش مخالف بايد اين ولتاژ نسبتا زياد را تحمل كند

امر ممكن نيست پس اين آرايش نمي تواند مفيد شكست كم ديودهاي شاتكي ، اين

.باشد



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

80

وژ ز

فت قدرت سوئيچينگترانزيستور ماس

كلمپ -مدار بيكر D-8شكل

TTLجهت افزايش سرعت در مدارهاي TTLمدار شاتكي D-9شكل



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

81

وژ ز

با توجه به اين شكل متناسب با مقدار . را در نظر بگيريد DDDD----10101010شكل GSV از درين

به دليل مقاومت GIي در شرايط پايدار ، جريان عبوري از گيت يعن. جرياني عبور مي كند

ورودي اين نوع از ترانزيستورها بسيار كوچك و تقريبا برابر صفر مي باشد ولي اين مقدار

از آن جا كه مدارهاي . برقرار است) بعد از لحظات اوليه( فقط در شرايط استاتيكي

سوئيچينگ فركانس قطع و وصل نسبتا زياد است ، تغييرات GI در شرايط كار ديناميكي

فت قابل توجه است و لازم است در اين حالت جريان نسبتا زيادي براي گيت تأمين ماس

به دليل . شود در غير اين صورت توان تلفاتي ترانزيستور افزايش شديدي خواهد يافت

GD,فلز گيت با سورس و درين ، دو خازن -هم پوشي اكسيد GSC C به ( تشكيل مي شود

بزرگ تر GDCخازن كانال را هم شامل مي شود از GSCچون ) توجه شود DDDD----11111111شكل

سه برابر دو تا GSCدر ترانزيستورهاي قدرت ، بنا به نوع ترانزيستور انتخابي ، . است

GDC مي باشد.

D-10

D-11



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

82

وژ ز

جريان درين 2A2A2A2Aمقادير نمونه براي اين خازن ها در يك ترانزيستور ، با حداكثر

10برابر با , 50GD GSC pf C pf= .است =

فت زيادتر باشد ، عرض كانال هرچه حداكثر جريان سوئيچينگ ترانزيستور ماس

مثلا براي . ست ، در نتيجه اندازه اين خازن ها بزرگ تر خواهد بودنيز بزرگ تر ا

100ترانزيستور با حداكثر جريان مجاز برابر با , 1 ,30GD GSC pf C nf A= قسمت . است =

بزرگي از تلفات ترانزيستور ما سفت در ناحية فعال رخ مي دهد كه در اين لحظات گذرا

falltو افت risetبا سوئيچينگ سريع ، زمان خيز . مخالف صفر است GIجريان گيت

) توجه شود DDDD----12121212به شكل ( كوچك شده و تلفات عنصر سوئيچينگ كم تر مي شود

قابل توجهي را در پي GIكوچك ، risetدر ادامه نشان داده مي شودكه ميل به داشتن

:اگر مدار راه انداز شامل ماس فتي با مشخصات زير باشد . خواهد داشت

10

50

7

20 sec

GD

GS

T

rise fall

C pf

C pf

V v

t t n

=

=

=

= =

D-12



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

83

وژ ز

به نظر مي رسد كه فركانس سوئيچينگ در محدودة risetبا توجه به مقدار

.است 200nsec200nsec200nsec200nsecتخاب معقول براي عرض پالس بنابراين يك ان. مگاهرتز باشد

سورس قرار ––––ولت به روي درين 320320320320فرض كنيد در شرايط خاموشي ، ولتاژ

220اين مقدار با توجه به يكسو شدن برق شهر . بگيرد عددي معقول به نظر مي 2

روشني وارد شود ، فت از ناحية قطع به ناحية وقتي ماس DDDD----13131313با توجه به شكل . رسد

GS,براي شارژ خازن هاي مربوطه دو جريان GDI I براي روشن شدن ما ( را لازم دارد

:لذا ). تا حدود ولتاژ آستانة ترانزيستور شارژ شود GSCسفت لازم است كه خازن

( ) ( )320 7 0 710 50 0.2

20 sec 20 sec

GD GSG GS GD GD GS

V VI I I C C pf pf A

t t n n

− − − −∆ ∆= + = + = × + × ≈

∆ ∆

چه در ( تزريق شود 0.2A0.2A0.2A0.2Aن ما سفت حتما بايد جريان يعني براي سوئيچ شد

اگر اين جريان تأمين نشود در اثر تلفات شديد ناحية ). هنگام قطع و چه در هنگام وصل

البته در مقايسه با مدار راه انداز ترانزيستورهاي دو . فعال ، ما سفت داغ شده و مي سوزد

اي جريان لحظه اي بيس در هنگام قطبي ، در اين حالت ديگر نيازي به ايجاد قله ه

.روشني نداريم

به گيت يك ما س SRولتي به واسطة مقاومت محدود 15151515فرض كنيد منبع پالس

300فت با 5OD thV vV v− . متصل باشد DDDD----13131313و يك بار كاملا مقاومتي مطابق شكل =

البته اين . را يكسان در نظر بگيريم falltو risetفرض اخير اين امكان را مي دهد كه



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

84

وژ ز

چرا كه در مدارهاي سوئيچينگ آن چه به عنوان بار . فرض بسيار ساده انگارانه است

اين سلف به ويژه به . روي مدار بخش قدرت ديده مي شود ، آثار سلفي بزرگي دارد

)درين - نداز ، وقتي كه جريان عبوري از خازن اتصال گيتهنگام قطع مدار راه ا )GDC

يكي مي شود ، تأثير ) كه ممكن است ده ها آمپر باشد( را با جريان عبوري از سلف

با اين وجود اگر بار مقاومتي خاص فرض شود . قابل توجهي بر رفتار مدار خواهد داشت

آل در نظر گرفته شود ، درين ، ايده - گرفتن اثر خازن گيتو ترانزيستور بدون در نظر

خواهد DDDD----13131313در شكل AAAAبا اندكي تأخير همان شكل موج نقطة BBBBشكل موج در نقطة

مسلما اين تأخير را مي توان با كاهش . بودSR اين تأخير در حلقة فيدبك . تقليل داد

اعمال مي شود ايجاد مشكل كرده و ممكن است باعث سراسري كه در نهايت به مدار

.ايجاد ناپايداري شود ، پس تأخير زياد مجاز نيست

2اگر secdelayt n= 2باشد ، بايد secS GDR C n⟨ باشد كه در نتيجهSR بايد بسيار

)كوچك و در حدود چند اهم )2 10− Ω انتخاب شود .

D-13



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

85

وژ ز

آن چه . فت واقعي نمي توان تأثير خازن ها را ناديده گرفت اما در مورد يك ماس

.خواهد بود DDDD----14141414مشاهده مي شود به صورت شكل BBBBدر عمل براي سيگنال

فت قطع باشد ، همة جرياني كه به گيت داده مي شود ، خازن اگر در ابتدا ماس

GSC را تا حد ولتاژ آستانهTV بعد از آن به دليل عملكرد ترانزيستور در . شارژ مي كند

ناحية فعال ، خازن GDC با كشيدن جريان زيادي تا حدود

DDV واضح . تخليه مي شود

.مرحله تأخير ترانزيستور شروع به هدايت مي كنداست كه بعد از اين دو

از آن جا كه بيشترين تلفات مدار راه انداز در ناحية فعال رخ مي دهد ، لازم است

)كه اين مدت زمان )actt براي اين منظور يا بايد . حداقل شودGDC كم شود و يا اين كه

از آن جا كه دامنة ولتاژ پالس ورودي محدود است ، . خيلي بزرگ باشد جريان شارژ

نيست ، چنان كه براي كم كردن زمان SRبراي افزايش اين جريان راهي جز كاهش

تأخير نيز بايد SR كاهش يابد.

در حدود پيكوفاراد است ، اما ناحية فعال اين خازن GDCبا وجودي كه : توجه

از اين رو ، درست . مطابق اثر ميلري با ضريبي نسبتا بزرگ به ورودي باز مي گردد

نيست كه riset راGDC SR اهميت دارد ، آن چه در مدار كنترلي . در نظر بگيريم

actt مي

.باشد

D-14



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

86

وژ ز

چرا كه اثبات مي . فت ها مقاومت ورودي نسبتا بزرگ آنهاستمشكل ديگر ماس

جملة منفي به معني . شود در لحظة سوئيچينگ مي تواند مقداري منفي اختيار كند

وات قدرت نسبت به ايجاد نوسان فركانس بالا در ورودي است و اين در حالي است كه اد

نوسان فركانس بالا به اين معني است كه خازن هاي دروني به . نوسان بسيار حساسند

سرعت شارژ و دشارژ مي شوند و در نتيجه مدت زمان زيادي ترانزيستور در ناحية فعال

.باقي مي ماند كه موجب اتلاف توان زياد در آن و در نتيجه سوختن آن مي شود

عبوري از بعضي نواحي درين به قدري زياد است كه حرارت گاهي اوقات جريان

به اين معني كه چون فركانس بالاست ، جريان از نقاط نوك تيز . نقطه اي رخ مي دهد

براي حل مشكل . اتصالات عبور مي كند و اين باعث داغ شدن نقطه اي وسيله مي شود

. اضافه كنيم) سورس - يتگ( مي توانيم مقاومت مناسبي را به صورت موازي با ورودي

محدوده مقدار اين مقاومت معمولا در برگه مشخصات ترانزيستورها توصيه مي شود

.ولي اغلب در حدود چند كيلو اهم است

:به طور كلي نكات مورد نظر در طراحي مدار راه انداز ما سفت ها عبارتند از

.امپدانس خروجي كه بايد مقدار آن كم باشد - 1111

.وازي گيت سورس قرار داده شودمقاومت مناسب م - 2222



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

87

وژ ز

اثر سلفي بسيار ناچيز باشد از آن جا كه ادميتانس ورودي وسيلة قدرت خازني - 3333

است ، در صورتي كه راه انداز آثار سلفي داشته باشد ، يك مدار تشديد سري

خواهيم داشت كه ممكن است باعث ايجاد پديدة تشديد و نوسان ناخواسته

.شود

.ياد تأمين شوندجريان هاي لحظه اي ز - 4444

.ولت باشد 15 15 15 15 –––– 16 16 16 16اعمالي در محدودة GSVحداكثر - 5555

)نكته حائز اهميت آن است كه مطابق رابطة ضريب كيفيت )1 SQ R LC= براي

بهتر است كه QQQQكاهش SR در . قض دارد افزايش يابد كه اين با يافته هاي پيشين تنا

از اين رو گاهي براي رفع مشكل نوسان ، بر روي . بايد كوچك انتخاب شود SRحقيقت

اين عنصر از آن جايي . استفاده مي شود » دانة تسبيح « مسير گيت از عنصري با عنوان

)كه قابليت گذردهي )µ شديد درون هستة آن القا شده به صورت بزرگي دارد ، نوسانات

زيادي در آن ايجاد مي 31اين فريت از نوعي است كه جريان ادي. گرما تلف خواهد شد

.شود

در طراحي برد مدار چاپي معمولا سعي مي شود كه مسيرهاي مسي روي برد تا

چنان انتخاب مي شود كه در SRهم چنين . حد امكان كوتاه باشد كه ايجاد سلف نكند

. پس نبايد آن را از نوع سيمي انتخاب كرد. عين كوچك بودن اثر سلفي نداشته باشد

به علاوه . مي باشند SRنمونه هاي مقاومت كربني و تركيبي گزينه هاي مناسبي براي

31

. Eddy Current



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

88

وژ ز

D-15

تعاقبا بايد آن را با سيم قرار گيرد كه م» گرماگير « گاهي بايد عنصر قدرت بر روي

اما به دليل وجود اثر سلفي اين سيم ها مسير راه . هايي به مدار راه انداز متصل كرد

از اين رو گاهي بايد راه انداز را درست بر روي . فت بايد كوتاه شودانداز به ماس

.ترانزيستور طراحي كرد

موازي سازي ما سفت ها

----DDDDر است ، مشروط به اين كه با توجه به شكل موازي سازي ما سفت ها امكان پذي

:در مسيرهاي بحراني نشان داده شده شرايط ذيل برقرار باشد 15151515

, ,AB AC GI HI DF EF= = =

در صورتي كه هر كدام از شرايط فوق محقق نشود ، ديگر نمي توان از موازي

1Q، ترانزيستور باشد HIHIHIHIكوچك تر از GIGIGIGIبه عنوان مثال اگر مسير . سازي صحبت كرد

.زودتر روشن شده جريان درين بيشتري از آن عبور مي كند و مي سوزد



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

89

وژ ز

»فصل چهارم«

»مدارهاي راه انداز «

مقدمه

جهت راه اندازي مناسب ترانزيستورهاي سوئيچينگ به طرحهايي نياز است كه

هدف از اين فصل تشريح چنين . داقل شود در اين ادوات ح... زمان ذخيره ، اتلاف و

اين مدارها بسته به اين كه ترانزيستور سوئيچينگ از چه . مدارهاي راه اندازي است

:نوعي باشد به دو دسته بزرگ تقسيم مي شوند

)براي ترانزيستور دو قطبي( مدارهاي راه انداز بيس - 1111

) IGBTIGBTIGBTIGBTبراي ماس فت يا ( مدارهاي راه انداز گيت - 2222

.مه هر يك از اين مدارها با تفضيل بيشتر مورد بررسي قرار مي گيرنددر ادا

مدارهاي راه انداز بيس

سؤال اصلي در مدارهاي راه انداز بيس ترانزيستورهاي دو قطبي است كه چه نوع

DDDD----1111پالسي براي راه اندازي بيس آن ها مناسب تر است ؟ مثلا پالس يكنواخت شكل

( )i mA



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

90

وژ ز

زيرا به دليلي نداشتن جهش آني . زيستور دو قطبي نيستمناسب راه اندازي يك تران

در لحظات قطع و وصل توانايي تخليه و شارژ سريع بيس را ندارد از اين رو خاموش و

.روشن شدن ترانزيستور به شدت كند است

پالس مناسب ، در هنگام روشني و خاموشي ترانزيستور با افزايش يا كاهش آني

ترانزيستور را افزايش مي دهد ، نمونه اي از اين پالس در شكل دامنة جريان سرعت كار

DDDD----2222 مدارهايي كه چنين پالس هايي توليد مي كنند نياز به طراحي . ترسيم شده است

در اين . ، يك نمونه از اين راه اندازها را نشان مي دهد DDDD----3333مدار شكل . ويژه دارند

طرز كار اين مدار به . ترانزيستور كمكي راه انداز است 2Qقدرت و ترانزيستور 1Qمدار

همراه با اتصال بيس اميتر DDDDبا اعمال پالس ورودي مثبت ، ديود. صورت زير است

. در جهت نشان داده شده شارژ مي شود CCCCهدايت كرده و خازن 1Qترانزيستور

به . باي پس مي شود 1Rاين در لحظه نخست كه خازن در حال شارژ است مقاومت بنابر

كم شده تا در 1Qاميتر ترانزيستور -تدريج و با شارژ خازن ، افت ولتاژ دو سر بيس

در مدار 1Qجريان بيس نهايت وقتي خازن كاملا شارژ شد، به صورت مدار باز درآمده و



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

91

وژ ز

تقريبي 1SV R بنابراين در لحظات روشني ترانزيستور ، جريان بيس به طور . ثابت بماند

.زياد است اما به تدريج از مقدار آن كم مي شود CCCCلحظه اي و به دليل وجود خازن

( )i mA

BI+

BPI−

O

BI−

( )sect

پالس راه انداز مناسب جهت راه اندازي بيس D-2شكل

D-3



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

92

وژ ز

D-4

در گرايش مخالف قرار مي DDDDي با اعمال پالس ورودي منفي ديود در لحظه خاموش

معلوم است ، در اين شرايط DDDD----3333همان طور كه از شكل . گيرد و قطع مي شود

به شدت جريان 1Qاز بيس CCCCروشن شده و به علت خازن شارژ شده 2Qترانزيستور

ن كار ، خازن هم شروع به تخليه شدن مي كند و در نتيجه جريان با اي. مي كشد2BQI

به علت افت ولتاژ گرايش كم مي شود تا جايي كه خازن تا مقداري بسته به ثابت زماني

هاي شكل موج. نيز قطع شده است 1Qمدار تخليه مي شود و البته در اين شرايط ،

1 1,B BEi V تقريبا به صورتDDDD----4444 مي باشند.



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

93

وژ ز

نكته اي كه بايد به آن توجه داشت اين است كه ظرفيت خازن را نبايد خيلي زياد

تا 1Qانتخاب كرد چون در اين صورت مدت شارژ آن طولاني مي شود و در پريود قطع

1Rه نمي شود كه بعدا بتواند جريان لحظه اي بالايي را با باي پس كردن مقداري تخلي

البته نبايد مقدار آن را خيلي كوچك انتخاب كرد زيرا در اين صورت خازن . توليد كند

خيلي زود تخليه مي شود و عرض پالس جريان لحظه اي به هنگامي كه پالس ورودي

.كم شده و در نتيجه ميزان بار كافي به بيس تزريق نمي شود مثبت است ، خيلي

در عمل و در شرايط مختلف كاري مدار ، جريان كلكتور ترانزيستور سوئيچينگ

بايد متناسب با تغييرات بار خروجي تغيير يابد ، زيرا تغييرات جريان كلكتور

ش خروجي مي ترانزيستور سوئيچينگ عامل اصلي ميزان قدرت انتقال يافته به بخ

باشد ، اما با اين مدار همواره جريان بيس ثابتي تأمين مي شود كه نتيجة آن عدم تغيير

مناسب جريان كلكتور به هنگام تغيير بار خروجي و يا در واقع تزريق بار خروجي و يا

اين امر همان گونه . در واقع تزريق بار زياد به بيس ترانزيستور در شرايط بي باري است

لا در مورد ترانزيستورهاي دو قطبي بحث شد ، موجب تلفات اضافه و در نتيجه كه قب

حتي گاهي اوقات تلفات ايجاد شده . كم شدن راندمان كل منبع تغذيه خواهد شد

.موجب صدمه ديدن ترانزيستور دو قطبي مي شود

نكته مهم ديگر كه بايد در مورد اين مدار بيان شود آن است كه گاهي اوقات به

دليل سوختن ترانزيستور سوئيچينگ قدرت مجبوريم آن را با يك نمونة سالم تعويض

اين دسته از ترانزيستورها در محدودة نسبتا وسيعي تغيير ββββاز آن جائي كه مقدار . كنيم



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

94

مي يابد پيدا كردن ترانزيستوري كه كاملا مشابه ترانزيستور سوخته مدار باشد ، تقريبا

با صرف هزينة نسبتا زياد ميسر مي باشد يعني در تأمين ترانزيستور

بنابراين در عمل اين امكان وجود دارد كه براي

از اين . ترانزيستور تعويض شده و در بعضي بارهاي ويژه خروجي ، اشباع كامل رخ ندهد

ز اين مدار در جايي كه توان خروجي ثابت نباشد و مرتبا تغيير كند ، مفيد

غالبا ( منظور از راه انداز بيس تناسبي مداري است كه با استفاده از فيدبك

يعني با . ( ، جريان بيس را متناسب با جريان كلكتور تنظيم مي كند

معمولا ) . ان كلكتور ، جريان بيس افزايش و با كاهش آن ، كاهش مي يابد

فيدبك مورد نياز در اين گونه مدارها توسط سيم پيچ هاي مختلف يك ترانس و با در

.نظر گرفتن مجزاسازي مناسب ميان آن ها تأمين مي شود

DDDD فرض كنيد . ملاحظه مي كنيد

به طريقي روشن شده باشد ، طبعا جريان كلكتور با نسبت دور سيم

:وارد بيس مي شود ، لذا داريم

C B N NI I I I N N Cte

وژ ز


با صرف هزينة نسبتا زياد ميسر مي باشد يعني در تأمين ترانزيستور غير ممكن است و يا

B بنابراين در عمل اين امكان وجود دارد كه براي . مناسب دچار مشكل خواهيم شد

ترانزيستور تعويض شده و در بعضي بارهاي ويژه خروجي ، اشباع كامل رخ ندهد

ز اين مدار در جايي كه توان خروجي ثابت نباشد و مرتبا تغيير كند ، مفيد رو استفاده ا

.نيست

راه اندازهاي بيس تناسبي

منظور از راه انداز بيس تناسبي مداري است كه با استفاده از فيدبك

، جريان بيس را متناسب با جريان كلكتور تنظيم مي كند) فيدبك مثبت

ان كلكتور ، جريان بيس افزايش و با كاهش آن ، كاهش مي يابدافزايش جري


نظر گرفتن مجزاسازي مناسب ميان آن ها تأمين مي شود

بررسي چند نمونه راه انداز تناسبي

5555----ي را در شكل ساده ترين مدار راه انداز تناسب

به طريقي روشن شده باشد ، طبعا جريان كلكتور با نسبت دور سيم 2Qترانزيستور

پيچ هاي ترانس يعني 2

N به4

N وارد بيس مي شود ، لذا داريم

2 4 4 2C B N NI I I I N N Cte= = =

وژ ز


غير ممكن است و يا

با min

B

ترانزيستور تعويض شده و در بعضي بارهاي ويژه خروجي ، اشباع كامل رخ ندهد

رو استفاده ا

نيست

راه اندازهاي بيس تناسبي

فيدبك مثبت

افزايش جري


نظر گرفتن مجزاسازي مناسب ميان آن ها تأمين مي شود

بررسي چند نمونه راه انداز تناسبي

ترانزيستور

پيچ هاي ترانس يعني



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

95

وژ ز

نمونه اي از مدار راه انداز بيس تناسبي DDDD----5555شكل

البته شرط برقراري رابطة فوق آن است كه ترانزيستور سوئچينگ در ناحية اشباع

باشد تا نسبت CI بهBI از ثابت بماند در واقع بايد اين نسبت همواره

minB ترانزيستور

). بيشتر باشد )min 4 2B N N⟨

توجه شود كه در اين مدار جريان بيس مستقل از جريان كلكتور نيست ، بلكه

ترانزيستور در ناحيه اشباع است به همين دليل در صورت سوختن ββββمستقل از

)ترانزيستور )2Q مي توان آن را با يك ترانزيستور باββββ برابر يا حتي بزرگ تر جايگزين

با 1Q روشن باشد ، با راه اندازي مناسب ترانزيستور 2Qاگر DDDD----5555كرد در مدار شكل

و 3Nانرژي دريافت شده ، 3N، از سيم پيچي 1Dو ديود 3Nتوجه به جهت سيم پيچ

. قطع مي شود 2Qاتصال كوتاه مي شوند و در اثر اين امر ترانزيستور 4Nدر نتيجه

جذب شده و از آن 1Tانرژي ذخيره شده در هسته ترانس بعد از اندك زماني تمامي

پس . در وضعيت ذخيره انرژي قرار مي گيرد 1Nسيم پيچ 1Dلحظه به بعد با قطع ديود

در واقع ( 1Nجاري و انرژي در 1Nجريان در 2Q، علاوه بر قطع 1Qبا روشن شدن



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

96

وژ ز

1Qبا قطع . ذخيره مي شود ، ولي بقيه سيم پيچ ها داراي جريان نيستند ) هسته ترانس

، قطبيت ولتاژ دو سر سيم پيچي 1N برعكس مي شود و با توجه به قطبيت ولتاژ سيم

2پيچي 4 2, ,Q N N 2روشن مي شود و به خاطر وجود فيدبك مثبت جريانQ زياد شده

با انتقال بسيار به علت وجود فيربك مثبت 2Qاشباع ( تا ترانزيستور به اشباع برسد

اندك انرژي به بيس 2Q ، و در نتيجهββββ برابر آن بر روي كلكتور

2Q انجام مي پذيرد .(

روشن . بنابراين شروع فرآيندهاي اين مدار از سيكل اول به اين ترتيب قابل بيان است

، بعد از 1Nتوسط سيم پيچي 1T، ذخيره انرژي در هسته ترانس 2Qطع ، ق 1Qشدن

قطع شود قطبيت ولتاژ خروجي سيم پيچي ترانس ها تغيير 1Qذخيره سازي انرژي اگر

روشن مي شود و اين فرآيند به همين ترتيب با خاموش و روشن كردن 2Qكرده و لذا

تا حدودي آشكار است كه پاسخ اين مدار در . تكرار مي شود 1Qمتوالي ترانزيستور

فركانس هاي قطع و وصل زياد به خوبي فركانس پايين نيست ، زيرا جهت ذخيره سازي

لذا . را زياد در نظر بگيريم 1Nبايد تعداد دورهاي سيم پيچي 1Tي در ترانسانرژي كاف

)مقدار اندوكتانس اين سيم پيچي )1L بزرگ مي شود.

,هم چنين براي تضمين عدم برگشت جريان به CCR V يز بايد بزرگ در نظرگرفته ن

هم چنين در زمان ذخيره . شود ، پس به همين خاطر ثابت زماني مدار بزرگ مي باشد

اجبارا بايد سلف مربوطه 1Nسازي انرژي به علت يك طرفه بودن جريان در سيم پيچي

( )1L به همين . سلفي شديدي از خود نشان دهد به صورت يك چك عمل كند و آثار

كيلوهرتز جواب مناسبي نمي 40404040 ----50505050دليل اين مدار در فركانس هاي بالا يعني حدود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

97

وژ ز

كه نمونة DDDD----6666بر اين اساس و جهت كار در فركانس هاي بالا از مدار تشديد شكل . دهد

:مدار داريم در اين . ديگري از مدارهاي راه انداز بيس تناسبي است استفاده مي شود

( )1 2

4 2

f LC

T LC

π

π

=

=

NdNdNdNdسيم پيچي ( 1Tفركانس تشديد ميان سلف ورودي ترانس ffffكه در اين روابط

در اين مدار و در . پريود اين نوسانات است TTTTو 1Cو خازن ) LLLLبا مقدار اندوكتانس

هنگامي كه 1Q قطع مي باشد ، خازن

1C توسط مقاومت نسبتا بزرگRRRR تاddV شارژ

با روشن شدن . مي شود 1Q خازن ،

1C سيم پيچي ( و سلف ناشي از اولية ترانسNdNdNdNd (

البته بايد توجه . به تشديد مي كنند و انرژي بين خازن و سلف تبادل مي شود شروع

هرگز منفي نمي شود و اين همان 1C، ولتاژ خازن 1Dداشت كه به علت وجود ديود

صفر شود ، اين گونه عمل نكند و جريان سلف DDDDچيزي است كه مي خواهيم زيرا اگر

ولتاژ منفي شديد موجود بر روي خازن بر روي ترانزيستور افت مي كند و باعث سوختن

.آن مي شود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

98

وژ ز

زماني كه خازن تخليه مي شود ، يعني بعد از انتقال انرژي بايد زماني صبر كنيم

نسبتا بزرگ است اين فرآيند RRRRمجددا شارژ شود و چون RRRRتا خازن توسط مقاومت

گير خواهد بود كه به هيچ وجه براي سوئيچينگ با سرعت خيلي بالا مطلوب مانز

در واقع براي افزايش هرچه بيشتر سرعت اين مدار از يك طرف نياز است كه به . نيست

هنگام شارژ خازن 1C مقاومت ،RRRR كم باشد و از طرف ديگر و در مدت زماني كه انرژي

بزرگ باشد تا RRRRبايد مقدار ) حالت تشديد ( خازن انتقال پيدا مي كند بين سلف و

لذا از اين مدار هم نمي توان در فركانس هاي خيلي . آل انجام گيردتشديد تقريبا ايده

استفاده مي DDDD----7777به همين دليل در فركانس هاي بالاتر از مدار شكل . زياد استفاده كرد

:ه صورت ذيل است در اين مدار ترتيب عمليات ب. شود

به طور كامل 1Cبه مدار وصل مي شود تا خازن ddVدر ابتدا براي مدت زيادي -

.شارژ شود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

99

وژ ز

، اين ترانزيستور روشن مي شود و انرژي از 1Qبا آمدن پالس بيس ترانزيستور -

خازن 1C به سيم پيچي

dN توجه شود ) . حالت تشديد( انتقال پيدا مي كند

.بزرگ مي باشد 1Rكه مقدار مقاومت

قطع مي شود ، لذا قسمتي از انرژي هسته از 1Qدر انتهاي سيكل ، ترانزيستور -

ديود طريق2D و مقاومت

2R به بيس ترانزيستور3Q رسيده آن را روشن مي

به سرعت شارژ مي شود و عملا در اين مدت مقاومت 3Qاز طريق 1Cكند و لذا

1R اين روند همان عملكرد مطلوب است . اتصال كوتاه است)RRRR بزرگ در زمان

در نتيجه عملا اين مدار حتي تا ) كوچك در زمان شارژ خازن RRRRتشديد و

.كيلوهرتز نيز به راحتي كار مي كند 250250250250فركانس هاي بالاي

فيدبك مثبت لازم را ايجاد مي CNي توجه شود كه در هر دو مدار قبل سيم پيچ

منتقل شود 2Qكند و عملا مدار بايد طوري طراحي شود كه انرژي كمي به ترانزيستور

D-7



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

100

وژ ز

دامة و عدم ا 2Qانتقال انرژي زيادي مي تواند موجب اشباع (تا حدي كه به اشباع نرود

).عمليات سوئيچينگ شود

راه اندازهاي گيت

با توجه به توضيحاتي كه به آن اشاره شد از لحاظ راه اندازي ، ترانزيستور ماس

بنابراين . بي نهايت بدانيم (β)(β)(β)(β)فت را بايد معادل با ترانزيستور دو قطبي با بهرة جريان

لا مورد بررسي قرار گرفتند كه قب) غيرتناسبي( تمامي مدارهاي راه انداز بيس ساده اي

با اين تفاوت كه قطع كامل ماس . مي توانند در اين حالت نيز مورد استفاده قرار گيرند.

به علاوه به دليل سرعت عملكرد سريع تر . فت ها نيازمند اعمال ولتاژ منفي نيست

هاي ماس فت ها ويژگي خازن اتصال گيت مي توان در فركانس هاي نسبتا زياد از مدار

. تشديد در ساخت راه اندازها استفاده كرد

:به طور كلي نكاتي كه بايد در طرح مدار راه انداز ماس فت ها رعايت كرد عبارتند از

.امپدانس خروجي كه بايد مقدار آن كم باشد - 1111

.مقاومت مناسب موازي گيت سورس قرار داده شود - 2222

.اثر سلفي بسيار ناچيز باشد - 3333

رودي وسيلة قدرت خازني است ، در صورتي كه راه انداز از آن جا كه ادميتانس و

آثار سلفي داشته باشد ، يك مدار تشديد سري خواهيم داشت كه ممكن است باعث

.ايجاد پديدة تشديد و نوسان ناخواسته شود

.جريان هاي لحظه اي زياد تأمين شوند - 4444



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

101

وژ ز

حداكثر - 5555GSV ت باشدول 16161616 ----15151515اعمالي در محدودة.

در اين مدار ديودزنر . نمونه اي از يك مدار راه انداز را نشان مي دهد DDDD----8888شكل

2R.ولت معمولا خاموش است و براي حفاظت به كار رفته است 20202020----18181818با ولتاژ شكست

كردن جريان راه اندازي به منظور محدود 1Rبه منظور رفع مشكل مقاومت منفي و

چرا كه مي دانيم در ترانزيستور ماس فت زير فلز ناحية گيت ، . اوليه افزوده شده اند

.اكسيد بسيار نازكي وجود دارد

ضربات جرياني وارده به گيت باعث نفوذ فلز به داخل كريستال سيليكان و

ناميده مي شود اين پديده كه تخليه الكترواستاتيكي. سوختن ترانزيستور مي شود

ناشي از تغييرات شديد و ناگهاني ولتاژ يا جريان در مدارهاي قدرت با فركانس

در اين مدارها وجود ترانس و مقاومت ها ايجاد محدوديت مي . سوئيچينگ زياد است

ويژگي سلفي ترانس باعث مي شود در لحظات قطع ، جريان شديدي به مدار راه . كند

انداز باز گردد و اين riset را به حدود ميكروثانيه محدود مي كند.

تلاشي است براي رفع محدوديت هايي كه در بالا به آن ها اشاره DDDD----9999مدار شكل

درين ––––شد ، ديده مي شود كه در موقع قطع ماس فت ، جريان برگشتي از خازن گيت

توجه داريد كه در هنگام . به زمين مي رود 1Cنسبتا بزرگ و خازن 2Dو از طريق ديود

قطع ترانزيستور ماس فت ، قطبيت ولتاژ ثانوية ترانس به صورت معكوس نشان داده

زمين 1Cهدايت كند و يك سر خازن 1Dشده در شكل است و اين باعث مي شود تا

.شود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

102

وژ ز

D-8

راه اندازهاي گيت تشديدي

در مدارهاي مبدل تشديدي ، درصدد كاهش بسيار زياد تلفات سوئيچينگ در

و در نتيجه مي توان به فركانس هاي بالا در ) دو برابر سوئيچينگ نرم( خروجي هستيم

حالت تلفات مرتبط با سوئيچ در( 32در اين حالت تلفات گيت. سوئيچينگ دست يافت

.مي تواند به سرعت به يك جزو اساسي تلفات تبديل شود) روشن و خاموش

32

. Gating Loss



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

103

وژ ز

D-9

D-10

.نشان داده شده است DDDD----10101010مدل ساده شدة اتصال گيت براي محاسبه تلفات در شكل

درين ، ––––در عمل خازن گيت به علت ظرفيت غيرخطي و اثر ميلري ظرفيت گيت

در اكثر مبدل ها بايد زمان روشني و خاموشي . رفتار مي كندبه صورت غيرخطي

. سوئيچ بسيار كوتاه تر از دوره سوئيچينگ به جهت رسيدن به تلفات هدايتي كم باشد



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

104

وژ ز

از ( سيكل و در مبدل هاي تشديدي ) %1%1%1%1(مثلا در مدولاتور عرض پالس تا يك درصد

سيكل مجاز مي ) %10%10%10%10(بيش تر و در بعضي موارد تا ده درصد ) EEEEو DDDDقبيل كلاس

)بسته به جريان و ولتاژ آن ها در زمان هاي روشن و خاموش( باشد

D-11

D-12



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

105

وژ ز

.راه اندازهاي گيت مرسوم براي سوئيچينگ سريع از نوع توتم پل هستند

) DDDD----12 , D12 , D12 , D12 , D----11 11 11 11شكل هاي (

:با فرض خطي بودن خازن گيت ، مي توان تلفات گيت را محاسبه كرد ، داريم

gate gate dcQ C V=

:انرژي كه تحويل مي دهيم از رابطة زير به دست مي آيد

2

source gate dc gate dcw Q V C V= =

:مقدار انرژيي كه ذخيره مي شود برابر است با

21 2source gate dcw C V=

21در زمان روشن بودن ترانزيستور تلفاتي برابر 2 gate dcC V اين مقدار . يم داشت خواه

همچنين همين مقدار تلفات در زمان خاموش . صرف شارژ كردن خازن گيت مي شود

.بودن ترانزيستور ، صرف تخليه كردن خازن گيت مي شود



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

106

»شبيه سازي چند منبع تغذيه سوئچينگ و تجزيه و تحليل آنها

وژ ز

»فصل پنجم«

شبيه سازي چند منبع تغذيه سوئچينگ و تجزيه و تحليل آنها «

وژ ز



w

ww.Iran

Switchin

g.ir

107

وژ ز وژ ز



Documents

9 ! W > / HIM 8 > $$$ $ ' # & : #] (! ! 7 # W >? & 8 !> & #& #