شرح کلی مدار
امروز می خواهم به ذکر یک نمونه عملی از منابع تغذیه سوئیچینگ بپردازم تا با بررسی مدار آن، عملکرد این سیستم برای شما بیشتر روشن شود. حال با توجه به مدار به شرح اجزاء مختلف آن خواهم پرداخت.
مداری را که به عنوان یک مثال عملی مشاهده می نمایید، مدار یک منبع تغذیه سوئیچینگ 200 وات ATX متعلق به کامپیوتر شخصی است که توسط شرکت TDK طراحی و ساخته شده است.
در این منبع تغذیه سوئیچینگ از یک آی سی با شماره TL494 استفاده شده و همچنین از یک مبدل که ترانزیستور های آن با آرایش پوش- پول عمل رگولاسیون خروجی را انجام می دهند استفاده شده است. ولتاژ خط برق شهر پس از عبور از مدار فیلتر ورودی متشکل از (C1, R1, T1, C4, T5) به بلوک یکسوساز هدایت می شود. مدار یکسوکننده از نوع پل دیودی تمام موج می باشد که نسبت به سایر یکسو کننده های دیگر از هر لحاظ مقرون به صرفه تر است. هنگامی که کلید تبدیل از حالت 230 ولت بر روی 115 ولت قرار گیرد، در نتیجه مدار سیستم دو برابر کننده وارد عمل می شود. مقاومت های واریستور (مقاومت متغیر با ولتاژ) Z1 و Z2 دارای عملکرد محافظت از اضافه ولتاژ در ورودی می باشند. مقاومت ترمیستور (مقاومت متغیر با دما) NTCR1 جهت محافظت در برابر جریان هجومی در هنگام شارژ C5 و C6 مورد استفاده قرار گرفته است.
مقاومت های R2 و R3 فقط برای تخلیه نمودن بار الکتریکی داخل خازن ها و جلوگیری از خطر برق گرفتگی در هنگام قطع بودن (خاموش بودن) منبع تغذیه به کار می روند. در هنگام اتصال منبع تغذیه به برق شهر، C5 و C6 با هم در ابتدا تا حد بالا تر از 300 ولت شارژ می شوند.
قسمت ثانویه منبع تغذیه به صورت کنترل شده توسط Q12 راه اندازی شده و سپس ولتاژ در خروجی قسمت ثانویه ظاهر می شود. در پی آن IC3 که یک رگولاتور ولتاژ 5 ولت می باشد، ولتاژ 5 ولتی مورد نیاز مادر برد را برای راه اندازی گیت های منطقی و سایر موارد دیگر تأمین می نماید.
سپس ولتاژ تثبیت نشده از طریق D30 به چیپ کنترلی اصلی یعنی IC1 و همچنین ترانزیستورهای Q3 و Q4 هدایت می شود. وقتی منبع تغذیه اصلی در حال کار بود، ولتاژ 12 ولت خروجی از طریق دیود D به سمت IC1 هدایت می شود.
حالت کم¬مصرف Stand By
در حالت کم¬مصرف Stand By توسط ولتاژ مثبت در پایه PS-ON که از طریق مقاومت R23 از مدار ثانویه منبع تغذیه تأمین شده مانع از کار کردن قسمت اصلی منبع تغذیه میشویم. چون ترانزیستور Q10 باز شده و در نتیجه ترانزیستور Q1 نیز در حالت باز قرار گرفته و در پی آن ولتاژ مبنای 5 ولت پایه شماره 14 IO1 برای پایه شماره 4 IO1 تأمین میشود. و مدار در نهایت به حالت مسدود شده کلیدزنی خواهد شد. ترانزیستورهای Q3 و Q4 هدایت خواهند کرد و سیم پیچ ترانسفورماتور کمکی T2 را اتصال کوتاه خواهند نمود. توسط پایه شماره 4 IO1 ما قادریم که پهنای پالس خروجی را تعیین نماییم. صفر بیانگر بیشترین پهنای پالس و 5 ولت بیانگر این است که پهنای پالسی وجود ندارد.
تشریح کارکرد منبع تغذیه
وقتی کسی کلید روشن شدن کامپیوتر را فشار دهد، در نتیجه مادربرد صفر منطقی یا زمین منطقی را برای پایه PS-ON فراهم می نماید. ترانزیستور Q10 بسته شده و در نتیجه Q1 نیز بسته می شود و خازن C15 از مسیر مقاومت R15 شروع به شارژ شدن نموده و در پایه شماره 4 IC1 شاهد شروع کاهش ولتاژ دو سر مقاومت R17 به سمت صفر می باشیم. به علت این ولتاژ بیشترین مقدار پهنای پالس بطور پیوسته افزوده شده و باعث راه اندازی نرم و بدون اشکال قسمت اصلی منبع تغذیه خواهیم بود. در حالت عملکرد طبیعی منبع تغذیه دائماً توسط IC1 کنترل می شود. زمانی که ترانزیستور های Q2 و Q1 بسته اند، ترانزیستورهای Q3 و Q4 باز می باشند. وقتی که می خواهیم یکی از ترانزیستور¬های قدرت Q1 و Q2 را باز کنیم، مجبور هستیم که تحریک ترانزیستور های Q3 و Q4 را برداریم. جریان از مسیر مقاومت R46 و دیود D14 و همچنین سیم پیچ T2 جاری می شود. این جریان باعث می شود که ولتاژ تحریک بیس ترانزیستور قدرت فراهم شده و به دلیل وجود فیدبک مثبت ترانزیستور خیلی سریع در حالت اشباع قرار گیرد. با سپری شدن این ضربه ناگهانی، هر دو ترانزیستور باز می شوند. فیدبک مثبت از بین رفته و Overshoot در سیم پیچ تحریکی را ایجا می کند که باعث بسته شدن سریع ترانزیستور قدرت می شود. مجدداً این فرایند در ترانزیستور دوم تکرار می شود. ترانزیستور های Q1 و Q2 متناوباً ولتاژ مثبت و منفی را به یکی از دو سر سیم پیچ اولیه متصل می نمایند. جریان الکتریکی از مسیر شاخه امیتر Q1 (کلکتور Q2) را در سیم پیچ ثالثیه جاری شده و ترانسفورماتور T2 را تحریک می نماید. و سپس از سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور T3 و خازن C7 و مرکز مجازی ولتاژ تغذیه ورودی مسیر خود را تکمیل می نماید.
پایداری ولتاژ خروجی
خروجی های +5v و +12v توسط مقاومت های R25 و R26 دائماً اندازه گیری می شوند و برای پایدار نگه داشتن آنها را به IC1 ارسال می نمایند. سایر ولتاژ ها از لحاظ پایداری مواظبت نمی شوند و مقدار آنها را با تعداد دور سیم پیچی ترانس و دیود ها به دست می آورند. در مقدار خروجی میزان رأکتانس سیم پیچی به دلیل کار در فرکانس بالا اهمیت زیادی دارد. همان طور که می دانید در جریان مستقیم تعداد دور سیم پیچی اهمیتی ندارد و همواره ولتاژی روی سیم پیچ افت نمی نماید. اما با بالا رفتن فرکانس تعداد دور سیم پیچی و نوع هسته در میزان افت ولتاژ روی سیم پیچ دخالت زیادی دارد. معمولاً ولتاژ های خروجی حدود 10% مجاز هستند که انحراف از مقدار نامی خود داشته باشند. کنترل کننده IC1 با استفاده از Error Amplifier در پایه شماره 2 خود حاصل از مقاومتهای مقسم ولتاژ R24/R19 و مقدار ولتاژ مبنای 5 ولت را در پایه 14 خود مقایسه نموده و این انحراف 10% را جبران می نماید.
Power Good
مادربرد به سیگنال Power Good نیاز دارد. وقتی که همه ولتاژ های خروجی به حالت پایداری رسیده باشند، پایه Power Good مقدار 5 ولت یا یک منطقی می شود. Power Good معمولاً به پایه RESET بر روی مادربرد متصل می شود.
پایداری ولتاژ 3.3 ولت
به مداری که به ولتاژ 3.3 ولت متصل است توجه کنید. این مدار اضافه ولتاژ پایداری را به دلیل افت ولتاژ در کابل ایجاد می نماید. یک سیم پیچ کمکی برای اندازه گیری ولتاژ 3.3 ولت در مادر برد در نظر گرفته شده است.
مدار اضافه ولتاژ
این مدار از ترکیب ترانزیستور های Q5 و Q6 و تعداد دیگری از قطعات ساخته شده است. این مدار کلیه ولتاژ های خروجی را از لحاظ ایجاد اضافه ولتاژ در آنها محدود نموده و محافظت می نماید.
برای مثال اگر اشتباهاً بین خروجی های +5v و -5v اتصال کوتاهی به وجود آید، از طریق مسیر D10، R28 و D9 ولتاژ مثبت به پایه بیس Q6 می رسد. این ترانزیستور اکنون باز است و ترانزیستور Q5 نیز باز می باشد. ولتاژ +5v از پایه 14 کنترل کننده IC1 از مسیر D11 به پایه شماره 4 کنترل کننده IC1 رسیده و منبع تغذیه را بلوک می کند. از طرف دیگر Q6 توسط ولتاژ رسیده به بیس خود روشن شده و مدار برق ورودی منبع تغذیه را قطع می کند.