رگولاتورهای سو ئیچینگ دارای ترانسفورماتور ایزوله کننده
با بهره گیری از ترانسورمر ایزوله کننده ایزولاسیون به کمک عایق سیمها و نوارهای عایق انجام می شود.در این حالت تا صدها ولت و بیشتر ولتاژ قابل تحمل وجود دارد.حسن دیگر ترانسفورمر ایزوله کننده افزودن خروجیهای متعدد بدون نیاز به رگولاتور جداگانه است.به کمک ترانس می توان مدار را افزاینده یا کاهنده کرد و پلاریته معکوس را در خروجی دریافت کرد.این رگولاتورها پر مصرف ترین منابع تغذیه هستند و بیشترین طراحی ها روی این منابع انجام می شود.به چهار مورد از آرایشهای مهم و معمول این دسته اشاره و عملکرد آنها را تحلیل می کنیم.
رگولاتور فلای بک Flyback
ساده ترین و کم قطعه ترین عضو خانواده منابع تغذیه سوئیچینگ هستند و در محدوده بسیار وسیعی به کار می روند.طرح آن مطابق شکل زیر است:
درمدار منابع تغذیه فلای بک از یک سوئیچ قدرت استفاده می شود.با روشن و خاموش شدن سوئیچ ولتاژ در ثانویه القاء می شود و پس از یکسو شدن توسط دیود یکسوساز به خروجی انتقال یافته و فیلتر می شود.همانطور که از معادله خروجی مشخص است ولتاژ اولیه ترانس به اندازه ولتاژ اشباع ترانزیستور از ولتاژ کمتری است.ولتاژ ثانویه ترانس به نسبت تبدیل ترانس و زمان روشن بودن سوئیچ وابسته است.انرژی بار زمانی که سوئیج خاموش از خاصیت سلفی ترانس تامین می شود و بنابراین اندوکتانس ترانس در اولیه بسیار مهم است.برای محاسبه ترانس رگولاتور فلای بک روابط بسیار زیادی از سوی طراحان ارائه شده است که بنا به صلاحدید طراح و تجربه وی از آنها می توان سود برد چرا که از تجربه های عملی در آنها استفاده شده است.در پایان تشریح رگولاتور ها یک سری عملی فرمول را برای محاسبه ترانس سوئیچینگ کلیه منابع ذکر شده ارائه خواهیم کرد.در مورد ترانس رگولاتور فلای بک این مساله مطرح است که به دلیل آنکه یک سوئیچ در مدار وجود دارد و از منحنی B – H هسته ترانس یک طرفه استفاده می شود، هسته در جریانهای بالا به اشباع می رود.جهت پرهیز از این مشکل طراحان از یک شکاف هوایی در هسته ترانس استفاده می شود.
رگولاتور پوش پول Push-Pull
رگولاتور های پوش پول به علت راندمان مناسب وهزینه مناسب یکی از پرکارردترین منابع تغذیه هستند.طرح کلی این منابع تغذیه مطابق شکل زیر است:
مطابق شکل از دو سوئیچ در این آرایش استفاده شده است.این دو سوئیچ کاملا بطور متقارن روشن و خاموش می شوند. اولیه ترانس از دو قسمت تشکیل شده است و ولتاژ تغذیه به سر وسط ترانس متصل می شود.ولتاژ القاء شونده به ثانویه پس از یکسوسازی و فیلتر شدن به خروجی انتقال می یابد.همانطور که می بینیم معادله ولتاژ خروجی همانند معادله ولتاژ خروجی رگولاتور فلای بک است.در این مدار عیب رگولاتور فلای بک رفع شده است و هسته دیگر به اشباع نخواهد رفت چرا که از منحنی B – H در دو جهت استفاده می شود.در محاسبه ترانس این مبدل از شکاف هوایی استفاده نمی شود.به علت وجود دو سوئیچ قدرت تحویل بار در این مبدل 2 برابر مبدل فلای بک است.به دلیل آنکه یافتن دو ترانزیستور با مشخصات کاملا یکسان کار بسیار مشکلی است و همچنین پیچیدن ترانس با دو نیمه اولیه به صورت کاملا یکسان بسیار مشکل است، مدار از کار حول محور متقارن حول منحنی B – H خارج می شود.این مساله زمانیکه جریان تحویلی به بار به یک باره افزایش یابد هسته را به اشباع می برد چرا که عرض پالس pwm افزایش می یابد و با هسته اشباع شده تامین جریان بار امکان پذیرنمی باشد.
رگولاتور نیمه پل Half- Bridge
این رگولاتور نسبت به رگولاتور پوش پول هزینه بیشتری دارد اما عیب رگولاتور پوش پول را ندارد و به همین دلیل از سوی طراحان بیشتر توصیه می شود.البته اغلب طراحان به علت مشکلاتی از قبیل عایق سازی ورودی سوئیچ ها و افزایش قطعات و پیچیده تر شدن محاسبات از طرح پوش پول در توانهای متوسط و از طرح آخر که طرح تمام پل می باشد در توانهای بالا استفاده می کنند.آرایش این مبدل ها مطابق شکل زیر است:
نحوه عملکرد مدار بسیار شبیه به مبدل پوش پول است و در این مدار نیز دو سوئیچ قدرت وجود دارد.در این مدار یک سیم پیچ اولیه داریم که متناوبا توسط سوئیچ ها به زمین یا ولتاژ ورودی متصل می شود.سر دیگر اولیه خازن به محل اتصال دو خازن که تقریبا هر کدام در نصف ولتاژ ورودی قرار دارند متصل شده است.پس اولیه ترانس تنها نصف ولتاژ را روی خود دریافت می کند و بااین حال خطر اشباع شدن برای این مدار وجود ندارد.در ضمن مدار کنترلی برای این مدار ارزانتر از مدار پوش پول خواهد بود. برای طراحی به روابط زیر توجه کنید:
رگولاتور تمام پل Full – bridge
این آرایش دارای عملکردی مشابه پل دیودی است.با توجه به شکل زیر میتوانیم عملکرد مدار را براحتی تحلیل کنیم:
با توجه به آرایش مدار مشخص است که چهار سو ئیچ در مدار وجود دارد.این سوئیج ها دو به دو و به حالت ضربدری با یکدیگر و به طور متقارن با دو سوئیچ دیگر روشن و خاموش می شوند و اولیه مدار را به ولتاژ ورودی متصل می کنند.در رابطه ولتاژ خروجی چون این بار در ترانزیستور با هم سوئیج می کنند،دو برابر ولتاژ اشباع از ولتاژ ورودی برای محاسبه ولتاژ اولیه ترانس کم شده است.این مدار توتنایی تحویل توان به بار دو برابر آرایشهای پوش پول و نیمه پل را دارا می باشد و بنا بر این در مدارهای با توان بالا استفاده می شود. برای طراحی به روابط زیر توجه کنید:
در جدول زیر مقایسه ای از این 4 نوع مبدل برای طراحی قابل توجه می باشد.
