رگولاتورهای ولتاژ و مدارات تغذیه
مدارات تغذیه
رگولاتورهای ولتاژ و مدارات تغذیه
تقریباً‌تمام مدارات الکترونیکی ، از مدارات سادة ترانزیستوری و آپ امپ تا سیستم های حساس میکروپرواسسوری و دیجیتالی به یک یا چند ولتاژ dc پایدار نیاز دارند منابع تغذیه رگوله نشده با ترانس – پل – خازن بعلت اینکه ولتاژهای خروجی آنها با جریان بار وولتاژ خط تغییر می کنند و نیز بدلیل اینکه آنها ریپل های 100Hz مهمی دارند . معمولاً کفایت نمی کنند . خوشبختانه ساخت منابع تغذیه پایدار که از فیدبک منفی برای رگوله شده بصورت جامع استفاده می شوند و می توانند با چیپ های رگولاتور ولتاژ مدار مجتمع که تنها به یک منبع ورودی dc رگوله نشده (از یک ترکیب ترانس – پل – خازن ؛ یک باطری ، یا چند منبع دیگر dc ورودی ) و چند المان دیگر نیاز دارند باسانی ساخته می شوند .
در این فصل چگونگی ساخت رگولاتورهای ولتاژ را با استفاده از مدارات مجتمع بخصوص خواهید دید همین روشهای مداری می تواند برای ساختن رگولاتورهای با المان های مجزا به کار رود (ترانزیستورها ، مقاومت ها ، غیره ) اما بعلت موجود بودن چیپ های رگولاتور ارزان با کارائی زیاد ، استفاده از المانهای مجزا در طرح های جدید مزیتی ندارد . رگولاتورهای ولتاژ ما را به حوزة تلف قدرت زیاد وارد می کنند . بنابراین در مورد سینک گرمایی ور وش هایی نظیر «محدود کردن Fold back »برای محدود کردن عملکرد درجه حرارت های ترانزیستور و جلوگیری از صدمه به مدار صحبت خواهیم کرد این روش ها می توانند برای تمام ترتیبات مدارات قدرت شامل تقویت کننده های قدرت نیز استفاده شوند . با دانشی که در اینجا نسبت به رگولاتورها بدست خواهیم آورد قادر خواهیم بود به عقب برگشته و طراحی تغذیه رگوله نشده را به تفصیل بحث نماییم در این فصل به مراجع ولتاژ و آی سی های مرجع ولتاژ که خارج از طرح منبع تغذیه نیز استفاده می شوند نظری خواهیم انداخت .
1-2- مشخصه ها و خصوصیات منابع تغذیه :
بطور کلی میتوان منبع تغذیه ها را از 6 نقطه نظر مختلف طبقه بندی کرد :
1) طبقه بندی از نظر میزان صاف بودن ولتاژ تغذیه
منبع تغذیه صاف نشده ، در این حالت مقداری سیگنال AC برروی ولتاژ تغذیه سوار می شود ، که ولتاژ ریپل نام دارد ( در یکسوسازی تمام موج فرکانس آن دو برابر فرکانس سیگنال AC می باشد )
منبع تغذیه صاف شده ، در این نوع تغذیه مدارهای اضافی برای کاهش دامنه ریپل در نظر گرفته شده است .
2) طبقه بند از نظر تثبیت ولتاژ:
منبع تغذیه تثبیت نشده ( ناپایدار ): در این حالت ولتاژDC صاف شده است . اما مدارهای اضافی برای غلبه بر تأثیرات ناشی از تغییرات بار مصرفی و یا ولتاژ ورودی در نظر گرفته نشده است .
منبع تغذیه تثبیت شده ( پایدار ) : د راین نوع منبع تغذیه ها علاوه بر این که ولتاژDC صاف شده است ، مدارهای اضافی برای غلبه بر تأثیرات ناشی از بار مصرفی ، یا ولتاژ ورودی وجود ندارد .
3) طبقه بندی از نظر میزان محافظت :
منبع تغذیه محافظت نشده : در این حالت منبع تغذیه در مقابل جریان مصرفی بیش از حد ، یا اتصال کوتاه محافظت نشده است .
منبع تغذیه محافظت شده : این نوع منبع تغذیه ها در مقابل افزایش بیش از حد جریان مصرفی ، و یا اتصال کوتاه محافظت شده اند .
محافظت در مقابل افزایش بیش از حد ولتاژ تغذیه : در این حالت بار مصرفی در مقابل افزایش ولتاژ، تغذیه ناشی از تثبیت کننده ولتاژ ، محافظت شده است .
4) طبقه بندی از نظر چگونگی عملکرد :
منبع تغذیه سوئیچینگ این نوع منبع تغذیه ها با استفاده از روش سویئیچینگ کار می کنند ( معمولاً با فرکانسی بالاتراز 50 کیلوهرتز )
5)طبقه بندی از نظر پیاده سازی مدار :
مدار گسسته : در مدارهای تثبیت کننده این نوع منبع تغذیه ها از مدارهای گسسته (مثلاً ترانزیستور) استفاده شده است .
مدار مجتمع :در تثبیت کننده این منبع تغذیه ها از مدارهای مجتمع استفاده شده است .
مدار ترکیبی : در طبقه تثبیت کننده این نوع منبع تغذیه ها هم از مدار گسسته ، و هم از مدار مجتمع (آی سی ) استفاده شده است .
5) طبقه بندی از نظر ولتاژ یا جریان خروجی :
الف) جریان بالا ب) جریان پایین ج) ولتاژ بالا د) ولتاژ پایین
با توجه به اینکه ما با تعدادی از آشکارترین مشخصه های منبع تغذیه ها مانند ولتاژ ورودی ، ولتاژ خروجی ، حداکثر جریان بار مصرفی و مانند آن آشنا می باشیم و. در اینجا مشخصه های دیگری ذکر می شود که ممکن است چندان برایمان اشنا نباشند :
الف ) بازده : در حالت ایده آل باید تمام توان دریافتی از منبع AC به صورت توان قابل مصرف در خروجی منبع تغذیه مصرف می شود ،بنابراین بازده منبع تغذیه را می توان به صورت زیر تعریف کرد :
100×(توان ورودی AC / توان خروجی dc) = بازده
ب )ریپل :ریپل سوار شده برروی ولتاژ DC خروجی منبع تغذیه بر حسب واحدهای مختلفی مانند r.m.s پیک به پیک ولتاژ و یا به صورت ضریب ریپل بیان می شود :
= ضریب ریپل
که Vr معادل r.m.s ولتاژ ریپل و Vo ولتاژDC خروجی است .
ج) حذف ریپل : بینانگر قابلیت تثبیت کننده یا مدار صافی در کاهش سیگنال AC سوار شده می باشد میزان حذف ریپل معمولاً بر حسب دسی بل بیان می شود .
= حذف ریپل
که Vri و Vro معادل r.m.s ( یا پیک به پیک ) ولتاژ ریپل در وردی و خروجی فیلتر صاف کننده ولتاژ یا مدارتثبیت کننده می باشد .
= تثبیت کنندگی نسبت به بار مصرفی
که Vof معادل و لتاژ خروجی DC در حالتی است که بار مصرفی به مدار اعمال شده باشد Von نیز معادل ولتاژ خروجی DC بدون بار مصرفی می باشد .
هـ) تثبیت کنندگی نسبت به خط AC: این مشخصه معادل نسبت تغییرات ولتاژDC خروجی بر واحد به تغییرات AC ورودی بر واحد می باشد و به صورت زیر تعریف می شود :
تثبیت کنندگی نسبت به خط AC
که Voh, Vih به ترتیب بیانگر و لتاژهای AC ورودی و DC خروجی در حالتی می باشند که ولتاژ AC ورودی در حداکثر مقدار خود قرار دارد .Vo,Vi نیز به ترتیب بیانگر ولتاژهای AC ورودی و DC خروجی در حالتی می باشند ، که ولتاژ AC ورودی در حداقل مقدار خود قرار دارد .
و ) امپدانس خروجی : که معادل تغییرات ولتاژ خروجی نسبت به تغییرات جریان خروجی می باشد تغییرات جریان خروجی در اثر تغییر در توان بار مصرفی ایجاد می شود بنابراین رابطه امپدانس خروجی تقویت کننده به صورت زیر خواهد بود .
= امپدانس خروجی
که Von , Vof به ترتیب ولتاژ خروجی در حالتهای حداکثر بار مصرفی و بدون بار مصرفی می باشند و Iof نیز جریان خروجی در صورت اعمال حداکثر بار مصرفی می باشد