رگولاتورهای ولتاژ و مدارات تغذیه

مدارات تغذیه

تقریباً‌تمام مدارات الكترونیكی ، از مدارات سادة ترانزیستوری و آپ امپ تا سیستم های حساس میكروپرواسسوری و دیجیتالی به یك یا چند ولتاژ dc پایدار نیاز دارند منابع تغذیه رگوله نشده با ترانس – پل – خازن بعلت اینكه ولتاژهای خروجی آنها با جریان بار وولتاژ خط تغییر می كنند و نیز بدلیل اینكه آنها ریپل های 100Hz مهمی دارند . معمولاً كفایت نمی كنند . خوشبختانه ساخت منابع تغذیه پایدار كه از فیدبك منفی برای رگوله شده بصورت جامع استفاده می شوند و می توانند با چیپ های رگولاتور ولتاژ مدار مجتمع كه تنها به یك منبع ورودی dc رگوله نشده (‌از یك تركیب ترانس – پل – خازن ؛ یك 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 كار رود (‌ترانزیستورها ، مقاومت ها ، غیره ) اما بعلت موجود بودن چیپ های رگولاتور ارزان با كارائی زیاد ، استفاده از المانهای مجزا در طرح های جدید مزیتی ندارد . رگولاتورهای ولتاژ ما را به حوزة تلف قدرت زیاد وارد می كنند . بنابراین در مورد سینك گرمایی ور وش هایی نظیر «‌محدود كردن Fold back  »‌برای محدود كردن عملكرد درجه حرارت های ترانزیستور و جلوگیری از صدمه به مدار صحبت خواهیم كرد این روش ها می توانند برای تمام ترتیبات مدارات قدرت شامل تقویت كننده های قدرت نیز استفاده شوند . با دانشی كه 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 كه خارج از طرح منبع تغذیه نیز استفاده می شوند نظری خواهیم انداخت .

1-2- مشخصه ها و خصوصیات منابع تغذیه :

 بطور كلی میتوان منبع تغذیه ها را از 6 نقطه نظر مختلف طبقه بندی كرد :

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 ، كه ولتاژ ریپل نام دارد ( در یكسوسازی تمام موج فركانس آن دو برابر فركانس سیگنال AC می باشد )

 منبع تغذیه صاف شده ، در این نوع تغذیه مدارهای اضافی برای كاهش 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 كه 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  كوتاه محافظت نشده است .

 منبع تغذیه  محافظت شده : این نوع منبع تغذیه ها در مقابل افزایش بیش از حد جریان مصرفی ، و یا اتصال كوتاه 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 كننده ولتاژ ، محافظت شده است .

4)    طبقه بندی از نظر چگونگی عملكرد :

منبع تغذیه سوئیچینگ این نوع منبع تغذیه ها با استفاده از روش سویئیچینگ كار می كنند ( معمولاً با فركانسی بالاتراز 50 كیلوهرتز )

5)‌طبقه بندی از نظر پیاده سازی مدار :

 مدار گسسته : در مدارهای تثبیت كننده این نوع منبع تغذیه ها از مدارهای گسسته (‌مثلاً ترانزیستور) استفاده شده است .

مدار مجتمع :‌در تثبیت كننده این منبع تغذیه ها از مدارهای مجتمع استفاده شده است .

 مدار تركیبی : در طبقه تثبیت كننده 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 اینكه ما با تعدادی از آشكارترین مشخصه های  منبع تغذیه ها مانند ولتاژ ورودی ، ولتاژ خروجی ، حداكثر جریان بار مصرفی و مانند آن آشنا می باشیم و. در اینجا مشخصه های دیگری ذكر می شود كه ممكن 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 كرد :

 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 پیك به پیك ولتاژ و یا به صورت ضریب ریپل بیان می شود :

= ضریب ریپل

 كه Vr معادل r.m.s  ولتاژ ریپل و Vo ولتاژDC خروجی است .

ج) حذف ریپل : بینانگر قابلیت تثبیت كننده یا مدار صافی در كاهش سیگنال AC سوار شده می باشد میزان حذف ریپل معمولاً بر حسب دسی بل بیان می شود .

 = حذف ریپل

كه Vri و Vro معادل r.m.s ( یا پیك به پیك ) ولتاژ ریپل در وردی و خروجی فیلتر صاف كننده ولتاژ یا مدارتثبیت كننده می باشد .

 = تثبیت كنندگی نسبت به بار مصرفی

 كه Vof معادل و لتاژ خروجی DC در حالتی است كه بار مصرفی به مدار اعمال شده باشد Von نیز معادل ولتاژ خروجی DC بدون بار مصرفی می باشد .

هـ) تثبیت كنندگی 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 كنندگی نسبت به خط AC

كه Voh, Vih به ترتیب بیانگر و لتاژهای AC ورودی و DC خروجی در حالتی می باشند كه ولتاژ AC ورودی در حداكثر مقدار خود قرار دارد .Vo,Vi نیز به ترتیب بیانگر ولتاژهای AC ورودی و DC خروجی در حالتی می باشند ، كه ولتاژ AC ورودی در حداقل مقدار خود قرار دارد .

و ) امپدانس خروجی : كه 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 كننده به صورت زیر خواهد بود .

 = امپدانس خروجی

كه Von , Vof به ترتیب ولتاژ خروجی در حالتهای حداكثر بار مصرفی و بدون بار مصرفی می باشند و Iof نیز جریان خروجی در صورت اعمال حداكثر بار مصرفی می باشد