بسته بندی ic های (SMD ) از نوع sp
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته: آیسی PS یک شبهِ ic نیمه آنالوگ _ دیجیتال میباشد. ایده منابع سوئیچینگ طی مدت زمانی این منابع دارای مزیت های فراوانی مانند افزایش راندمان و کاهش قیمت قطعات شده اند و در وسایل الکترونیکی مانند منابع تغذیه کامپیوتر ها ، مدار های تامین کننده ولتاژ DC تنظیم شده برای پردازنده ها در مادربردها ، موبایل ها ، سیستم های تبدیل ولتاژ پنل های خورشیدی به نام اینورتر ، شارژر ها و آداپتور های سوئیچینگ و … از این منابع استفاده شده است.
هر سیستم یا مدار الکترونیکی نیاز به یک منبع تغذیه دارد که دارای خصوصیاتی مانند راندمان بالا، توان اتلافی پایین، سطح ولتاژ یا جریان کنترل شده و دقیق و ابعاد فیزیکی پایین و … باشد. خصوصیاتی که ترانس های سیم پیچ دار سنتی فاقد آن هستند. راه حل استفاده از منابع تغذیه سوییچینگ ( Switch Mode Power Supply:PS ) است. در این نوع منابع تغذیه, تغییر توان الکتریکی از طریق تغییر سطح ولتاژ و یا تبدیل AC به DC،DC به DC و DC به AC و یا AC به AC میسر می شود.یکی از ساده ترین انواع منابع تغذیه، رگولاتورهای خطی(Linear Regulator) هستند. سیستم کلی این آیسی ها با استفاده از یک ترانزیستور و یک سیستم کنترلی برای تثبیت ولتاز خروجی قابل پیاده سازی است. ترانزیستور در حالت خطی کار میکند در نتیجه این حالت خطی باعث اتلاف توان ورودی می شود. برای مثال در شکل زیر در صورتی که ولتاژ ورودی ۱۰۰ ولت باشد و مصرف کننده بخواهد در ولتاژ ۵۰ ولت ۱۰ آمپر مصرف کند، باید این رگولاتور ۵۰۰ وات توان اتلاف کند تا بتواند برای مصرف کننده ولتاژ رگوله شده را تامین کند.یک منبع تغذیه سوییچینگ شامل قطعاتی مانند سلف، خازن و سوییچ می شود و تنها انرژی را در خود ذخیره و یا انتقال می دهند و شامل اجزای مقاومتی که انرژی را بصورت گرما اتلاف می کنند نمی شود. یک سوئیچ الکترونیکی می تواند یک دیود، ترانزیستور bipolar، ماسفت و یا IGBT باشد که در ناحیه غیر خطی کار میکنند. این نوع سوئیچ ها می توانند در حالت باز بودن با اختلاف ولتاژ نزدیک به صفر جریان را عبور دهند یا در حالت بسته بودن هیچ جریانی را از خود عبور ندهند.
در هر دو حالت بر خلاف کارکرد یک آیسی sp خطی سوئیچ ها هیچ توانی را تلف نمی کنند. مانند ولتاژ خروجی دارای فرکانس های بالا و بی شماری است(با اصطلاح هارمونیک های زیادی دارد). به منظور فیلتر کردن چنین ولتاژ خروجی از یک فیلتر پایین گذر استفاده می کنیم تا بتوانیم یک مقدار DC با تغییرات خیلی کم به مصرف کننده بدهیم. با افزایش فرکانس سوئیچینگ می توانیم مقادیر سلف و خازن فیلتر پایین گذر را کاهش دهیم این کار باعث کوچک تر شدن قطعات می شود.
در مقایسه آیسی SP سوئیچینگ و خطی به این موارد خواهیم رسید:
۱- بازدهی : بدون شک در دنیای امروزی نیاز ما به انرژی زیاد شده است و در نتیجه باید مدیریت بهتری روی مصرف انرژی الکتریکی داشته باشیم، پس اگر بخواهیم در طراحی مدار میزان مصرف انرژی را مد نظر قرار دهیم ،باید در مدارمان جایی برای منبع تغذیه سوئیچینگ در نظر داشته باشیم.
۲- اندازه مدار : برای تبدیل ولتاژ ۱۲ ولت DC به ۵ ولت DC با جریان حداکثر ۱ آمپر می توان از یک آیسی SP خطی استفاده کنیم. اما برای مثال اگر بخواهیم برق شهر که دارای ولتاژ ۲۲۰ ولت AC هست را به ۵ ولت DC تبدیل کنیم ابتدا به یک ترانس با وزن و حجم نسبتا زیاد و سپس یک یکسو ساز و خازن ظرفیت بالا نیاز داریم. روی هم رفته این مدار فضای زیادی را اشغال می کند ولی با طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ با همین مشخصات در یک فضای حداکثر ۲ در ۳ سانتیمتر با وزن بسیار کمتر قابل پیاده سازی است. مانند اکثر منابع ولتاژ ذخیره سازی که از منابع تغذیه سوییچینگ بهره می برند.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک