مرجع طراحی منابع تغذیه بردهای الکترونیکی (تغذیه با رگولاتور سوئیچینگ یا خطی برای قطعات روی برد)

مرجع طراحی منابع تغذیه بردهای الکترونیکی (تغذیه با رگولاتور سوئیچینگ یا خطی برای قطعات روی برد)

فرمت فایل: PDF

زبان: فارسی

تعداد صفحات: 240

طراحی منبع تغذیه حالت سوییچ می تواند یکی از پیچیده ترین موارد باشد به خصوص اگر کاربر نداند که چگونه و از کجا باید آغاز کند، چرا که انواع مختلفی از توپولوژی ها و انواع کنترلرها وجود دارد که ممکن است نیاز باشد تا کاربر و طراح تعدادی از آنها را حداقل بشناسد. البته نباید منکر این موضوع شد که بیشتر کاربردها با رگولاتورهای بوست، باک و باک- بوست می توانند طراحی گردند. در این بخش تشریح می شود که یک کاربر برای طراحی منبع تغذیه مناسب باید چه اطلاعاتی را داشته باشد یا آنها را در مورد منبع تغذیه مورد نظر خود بدست آورد. این مشخصات باید حداقل شامل اطلاعاتی در رابطه با بازه ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی و حداکثر جریان بار باشد. اگرچه، انتخاب بهترین توپولوژی و/یا سیستم در صورتی که کاربر پاسخ برخی از سوالات زیر را نیز بداند آسان تر نیز می شود.

• کاربرد مورد نظر شما نیازمند طبقه ایزولاسیون بین ورودی و خروجی می باشد؟ اگر بله، چه سطحی از عایق شدن نیاز است؟ کاربر می خواهد تنظیم ولتاژ خروجی مطلوب را توسط رگولاسیون طرف اولیه یا ثانویه بدست آورد؟
• منبع تغذیه مورد نظر برای تبدیل DC/DC یا AC/DC نیاز است؟ اطلاعات کمکی اضافی در رابطه با ورودی می تواند شامل حداکثر جریان ناگهانی، حداثکر جریان ورودی و حداکثر ریپل منعکس شده مجاز باشد.
• بازه توان خروجی برای کاربرد مورد نظر چه مقدار می باشد؟ در بسیاری از موارد، این اطلاعات می تواند منجر به کاهش تعداد انتخاب در توپولوژی های مفید و کنترلرها شود. مشخصات ارائه شده توسط طراح هم چنین باید شامل تولرانس مطلوب ولتاژ خروجی منبع تغذیه مورد نظر، حداکثر ریپل ولتاژ خروجی قابل قبول، متوسط جریان خروجی و پیک جریان خروجی باشد. موارد مورد نیاز اضافی رفتار دینامیکی نظیر تنظیم بار، پاسخ گذرای زمانی و رگولاسیون خط معمولا باید در دیتا شیت قطعه مورد بررسی قرار گیرد.
• فرکانس سوییچینگ مطلوب کاربر چه مقدار می باشد؟ آیا نیاز به تقسیم فرکانسی برای انتشار پیک کمتر می باشد؟ در سیستم مورد نظر کاربر یک منبع تغذیه کافی است یا تعداد بیشتری مورد نیاز است؟ اگر بیش از یک منبع نیاز است آیا لازم است که منابع با یکدیگر همگام شوند یا خیر؟ برای کاربردهای صنعتی، معمولا در عمل فرکانس سوییچینگ را زیر 450 کیلو هرتز یا بالای ½ مگاهرتز انتخاب می شوند تا از تداخل فرکانسی با باند AM جلوگیری به عمل آید. هم چنین برای کاربردهای با توان بالا باید منبعی با فرکانس سوییچینگ پایین را برای حصول بهترین بازدهی انتخاب کرد. چرا که فرکانس سوییچینگ بالا منجر به تلفات بیشتر می شود که البته راه حل هایی در این زمینه در بخش های مربوطه ارائه گردیده است.
• بازه دمای محیطی و کاری برد منبع تغذیه چقدر است؟ منبع تغذیه برای کدام قسمت کاربرد مورد نظر طراحی می شود؟ آیا در طراحی انجام شده نیاز به پارت نامبرها و قطعات با گرید نظامی یا صنعتی می باشد؟
• هم چنین کاربر باید اولویت اصلی را برای منبع تغذیه خود مشخص نماید. عموما، برای طراحی هر منبع تغذیه، معمولا طراح باید مصالحه هایی را بین کارایی و بازده و فاکتور شکل و هزینه در نظر بگیرد. هم چنین نکته مهم دیگر این است که دانستن فاکتورهایی است که دارای بالاترین اولویت می باشند چرا که تاثیر مستقیمی بر روی کیفیت طراحی دارد.
• آیا منبع تغذیه نیازی به رعایت استانداردهایی از قبیل بازدهی و کارایی، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و ضریب تصحیح توان (PFC) و ...دارد؟

البته باید در نظر داشت که داشتن این اطلاعات در مورد تمامی کاربردها ضروری به نظر نمی رسد. با استفاده از این اطلاعات می توان انتخاب دقیق تری نسبت به رگولاتور مورد نظر داشت و بهترین قطعات را نیز برای آن انتخاب کرد.

در این بخش ابتدایی قصد داریم تا به اختصار بیان کنیم که روند طراحی منبع تغذیه به چه صورتی بوده و در ابتدا طراح باید چه فاکتورهایی را مد نظر داشته باشد. در ابتدای طراحی منبع تغذیه باید در نظر داشت که انتخاب یک رگولاتور مناسب برای یک منبع تغذیه اساسی ترین موضوع می باشد و سپس پیکر بندی صحیح رگولاتور یا رگولاتورهای انتخاب شده موضوع مهمی بوده و سپس باید به فیلترهای ورودی و خروجی نیز پرداخت. در بخش زیر به روند طراحی یک منبع تغذیه به اختصار پرداخته شده و هر یک از موضوعات در هر یک از فصل های کتابچه به تشریح بیان شده است.

فهرست

مقدمه و نحوه انتخاب و طراحی یک منبع تغذیه با استفاده از رگولاتورها 7

انتخاب یک رگولاتور ولتاژ خطی مناسب.. 13

انتخاب نوع رگولاتور 13

مقایسه رگولاتورهای مثبت و منفی.. 13

رگولاتورهای 3 ترمیناله با خروجی ثابت.. 14

رگولاتورهای سه ترمینال با خروجی قابل تنظیم. 15

انتخاب آی سی رگولاتور 15

مدار پیکر بندی رگولاتور خطی و ملاحظات طراحی.. 16

پیکر بندی آی سی رگولاتور با خروجی قابل تنظیم و مثبت.. 17

مدار پیکر بندی آی سی رگولاتور با خروجی قابل تنظیم و منفی.. 23

پیکر بندی آی سی رگولاتور با خروجی ثابت و مثبت.. 24

پیکر بندی های آی سی رگولاتور با خروجی ثابت و منفی.. 29

ملاحظات عمومی طراحی.. 31

ملاحظات عناصر سری پسیو برای رگولاتورهای خطی.. 34

پیکر بندی عناصر پسیو سری.. 34

نحوه به کار بردن ترانزیستور نوع NPN.. 34

استفاده از ترانزیستور نوع PNP. 35

مشخصات عناصر سری پسیو. 36

حداکثر اتلاف توان PD(max) و ناحیه عملکردی ایمن (SOA) 37

جانمایی و مسیر کشی و ساختار رگولاتور خطی.. 39

ملاحظات جانمایی عمومی و جایگذاری قطعات.. 39

حلقه ای زمین و سنس ولتاژ از راه دور 39

نمونه ای از طراحی رگولاتور خطی.. 41

1-   انتخاب آی سی رگولاتور 42

2-   پیکر بندی مداری.. 42

3-   تعیین مقادیر عناصر. 42

4-   تعیین ولتاژ ورودی (Vin) 43

5-   انتخاب عناصر سری پسیو (Q1) 44

6-    محاسبه گرما و حرارت Q1. 44

7-   دیود کلمپ.. 47

چک لیست عیب یابی مدار رگولاتور خطی.. 47

برخی از نکات طراحی در مورد منابع تغذیه سوییچینگ و خطی.. 86

ملاحظات حرارتی برای خازن های فیلتر آلومینیومی الکترولیتی.. 86

برخی از نکات.. 91

معرفی نرم افزارهای شبیه سازی منبع تغذیه. 96

ضرورت انتخاب صحیح خازن و سلف با توجه به بخش های قبل. 96

انتخاب سلف.. 96

انتخاب خازن. 101

انتخاب رگولاتور و شبیه سازی آن از شرکت Maxim Integrated. 105

بررسی نرم افزارهای شبیه سازی و انتخاب رگولاتور از شرکت Linear. 110

معرفی و تشریح نرم افزار شبیه سازی LTpowerCAD.. 111

نمونه مراحل طراحی (برای ابزار طراحی که بر پایه اکسل نبوده و بر اساس LTpowerCAD می باشد) 115

معرفی و تشریح نرم افزار شبیه سازی LTspice. 120

نرم افزارهای شبیه سازی شرکت TI 120

معرفی و تشریح نرم افزار شبیه سازی WEBENCH.. 121

معرفی نرم افزار شبیه سازی SwitchPro. 121

نرم افزارهای شبیه سازی شرکت Analog Devices. 121

معرفی نرم افزار ADISimPower. 121

معرفی نرم افزار شبیه سازی eDesign Studio از شرکت ST. 121

معرفی نرم افزار شبیه سازی DC/DC Web Designer از شرکت MPS. 121

معرفی نرم افزار شبیه سازی رگولاتورهای Flyback با نام Flyback SMPS design از شرکت NXP   121

خازن های فیلتر خروجی.. 124

معرفی یک نرم افزار شبیه سازی.. 130

شبیه ساز قطعات.. 130

SpiCap، SpiCalci و SpiTan. 131

انتخاب خازن های خروجی.. 134

ترفندهای انتخاب سایز، ولتاژ و ظرفیت.. 134

مشخصات ملاحظات الکتریکی.. 134

تکنیکی برای کاهش نویز فرکانس بالای خروجی.. 143

پاسخ فرکانسی.. 144

اثر تکنولوژی های با اندوکتانس پایین بر روی کیفیت ولتاژ خروجی.. 147

خلاصه روند انتخاب خازن های ورودی و خروجی برای مبدل های DC/DC. 150

مقاومت ها 152

سلف ها 154

سلف های محافظت شده در مقایسه با سلف های محافظت نشده 158

نکات مهم و کاربردی برای حذف نویز منابع تغذیه و دیکوپلینگ آی سی های دیجیتال. 161

مقدمه. 161

روش های تولید نویز منبع تغذیه. 164

روش های اندازه گیری برای اتلاف توان و تلفات تعبیه. 168

ظرفیت یک عنصر مهم برای خازن. 172

تاثیر الگوی جایگذاری خازن. 174

مسیر نویز و مکان یابی محل خازن. 175

نوسان امپدانس مدارات جانبی.. 179

اتصال موازی خازن ها و آنتی رزونانس... 180

خازن هایی با ESLکم. 188

خازن با سه ترمینال. 189

چینش خازن های سه ترمیناله برای منابع تغذیه. 193

سلف ها و فیلترهای LC. 195

ملاحظات زمانی که از یک سلف برای منبع تغذیه استفاده می شود. 206

تعدادی از سلف های مناسب برای منابع تغذیه. 207

تعدادی از فیلترهای LC مناسب برای منابع تغذیه. 209

حذف نوسان ولتاژ منبع تغذیه. 210

نوسان ولتاژ زمانی که خازن موجود است.. 212

حذف اسپایک های موجود با خازن های موازی.. 215

حذف اسپایک ها با استفاده از خازن هایی با ESL کم. 216

نوسان ولتاژ زمانی که پهنای پالس بزرگ است. 217

ملاحظات مربوط به نحوه طراحی برد مدار چاپی منابع تغذیه سوییچینگ ایزوله نشده. 219

طراحی مسیر کشی و طرح بندی برد مدار چاپی.. 219

مکان یابی منبع تغذیه و قطعات مورد نیاز در برد سیستم تغذیه. 219

جایگذاری لایه ها 219

طرح بندی طبقه قطعات تغذیه. 221

مسیرهای جریان های پالسی و پیوسته و به حداقل رسانیدن اندوکتانس در حلقه های با di/dt زیاد (حلقه های با اتلاف گرمایی بالا) 221

ایزوله سازی و به حداقل رسانیدن مساحت سوییچینگ با dv/dt بالا. 224

ناحیه ای با مقدار مناسبی از مس برای محدود کردن فشار حرارتی عنصر تغذیه. 225

الگوی زمینه مناسب برای قطعات تغذیه به منظور به حداقل رسانیدن امپدانس... 226

جداسازی مسیرهای جریان ورودی چندین تغذیه. 227

مبدل با خروجی تکی و چند فاز 227

نمونه ای از طراحی طرح بندی مبدل باک 2 فاز با ولتاژ خروجی 2/1 ولت و بار 40 آمپر. 227

طرح بندی مدار کنترلی.. 229

به حداقل رسانیدن تداخلات و مساحت حلقه در پیکر بندی ها 230

چک لیست روند طراحی برد مدار چاپی تغذیه. 234

ملاحظات جانمایی و طرح بندی برای منابع تغذیه سوییچینگ.. 235

سلف       235

فیدبک    235

خازن های فیلتر. 236

جبران سازی.. 236

مسیرها و صفحات زمین.. 236

هیت سینک گذاری.. 237

فنی و مهندسی

فایل های جدید