به نام خدا

توی این مقاله قصد داریم انواع توپولوژی‌های سویچینگ و کاربرد هرکدومشون رو بررسی کنیم.

ما انواع مختلفی از توپولوژی سویچینگ داریم. هر توپولوژی سویچینگ برای  هدف مشخصی طراحی شده.

این که بدونیم هر توپولوژی سویچینگ مزایا و معایبش چیه ضروریه !

دونستن این موضوع کمک بزرگی به تحلیل منابع تغذیه سویچینگ میکنه .

اگر قرار باشه ما یک توپولوژی منبع تغذیه سویچینگ رو انتخاب کنیم پرسش های زیر به ما کمک میکنه تا بتونیم یه انتخاب خوب داشته باشیم:

• ولتاژ خروجی از محدوده ولتاژ ورودی بیشتره یا کمتر؟
• چند خروجی مورد نیازه؟
• ورودی نسبت به خروجی باید ایزوله باشه یا نه؟
• ولتاژ ورودی/خروجی خیلی زیاده؟

این پرسش ها به ما کمک میکنه تا بتونیم تشخیص بدیم چه نوع توپولوژی (مثلا buck یا boost یا buck-boost و…) باید استفاده کنیم.

انواع توپولوژی های سوئیچینگ:

•  غیر ایزوله
•  ایزوله

در ادامه به تشریح هرکدام از این منابع میپردازیم.

منابع سوئیچینگ غیر ایزوله :

همینطور که از اسم این منابع مشخصه، ورودی و خروجی ایزوله نیستند و  منبع اصلی به خروجی متصله.

از جمله مزایای این نوع منابع میشه به ساده بودن طراحیشون و هزینه پایین اونها اشاره کرد.

خب حالا میریم و انواع توپولوژی این نوع منابع (غیر ایزوله) رو بررسی میکنیم.

توپولوژی سوئیچینگ Buck :

شکلی که مشاهده میکنید بلوک دیاگرام رگولاتور یه منبع سوئیچینگ باک (buck) هستش.

مبدل باک یه مبدل DC-DC هستش که ولتاژ رو توی خروجی کاهش میده به همین دلیل این مبدل با نامهای کاهنده یا Step Down هم شناخته میشه.

مبدل‌های باک به عنوان یه مبدل DC-DC راندمان بالاتری نسبت به رگولاتورهای خطی دارن.

همچنین از مزایای این نوع مبدل طراحی مدار ساده اونها و در نتیجه قیمت پایینشون هست.

یکی از استفاده های این کانورتر تبدیل ولتاژ منبع تغذیه اصلی کامپیوتر (که معمولا 12 ولت هست) به ولتاژهای پایینتر که برای USB یا CPU نیازه،هستش.

عناصر تشکیل دهنده یک رگواتور Buck (به شکل بالا دقت کنید ):

1.  عنصر سوئیچ کننده (معمولا ماسفت)
2. بلوک هرزگرد شامل دیود سلف و خازن
3. مدار مقسم ولتاژ (مدار نمونه‌گیر از ولتاژ خروجی) که روی پایه ورودی منفی مقایسه گر هست که این مقایسه گر  برای آشکار کردن خطای ولتاژ در خروجی هستش.
4. مدار تولید ولتاژ رفرنس که توسط R1 و D2 (دیود زنر)
5. بلوک تولید پالس PWM که اساس عملکرد یه رگولاتور سوئیچینگ براساس عرض پالس تولیدی توسط این بلوک هست که به پایه گیت ماسفت متصله

توپولوژی سوئیچینگ Boost :

شماتیکی که مشاهده میکنید مربوط به رگولاتور سویچینگ بوست هست.

مبدل بوست یه مبدل DC به DC هست ولتاژ رو توی خروجی افزایش میده به همین دلیل به اون افزاینده هم میگن.

همونجور که میبینید همون المانهایی که توی رگولاتور سوئیچینگ باک داشتیم اینجا هم داریم ولی آرایش قرارگیری این المانها قدری متفاوته.

این مبدلها به طور معمول توی شارژرهای باتری یا پنل خورشیدی استفاده میشن. همچنین توی مدارهای ایجاد ترمز موتورهای DC هم ازشون استفاده میشه.

توپولوژی سویچینگ Buck-Boost :

باک-بوست (افزاینده-کاهنده) یکی دیگه از رگولاتورهای سویچینگ هست.

این مبدل ها هم مثل دو مبدل دیگه یه مبدل DC به DC هست که ولتاژ خروجی اون میتونه بیشتر یا کمتر از ولتاژ ورودی باشه.

مبدلهای باک بوست میتونن طیف وسیعی از ولتاژهای خروجی  (از تقریا صفر تا مقادیر بالا) رو تولید کنن.

توی این رگولاتور هم المانها همون المانها هستن فقط محل قرارگیریشون تغییر کرده.

البته اینجا بجای ماسفت از BJT استفاده شده (معمولا از ماسفت استفاده میشه و این شماتیک صرفا جهت آشنایی بیشتر هست)

به رگولاتور باک -بوست در بعضی از منابع آموزشی اینورتر هم میگن .

منابع سویچینگ ایزوله :

توی این منابع ورودی نسبت به  خروجی ایزوله شده و این کار توسط یک ترانس انجام میشه.

این مزیت بسیار بزرگی برای ما محسوب میشه.

توپولوژی هایی مانند فوروارد و فلای‌بک (که از این نوع منابع هستن) توی توان های پایین استفاده میشن.

و همچنین توپولوژی های دیگه ای مثل پوش‌پول و نیم پل و تمام پل برای توانهای بالا استفاده میشن.

در ادامه به تشریح هرکدوم میپردازیم.

فوروارد (FORWARD):

مبدل فوروارد یکی از مبدلهای رایج هست که برای افزایش یا کاهش ولتاژ DC یا تبدیل یه ولتاژ به چند ولتاژ خروجی DC مورد استفاده قرار میگیره.

یه مبدل فوروارد معمولی شامل موارد زیر هست:

• ترانسفورماتور که ورودی رو از خروجی ایزوله میکنه و نوع ترانسفورماتور بسته به ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی مد نظر باید انتخاب بشه.
• ترانزیستور مثل ماسفت که عمل سوئیچینگ رو انجام بده.
• دیود
• خازن
• سلف

ولتاژ ورودی توی این نوع توپولوژی میتونه از 90 ولت تا 264 ولت AC باشه.

اگه به توانی کمتر از 150 وات نیاز داشتیم میتونیم از توپولوژی فوروارد استفاده کنیم.

فلای‌بک (FLYBACK):

تصویر بالا شماتیک رگولاتور فلای‌بک هست.

از مبدل فلای بک میشه برای تبدیل AC/ DC و DC/ DC استفاده کرد.

ولتاژ ورودی توی توپولوژی فلای بک مثل فوروارد از 90 تا 264 ولت AC هست.

همچنین مجددا این توپولوژی برای توانهای زیر 150 وات استفاده میشه.

پوش‌-پول (PUSH-PULL):

مبدل PUSH-PULL یه نوع مبدل DC/DC  هست که از یه ترانسفورماتور و بخش سویچینگ برای تغییر ولتاژ منبع ورودی DC استفاده میکنه.

توی این نوع مبدل همونجور که توی شماتیک میبینید از دو جفت ترانزیستور استفاده شده.

به طور کلی نحوه کار در اینجا به این صورته که ترانزیستورها به صورت متناوب خاموش و روشن میشن و جریان DC رو به صورت متناوب به ترانسفورماتور میرسونن.

ترانسفورماتور هم با نسبت تبدیل کاهنده یا افزاینده ولتاژ رو به ثانویه منتقل میکنه.

ولتاژ ورودی توی این توپولوژی هم 90 تا 264 ولت AC هست و برای توانهای کمتر از 500 وات کاربرد داره.

نیم پل (HALF-BRIDGE):

یکی از معروف ترین مبدلهای متقارن برای توانهای بالا نیم پل یا HALF BRIDGE هست.

توپولوژی نیم پل نسبت به فلای‌بک یا فوروارد طراحی پیچیده تری داره ولی میشه از اون برای توانهای بالا هم استفاده کرد.

اگه ولتاژ ورودی ما بین90 تا 264 ولت DC باشه میتونیم تا توانهای کمتر از 500 وات استفاده کنیم.

ولی اگه ولتاژ ورودی بیشتر از 350 ولت AC باشه میشه تا توانهای نزدیک به 750 وات هم استفاده کرد.

تمام پل (FULL BRIDGE):

از نامهای دیگه این توپولوژی میشه به H-BRIDGE هم اشاره کرد.

برای انتقال توانهای بسیار بالا از تمام پل استفاده میشه.

توی این توپولوژی از چهار المان سویچ استفاده میشه که به صورت ضربدری باهمدیگه روشن میشن یعنی توی شماتیکی که مشاهده میکنید:

• Q1 و Q2 باهمدیگه روشن میشن
• Q3 و Q4 هم باهدیگه روشن میشن.

توپولوژی تمام پل توی دستگاه هایی مثل UPS دستگاه های جوش و کلا ادواتی که به توان بالا نیاز دارن کاربرد داره.

در صورتی که ولتاژ ورودی بیشتر از 350ولت DC باشه میتونیم برای توانهای بالاتر از 500 وات استفاده کنیم.

دقت کنید که هزینه تمام شده استفاده از Full Bridge خیلی بیشتر از توپولوژی های دیگه مثل نیم پل،فلای بک و… هستش.

در انتها به صورت خلاصه ولتاژهای ورودی و توانهای استفاده انواع توپولوژی ها رو توی جدول تحلیل میکنیم:

توی مقاله های بعدی عملکرد هرکدوم از توپولوژی ها رو به صورت دقیق تشریح میکنیم.

پایان.

جهت مشاهده دوره های آموزشی ما میتوانید از لینک‌های زیر استفاده نمایید:

دوره جامع تعمیر برد

دوره مهندسی معکوس

شما میتوانید ما را در شبکه های اجتماعی اینستاگرام و همچنین آپارات دنبال کنید.