مبدلهای AC-DC

رکتیفایر ۲٫۵ کیلو وات متغیر

مهندس سعید جباری
نوشته شده توسط مهندس سعید جباری

به جرات میتوانم بگویم که پروژه رکتیفایر ۲/۵ کیلو وات متغیر جز پروژه هایی بود که توانستم کاربردهای مختلفی برای این دستگاه تعریف و در صنعت بکار ببرم. هدف اصلی در طراحی و ساخت این پروژه ایجاد ولتاژ متغیر بین بازه ۱۰ الی ۸۰ ولت DC با جریان خروجی حداکثر ۳۰ آمپر با قابلیت تنظیم جریان خروجی به عنوان منبع جریان بود. در این پروژه از توپولوژی تمام پل ( Full-Bridge Converter ) برای تبدیل انرژی و ایزولاسیون استفاده کرده بودیم. این منبع تغذیه از لحاظ فیزیکی از چهار بخش مختلف تشکیل شده بود

۱) بورد اصلی ( Main-Board )
۲) بورد کنترلی ( Oscillator Board )
۳) بورد درایور ماسفتها ( GDT Board )
۴) بورد تغذیه مدارات کنترلی و مدارات  جانبی با خروجی ۱۲ ولت ۴ آمپر ( Aux Power Supply )

بورد اصلی ( Main-Board ):

این بورد المانها و ادوات قدرت را شامل میشد. اگر بخواهیم توضیحی مختصر از ورودی تا خروجی این مبدل انرژی داشته باشیم بدین شکل خواهد بود. در ورودی این مبدل برای جلوگیری از جریان اولیه ( Inrush Current ) که بخاطر خالی بودن خازنهای ورودی بعد پل دیود ( Bulk Capacitor ) از دو عدد مقاومت ۳۳۰ اهم ۵ وات موازی استفاده کردیم این مقاومتها تا زمانی در مسیر قرار خواهند داشت که ولتاژ مورد نیاز برای استارت تغذیه ۱۲ ولت فراهم میشد. بعد از فراهم شدن تغذیه ۱۲ ولت دو عدد رله OMRON-G4A-1A که بطور موازی با مقاومتها قرار داشتند فعال میشدند و مقاومتها را برای جلوگیری از تلفات زیاد از مسیر خارج میکردند. فیلتر EMI این مدار متشکل از دو عدد خازن ۱uF-275VAC-X2 و سلف مد مشترک ۱mH بود.

بعد از فیلتر ما از دو عدد پل دیودی ۱۰۰۰ ولت ۳۵ آمپر به شماره GBPC3510 استفاده کرده بودیم که وظیفه یکسوسازی را به عهده داشتند. برای کاهش ریپل ولتاژ از ۴ عدد خازن ۶۸۰ میکروفاراد ۴۵۰ ولت کمک گرفته بودیم. برای سوئیچهای قدرت از ۸ عدد ماسفت  دو به دو موازی IRFP460 استفاده کرده بودیم که توسط بورد ترانس پالس کنترل میشد. هسته اصلی این مدار EE65 و هسته ی سلف خروجی M184-135A که یک هسته تروئید از نوع MPP بود، دیودهای خروجی ۴ عدد دیود DSEI60-06A بودند که بعد از یکسوسازی به فیلتر خروجی ( LC Filter ) وصل میشد.

بورد کنترلی ( Oscillator Board ):

کنترلر اصلی این بورد آیسی SG3525 هست که وظفیه کنترل جریان و ولتاژ خروجی را بر عهده دارد. برای داشتن ولتاژ و جریانی پایدار در خروجی از آیسی LM358 که یک Op-Amp دوبل هست استفاده کردیم. نحوه اندازه گیری و یا نمونه برداری از جریان خروجی توسط سه عدد مقاومت شنت ۳ میلی اهم دو وات انجام میگرفت. خروجی های پالس آیسی SG3525 توسط دو عدد ماسفت درایور TC4420 تقویت و به بلوک قدرت ترانس پالس وارد میشد. پروتکشنهای در نظر گرفته شده بر روی این مدار توسط مقایسه گر LM393 درایو و در صورت بروز مشکل آیسی کنترلی را Shutdown میکردند.

بورد درایور ماسفتها ( GDT Board ):

پالسهای خارج شده از بورد کنترلی که توسط TC4420 تقویت شده بودند بلوک قدرت گیت درایور را که متشکل از دو ماسفت IRFZ24N و دو ماسفت IRF9Z34N بود درایو میکردند، در این مدار ترانس پالس با آرایش H-Bridge و با یک خازن سری در مدار قرار میگرفت. نسبت دورهای اولیه به ثانویه ۱:۱ بود که شامل ۴ عدد خروجی میشد. هر خروجی به تنهایی دو ماسفت را درایو میکرد.

بورد تغذیه ۱۲ ولت ۴ آمپر ( Aux Power Supply ):

بورد منبع تغذیه ۱۲ ولت ۴ آمپر همان بود منبع تغذیه ۲۴ ولت ۳ آمپر موجود بر روی سایت است که با محاسبه دقیق مدار فیدبک و بهینه سازی ترانس برای ولتاژ ۱۲ ولت توانستیم هم تغذیه مورد نیاز برای مدارات کنترلی و بلوک قدرت مدار ترانس پالس را فراهم کنیم و هم جهت راه اندازه فنهای خنک کننده و رله های ورودی از آن کمک بگیریم. این تغذیه در صورت قرار گرفتن در جریان حرکت هوای ایجاد شده توسط فن توانایی تحویل جریان ۴ آمپر به طور دائم کار را دارد و در غیر اینصورت بدون هیچ گونه فنی میتواند جریان ۳ آمپر را در خروجی تحویل دهد.

مشخصات فنی این منبع تغذیه به شرح زیر میباشد:

۱) بازه ولتاژ ورودی بین ۱۸۵ الی ۲۴۰ ولت AC
۲) فرکانس ورودی بین ۴۷ الی ۶۳ هرتز
۳) پافکتور > 50%
۴) راندمان > 80%
۵) ولتاژ خروجی ۱۰ الی ۸۰ ولت با قابلیت تنظیم دقیق ولتاژ خروجی با دقت ۱۵۰ میلی ولت
۶) جریان خروجی کنترل شده بین ۱ الی ۳۵ پیک و ۳۰ آمپر دائم کار
۷) Over-Current Protection
۸) Over-Voltage Protection
۹) Over-Temp Protection
۱۰) Under-Voltage Protection
۱۱) Over- Voltage Protection
۱۲) Inrush-Current Protection

از کاربردهای مهم و عملی این منبع تغذیه در صنعت میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

۱) آبکاری فلزات
۲) آنادایز آلومینیوم – Aluminum Anodizing
۳) شارژر باطریهای سیلد اسیدی – Battery Charger
۴) آبکاری طلا – Gold Plating
۵) الکترولیز – Electrolysis
۶) الکترو وینینگ – Metal Electrowinning
۷) الکتروپلاتینگ – Electro Plating
۸) محافظ کاتدی – Cathode Protection
۹) هیتر پلاسما – Plasma Heating
۱۰) تغذیه اصلی کوره های القایی – Induction Heating

در ادامه میتوانید عکسهایی از این بورد را مشاهده کنید

درباره نویسنده

مهندس سعید جباری

مهندس سعید جباری

یه زمانی وقتی به بوردهای الکترونیکی نگاه میکردم با خودم میگفت که آیا میشه یه روزی منم یه همچین چیزایی رو بسازم! عاشق این بودم که پسر عموهام و پسرعمه هام کیس ویدیوهای قدیمی رو برای پاک کردن هد ویدیو باز کنن و من یه نگاهی بهشون بکنم!!! الان تو این مرحله از زندگیم با خودم میگم ای کاش اون موقع یه چیزه بیشتری از خدا میخواستم! این همه گفتم تا به اینجا برسم که باور کردن خود و ایمان داشتن به توانایی هامون در کنار توکل بر خدا همونی خواهد شد که تو بچگی، نوجوانی و جوانی بهش فکر کردیم و آرزوشو داشتیم، پس بیایید از امروز بزرگ فکر کنیم!

۱۴ نظر

    • با سلام و تشکر بابت وقتی که گذاشتید و مطالب بنده رو مطالعه کردید.
      سیم لیتزها رو خودم درست میکنم برای نمونه هام. ولی در متراژهای بالا افرادی هستند که سفارش میگیرن و براتون سیم لیتز میزنن.

  • سلام مهندس جان
    برای پیدا کردن بهینه مقادیر خازن و مقاومت پایدارساز حلقه فیدبک جریان و ولتاژ چه روشی رو پیشنهاد میکنید؟
    ایا روش تجربی مناسبی وجود داره؟

    • با سلام و درود.
      دوست عزیز برای بدست آوردن صفر ( Zero ) و قطب ( Pole ) در ابتدای کار براتون کتاب Marty Brown بنام Power Supply Cookbook بخش Appendix B. Feedback Loop Compensation رو پیشنهاد میکنم. تو این بخش ۳۰ صفحه ای موارد ابتدایی و حتی جامع فیدبک در منابع سوئیچینگ رو مطالعه خواهید کرد. بعده این کتاب پیشنهاد بنده کتاب Christophe Basso بنام Designing Control Loops for Liner and Switching Power Supplies – A Tutorial Guide هست که مرجع کاملی در مورد فیدبک در منابع سوئیچینگ محسوب میشه. با بررسی و مطالعه این دو کتاب میتونید تمام خواسته های خودتون رو بدست بیارید. البته اینو خدمتتون عرض کنم که شما قرار نیست کل کتاب رو مطالعه کنید ولی بررسی سطحی هر دو کتاب از اول تا آخر ذهن شما رو برای پیدا کردن خواسته هاتون آماده میکنه و این یعنی استفاده دقیق و کارآمد از کتاب در حداقلترین زمان ممکن با راندمان بالا!

  • سلام دوست عزیز واقعا کارتون عالیه
    سوالی داشتن ترانس اصلی این پروژه به نظر سیم خاصی داره تو عکس چه نوع سیمی هستش ؟ سیم تخت ؟

    • سلام و درود و ممنون بابت توجهتون
      نه دوست عزیز، سیم خاصی نیست. بنده هنگام مونتاژ عکسایی رو میگیرم که هر کدوم به نظرم جالب و خوب میان رو روی سایت قرار میدم.وقتی مونتاژ کلی این بورد تموم شد بنده ترانس رو گذاشتم ( ترانس خام که هنوز سیم پیچی انجام نداده بودم ) و یه عکس گرفتم و اونو هم رو سایت آپلود کردم. البته سیم این ترانس از نوع لیتز هست

  • سلام خیلی کار قشنگی شده.
    چندتا سوال دارم ممنون میشم جواب بدید.
    علت اینکه برای درایو کردن ماسفت ها بعد از TC4420 از ترانزیستور استفاده کردید چیه؟ بدون اون جواب نمیده؟
    هسته ای که استفاده کردید از نوع MMP هست عملکردش خیلی بهتر از نوع پودر آهنه؟
    یه جا دیدم از دو نوع هسته برای فیلتر خروجی استفاد
    میکنن ولی علتشو نمی دونم. یکی لاین منفی که از نوع sendust بود و یکی هم که تشکیل فیلتر clc رو میداد از نوع پودر آهن. دلیلش چی میتونه باشه؟

    • با سلام و تشکر بابت کامنت خوبتون
      ۱٫ دلیل استفاده بنده از آیسی درایور TC4420 بخاطر این بود که آیسی کنترلر اصلی زیاد تحت فشار نباشه. مورد دوم بخاطر این بود بورد کنترلی رو بطور ماژولار طراحی کرده بودم که هدفم استفاده از این بورد در چند پروژه دیگه بود. از این لحاظ سعی کردم که ماژول رو از هر لحاظ بهینه طراحی کنم.
      ۲٫ هسته های MPP از نظر راندمان کارایی بالایی دارن و اگه بحث قیمت رو در نظر نگیریم از نظر کیفیت بسیار بسیار پاسخگو هستند.
      ۳٫ هسته های پودر آهنی رو همونطور که فرمودید بیشتر در فیلترهایی که به اندوکتانس پایین نیاز دارن استفاده میکنند تا هم از نظر قیمت توجیه پذیر باشه و هم از نظر راندمان و کارائی. وگرنه استفاده از MPP و Sendust کیفیت و کلاس کار رو خیلی بالا میبره.

  • سلام مهندس عزیز واقعا که طراحی تون عالیه. یه سوال داشتم‌ از خدمتون نمیشد به جای SG3525 از TL494 استفاده میکردید تا LM358 رو بشه حذف کرد.البته برای یادگیری خودم میپرسم.

    • با سلام و تشکر بابت دقتتون
      بله میتونستم استفاده کنم ولی با وجود اینکه خیلی خیلی آیسی tl494 رو قبول دارم اما SG3525 رو بیشتر باهاش راحتم ولی طراحی مدارات فیدبک در مد کاری ولتاژ توسط این آیسی برام خیلی راحتتر و لذتبخش تر از TL494 هست. مورد بعدی این بود که من نیاز داشتم که کنترل ولتاژ و کنترل جریان رو بطور جداگانه انجام بدم. از این رو در ابتدا فیدبک ولتاژ رو وارد کار کردم بعد فیدبک جریان که این کار توسط دو تا دیود ساده امکان پذیر بود که با نصب و جدا کردن ان دو تا دیود به راحتی هر دو فیدبک بطور مستقل کار میکرد.

  • سلام جناب مهندس. تبریک میگم بابت کار بسیار عالی ای که انجام دادین.
    میخواستم بپرسم با توجه به توان بالای این مبدل و توپولوژی مورد استفاده، علت خاصی برای استفاده نکردن از مدارات PFC داشتین ؟
    و اینکه ببخشید، هسته ی مورد استفاده در خروجی رو از بازار داخل تهیه کردین ؟

    ممنونم از توجهتون

    • با سلام و درود
      دلیل اینکه از مدار PFC استفاده نکردم بخاطر درخواست مشتری بود. چون نمیخواست قیمت تمام شده مدار بالا بره.
      هسته سلف خروجی رو از ترکیه وارد کردم.

  • با عرض سلام و خسته نباشید و خدا قوت
    مهندس جان اینکه اسم این مدار رو گذاشتید رکتیفایر و نه منبع تغذیه و یا امثالهم چیه؟
    رکتیفایر بار معنایی خاصی رو منتقل میکنه و یا من باب اینکه در صنعت بیشتر برای این کاربرد ها لفظ رکتیفایر استفاده میشه شما هم این عنوان رو براش برگزیدید؟

    • با سلام و درود
      دلیل این کار برمیگرده به کلمات و اصطلاحاتی که در رشته ها و علوم مختلف برای منابع سوئیچینگ به کار میبرن. امثال بنده و شما دوستان عزیزی که با علم الکترونیک آشنایی داریم از ساختار کلی این نوع مدارات کاملا مطلع هستیم ولی منابع تغذیه سوئیچینگ در صنعت و علوم مهندسی مختلف با اصطلاحات دیگری مورد استفاده قرار میگیره و بخاطر این موضوع بنده هم سعی بر این دارم که این کلمات رو بشناسم و با عناوین صنعتی تاپیک پستهام رو مطرح کنم تا هم بازدید سایتم رو بالاببرم و هم مهندسان رشته های دیگر رو برای خرید محصولاتم به سمت خودم بکشم.

پاسخ دادن به محمد X

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.