مبدلهای AC-DC

منبع ولتاژ و منبع جریان ۱/۵ کیلو وات

مهندس سعید جباری
نوشته شده توسط مهندس سعید جباری

منبع ولتاژ و منبع جریان ۱/۵ کیلو وات جز یکی از بهترین و پرکاربرد ترین پروژه هایی بشمار میرود که میتوان از آن در صنعت استفاده کرد. هدف از طراحی این مدار تغذیه بخش وسیعی از چراغهای LED به توان ۲۴ وات و ولتاژ ۷۵ ولت و جریان ۰٫۳ آمپر بود. همانطوری که میدانید برای تغذیه چراغهای LED صد در صد باید بر روی جریان کنترل داشته باشیم زیرا در صورت عدم کنترل جریان و کاهش مقاومت داخلی LEDها با افزایش جریان مواجه خواهیم شد که این فرآیند تاثیر بسیار منفی بر روی طول عمر LED خواهد داشت. از این در طراحی مدار کنترلر این سیستم از دو نوع فیدبک ولتاژ و جریان استفاده کردیم ولی با این تفاوت که گین فیدبک جریان نسبت به فیدبک ولتاژ بیشتر بوده و هنگامی جریان خروجی از مقدار تنظیم شده بیشتر میشود فیدبک جریان وارد عمل شده و باعث افت ولتاژ و برقرار قانون اهم میشود. در یک جمله مختصر و مفید میتوان گفت که این سیستم یه LED درایور توان بالا است و میتوان توسط این تغذیه حدود ۵۶ عدد چراغ LED یک متری با توان ۲۴ وات را روشن کرد.

نمایی از منبع ولتاژ و منبع جریان

نمایی از منبع ولتاژ و منبع جریان

توپولوژی به کار رفته در منبع ولتاژ و منبع جریان ۱/۵ کیلو وات از نوع فول بریچ (Full Bridge Converter ) است که در مد ولتاژ کار میکند. در این تغذیه از یک منبع تغذیه ۲۴ ولت ۳ آمپر جهت تغذیه مدارات کنترلی ، گیت درایور و فن خنک کننده استفاده کرده ایم. ابعاد کلی مدار ۳۱۳ در ۲۱۲ در ۹۰ میلیمتر است که بر روی خود ۳ بورد کوچک را کنجانده است. یکی از بوردها تغذیه مدارات کنترلی است که قبلا به آن اشاره کردیم. بورد دیگر بورد کنترلر و مغز آنالوگ و دیجیتال تغذیه ما را تشکیل میدهد که وظیفه هماهنگی بین اجزای مختلف را به عهده دارد و بورد آخر بورد گیت درایور است که با استفاده از ترانس پالس ( Gate Drive Transformer – GDT ) وظیفه ارسال پالسهای دریافتی از آیسی کنترلر با حفظ ایزولاسیون کامل ماسفتها را به عهده دارد. اگر بخواهیم یک جمع بندی تا این لحظه داشته باشیم باید عرض کنم که در این مدار تمام ارتباط با طرف اولیه کاملا ایزوله میباشد و هیچ ارتباطی بین طرف اولیه و ثانویه وجود ندارد. در فیلم زیر بخشی از نحوه کار کرد مدار را مشاهده میکنید که متاسفانه بدلیل نداشتن بار مناسب از المنتی که در داخل آب انداخته بودیم استفاده کردیم و جریان ۱۵ آمپر از آن کشیدیم و نتایج کار و راندمان مدار را میتوانید در فیلم ضبط شده مشاهده کنید.

همانطوری که در تصاویر مشاهده میکنید مدار از ۴ عدد هیت سینک که ۳ تای آنها مشابه و یکی سیاه رنگ است برای دفع حرارت تولید شده استفاده کردیم. در مراحل اولیه طراحی ما قصد داشتیم که طوری المانهای قدرت را طراحی و محاسبه کنیم که نیازی به فن خنک کننده نداشته باشیم و به این هدف هم رسیدم و سیستم را تحت باره کامل و بدون وصل کردن فن جهت خنک کردن هیت سینکهای توانستم به مدت ۵ ساعت بطور مداوم جریان کامل بکشیم ولی متاسفانه مکانی که قرار بود این دستگاه ها در آنجا نصب شود در معرض نور مستقیم خورشید بود که ما به ناچار از یک فن ۲۴ ولت ۶ وات بلبرینگی استفاده کردیم که با کاهش چشم گیر دما به اندازه ۵۰ الی ۶۰ درصد شدیم که این کاهش دما باعث افزایش راندمان از ۹۲ به ۹۵ درصد در بار کامل ( ۷۵ ولت ۱۷ آمپر ) شد.

قطعات استفاده شده بر روی بورد تغذیه همگی از برندهای معتبر دنیا و با کیفیت بالا میباشند که در تصاویر زیر بخشی از این المانها کاملا مشخص هستند. برندهای همچون ST ، IXYS، VISHY ، EPCOS و … . هسته استفاده شده بر روی این مدار از نوع ETD59 میباشد و سلف خروجی کاملا دست ساز بوده و دارای اندوکتانس ۶۰ میکروهانری با قابلیت تحویل ۲۰ آمپر میباشد. برای کاهش تلفات پوستی بر روی سلف خروجی از ۳۰ عدد سیم موازی به نمره ۰٫۴ میلیمتر استفاده کردیم که این کار باعث کاهش چشم گیری دمای سلف خروجی در بار کامل شد. در زیر تصاویری از این المانها را میتوانید مشاهده کنید.

ترانس ETD59 سلف 60 میکرو 20 آمپر

ترانس ETD59 سلف ۶۰ میکرو ۲۰ آمپر

ابعاد سلف خروجی

ابعاد سلف خروجی

از مشخصات فنی منبع ولتاژ و منبع جریان ۱/۵ کیلو وات میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
۱- بازه ولتاژ ورودی بین ۱۹۵ الی ۲۴۰ ولت AC
۲- فرکانس ورودی ۴۷ الی ۶۰ هرتز
۳- ولتاژ خروجی نامی ۷۵ ولت باقابلیت تنظیم بین ۶۰ الی ۷۵ ولت
۴- حداقل جریان خروجی ۱ آمپر و حداکثر ۱۷ آمپر
۵- حداقل پاورفکتور ۵۵ درصد و حداکثر مقدار آن تحت بار کامل ۶۵ درصد
۶- راندمان مدار تحت بار کامل ۹۵ درصد
۷- مد کاری دستگاه بر پایه ولتاژ Voltage-Mode
۸- نحوه کنترل خروجی بر پایه Constant Current و Constant Voltage
۹- استفاده از مقاومت شنت ۳ میلی اهمی با توان ۲ وات و در پک smd به شماره ۲۵۱۲
۱۰- استفاده از ترانس پالس جهت درایور کردن ماسفتها هم بصورت ایزوله و هم کنترل ماسفتهای High-Side
۱۱- استفاده از مقاومت شنت ۲۲۰ اهم ۱۰ وات برای جلوگیری از جریان هجومی و خارج شدن از مدار بعد از شارژ خازنها توسط رله ۲۴ ولتی
۱۲- استفاده از سیمهای لیتز هم در ترانس و هم در سلف خروجی جهت کاهش تلفات پوستی
۱۳- استفاده از فن بلبرینگی ۲۴ ولت دائم کار جهت خنک کنندگی هیت سینکها
۱۴- قابلیت کنترل ولتاژ و جریان با رعایت بحث ایزولاسیون توسط میکروکنترلر و پالس PWM

 

کاربردهای صنعتی دستگاه عبارتنداز:
۱-
تامین روشنایی امکان عمومی با قابلیت Dimming
۲- تامین روشنایی مرغداریها ( گوشتی و تخم گذار ) با الگوریتم مخصوص جهت بهبود در وزن جوجه ها و تعداد تخمها
۳- تامین روشنایی گلخانه ها با الگوریتم مخصوص برای هر گیاه.
۴- شارژری برای باطریهای اسیدی و باطریهای لیفتراک

 

در زیر تصاویری از بورد و تستهای نهایی را میتوانید مشاهده کنید.

 

 

درباره نویسنده

مهندس سعید جباری

مهندس سعید جباری

۲۵ نظر

  • با سلام‌ و خسته نباشید خدمت مهندس عزیز .
    بنده میخوام برام‌ یه ac /dcسویچینگ ۲۴ ولت و ۵۰ آمپر طراحی کنین میخواستم ببینم هزینه اش چه قدر میشه

    • با سلام و درود
      لطفا با یکی از شماره تلفنهای موجود رو سایت تماس حاصل بفرمائید تا مشخصات کامل منبعی که نیاز دارید رو اعلام بفرمائید تا براتون پیشفاکتور صادر کنیم. با تشکر

  • سلام و تشکر از زحمات و کارهای بسیار عالی جناب عالی
    امیدوارم بنده هم یک روز مثل شما بتوانم بردهایی با این نظم و عملکرد عالب طراحی کنم.
    جناب مهندی بنده یک مبدل ساختار تمام پل شیفت فازی طراحی کردم و تمامی شکل موج های مقالات را بدست اورده ام اما سلف ورودی بنده دمای بسیار بالایی پیدا میکند با اینکه سیم را لیتز کرده ام اما هسته بسیار گرم می شود و هسته از نوع تروئیدی و احتملا جنس پودر اهن یا MPP یا سنداست است. ایا این حد دما حدود ۸۰ درجه طبیعی است.. مقدار سلف بنده ۲۰ میکرو هانری ۱۰ امپر و فرکانس سوئیچینگ و جریان عبوری از ان ۵۰ کیلو هرتز است.
    با تشکر

    • با سلام و درود و خسته نباشید بابت طراحی مبدل شیفت فازی
      حقیقتش چند سالی میشه که دنبال یه فرصت میگردم که بتونم رو ساختار شیفت فازی کار کنم و آیسی UCC28950 رو هم ۳ سال پیش تهیه کردم ولی هنوز فرصت نشده.
      در مورد سلف ورودی متوجه نشدم که درکدوم قسمت از ورودی سلف قرار دادید!؟ درضمن میتونم بپرسم رنگ هسته ای که استفاده کردید چه رنگی هست؟ و مورد بعدی اینکه کنترلری که استفاده کردید پارت نامبرش چیه؟
      دمای هسته تا رنج ۸۰ درجه یه جورایی میشه گفت که خوبه ولی جریانی که ازش رد میشه خیلی کمه و دمای ایجاد شده نصب به جریان گذرنده از این سلف خیلی بالاست. چند وقت پیش یه مبدل پوش پول با SG3525 طراحی کردم ودر خروجی ازش جریان ۱۰ آمپر رو کشیدم ولی دمای هسته خیلی پایین بود بطوری که وقتی دستم رو روی سلف نگه میداشتم یه حس خوبی بهم دست میدادم و دستم رو نمیسوزوند. البته بنده با هسته MPP با پارت نامبر ۵۵۹۲۹A2 و فرکانس ۶۰ کیلوهرتز و اندوکتانس ۵۴ میکروهانری پیچیده بودم.

      • ای سی همان UCC2895 استفاد کردم که توی بازار ایران ازش پیدا میشه. با توجه به طراحی یک Lexternal استفاده کرده ام که مقدار ان حدود۲۰ میکرو هانری است. هسته یک لایه پلاستیک سفید روی آن است احتمال خیلی زیاد هسته جنش اهن است. والا نتونستم جایی پیدا کنم که بهشون بگی هسته ی پودر اهن یا MPP یا Sendust می خواهم و به شما تحویل بدن فقط میگن ما هسته ی ترویدی داریم. سلف مذکور در واقع در ورودی ترانس و نقش اندوکتانس نشتی به منظور ZVS را ایفا میکند.در ضمن مبدل مبدل یک کیلو وات ۱۰۰۰ ولت است که درست عمل میکند و تمامی شکل های مقالات را بدست اورده ام اما این سلف بسیار حرارات زیادی دارد. در ضمن بشدت ابعاد هیت سینک کاهش پیدا میکنه اصلا IGBTها گرم نمی شن در تمام لود حتی

        • واقعا خوشحالم که تونستید با ساختار شیفت فازی مبدلی با راندمان بالا و کارایی بالا طراحی کنید.
          نکته اول اینکه آیا در مورد ساختار سلف ورودی که به منظور ZVS ازش استفاده میکنید تحقیق کردید که از چه نوع هسته ای باید استفاده کنید تا حداقل تلفات رو داشته باشید؟ اگه به این نتیجه رسیدید که هسته های MPP و Sendust مناسب برای اینکار هستند میتونید یکی از این هسته هایی که براتون لینکش رو گذاشتم انتخاب کنید. بنده همه ی اینا رو از ترکیه وارد کردم البته به صورت محدود که در پروژه ها ازشون استفاده کنم.
          لینک۱ / لینک۲ / لینک۳ / لینک۴ / لینک۵ / لینک۶ / لینک۷ / لینک۸ / لینک۹

          • سلام و تشکر ویژه از شما و زحمت و توجه جناب عالی
            جناب مهندس هسته های MPP شما با شماره ۵۵۳۱۰ با توجه به محسابات من موجب دمای ۵۰۰ درجه ای میشود و بنده نیاز به هسته ای با قطر بزرگتر مثلا شماره ۵۵۶۱۷ هستم. باید ببینم چی کار میتونم کنم 🙂

  • سلام
    مهندس جان خسته نباشید. کاراتون واقعا عالین. من تو کار صوتیم و الان دارم رو کلاس دی کار میکنم. میخواستم ساخت منبع تغذیه رو هم شروع کنم به عنوان استارت رو یه طرح خارجی با توان ۱ کیلو وات می خوام کار کنم ولی هنوز شروع نکردم. کتابی هست واسه مرجع که بتونم استفاده کنم؟ خودتون کلاس های اموزشی ندارید؟

    • با سلام و درود. اول از همه از این که وقتتون رو صرف دیدن پروژه های بنده کردید بسیار سپاسگزارم.
      همونطور که بنده همیشه و همیشه به دوستان و علاقه مندان طراحی مدارات سوئیچینگ گفتم و بازم میگم که بهترین رفرنس برای شروع به کار منابع سوئیچینگ استفاده از کتاب معروف Power Supply Cookbook اثر Marty Brown هست که میتونید از اینترنت دانلود کنید. مورد بعدی استفاده از Application Noteهای شرکتهای معروف در زمینه طراحی توپولوژیهای مختلف هست که خیلی خیلی تو یادگیری کمک میکنه. شما اگه این دو مورد رو رعایت کنید بهتون قول میدم که ۱۰۰ در ۱۰۰ نتیجه مطلوب رو خواهید گرفت. در لینک۱ و لینک۲ دو تا شماتیک براتون قرار دادم که هر دو تغذیه آمپلی فایرهای با تکنولوژی سوئیچینگ هستند که میتونید از اونا ایده های زیادی بگیرید.

    • با سلام و درود
      دوست عزیز برای طراحی یه ترانس، پارامترهای مختلفی رو یه طراح در نظر میگیره و این پارامترهای رو مدار فیدبک / پایداری / افت ولتاژ روی سوئیچهای اولیه و ثانویه / راندمان / اندوکتانس نشتی تاثیر داره. حقیقتش بنده نمیتونم کمکی بهتون بکنم و از این بابت ازتون معذرت میخوام. درضمن اگه کاری هم میتونستم بکنم باز کمکتون نمیکردم!! چون شما مشخصات فنی یه محصول ایرانی رو میخواین و انتشار اطلاعات این محصول هم از نظر شرعی و هم از نظر اخلاقی کار درستی نیست.

  • با سلام خدمت شما چند سال پیش یک بورد اینورتر وشارژر مربوط به آسانسور به دستم رسید که چند قطعه اش جدا شده بود من با تحقیقات تونستم اون قطعات رو پیدا کنم ونصب کردم اما الان فقط ترانس اینورترش رو نتونستم مشخصاتش رو پیدا کنم خواستم یکی از شرکتش تهیه کنم ولی قبول نکردند میخواستم ببینم میتونید من رو راهنمایی کنید یکی بپیچم توپولوژیش

    • با سلام و درود
      دمای ترانس بدون فن بین ۷۰ الی ۸۵ درجه بود و این اندازه گیری رو توسط دماسنج لیزری انجام داده بودیم. ولی وقتی فن رو وصل کردیم دمای ترانس و هیت سینگ به قدری کاهش پیدا کرد که به جرات میتونم بگم که حدود ۳۰ الی ۳۵ درجه شده بود.

  • سلام مهندس
    من تو حوزه ساخت امپ و سوئیچینگ کار میکنم تقریبا تازه سوئیچینگ رو راه انداختم فعلا برای تست میخواستم بدونم اگه بخوام ببرمش زیر فشار هسته رو چطور باید بپیچم؟

    • با سلام و درود و خسته نباشید به شما مهندس عزیز. وبلاگتون رو نگاه کردم و ازش لذت بردم. امیدوارم در آینده کارهای زیادی از شما مشاهده کنم.
      در مورد نحوه ترانس پیچی باید خدمتتون عرض کنم که نوع توپولوژی، حداکثر توان خروجی و نوع هسته ای که انتخاب کردید رو نحوه ی پیچیدن ترانستون تاثیر میزاره. از طرفی ترانس پیچی رو بنده بیشتر با دیدن یاد گرفتم تا اینکه برم در موردشون مطالعه و تحقیق کنم. مثال میرفتم ۱۰ الی۲۰ تا پاور مختلف در توانهای مختلف تهیه میکردم بعد میومد دونه دونه ترانسهاشون رو باز میکردم و آرایشهای پیچیدنشون رو بررسی میکردم. ولی اگه شما در مورد اون سه موردی که باید معلوم باشه بهم اطلاعات بدید شاید تنوستم تا حدودی بهتون کمک کنم

  • .All the projects i have seen its really great work. I .
    am working on full bridge converter
    Till now i had small converter but i want to make 1.5 kw
    Will you show me your design and tell me something how it is working
    Basically i want to know how you did close loop

  • سلام مهندس طرح هاییکه ارائه میدید بسیار عالی ولی یه اشکال وجود داره اونم اینه که با این علاقه که دانشجویان وعلاقه مندان به الکترونیک مخوان بدون که مدارو میتونن به عنوان پروژه بسازن اما نمیشه جون نه اطلاعی از قطعات ونه مدار چاپی ونمای شماتیک دارن اگه لطف کنین اینارو برای علاقه مندان ارائه بدین یا اینم جزو اسرار کاره

    • با سلام و تشکر از دوست عزیر بابت دیدگاه خوبتون
      میثم جان, من تا این لحظه هر کی ازم سوال پرسیده و یا نظر و رفرنسی خواسته با تمام انرژی کمکش کردم و تا اونجایی که تونستم سعی کردم اطلاعاتم رو در اتیارش قرار بدم و از این کار هم لذت بردم و هنوزم دارم میبرم ولی اینکه شماتیک و یا اطلاعات فنی این مدارات رو بصورت رایگان در اختیار دوستان قرار بدم یه خورده درست نیست! چون من با طراحی این مدارات دارم امرارمعاش میکنم و از طرفی امتیاز پروژه های طراحی شده رو به مشتریام فروختم و حداقل تا 5 سال من نمیتونم سورس اینا رو سایتم قرار بدم. ولی هر سوالی داشتید من در خدمتم و با کمال میل و حداکثر توان بهتون کمک میکنم و رفرنس براتون میفرستم.
      موفق باشید

    • من کاملا حق میدم رازشون رو فاش نکنند من خودم امپ میسازم ۲۵ هزار پای خودم در میاد میفروشم ۸۰ خود به هر حال دارم چول دود چراغ خوردنم رو در میارم

  • مهندس خسته نباشی، واقعا لذت برم از این پروژه ای که زحمت طراحیش رو کشیدی. همیشه پاینده و موفق باشی …

    • با تشکر از شما دوست عزیز که همیشه با راهنمایی و کمکهای ارزندتون منو به جلو هدایت کردید و مسیرهای موفقیت رو بهم نشون دادید.

      ارادتمند شما
      سعید جباری

نظر بدهید