اصل کاری ترانزیستورهای سوئیچینگ در منابع تغذیه سوئیچینگ: یک تحلیل سیستماتیک
به بیان دقیق، فرآیند تغییر یک ترانزیستور از رسانایی به قطع بسیار پیچیده است، اما هنگام تجزیه و تحلیل اصل کار آن، معمولاً ابتدا برخی از مسائل غیر اصلی را ساده می کنیم. به عنوان مثال، هنگامی که یک لوله سوئیچ برق روشن یا خاموش می شود، آن را یک کلید ایده آل در نظر می گیریم که تنها در دو حالت روشن یا خاموش کار می کند. اما در واقعیت، هدایت و خاموش شدن ترانزیستور سوئیچینگ هر دو فرآیند بسیار پیچیده ای هستند. علاوه بر رسانایی یا خاموش کردن، مسئله دیگری وجود دارد که نمی توان آن را در فرکانس های بالا نادیده گرفت و آن فرآیند کار ترانزیستور سوئیچینگ از ناحیه قطع به منطقه تقویت و سپس از ناحیه تقویت به ناحیه اشباع در هنگام هدایت است. این فرآیند کار برای حل نیاز به استفاده از معادلات دیفرانسیل دارد و من نمی خواهم آن را خیلی پیچیده در اینجا به شما معرفی کنم.
به عبارت ساده، روشن و خاموش شدن لوله سوئیچ پاور زمان می برد. به طور کلی، تن زمان هدایت لوله سوئیچ به سادگی به زمان تأخیر هدایت td و زمان افزایش رسانایی tr تقسیم میشود، در حالی که زمان خاموش شدن لوله سوئیچ به زمان تأخیر خاموشی tstg (یا زمان ذخیره خاموش شدن) و زمان سقوط tf تقسیم میشود.
منابع تغذیه سوئیچینگ دارای چرخه کاری هستند و به دلیل ولتاژ خروجی، خازن ذخیره انرژی فیلترینگ نیاز به شارژ دارد. از آنجایی که جریان شارژ زیاد است، بار سنگین (یا معادل یک اتصال کوتاه بار) خواهد بود، بنابراین منابع تغذیه سوئیچینگ عمومی باید اقدامات شروع نرم را اتخاذ کنند. در ابتدا چرخه وظیفه کم است و سپس به تدریج به حالت عادی تمایل پیدا می کند، یعنی در ابتدا توان خروجی کم است و سپس به تدریج افزایش می یابد. در ابتدا ولتاژ کار نسبتاً کم است و سپس به تدریج به مقدار نرمال می رسد.
به بیان دقیق، منابع تغذیه حالت سوئیچ همیشه در حالت ناپایدار کار می کنند و پایداری فقط نسبی است. به عنوان مثال، فرآیند تثبیت ولتاژ منبع تغذیه سوئیچینگ به شرح زیر است: هنگامی که ولتاژ خروجی افزایش مییابد، پس از نمونهبرداری و مقایسه، مدار نمونهبرداری سیگنال خطا را به مدار مدولاسیون عرض پالس ارسال میکند که باعث کاهش چرخه وظیفه و در نتیجه کاهش ولتاژ خروجی میشود. پس از کاهش ولتاژ خروجی، پس از نمونه برداری و مقایسه، مدار نمونه برداری سیگنال خطا را به مدار مدولاسیون عرض پالس ارسال می کند تا چرخه وظیفه افزایش یابد و در نتیجه ولتاژ خروجی افزایش یابد. این چرخه تکرار می شود و ولتاژ خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ همیشه حول ولتاژ متوسط در فرکانس مشخصی نوسان می کند. به اصطلاح تثبیت ولتاژ به این دلیل است که متوسط ولتاژ خروجی نسبتاً پایدار است.
