مقاله 26- منابع تغذیه سوئیچینگ

مقاله 26- منابع تغذیه سوئیچینگ مقدمه : منابع تغذیه سوئیچینگ امروزه و بخصوص از سال 1990 به این طرف جای خود را در تمامی دستگاه های الکتریکی و در صنایع الکترونیک، مخابرات، کنترل، قدرت، ماهواره ها، کشتی ها، کامپیوترها، موبایل، تلفن و ... به دلیل ارزانی قیمت و کم حجم بودن و راندمان بالا باز کرده اند. به همین دلیل اکنون همه کشورهای جهان حتی در جهان سوم به طراحی و ساخت این نوع از منابع تغذیه پرکاربرد می پردازند. اما با این وجود متأسفانه هنوز این منبع تغذیه در ایران ناشناخته مانده و همه روزه مقدار زیادی از بیت‌المال المسلمین در راه ساخت منابع تغذیه غیر ایده‌آل و یا خرید این گونه منابع تغذیه سوئیچینگ از کشور خارج می شود. فصل اول انواع منابع تغذیه منبع تغذیه خطی منابع تغذیه خطی منابعی هستند که عنصر کنترل آن ها در ناحیه فعال از عملکرد خود قرار دارد. این عنصر به صورت سری یا موازی با بار قرار می گیرد و با دریافت فیدبک از خروجی، میزان ولتاژ و جریان بار خروجی را تنظیم می کند به گونه ای که ولتاژ خروجی در یک سطح از پیش تعیین شده ثابت باقی بماند. معمولاً عنصر کنترل در این دسته از منابع یک ترانزیستور دو قطبی است که با تنظیم جریان بیس آن میزان جریان رسیده به بار کنترل می شود. بلوک دیاگرام ساده شده این نوع منبع تغذیه در شکل نشان داده شده است. 1-1-1مزایای منابع تغذیه خطی مزایای یک منبع تغذیه خطی به شرح زیر است: 1- پایداری زیاد. 2- نویزپذیری پایین. 3- تثبیت عالی. 4- نوسان کم خروجی. 1-1-2 معایب منبع تغذیه خطی معایب یک منبع تغذیه خطی به شرح زیر می باشد: 1- بازده کم تر از 50% (در توان های نسبتاً زیاد). راندمان منبع تغذیة خطی معمولاً کم است دلیل آن افت ولتاژ و در نتیجه اتلاف توان در عنصر کنترل است. 2- حجم زیاد. یکی از معایب منبع تغذیة خطی حجم زیاد آن به ویژه در توان زیاد است. دلیل اصلی حجیم شدن این منابع دو عامل ذیل است: الف) بزرگ بودن ترانس کاهنده ورودی ب) نیاز به گرماگیرهای[1] بزرگ به دلیل تلفات زیاد در عنصر کنترل 1-1-2-1 بزرگ بودن ترانس کاهندة ورودی همان گونه که بیان شد یکی از دلایل حجیم شدن منبع تغذیه خطی بزرگ بودن ترانس کاهندة ورودی آن می باشد. این ترانس به دلایلی نمی تواند از بلوک دیاگرام کنار گذاشته شود. ترانس سبب مجزاسازی[2] مدار خروجی از ورودی می شود و از طرفی برای جلوگیری از تشعشع مدار و جلوگیری از نفوذ میدان های الکترومغناطیسی خارجی مجبوریم که زمین مدار را به بدنة منبع تغذیة خطی متصل کنیم و در صورت نبود ترانس خطر برق گرفتگی برای کاربر وجود دارد. 3- عدم توانایی فشرده سازی به ویژه برای بهره‌وری بالا. 4- زمان نگهداری[3] نسبتاً کوچک. منبع تغذیة خطی دارای زمان نگهداری بسیار کمی می باشد. منظور از زمان نگهداری مدت زمانی است که خروجی تغذیه علیرغم قطع بودن برق ورودی آن، هم چنان برقرار می ماند. اگر بخواهیم این زمان را افزایش دهیم باید ظرفیت خازن های ورودی را بسیار بزرگ در نظر بگیریم که طبعاً حجم زیادی اشغال می کند. 5- مناسب برای ولتاژهای کم. این نوع منابع بیشتر برای ولتاژهای خروجی پایین به کار برده می‌شوند و این یکی از معایب منبع تغذیه خطی است که استفاده از آن در ولتاژهای زیاد مقرون به صرفه نیست. 1-2 منبع تغذیة غیرخطی (سوئیچینگ) معایب منبع تغذیة خطی می تواند با استفاده از منبع تغذیة سوئیچینگ کاهش یافته و یا حذف شود. بلوک دیاگرام ساده شدة یک منبع غیرخطی (سوئیچینگ) در شکل نمایش داده شده است. 1-2-1 مزایای منبع تغذیة سوئیچینگ منابع تغذیة سوئیچینگ دارای مزایایی به شرح زیر می باشند: 1- راندمان بزرگ تر از 50% معمولاً بازده منابع تغذیه سوئیچینگ بیشتر از بازده منابع تغذیه خطی می باشد. بازده منابع تغذیه سوئیچینگ بین %70 تا %80 است. در منابع تغذیة سوئیچینگ عنصر کنترل (سوئیچینگ) در حالت اشباع و قطع کار می کند و توان تلفاتی پایینی دارد، در حالی که در منابع تغذیة خطی عنصر کنترل در حالت فعال کار می کند و توان تلفاتی بالائی دارد. 2- ابعاد کوچک ترانس در منابع تغذیة خطی ترانس در فرکانس 50 هرتز برق شهر کار می‌کند. بر این اساس انرژی نسبتاً زیاد در تعداد دفعات کم به خروجی منتقل می شود. در حالی که در منبع تغذیة سوئیچینگ با افزایش فرکانس، بسته های انرژی کوچک تری در تعداد دفعات بیشتری منتقل می گردد. 3- سبک بودن منبع تغذیه بیش‌تر وزن یک منبع به ترانس آن بستگی دارد. حال اگر ترانس کوچک باشد این منبع سبک خواهد شد. 4- کاملاً فشرده منابع تغذیه سوئیچینگ را می توان در بسته بندی های کاملاً فشرده قرار داد، چون اتلاف حرارتی کمی دارند. 5- ورودی با محدودة دینامیکی زیاد ولتاژ ورودی می تواند در محدودة وسیعی تغییر کند در حالی که ولتاژ خروجی ثابت باقی بماند. 6- زمان نگهداری بیش از پنج میلی ثانیه. در منابع تغذیة سوئیچینگ زمان نگهداری بیشتر از منابع تغذیة خطی است. دلیل آن ولتاژ dc بالایی است که در خازن ورودی ذخیره می شود. از آنجائی که انرژی ذخیره شده در خازن با مربع ولتاژ رابطه دارد به همین دلیل منبع سوئیچینگ زمان نگهداری بیشتری دارد. 1-2-2 معایب منابع تغذیة سوئیچینگ 1- به دلیل نوع فیدبک به کار برده شده ایزولاسیون (مجزاسازی) مدار از بین می رود و در این حالت زمین ورودی به زمین خروجی متصل می شود و خطر برق گرفتگی برای کاربرد به وجود می آید. 2- در ترانس علاوه بر تشعشع، تلفات افزایش یافته و با افزایش تلفات در ترانس، بازده آن کاهش می یابد. الف) مستقیم که از طریق سیم های ارتباطی انتشار می یابد. ب) غیرمستقیم که از طریق محیط، ارتباط برقرار می شود. 3- نیاز به حفاظت در مقابل اضافه بار[4] در منابع تغذیة خطی و یا غیرخطی از اتصالات P-N بسیار استفاده می شود. هنگامی که از یک پیوند P-N جریان DC عبور می دهیم بیش تر جریان DC از نقاط تخت عبور می کند. حال اگر جریان بیش از حد قابل تحمل پیوند باشد پیش از آن که پیوند اتصال کوتاه شود، در اثر گرم شدن پیوند سیم ارتباطی آن که با جوش اولتراسوند وصل شده جدا خواهد شد. 4- با قطع شدن فیدبک در منابع تغذیة خطی افزایش ولتاژ وجود ندارد. در حالی که در منابع تغذیة سوئیچینگ با قطع شدن فیدبک، قسمت کنترلی ولتاژ خروجی را صفر می بیند و لذا برای افزایش ولتاژ انرژی بیش تری را به خروجی منتقل می کند. زیرا قسمت کنترلی، کاهش ولتاژ را در اثر افزایش بار می داند. انتقال انرژی بیش تر به خروجی سبب افزایش ولتاژ خروجی می شود تا جایی که منجر به سوختن عناصر مدار می شود. 5- جریان های یورشی[5] زیاد جریان های یورشی به جریان هایی گفته می شود که در لحظة اول بعد از وصل شدن منبع تغذیه به علت شارژ نبودن خازن های مدار از ورودی دریافت می شود. فصل دوم یکسوساز و فیلتر ورودی 2-1 یکسوساز ورودی این بخش برای تبدیل ولتاژ متناوب ورودی به مقدار DC به کار می‌رود. به منظور امکان به کارگیری منبع تغذیه در دو سیستم انتقال انرژی رایج یعنی سیستم 110 و220 ولت باید بخشی را در واحد یکسوسازی ورودی تغذیه کنیم به گونه ای که منبع تغذیه قادر باشد به راحتی در این دو سیستم کار کند. 2-3 مشکلات واحد یکسوساز ورودی و روش های رفع آن ها 1- از آنجا که خازن های ورودی نقش ذخیره کننده های انرژی را بر عهده دارند با قطع ورودی از سیستم برق شهر انرژی زیادی در خازن ها ذخیره است و ولتاژ دو سر آن ها به کندی افت می کند. از طرف دیگر واحد کنترل همواره سعی می کند تا توان ثابتی در خروجی تحویل دهد. بر این اساس کاهش تدریجی ولتاژ ورودی منجر به این خواهد شد که از ترانزیستورهای سوئیچینگ ورودی، جریان بیشتری عبور کند. ادامة این روند مشکل ساز خواهد بود. بنابراین بعد از افت ولتاژ خازن ها تا مقدار مشخص، دیگر به واحد کنترل اجازة کار داده نمی شود. در این صورت دیگر خازن ها مسیری برای تخلیه شدن ندارند. 2- مشکل دیگری که با آن مواجه می شویم جریان لحظه ای شدید عبوری از مدار به هنگام روشن کردن منبع تغذیه است. مقدار این جریان یورشی با توجه به تخلیه بودن خازن ها و فاز ولتاژ ورودی ممکن است بسیار زیاد باشد. که می تواند باعث صدمه دیدن دیودهای بخش ورودی و عموماً اتصال کوتاه آن ها و یا حتی باعث قطع شدن فیوزهای حفاظتی شود. برای رفع این مشکل غالباً از یکی از روش های زیر استفاده می شود: الف – استفاده از NTC . ب- استفاده از مقاومت و رله. ج – استفاده از مقاومت و تریاک. د – استفاده از تریستور نوری. 2-3-1 استفاده از NTC NTC عنصری است که با افزایش دما مقاومتش کاهش می یابد. به دلیل همین ویژگی استفاده از آن برای این منظور مناسب است. زیرا در لحظة اول که جریان هنوز وارد خازن ها نشده است NTC در دمای اتاق قرار دارد و مقاومت آن حدوداً می باشد. بنابراین جریان اولیه حداکثر به حدود محدود خواهد شد و زمانی که مدار به شرایط کار عادی خود می رسد عبور جریان باعث افزایش دمای NTC شده و مقاومت آن را تا حدود کاهش می‌دهد که منجر به تلفات اندکی (حدوداً 4/0 وات) خواهد شد. واضح است که اگر از مقاومت ثابت استفاده می شد در شرایط کار عادی منجر به تلفات زیادی می شد. معمولاً در عمل از دو NTC در مدار استفاده می شود. 2-3-3 استفاده از مقاومت و تریاک از این روش نیز می توان به عنوان روشی کم هزینه برای توان های بالا نام برد که برخی مشکلات مربوط به استفاده از رله در روش قبلی را حل می کند. 2-3-4 روش تریستور نوری در توان های بسیار زیاد، روش های قبلی جواب گو نمی باشد. از این رو از مدار شکل استفاده می شود. اساس کار این مدار به این شرح است. در سیکل مثبت ورودی و در لحظات اولیه که تریستورها خاموش‌اند، دیود (یا برای سیکل منفی) به همراه مقاومت محدود کننده جریان (یا برای سیکل منفی) وظیفة شارژ آرام خازن های خروجی را بر عهده دارند. پس از گذشت مدت زمان اندکی که ولتاژ DC خروجی به حد معین از پیش تعیین شده می رسد، دیود نوری به بیس ترانزیستور نوری فرمان روشنی می دهد. با عبور جریان از امیتر ، تریستور روشن می شود. زیرا در این شرایط ولتاژ آند آن از کاتد بیشتر است. از این لحظه به بعد جریان خروجی از طریق تریستور و نه از طریق دیود و مقاومت سری با آن تأمین می‌شود. بنابراین تلفات کاهش می یابد. در سیکل منفی ورودی، ولتاژ آند نسبت به کاتد آن منفی است و لذا قطع می باشد، اما در این حالت، شرایط روشنی برای تریستور و از طریق ترانزیستور نوری که فرمان روشنی خود را دیود نوری مربوطه می گیرد، فراهم است و عین همان روندی که برای ترانزیستور نوری و تریستور در سیکل مثبت اتفاق افتاد، برای ترانزیستور نوری و تریستور در سیکل منفی رخ می دهد. بر این اساس تنها در مدت زمان اندکی از کل هدایت، دیودها و مقاومت سری با آن ها در مسیر جریان قرار دارند و این به مفهوم آن است که تلفات اندکی خواهند داشت. 2-4 فیلتر ورودی EMI/RFI رایج ترین روش حذف نویز در بخش ورودی منابع تغذیة سوئیچینگ استفاده از یک فیلتر LC برای حذف نویز تفاضلی و مشترک می باشد. فصل سوم مبدل‌های قدرت سوئیچینگ 3-1 مبدل فلای‌یک غیر ایزوله از ساختارهایی می باشد که تقریباً در قریب به اتفاق تمامی مبدل‌های سوئیچینگ کم قدرت مورد استفاده واقع می شود. از مزایای ویژه آن سادگی ساختار و حجم کم است. دلیل نام فلای‌بک برای این مبدل این بوده است که در گذشته قبل از این که این سیستم در منابع سوئیچینگ رایج شود در بخش افقی تلویزیون های سیاه و سفید از آن برای تهیه ولتاژ زیاد استفاده می شده است. از آن جایی که ولتاژ زیاد به هنگام برگشت اشعة افقی که بسیار سریع صورت می گیرد به وجود می آید به آن فلای‌بک (پرواز برگشت) اطلاق شده است. 3-2 مبدل فوروارد غیر ایزوله شکل زیر ساختار مبدل فوروارد را در حالت غیرایزوله نشان می‌دهد. وقتی کلید K بسته می شود. جریان I به طور مستقیم از سلف L عبور می کند و ضمن تولید ولتاژ خروجی، انرژی در سلف L ذخیره می شود. در طی این مدت دیود D به دلیل گرایش معکوس قطع می‌باشد. وقتی کلید باز شود میدان مغناطیسی ذخیره شده در سلف L باعث تغییر قطعبیت ولتاژ دو سر آن و گرایش مستقیم شدن دیود D می گردد، که در نتیجه جریان در مدار ادامه می یابد. به خاطر عمل سوئیچینگ، جریان خروجی پیوسته باقی می ماند و حالت پالسی ندارد. در حالی که جریان ورودی به صورت غیرپیوسته بوده و حالت پالسی دارد. از آنجائی که در دو حالت قطع و یا وصل کلید K انرژی به خازن خروجی انتقال می یابد، انتظار می رود که مبدل فوروارد نسبت به مبدل فلای‌بک قدرت بیشتری را انتقال دهد. فصل چهارم ادوات قدرت سوئیچینگ 4-1 دیودهای قدرت دیودهای نیمه هادی قدرت نقش مهمی را در مدارهای الکترونیک قدرت ایفا می کنند. دیود به عنوان کلیدی عمل می کند که در مدارهای مختلف برای انجام عملیات یکسوسازی غیر کنترل شده و تبدیل توان AC به DC ، عمل هرزگردی در تثبیت کننده ها، معکوس سازی بار خازن و انتقال انرژی بین اجزا مدار، جداسازی ولتاژ، فیدبک انرژی از بار به منبع و آزادسازی انرژی ذخیره شده به کار می رود. در بیش‌تر کاربردها، دیودهای قدرت را می توان به صورت یک کلید ایده‌‌آل در نظر گرفت، اما دیودهای واقعی با مشخصه های ایده‌آل مطابقت ندارند و محدودیت های ویژه خود را دارند. دیودهای قدرت تا حدودی مشابه دیودهای سیگنال پیوند P-N می باشند. هر چند با اصلاحاتی که صورت گرفته است، دیودهای قدرت توانایی کار در محدودة جریان، ولتاژ و توان بالاتری را نسبت به دیودهای سیگنال معمولی دارند. از طرف دیگر سرعت کلیدزنی (یا پاسخ فرکانسی) آن ها در مقایسه با دیودهای سیگنال پایین تر است. هر چند این محدودیت با توجه به کاربرد دیودهای قدرت که عموماً در محدودة فرکانسی پایین‌تری مورد استفاده قرار می گیرند مشکلی به وجود نمی آورد. 4-1-1 ساختمان دیودهای قدرت نیمه هادی‌هایی که دارای تنها یک اتصال P-N ساده هستند و در خلال بررسی دیودهای با قدرت بالا به کار روند. چرا که این گونه دیودها باید علاوه بر عبور جریان های مستقیم شدید قادر به تحمل ولتاژهای معکوس بالاتری نسبت به حالت عادی باشند. برای حل این مشکل از یک ترکیب سه لایه به صورت N ، و P استفاده می شود که در ادامه عملکرد این عنصر مورد بررسی قرار می گیرد. 4-1-2 عملکرد دیودهای قدرت در گرایش مخالف مطابق شکل 4-1 یک دیود قدرت را در گرایش مخالف در نظر بگیرید. در وضعیت سکون پیش از آن که ولتاژ خارجی اعمال شود یک نفوذ مضاعف صورت می گیرد. به صورتی که افزایش نسبی غلظت حفره ها در ناحیة P باعث نفوذ حفره ها به داخل ناحیه می شود و از طرف دیگر افزایش نسبی غلظت الکترون ها در ناحیة N و نفوذ الکترون به باعث ایجاد لایه بار فضایی مثبت و منفی خواهد شد که باعث به وجود آمدن یک سد پتانسیل در نقاط اتصال شده که مانع از نفوذ بیشتر حامل ها می شود. 4-1-5 انواع دیود قدرت در حالت ایده‌آل دیود نباید هیچ زمان بازیابی معکوسی داشته باشد که این امر هزینه ساخت دیود را افزایش می دهد. در بسیاری از کاربردها آثار زمان بازیابی معکوس چندان اهمیت ندارد و می توان از دیودهای ارزان استفاده کرد. بسته به مشخصه های بازیابی و روش‌های ساخت، دیودهای قدرت را می توان به سه گروه تقسیم کرد که مشخصه ها و محدودیت های عملی هر گروه کاربردشان را مشخص می کند. این دسته بندی به صورت زیر می باشد: 1- دیودهای با بازیابی استاندارد یا همه منظوره 2- دیودهای بازیابی سریع و فوق سریع 3- دیودهای شاتکی 4-1-5-1 دیودهای با بازیابی استاندارد یا همه منظوره دیودهای یکسوکننده همه منظوره زمان بازیابی معکوس نسبتاً زیادی دارند که در حدود است و در کاربردهای سرعت پایین به کار می روند که زمان بازیابی چندان اهمیت ندارد. محدودة جریان این دیودها از کم تر از یک آمپر تا چند هزار آمپر و محدودة ولتاژ آن‌ها 50 ولت تا 50 کیلو ولت می باشد. این دیودها معمولاً به روش نفوذی ساخته می شوند. 4-1-5-2 دیودهای بازیابی سریع و فوق سریع دیودهای بازیابی سریع زمان بازیابی کوچکی (به طور معمول کم تر از چند میکرو ثانیه) دارند. این دیودها در مدارهای مبدل DC به DC و DC به AC که سرعت بازیابی اغلب اهمیت حیاتی دارد به کار می‌روند. محدودة جریانی کاری این دیودها از کم تر از یک آمپر تا چند صد آمپر و محدودة ولتاژ آن ها از 50 ولت تا حدود 3 کیلو ولت است. برای محدودة ولتاژ بالای 400 ولت، دیودهای بازیابی سریع عموماً به روش نفوذی ساخته می شوند و زمان بازیابی به وسیلة نفوذ ناخالصی طلا یا پلاتین کنترل می شود. این امر هر چند باعث کاهش طول عمر حامل‌ها و در نتیجه کاهش زمان بازیابی معکوس می شود اما افزایش افت ولتاژ دو سر دیود در حالت هدایت و به تبع آن افزایش تلفات در حالت گرایش موافق را در پی دارد. 4-1-5-3 دیودهای شاتکی مشکل ذخیره بار در پیوند P-N در دیود شاتکی حذف (یا حداقل) شده است. این کار از طریق ایجاد یک سد پتانسیل پیوندی که بین یک فلز و یک نیمه هادی به وجود می آید میسر می شود. برای این منظور یک لایه فلز روی یک لایه رو نشانی باریک از سیلیکون نوع N قرار داده می شود. سد پتانسیل به وجود آمده رفتار یک پیوند P-N را شبیه‌سازی می کند. در این نوع پیوند عمل یکسوکنندگی فقط به حامل‌های اکثریت بستگی دارد و در نتیجه حامل های اقلیت اضافی برای ترکیب شدن وجود ندارند. لذا اثر بازیابی منحصراً به خاطر ظرفیت خازنی خود پیوند نیمه هادی و فلز است که مقدار ناچیزی می‌باشد. بار الکتریکی بازیابی شده در یک دیود شاتکی خیلی کم تر از یک دیود پیوند P-N معادل است. 4-2 ترانزیستور دو قطبی قدرت سوئیچینگ در این بخش بدون آن که بخواهیم وارد جزئیات عملکرد فیزیکی ترانزیستور دو قطبی شویم و فقط با الهام از این که یک ترانزیستور دو قطبی متشکل از دو اتصال دیودی است می خواهیم عوامل زمان گیر در هنگام وصل یا قطع شدن آن را بررسی کنیم. تا حدودی می دانیم که به هنگام روشن شدن ترانزیستور، در ابتدا زمانی طول می‌کشد تا خازن اتصال بیس – امیتر آن شارژ شده و در آن، 7/0 ولت پتانسیل به وجود بیاید. سپس میدان ایجاد شده در این اتصال الکترون ها را به بیس می رساند. این الکترون ها به طریق پخشی[6] از مرز اتصال بیس – امیتر به اتصال کلکتور خواهند رسید. آن گاه میدان قوی ایجاد شده در اتصال کلکتور – بیس، حامل های اقلیت انباشته شده در بیس را از طریق اتصال کلکتور خارج می کند. حال فرض کنیم ولتاژ بیس – امیتر را قطع کنیم؛ در ابتدا خازن به وجود آمده در اتصال بیس – امیتر تخلیه می شود (در اثر گرایش معکوس). سپس بارهای انباشته شده در بیس از طرف امیتر به کلکتور که چگالی بار کم تر است، می روند. برای تخلیة سریع این حامل های اقلیت لازم است از بیس جریان منفی بگذرد. 4-3 ترانزیستور ماس‌فت قدرت سوئیچینگ با توجه به این شکل متناسب با مقدار از درین جریانی عبور می کند. در شرایط پایدار، جریان عبوری از گیت یعنی ، به دلیل مقاومت ورودی بالای این نوع از ترانزیستورها بسیار کوچک و تقریباً برابر با صفر می باشد. ولی این مقدار فقط در شرایط استاتیکی (بعد از لحظات اولیه) برقرار است. از آن جا که در مدارهای سوئیچینگ فرکانس قطع و وصل نسبتاً زیاد است، تغییرات در شرایط کار دینامیکی ماس‌فت توجه است و لازم است در این حالت جریان نسبتاً زیادی برای گیت تأمین شود در غیر این صورت توان تلفاتی ترانزیستور افزایش شدیدی خواهد یافت. به دلیل هم پوشی اکسید – فلز گیت با سورس و درین، دو خازن و تشکیل می شود. چون خازن کانال را هم شامل می شود از بزرگ تر است. در ترانزیستورهای قدرت، بنا به نوع ترانزیستور انتخابی، دو تا سه برابر می باشد. فصل پنجم مدارهای راه‌انداز 5-1 مدارهای راه‌انداز بیس سئوال اصلی در مدارهای راه‌انداز بیس ترانزیستورهای دو قطبی این است که چه نوع پالسی برای راه اندازی بیس آن ها مناسب تر است؟ مثلاً پالس یکنواخت شکل 5-1مناسب راه اندازی یک ترانزیستور دوقطبی نیست. زیرا به دلیل نداشتن جهش آنی در لحظات قطع و وصل توانایی تخلیه و شارژ سریع بیس را ندارد از این رو خاموش و روشن شدن ترانزیستور به شدت کند است. پالس مناسب، در هنگام روشنی و خاموشی ترانزیستور با افزایش یا کاهش آنی دامنة جریان سرعت کار ترانزیستور را افزایش می دهد. مدار زیر یک نمونه از این راه اندازها را نشان می دهد. در این مدار ترانزیستور قدرت و ترانزیستور کمکی راه انداز است. طرز کار این مدار به صورت زیر است. با اعمال پالس ورودی مثبت، دیود D همراه با اتصال بیس امیترترانزیستور هدایت کرده و خازن C در جهت نشان داده شده شارژ می شود. بنابراین در لحظة نخست که خازن در حال شارژ است مقاومت بای‌پس[7] می شود. به تدریج و با شارژ خازن، افت ولتاژ دو سربیس – امیتر ترانزیستور کم شده تا در نهایت وقتی خازن کاملاً شارژ شد، به صورت مدار باز درآمده و جریان بیس در مقدار تقریبی ثابت بماند. بنابراین در لحظات روشنی ترانزیستور، جریان بیس به طور لحظه‌ای و به دلیل وجود خازن C زیاد است اما به تدریج از مقدار آن کم می‌شود. در لحظة خاموشی با اعمال پالس ورودی منفی دیود D در گرایش مخالف قرار می گیرد و قطع می شود. در این شرایط ترانزیستور گرایش شده و به علت خازن شدة C از بیس به شدت جریان می‌کشد. با این کار، خازن هم شروع به تخلیه شدن می کند و در نتیجه جریان به علت افت ولتاژ گرایش کم می شود تا جایی که خازن تا مقداری بسته به ثابت زمانی مدار تخلیه می شود و البته در این شرایط، نیز قطع شده است. نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که ظرفیت خازن را نباید خیلی زیاد انتخاب کرد. چون در این صورت مدت شارژ آن طولانی می شود و در پریود قطع تا مقداری تخلیه نمی شود که بعداً بتواند جریان لحظه ای بالایی را با بای‌پس کردن تولید کند. البته نباید مقدار آن را خیلی کوچک انتخاب کرد زیرا در این صورت خازن خیلی زود تخلیه می شود و عرض پالس جریان لحظه ای به هنگامی که پالس ورودی مثبت است، خیلی کم شده و در نتیجه میزان بار کافی به بیس تزریق نمی شود. در عمل و در شرایط مختلف کاری مدار، جریان کلکتور ترانزیستور سوئیچینگ قدرت باید متناسب با تغییرات بار خروجی تغییر یابد، زیرا تغییرات جریان کلکتور ترانزیستور سوئیچینگ عامل اصلی میزان قدرت انتقال یافته به بخش خروجی می باشد، اما با این مدار همواره جریان بیس ثابتی تأمین می شود که نتی‍جة آن عدم تغییر مناسب جریان کلکتور به هنگام تغییر بار خروجی و یا در واقع تزریق بار زیاد به بیس ترانزیستور در شرایط بی‌باری است. 5-1-1 راه انداز شامل دیود و خازن در این مدار با اعمال پالس ورودی مثبت، خازن سه دیود را بای‌پس می کند و بنابراین ولتاژ لحظه ای بالایی به بیس – امیتر ترانزیستور می رسد که جریان لحظه ای بالایی به مقدار تولید می کند. بعد از اندک زمانی، خازن شارژ می شود و به صورت مدار باز در می آید و افت ولتاژی به اندازة که روی دیودها افت می کند باعث می شود که ولتاژ بیس – امیتر کم شده و در نتیجه جریان لحظه ای نیز کاهش یابد. زمانی که صفر می شود خازن شروع به تخلیه می کند و پیوند بیس – امیتر را در گرایش معکوس قرار داده و آن را سریعاً تخلیه و به این ترتیب ترانزیستور را قطع می کند. آیا می دانید چرا دیودهای بیش تری با خازن موازی نشده است؟ این امر به این دلیل است که اگر تعداد دیودها بیش تر انتخاب می شد، خازن به قدری شارژ می شد که برای ورودی منفی افت ولتاژ معکوس بالایی بر روی پیوند بیس – امیتر افت می کرد. این مسئله می تواند باعث شکست اتصال بیس – امیتر ترانزیستور گردد. زیرا اگر ولتاژ معکوس پیوند بیس – امیتر از حدود 5/5- ولت کمتر شود شکست ثانویه رخ می دهد و ترانزیستور دو قطبی به صورت اتصال کوتاه در می آید. [1]. Heatsink [2]. Isolation [3]. Hold time [4]. Over load [5]. Surge [6]. Diffusion [7]. Bypass دریافت فایل یاهومارکت بخاطر بسپارید