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.

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.

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.

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

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.

مبدل باک (Buck Converter) یا کاهنده را معرفی خواهیم کرد که ولتاژ‌ DC ورودی را به یک ولتاژ DC کوچکتر در خروجی کاهش می‌دهد. شکل زیر، یک مبدل باک را نشان می‌دهد.

منبع ولتاژ  به یک قطعه نیمه‌رسانای حالت جامد یا همان قطعه الکترونیک قدرت کنترل‌پذیر متصل شده که مانند یک کلید عمل می‌کند. این قطعه می‌تواند یک ماسفت (MOSFET) قدرت یا IGBT باشد. معمولاً از تریستورها در مبدل‌های DC/DC استفاده نمی‌شود؛ زیرا خاموش کردن یک تریستور در مدار DC/DC نیازمند یک کموتاسیون دیگر است که خود مستلزم استفاده از تریستور دیگری خواهد بود. این در حالی است که می‌توان به سادگی، ماسفت قدرت را با اعمال ولتاژ‌ به پایه‌های گیت و سورس و نیز IGBT را با اعمال ولتاژ به پایه‌های گیت و کلکتور خاموش کرد.

کلید نیمه‌رسانای دیگر که در مدار مبدل باک به کار رفته است، یک دیود است. کلید و دیود، به یک فیلتر LC پایین‌گذر متصل شده‌اند. فیلتر به گونه‌ای طراحی شده که ریپل ولتاژ‌ و جریان را کاهش دهد. بار نشان داده شده در شکل 1 نیز یک بار مقاومتی خالص است.

ولتاژ‌ ورودی مدار و جریان گذرنده از بار، ثابت هستند. بار را می‌توان به صورت یک منبع جریان نیز در نظر گرفت.

سوئیچ‌ کنترل‌شده با استفاده از مدولاسیون پهنای پالس (PWM) خاموش و روشن می‌شود. PWM می‌تواند مبتنی بر فرکانس یا زمان باشد. مدولاسیون مبتنی بر فرکانس، معایبی از قبیل وجود محدوده گسترده‌ای از فرکانس‌ها برای رسیدن به کنترل مناسب به منظور رسیدن به ولتاژ خروجی مطلوب دارد. این گستردگی محدوده فرکانس، منجر به یک طراحی پیچیده برای فیلتر LC پایین‌گذر می‌شود.

در مبدل‌های DC/DC اغلب از مدولاسیون مبتنی بر زمان استفاده می‌شود. تولید و استفاده از این مدولاسیون ساده است و در آن، فرکانس ثابت می‌ماند.

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

همون المانهایی که توی رگولاتور سوئیچینگ باک داشتیم توی رگولاتور بوست 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.

منبع ولتاژ به یک سلف متصل شده است. یک قطعه حالت جامد نیز موازی با آن دو قرار گرفته که می‌تواند یک ماسفت (MOSFET) قدرت یا IGBT باشد. معمولاً از تریستور‌ها در مبدل‌های DC/DC استفاده نمی‌شود؛ زیرا خاموش کردن یک تریستور در مدار DC/DC نیازمند یک کموتاسیون دیگر است که خود مستلزم استفاده از تریستور دیگری خواهد بود. این در حالی است که می‌توان به سادگی، ماسفت قدرت را با اعمال ولتاژ به پایه‌های گیت و سورس و نیز IGBT را با اعمال ولتاژ به پایه‌های گیت و کلکتور خاموش کرد.

کلید نیمه‌رسانای دیگر که در مدار مبدل بوست به کار رفته، یک دیود است. بار نشان داده شده در شکل ۱ نیز یک بار مقاومتی خالص است.

اتصال سلف به منبع ورودی سبب جریان ورودی ثابت می‌شود و بنابراین، مبدل بوست مانند یک منبع با جریان ورودی ثابت به نظر می‌رسد. بار را نیز می‌توان به عنوان یک منبع ولتاژ ثابت در نظر گرفت.

سوئیچ کنترل‌شده با استفاده از مدولاسیون پهنای پالس (PWM)، خاموش و روشن می‌شود. PWM می‌تواند مبتنی بر فرکانس یا زمان باشد. مدولاسیون مبتنی بر فرکانس، معایبی از قبیل: وجود محدوده گسترده‌ای از فرکانس‌ها برای رسیدن به کنترل مناسب به منظور رسیدن به ولتاژ خروجی مطلوب دارد. این گستردگی محدوده فرکانس، منجر به یک طراحی پیچیده برای قطعات می‌شود.

در مبدل‌های DC/DC اغلب از مدولاسیون مبتنی بر زمان استفاده می‌شود. تولید و استفاده از این مدولاسیون ساده است و در آن، فرکانس ثابت می‌ماند.

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.

همانند رگولاتور بوست القاگر انرژی را ذخیره می کند.

مادامی که سوئیچ قدرت روشن است انرژی ذخیره شده و سپس از طریق یکسوساز به زمین تخلیه می شود

که نتیجه آن ولتاژ منفی است و مقدار آن بوسیله D.C سوئیچ قدرت تعیین می گردد.

زمان وظیفه (D.C) این رگولاتور بویژه هنگامی که نیاز به تخلیه انرژی هسته باشد به 50% محدود می شود.

معادلات مربوط به انرژی و هسته درست همانند رگولاتور بوست است.

اشکالی که وجود دارد این است که هرگونه تموج ولتاژ به نیمه هادی قدرت آسیب می رساند. راه حلی شبیه حالت قبل در اینجا وجود دارد.

علی رغم همه معایب این آرایش توان تحویل تا 100 وات را به خروجی دارد.

ولتاژ خروجی یک رگولاتور باک – بوست می تواند کمتر یا بیشتر از ولتاژ ورودی آن باشد و به همین علت این چنین نامگذاری شده است.

قطبیت ولتاژ خروجی مخالف ولتاژ ورودی است. این رگولاتور با نام رگولاتور معکوس کننده نیز شناخته می شود.

این بخش از دارای یک فیلتر L-C است که بین شبکه ورودی و رگولاتور واقع می شود. وظایف این قسمت شامل موارد زیر است

• بصورت یک فیلتر RFI کار می کند بنابراین از ورود سیگنال های دارای نویز که به واسطه قطعات فرکانس بالا در منبع تولید شده است به شبکه ورودی اجتناب می کند. چنانچه سیگنال های نویز وارد شبکه ورودی برق شهر شوند به شکل امواج یک آنتن منتشر می شوند. خاطر نشان می سازد که فرکانس قطع این  نوع فیلتر پایین گذر از دو الی سه برابر فرکانس کاری منبع تغذیه نباید بزرگتر باشد.
• به عنوان وظیفه دوم باید به این موضوع پرداخت که یک امپدانس کوچک بین خازن Bulk و شبکه ورودی اضافه می کند. این امر به کاهش ولتاژهای گذرای خطرناک کمک می کند و علاوه بر این به خازن Bulk و دیگر محافظ ها این اجازه را می دهد که انرژی های مخرب تولید شده توسط اسپایک های ورودی را جذب نموده و از آسیب زدن آن ها به منبع جلوگیری به عمل آید.

وظیفه این نوع خازن ذخیره انرژی منبع در فرکانس های بالا و پایین است که عموما دارای ظرفیت بیشتری است. این بخش حداقل دارای دو خازن است. یک خازن الکترولیتی که وظیفه تامین انرژی در فرکانس کاری منبع تغذیه را دارد و همچنین یک خازن سرامیکی به منظور فرکانس های هارمونیکی منبع تغذیه. این خازن ها باید دارای مقاومت بسیار پایینی در رنج گسترده ای از فرکانس باشد.

در این دیاگرام، ترانسفورماتور وظیفه ایزولاسیون DC بین شبکه ورودی و خروجی را بر عهده دارد. علاوه بر این افزایش و یا کاهش ولتاژ خروجی را انجام می دهد. در این طراحی ترانسفورماتور هیچگونه انرژی ای را ذخیره نمی کند. چنانچه بخواهیم خروجی های بیشتر را داشته باشیم، باید سیم پیچ های مختلفی را اضافه نماییم، در نتیجه برای سیستم هایی که به ولتاژهای DC مختلفی نیاز دارند، با طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ می توان تمام ولتاژهای مورد نیاز را تامین نمود. ترانسفورماتور همانند ستون فقرات یک منبع تغذیه سوئیچینگ عمل می کند و چنانچه بصورت اصولی طراحی نشود، تاثیر منفی بر عملکرد منبع تغذیه و قطعات نیمه هادی مدار می گذارد.

این بخش عموما شامل ترانزیستورهای MOSFET است که بین حالت اشباع و حالت قطع با سرعت بالایی سوئیچ می شوند. به عبارت دیگر این نوع سوئیچ ها مانند گیت برای ورود انرژی به منبع تغذیه عمل می کنند و این انرژی نیز به سهم خود به بار تحویل داده می شود. میزان انرژی ای که توسط مدار کنترل به بار تحویل داده می شود، کنترل می شود. میزان انرژی بار توسط مدار کنترل تشخیص داده می شود و پس از آن به وسیله تغییر زمان روشن بودن پالس (on-time) برای سوئیچ های قدرت، انرژی مورد نیاز بار رگوله می شود. لازم به ذکر است که در بین قطعات منبع تغذیه، سوئیچ های قدرت بیشترین سهم از آسیب دیدگی را به خود اختصاص می دهند. در نتیجه باید در طراحی بسیار به این قطعات دقت شود زیرا جزء آسیب پذیرترین قطعات به شمار می روند.

در این طراحی، دیودهای یکسوساز در خروجی به طور همزمان با سوئیچ های قدرت شروع به کار می کنند. میزان  ولتاژ خروجی DC در سمت ثانویه ترانس برای طراحی های ایزوله، صفر می شود. هنگامی که سوئیچ های قدرت روشن باشند، به نسبت دور سیم پیچ ها قدرت ولتاژ خروجی نیز به حداکثر میزان خود میرسد. چنانچه جهت دیودها عوض شود، پلاریته ولتاژ خروجی نیز تغییر می کند.

برای مدهای مختلف منبع تغذیه، فیلترهای خروجی متفاوت هستند، وظیفه این بخش تامین انرژی بار برای زمانی است که سوئیچ های قدرت قطع هستند. به عبارت دیگر هنگامی که سوئیچ های قدرت روشن هستند، این قسمت انرژی بار را در خود ذخیره می کند. در اکثر مواقع انرژی ذخیره شده در خازن و سلف بیش از 50 درصد از انرژی مورد نیاز بار است. هنگامی که بصورت ناگهانی تغییر بار رخ می دهد، حلقه کنترل به منظور تشخیص انرژی مورد نیاز بار و همچنین جبران آن به زمان کوتاه تری نیاز دارد. در این مدت کوتاه انرژی ای که برای بار نیاز است، بوسیله انرژی ذخیره شده در خازن و سلف تامین می شود.

در صورتی که جریان بیش از حد مورد انتظار از منبع کشیده شود، مدار حسگر جریان آن را حس کرده و از طریق کاهش ولتاژ خروجی از دریافت جریان بیش از حد از سمت منبع جلوگیری به عمل می آورد. قابل ذکر است که روش های متفاوتی برای این امر وجود دارد. به منظور اندازه گیری جریان خروجی در ابتدا آن را به شکل ولتاژ در آورده که میزان این ولتاژ با جریان بار متناسب است، پس از آن این ولتاژ تقویت می شود. چنانچه میزان ولتاژی که تقویت شده بیش از حد باشد، مدار حسگر جریان وارد عمل شده و کنترل حلقه ولتاژ را بر عهده می گیرد و در نتیجه باعث کاهش ولتاژ خروجی می شود.

این بخش شامل یک تقسیم ولتاژ مقاومتی است و به نحوی این تقسیم ولتاژ انتخاب می شود که میزان ولتاژ خروجی با ولتاژ مرجع تقویت کننده یکسان باشد. تقویت کننده خطا میزان ولتاژهای مرجع و ولتاژ خروجی را که به واسطه فیدبک ایجاد شده، تقویت کرده و سپس از طریق سیگنال تقویت شده، مدت زمان روشن بودن پالس را برای سوئیچ های قدرت کنترل می کند.

این بخش عموما به شکل یک مدار مجتمع در منابع تغذیه سوئیچینگ واقع می شود. وظایف این قسمت شامل کنترل ولتاژ خروجی که از طریق فیدبک از ولتاژ خروجی گرفته شده، مبدل ولتاژ به عرض پالس، ایجاد ولتاژ مرجع پایدار، اسیلاتور، آشکار ساختن جریان های بیش از حد و غلبه بر آن ها، و همچنین درایو کردن سوئیچ های قدرت را بر عهده دارد.