توپولوژی‌های منابع تغذیه سوئیچینگ

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، توپولوژی‌های منابع تغذیه سوئیچینگ، منابع تغذیه سوئیچینگ در اوایل دهه ۱۹۷۰، همزمان با معرفی ترانزیستور‌های قدرت دوقطبی، محبوبیت زیادی پیدا کردند. تئوری پایه منابع تغذیه سوئیچینگ از سال ۱۹۳۰ شروع شد. از دهه ۱۹۳۰ تغییرات تکاملی زیادی جهت برآورده کردن نیاز‌های مختلف کاربرد‌های متنوع برای منابع تغذیه سوئیچینگ اتفاق افتاده است. به خاطر همین، توپولوژی‌های مختلفی به وجود آمدند و تغییرات زیادی برای تکامل آن‌ها اتفاق افتاده است. هر یک از این توپولوژی‌ها برای کاربرد خاصی مناسب هستند. بعضی از این توپولوژی‌ها در ولتاژ ورودی زیاد بهتر عمل می‌کنند، بعضی در توان‌های بالاتر و بعضی‌ها در مواقعی که هدف ساخت منبع تغذیه ارزان قیمت مورد نظر باشد، انتخاب مناسبی می‌باشند.



به یاد داشته باشید که بسیاری از توپولوژی‌ها می‌توانند در کاربرد‌های متنوع به کاربرده شوند، اما معمولا یک توپولوژی به خاطر دارا بودن ویژگی‌های مناسب برای شرایط مورد نظر، دارای بهترین انتخاب می‌باشد.

فاکتور‌های تاثیرگذار در انتخاب یک توپولوژی مناسب

برای انتخاب توپولوژی مناسب برای یک کاربرد مورد نظر، لازم است که تفاوت‌های ظریف بین توپولوژی‌های مختلف و همچنین فاکتور‌هایی که آن‌ها را برای یک کاربرد خاص مطلوب‌تر می‌کنند، بدانیم. پنج فاکتور اصلی زیر توپولوژی‌های مختلف را از هم جدا می‌کند:

۱ – حداکثر جریان پیک.

حداکثر جریان پیک نشان می‌دهد که قطعات قدرت نیمه هادی باید چقدر فشار را تحمل کنند و همچنین محدودیت یک پیکربندی خاص در تحویل توان خروجی به بار و همچنین محدوده عملکرد ولتاژ ورودی را نشان می‌دهد.

۲ – میزان ولتاژ ورودی که در دو سر سیم پیچ اولیه ترانسفورمر قرار می‌گیرد.

این فاکتور میزان دریافت توان موثر از شبکه ورودی را نشان می‌دهد. منابع تغذیه سوئیچینگ دایره‌های توان-ثابت دارند، بنابراین با اعمال ولتاژ زیاد به ورودی ترانسفورمر یا سلف، میزان جریان متوسط و پیک مورد نیاز برای افزایش توان خروجی کمتر می‌شود.

۳ – چه میزان از مشخصه B-H می‌تواند در یک ترانسفورمر و در یک سیکل استفاده شود.

این فاکتور میزان کوچک بودن ترانسفورمر برای یک پیکربندی خاص برای یک توان مشخص را نشان می‌دهد.

۴ – ایزولاسیون DC بین شبکه ورودی و بار.

ایزولاسیون DC بین ورودی و بار این امکان را به طراح می‌دهد که در صورت نیاز بودن به خروجی‌های متعدد، این کار را به راحتی با اضافه کردن سیم پیچ به ثانویه تران انجام دهد. ایزولاسیون ترانسفورمری شاید به خاطر رعایت الزامات ایمنی که توسط بازار تعیین شده است، ضروری باشد.

۵ – هزینه و قابلیت اطمینان.

همیشه یک طراح می‌خواهد یک پیکربندی را انتخاب کند که دارای کمترین قطعات باشد و پایداری و قابلیت اطمینان مدار تضمین شود.
شروع طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ

برای شروع طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ، طراح ابتدا باید یک ارزیابی در مورد پارامتر‌های مختلف طراحی انجام دهد. این کار معمولا با حدس معقول برای بازده و کار کردن با روابط عمومی برای محاسبه ولتاژ‌ها و جریان‌های پیک شروع می‌شود. بعد از انجام این کار می‌توان توپولوژی مناسب را انتخاب نمود؛ و همچنین انتخاب اولیه برای قطعات نیمه هادی و حتی تخمین توان تلف شده در قطعات را می‌توان پیش بینی کرد.

معمولا در صنعت از چندین توپولوژی اصلی برای بیشتر کاربرد‌ها استفاده می‌کنند. شکل ۱-۴ رنج تقریبی محدوده عملکرد این توپولوژی‌ها را نشان می‌دهد. مرز‌های این مناطق توسط میزان فشاری که سوئیچ‌های قدرت (ترانزیستور‌های قدرت یا MOSFET ها) باید تحمل کنند تا عملکرد قابل اعتماد و مطمئن را ارائه دهند، از هم جدا شدند. مرز‌های مشخص شده در شکل ۱-۴ جریان پیک تقریبی ۲۰ آمپر را نشان می‌دهند.

از جریان‌های پیک بالاتری هم می‌توان استفاده کرد. اما در این حالت سوئیچ‌های قدرت رفتار‌های غیر معقول و غیرقابل پیش بینی از خود نشان خواهند داد.

پیکربندی Flyback

پیکربندی Flyback به خاطر سادگی و ارزان بودنشان عمدتا برای توان‌های خروجی پایین‌تر و متوسط (کوچکتر از ۱۵۰ وات) مورد استفاده قرار می‌گیرند. توپولوژی Flyback جریان‌های پیک بالاتری نسبت به توپولوژی‌های Forward دارند و به همین خاطر در توان‌های خروجی بالاتر عملا انتخاب مناسبی نمی‌باشند.

توپولوژی نیم پل (Hahf-bridge)

برای توان‌های متوسط (۱۰۰ تا ۴۰۰ وات) توپولوژی نیم پل (Hahf-bridge) انتخاب مناسبی می‌باشد. پیکربندی نیم پل خیلی پیچیده‌تر و از لحاظ هزینه گرانتر از Flyback می‌باشد. ولی جریان پیک آن حدودا یک سوم الی یک دوم منبع تغذیه Flyback می‌باشد. برای توان‌های بالاتر از ۴۰۰ وات جریان پیک نیم پل خیلی بیشتر شده و در نتیجه عملا مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. این به این دلیل است که توپولوژی نیم پل به طور موثر از ظرفیت توان شبکه ورودی استفاده نمی‌کند.

پیکربندی تمام پل (Full-bridge)

برای توان‌های بالاتر از ۴۰۰ وات توپولوژی غالب، پیکربندی تمام پل (Full-bridge) می‌باشد؛ که بیشترین بهره وری موثر را از ظرفیت توان شبکه ورودی استفاده می‌کند. همچنین توپولوژی تمام پل هزینه ساخت بالاتری دارد. ولی معمولا برای این سطح از توان خروجی به هزینه‌های ساخت آن اهمیت داده نمی‌شود.

توپولوژی پوش پول (Push-pull)

توپولوژی دیگری که از آن برای توان‌های بالای ۱۵۰ وات استفاده می‌شود، توپولوژی پوش پول (Push-pull) می‌باشد، که برخی نکات ضعف اساسی را از خود نشان می‌دهد؛ و این باعث می‌شود که در به کار بردن آن باید دقت کافی به خرج داده شود.

توپولوژی‌های بدون ایزولاسیون ترانسفورمری

منابع تغذیه سوئیچینگ بدون ایزولاسیون ترانسفورمری زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که عمل ایزولاسیون توسط عناصر و قطعات دیگری انجام گرفته باشد. این عناصر معمولا یک ترانس ۵۰-۶۰ هرتزی یا منابع تغذیه باک (بعدا شرح داده می‌شود) ایزوله شده هستند. کاربرد نوعی این منابع تغذیه معمولا در جا‌هایی است که سیستم یک منبع تغذیه اصلی دارد، ولی در جا‌های مختلف آن نیاز به ولتاژ‌های متفاوتی می‌باشد. یادگیری و درک منابع تغذیه بدون ایزوله معمولا خیلی آسان می‌باشد و به خاطر همین اکثر تولید کنندگان و شرکت‌ها مثال‌های طراحی خود را از منابع تغذیه بدون ایزوله انتخاب می‌کنند. طراحان حرفه‌ای منابع تغذیه سوئیچینگ معمولا از آرایش‌های منابع غیر ایزوله کمتر استفاده می‌کنند و این به خاطر مشکلاتی است که از غیر ایزوله بودن این منابع ناشی می‌شود.

به طور کلی سه نوع منبع تغذیه غیر ایزوله وجود دارد که عبارت اند از:

منبع تغذیه باک (کاهنده ولتاژ)
منبع تغذیه بوست (افزاینده ولتاژ)
منبع تغذیه باک-بوست (معکوس گر)

هر یک از این توپولوژی‌ها دارای یک خروجی بوده و معمولا اضافه کردن خروجی‌های بیشتر عملی نمی‌باشد. همچنین منابع غیر ایزوله دارای محدودیت‌هایی می‌باشند که یکی از آن‌ها در رابطه با ولتاژ ورودی و خروجی آن‌ها می‌باشد؛ بنابراین طراح باید قبل از استفاده از این توپولوژی ها، این فاکتور‌ها را در نظر بگیرد.

توپولوژی رگولاتور باک (Buck)

رگولاتور باک ساده‌ترین نوع رگولاتور بین توپولوژی‌های منابع تغذیه سوئیچینگ می‌باشد. همچنین یادگیری و طراحی آن نیز خیلی آسان می‌باشد. رگولاتور باک یکی از پایه‌ای‌ترین بلوک‌های ساختاری توپولوژی‌های منابع تغذیه Forward می‌باشد. با این حال رگولاتور باک بیشترین خرابی‌ها و مشکلات را در بین توپولوژی‌های دیگر دارد و به همین خاطر در استفاده از این رگولاتور‌ها باید بیشتر احتیاط کرد.

عملکرد رگولاتور باک شبیه عملکرد پیستون-فلایول در سیستم‌های مکانیکی می‌باشد. یک جریان دائم DC که مقدار میانگین آن برابر با جریان بار می‌باشد، همیشه در حال عبور از سلف می‌باشد. سوئیچ قدرت، که در این حالت یک MOSFET قدرت می‌باشد، وظیفه‌ی پر کردن انرژی سلف می‌باشد. انرژی که در مدت زمان خاموش بودن سوئیچ قدرت توسط بار مصرف شده است.

وظیفه دیود به کار رفته در اینجا این است که در مواقعی که سوئیچ قدرت خاموش می‌باشد پلاریته سلف عوض شده و این دیود شروع به هدایت می‌کند در نتیجه مسیر جریان بار همچنان از طریق دیود و سلف برقرار می‌باشد؛ بنابراین در حالت کلی در رگولاتور باک دو مسیر جریان برای بار خروجی وجود دارد. زمانی که سوئیچ قدرت در حال هدایت می‌باشد مسیر جریان از طریق شبکه ورودی، سوئیچ قدرت، سلف و بار خروجی برقرار می‌شود و دوباره به شبکه ورودی برمی گردد. از آنجایی که منبع ورودی می‌تواند انرژی بیشتر از انرژی مورد نیاز بار خروجی تولید کند، این انرژی اضافی در سلف ذخیره می‌شود. موقعی که سوئیچ قدرت خاموش می‌شود، مسیر جریان از طریق دیود، سلف و بار برقرار می‌شود. انرژی حاصل از شارش جریان در این حالت از انرژی اضافی ذخیره شده در سلف تامین می‌شود. این کار تا زمان روشن شدن بعدی سوئیچ قدرت ادامه می‌یابد؛ و با روشن شدن سوئیچ قدرت این چرخه دوباره تکرار می‌شود.

شکل موج‌های ولتاژ و جریان در شکل ۲-۴ نشان داده شده اند. از نظر تحلیلی، تشریح این شکل موج‌ها کار آسانی می‌باشد. اول از همه افت ولتاژ دیود را بدست می‌آوریم.

در رابطه (۱) افت ولتاژ سوئیچ قدرت در حالت اشباع می‌باشد و ولتاژ منبع ورودی می‌باشد.

در رابطه (۲)، افت ولتاژ دو سر دیود در حالت هدایت آن می‌باشد. فراموش نکنید دیود موقعی روشن است که سوئیچ قدرت خاموش باشد.

جریان سلف را می‌توان به صورت زیر بدست آورد.



با توجه به روابط (۳) و (۴) واضح است که جریان سلف یک جریان مثلثی می‌باشد. در واقع جریان سلف مجموع جریان‌های سوئیچ قدرت و دیود می‌باشد؛ که بر روی یک جریان پایه سوارند.

این جریان پایه ناشی از انرژی باقی مانده در درون سلف می‌باشد که به صورت یک مخزن انرژی عمل می‌کند. این انرژی برای پاسخ سریع به تغییرات جریان بار نیاز می‌باشد. مقدار متوسط این جریان برابر با جریان DC بار خروجی می‌باشد. تنظیم ولتاژ خروجی از طریق تغییر زمان روشنی پالس‌ها (Duty cycle) صورت می‌گیرد. در واقع ولتاژ خروجی از رابطه زیر بدست می‌آید.

از رابطه (۵) مشخص است که برای یک ولتاژ خروجی مشخص، اگر ولتاژ ورودی خیلی بالاتر از ولتاژ خروجی باشد به پالس‌هایی با زمان روشنی باریکتری نیاز می‌باشد، ولی اگر ولتاژ ورودی به ولتاژ خروجی نزدیکتر باشد، به duty cycle تقریبا ۱۰۰ درصد نیاز می‌باشد.

ساختار فیزیکی رگولاتور‌های باک مشکلاتی را بر این توپولوژی تحمیل می‌کنند که عبارت اند از:

۱ – ولتاژ ورودی رگولاتور‌های باک حداقل باید یک یا دو ولت از ولتاژ خروجی شان بالاتر باشد تا بتوانند عمل رگولاسیون را به درستی انجام دهند؛ بنابراین اگر ولتاژ ورودی در حد ولتاژ خروجی باشد، رگولاتور باک شبیه منابع تغذیه خطی عمل خواهد کرد. چون در این حالت تقریبا سوئیچ قدرت همیشه روشن می‌ماند. در نتیجه رگولاتور‌های باک فقط می‌توانند به صورت step-down مورد استفاده قرار گیرند.


۲ – زمانی که سوئیچ قدرت روشن می‌شود، دیود هنوز در حال هدایت جریان سلف می‌باشد. زیرا دیود برای خاموش شدن و قرار گرفتن در بایاس معکوس نیاز به زمان کوتاهی دارد و به صورت آنی قطع یا وصل نمی‌شود. در نتیجه در این حالت منبع ورودی از طریق سوئیچ قدرت و دیود اتصال کوتاه می‌شود و در این حالت جریان لحظه‌ای زیادی از سوئیچ قدرت و دیود عبور می‌کند. این مشکل هیچ راه حلی ندارد مگر اینکه از دیود‌های با سرعت بالا برای این کار استفاده شود.

۳ – ترانزیستور‌های قدرت نیمه هادی و MOSFET‌ها اغلب موقع خراب شدن یا سوختن اتصال کوتاه می‌شوند؛ و این امر باعث می‌شود که ولتاژ ورودی مستقیما به ولتاژ خروجی بار وصل شود. واضح است که در این حالت اگر هیچ مدار دیگری جهت حفاظت بار وجود نداشته باشد، بار خروجی آسیب خواهد دید؛ بنابراین طراح باید یک مدار محافظ برای ولتاژ‌های بیش از حد Overvoltage در خروجی و یک فیوز سری در ورودی به منبع تغذیه اضافه کند. مدار محافظ]یک یکسو کننده قابل کنترل (SCR) که از طریق یک مقایسه گر ولتاژ کنترل می‌شود در صورت حس کردن ولتاژ‌های بیش از حد تعیین شده، SCR را راه اندازی کرده (خروجی اتصال کوتاه می‌شود) و جریان بالایی از SCR عبور می‌کند. این جریان بالا باعث می‌شود که جریان ورودی نیز بالا رفته در نتیجه فیوز خروجی می‌سوزد و باز می‌شود. در عمل مدار محافظ می‌تواند توسط اسپایک‌های تولید شده توسط بار یا رگولاتور‌هایی که پاسخ کندی به تغییرات سریع جریان بار خروجی دارند، تحریک شود؛ بنابراین طراح باید همه این شرایط را در نظر بگیرد.

با این که این توپولوژی قادر است توان‌های بالای ۱۰۰۰ وات را به بار تحویل دهد، اما به خاطر مشکلات ذکر شده در بالا انتخاب خوبی نمی‌باشد.

توپولوژی رگولاتور بوست (Boost)

رگولاتور بوست یا رگولاتور step-up یک توپولوژی flyback می‌باشد؛ که ولتاژ خروجی آن از ولتاژ ورودی بالاتر می‌باشد.

تعداد قطعات به کار رفته در رگولاتور بوست همانند رگولاتور باک می‌باشد. ولی نحوه و محل قرار گیری قطعات مانند شکل ۳-۴ می‌باشد. نحوه عملکرد رگولاتور بوست خیلی متفاوت‌تر از رگولاتور باک می‌باشد. زمانی که سوئیچ قدرت روشن می‌شود ولتاژ ورودی در دو سر سلف قرار می‌گیرد. این باعث می‌شود که جریان سلف از صفر آمپر تا موقعی که سوئیچ قدرت خاموش می‌شود به صورت خطی (Ramp) افزایش یابد. در این مدت انرژی در داخل هسته سلف ذخیره می‌شود. لحظه‌ای که سوئیچ قدرت خاموش می‌شود پلاریته دو سر سلف عوض شده و ولتاژ القایی آن بیشتر از ولتاژ منبع ورودی می‌شود. در واقع ولتاژ القایی دو سر سلف تمایل دارد به سمت بینهایت میل کند. ولی با رسیدن ولتاژ آند دیود (ولتاژ آند مجموع ولتاژ سلف با ولتاژ منبع ورودی می‌باشد) به حد کافی، دیود روشن شده و ولتاژ سلف را محدود می‌کند (ولتاژ سلف در این حالت تفاضل ولتاژ خروجی و منبع ورودی می‌باشد). با روشن شدن دیود انرژی ذخیره شده در هسته سلف به فیلتر (خازن) خروجی تخلیه می‌شود؛ و از این طریق به بار خروجی می‌رسد. برای تخلیه شدن انرژی هسته سلف به خازن نیاز به زمان مشخصی می‌باشد و به خاطر همین duty cycle در این توپولوژی به ۵۰ درصد محدود می‌شود.

مد عملکردی گفته شده در بالا به مد discontinuous مشهور می‌باشد؛ و معمولا اغلب رگولاتور‌های بوست در این مد کار می‌کنند. شکل موج‌های این مد در شکل ۳-۴ نشان داده شده است.

ولتاژ سلف بعد از خالی شدن آن به صفر برمی گردد. در این حالت ولتاژ ورودی به دو سر سوئیچ قدرت می‌افتد؛ و جریان Ramp سلف نیز صفر می‌شود.

مد عملکردی دیگر مد Continuous نامیده می‌شود. در این مد انرژی سلف در مدت زمان خاموش بودن سوئیچ قدرت به طور کامل تخلیه نمی‌شود؛ و مقداری از انرژی آن در داخل هسته باقی می‌ماند. رگولاتور‌های بوست که در مد discontinuous کار می‌کنند، در صورت پایین آمدن ولتاژ ورودی می‌توانند وارد مد continuous شوند. در این حالت به خاطر پایین آمدن ولتاژ ورودی، عرض پالس‌های سوئیچ قدرت بیشتر می‌شود و این باعث می‌شود که زمان کافی برای تخلیه کامل انرژی سلف وجود نداشته باشد. در نتیجه منبع دیگر نمی‌تواند ولتاژ خروجی را رگوله کند. رگولاتور‌های بوست می‌توانند در مد عملکردی continuous نیز طراحی شوند. اما در این حالت برخی از مششکلات پایداری به وجود می‌آید (در فصل‌های بعدی توضیح داده خواهد شد) که باید دقت لازم را به کار ببریم.





سوال مهمی که در طراحی رگولاتور بوست باید به آن پاسخ داده شود این است که آیا سلف می‌تواند انرژی مورد نیاز بار را در حالت پایدار آن تامین کند یا نه. این سوال را می‌توان توسط چه رابطه پایه‌ای رگولاتور بوست جواب داد. مقدار انرژی ذخیره شده در سلف در هر دوره تناوب از رابطه زیر بدست می‌آید؛ و توان متوسط تحویل داده شده به بار از رابطه زیر بدست می‌آید.


که بیشترین انرژی ذخیره شده در سلف و f. فرکانس کاری رگولاتور می‌باشد. مقدار باید از ماکزیمم انرژی مورد نیاز بار بالاتر در نظر گرفته شود. در غیر این صورت رگولاتور برای بار‌های سبک به خوبی ولتاژ را رگوله می‌کند، ولی برای بار‌های سنگین‌تر قادر به رگوله کردن ولتاژ خروجی نخواهد بود؛ بنابراین مقدار سلف باید به حد کافی کوچک انتخاب شود (نه به حدی که حالت اتصال کوتاه از خود نشان دهد) تا بتواند انرژِی مورد نیاز بار را در حداقل ولتاژ ورودی تامین کند.

برای ایجاد این مقدار انرژی توسط در ولتاژ‌های ورودی پایین، مقدار duty cycle باید افزایش یابد.

مقدار جریان پیک این توپولوژی تقریبا سه برابر جریان پیک توپولوژی Forward می‌باشد؛ و به همین خاطر duty cycle این رگولاتور به ۵۰ درصد محدود می‌شود. در نتیجه این جریان پیک بالا کاربرد این رگولاتور را برای توان‌های بالای ۱۵۰ وات محدود می‌کند. زیرا در این حالت فشار روی سوئیچ‌های قدرت نیمه هادی خیلی بیشتر می‌شود.

مانند همه‌ی توپولوژی‌های بدون ایزوله ترانسفورمری، توانایی رگولاتور بوست در محافظت از بار در مقابل جریان‌ها و ولتاژ‌های گذرای خطرناک، کاملا ضعیف است. به عنوان مثال اگر یک موج گذرای مثبت وارد رگولاتور شود، باعث افزایش ولتاژ خروجی شده و مستقیما روی بار خروجی اعمال خواهد شد. به طور آشکار شاید اضافه کردن مدار محافظ در برابر ولتاژ‌های گذرا برای خروجی راه حل خوبی به نظر برسد، ولی بسیاری از طراحان به جای این کار از توپولوژی Flyback به جای بوست استفاده می‌کنند.

توپولوژی رگولاتور باک-بوست (Buck-Boost)

رگولاتور باک-بوست یک نوع از رگولاتور‌های Flyback می‌باشد؛ که عملکرد آن شبیه رگولاتور بوست می‌باشد. این رگولاتور همچنین رگولاتور معکوسگر (inverting) نیز نامیده می‌شود. تفاوت رگولاتور بوست و باک-بوست، همانطور که در شکل ۴-۴ نیز دیده می‌شود این است که جای سوئیچ قدرت و سلف در آن عوض شده است. مشابه رگولاتور بوست، سلف انرژی مورد نیاز را در زمان روشن بودن سوئیچ قدرت در هسته خود ذخیره می‌کند و در زمان خاموشی سوئیچ قدرت این انرژی از طریق دیود به خازن تخلیه می‌شود. نتیجه این کار یک ولتاژ خروجی منفی است که میزان آن توسط duty cycle سوئیچ قدرت تنظیم و کنترل می‌شود. رگولاتور باک-بوست نیز به خاطر زمان بر بودن تخلیه سلف، مقدار duty cycle آن به ۵۰ درصد محدود شده است.

رگولاتور باک-بوست نیز مانند رگولاتور‌های دیگر دارای مشکلاتی می‌باشد. اولین مشکل آن این است که اگر یک ولتاژ منفی گذرا وارد رگولاتور شود، پیوند بیس-کلکتور ترانزیستور دو قطبی سوئیچ قدرت دچار شکست بهمنی شده و باعث می‌شود ترانزستور از بین برود. همچنین ولتاژ گذرای منفی می‌تواند مستقیما وارد خروجی شده و باعث آسیب دیدن بار خروجی شود. برعکس، اگر یک ولتاژ گذرای مثبت وارد رگولاتور شود، هر سوئیچ قدرتی دچار شکست بهمنی شده و می‌سوزد در نتیجه اتصال کوتاه می‌شود؛ و به دنبال آن دیود نیز دچار شکست بهمنی می‌شود. واین باعث می‌شود که در خروجی مدار به جای ولتاژ منفی، ولتاژ مثبت در دو سر بار خروجی قرار گیرد؛ که باعث آسیب دیدن بار خروجی می‌شود.



برای اغلب خرابی‌های معمول سوئیچ قدرت و برای ولتاژ‌های بیشتر از حد معمول مثبت، دیود یکسوکننده مانند یک محافظ عمل می‌کند. به این صورت که کاتد آن دارای ولتاژ مثبت بوده و بنابریان دیود در بایاس معکوس بوده و قطع می‌باشد (در صورتی که ولتاژ مثبت کاتد خیلی بیشتر شود دیود وارد شکست بهمنی شده و آسیب می‌بیند). برای مشکلات گفته شده در بالا راه حل ساده‌ای وجود دارد و می‌توان با اضافه کردن دیود زنر به دو سر خازن خروجی وهمچنین اضافه کردن یک فیوز به ورودی منبع تغذیه این مشکلات را حل نمود. برای ولتاژ‌های گذرای منفی دیود زنر وارد ناحیه زنری شده و ولتاژ خروجی را محدود می‌کند و فیوز در ورودی می‌سوزد؛ و برای ولتاژ‌های گذرای مثبت زنر در بایاس مستقم قرار گرفته در نتیجه خروجی را اتصال کوتاه کرده و باعث می‌شود جریان زیادی از آن عبور کند در نتیجه فیوز در ورودی سوخته و باز می‌شود. در طراحی تمام منابع تغذیه، بهتر است که ولتاژ‌های گذرا، قبل از وارد شدن به منبع تغذیه سرکوب شوند.

رگولاتور باک-بوست نیز به خاطر ایزوله نبودن و ضعیف بودن حفاظت قطعات نیمه هادی در برابر خرابی ها، معمولا توسط طراحان مجرب مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. این رگولاتور زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که یک ترانسفورمر یا یک منبع تغذیه ایزوله شده بین منبع ورودی و ورودی رگولاتور قرار گیرد. این رگولاتور معمولا در برد‌هایی که منبع تغذیه اصلی دارند و در جا‌های مختلف برد نیاز به ولتاژ‌های متفاوتی می‌باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

منبع:melec