منبع تغذيه سوئيچينگ چيست

منبع تغذیه، یک تعريف كلى برای توصیف مدارهایی است که از یک منبع ولتاژ ACدر دسترس، ولتاژ DC با اندازه متناسب و كنترل شده تولید می‌کنند. ولتاژ DC توليد شده بسیار کاربرد دارد و تأمین آن در بعضى از مدارها ضروری است.

   در حالت کلی، دو نوع منبع تغذیه وجود دارد 
  

منبع تغذیه خطی :(Linear Regulated Power Supply)

منبع تغذیه سوئیچینگ: (Switched Mode Power Supply) یا SMPS

ما در اين مقاله منبع تغذيه سوئيچينگ را مورد بررسى قرار مى دهيم

منابع تغذیه سوئیچینگ یك واحد منبع تغذیه توان ( psu ) هستند كه به روش سوئیچینگ عمل رگولاسیون را انجام می دهند. برای ثابت نگه داشتن ولتاژ و جریان خروجی در یك منبع تغذیه ، دو روش خطی و سوئیچینگ وجود دارد .منابع تغذیه سوئیچینگ یا همان SMPSها جایگزينى براى منابع تغذیه خطی سنتی كه به کار می‌ رفتند

هستند وگرما و اندازه و وزن مدار و توليد گرما مصرف توان را کاهش می‌دهند. در دنياى امروز منابع تغذیه سوئیچینگ در رايانه ها، تقویت کننده‌های توان، درایو موتورهای dc و تلویزیون‌ها و… مورد استفاده قرار گرفته اند

یک منبع تغذیه سوئیچینگ نوعی منبع تغذیه است که از روش‌ سوئیچینگ مبتنی بر نیمه‌هادی برای رسیدن به ولتاژ خروجی مورد نظراستفاده می‌کند. یک مبدل سوئیچینگ پایه متشكل از یک بخش سوئیچینگ توان و یک مدار کنترل است. بخش سوئیچینگ توان، تبدیل توان را از ولتاژ ورودی V(IN) مدار به ولتاژ خروجیV(OUT)

انجام ميدهد که يك فیلتر خروجی نیز دارد.

برترى اصلی منابع تغذیه سوئیچینگ بازده بالاتر آن در قياس با منبع تغذيه خطی استاندارد است.اصلی ترين وسيله در رسیدن به این بازده بالا یک ترانزیستور (یا ماسفت) است که دربين دو حالت اشباع (ON) و قطع (OFF) سوئیچ می‌کند و باعث هدر رفتن توان کمتری می‌شود. زمانى كه ترانزیستور سوئیچینگ در وضعيت ON

باشد و جریان را هدایت کند، افت ولتاژ در آن حداقل خواهد بود و وقتى که OFF شود جریانی از آن عبور نخواهد کرد.در نتيجه ترانزیستور مانند يك كليد يا سوئیچ ایده‌آل عمل می‌کند.

بنابراين، برخلاف منبع تغذيه خطی که فقط مى تواند تنظیم ولتاژ را به صورت کاهنده انجام دهند، منابع تغذیه سوئیچینگ می‌تواند افزاینده ،كاهنده و یا وارون‌گر پلاریته ولتاژ ورودی باشند

  مدارهای پایه منابع تغذیه سوئیچینگ عبارت اند از  

  Buck   | «باک» كاهنده پلاريته ولتاژ

  Boost   | «بوست» افزاينده پلاريته ولتاژ

  Buck - Boost   | «باک-بوست» وارونگر پلاريته ولتاژ

تفاوت این سه مدار در مکان قرار گرفتن سلف ،سوئیچ و خازن خروجی در مدار است.

یک منبع تغذيه خطی با اتلاف توان اضافی به شکل حرارت مى تواند ولتاژ یا جریان خروجی را تنظیم کند در نتيجه حداکثر بازده توان آنها برابر است با نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی. ولى در یک منبع تغذیه سوییچینگ ولتاژ یا جریان به وسيله سوئيچ کردن یک عنصر ذخیره‌ كننده انرژی مانند سلف یا خازن تنظیم می‌شود.

عناصر سوییچینگ (مانند ترانزیستوری که در خارج از ناحیه فعال کار می‌کند) در حالت وصلON، مقاومتی نداشته و در حالت قطعOFF هم جریانی از آن‌ها عبور نمی‌کند بنابراین این دسته از منابع تغذیه می‌توانند بازده ۱۰۰ درصد داشته باشند.( یعنی تمامی توان ورودی به بار منتقل می‌شوند و هیچ کسری از آن از طریق گرم اتلاف نمى شود).

 مزايا منبع تغذیه سوئیچینگ

 راندمان بالا: بازده منبع تغذیه سوئیچینگ معمولا بین % ۷۰ تا % ۹۶ است . در مدارات سوئیچینگ عنصر کنترل در وضعيت وصل و قطع کار می کند و توان تلفاتی پایینی دارد، در صورتى که در منابع تغذیه خطی عنصر کنترل در وضعيت فعال کار می کند و توان تلفاتی بسيار بالائی دارد.اين منابع توانسته اند اتلاف انرژى را

تا حد زيادى كاهش دهند.

ابعاد کوچک ترانس: در منابع تغذیه سوئیچینگ با افزایش فرکانس، بسته های انرژی کوچک تری در تعداد دفعات بیشتری به خروجى منتقل می گردد.در صورتى كه در منابع تغذیة خطی ترانس در فرکانس ۵۰ هرتز برق شهر کار می کند. بنابراين انرژی نسبتاً زیاد در تعداد دفعات کم به خروجی منتقل می شود..

سبک و كم وزن بودن: ميزان وزن یک منبع تغذیه به ترانس آن بستگی دارد. اگر ترانس کوچک باشد این منبع سبک و كم وزن خواهد شد. (به دلیل حذف ترانسفورماتور فرکانس پایین که وزن بالایی دارد)

کاملاً فشرده: منبع تغذیه سوئیچینگ را می توانيد در بسته بندی های کاملاً فشرده قرار دهيد، زيرا اتلاف حرارتی کمی دارند.

ورودی با محدودة دینامیکی زیاد: ولتاژهاى ورودی می تواند در محدودة وسیعی تغییر کنند در حالی که ولتاژ خروجی ثابت باقی خواهد ماند .

زمان نگهداری بیش از پنج میلی ثانیه مدار سوئیچینگ: دلیل آن نيز ولتاژ dc نسبتا بالایی است که در خازن ورودی ذخیره می شود. بنابراين چون انرژی ذخیره شده در خازن با مربع ولتاژ رابطه مستقيم دارد به همین دلیل منبع تغذیه سوئیچینگ زمان نگهداری بیشتری نسبت به منبع تغذيه خطى دارد

معایب منبع تغذیه سوئیچینگ

۱- در ترانس علاوه بر تشعشع، تلفات افزایش یافته و با افزایش تلفات در ترانس، بازده آن به صورت مستقيم( كه از طریق سیم های ارتباطی انتشار می یابد ) و غير مستقيم(که از طریق محیط، ارتباط برقرار می شود )کاهش می یابد.

۲- نیاز به محفاظت در مقابل اضافه بار

۳- با قطع شدن فیدبک در منبع تغذیه خطی افزایش ولتاژ وجود ندارد، درصورتى که در منبع تغذیه سوئیچینگ با قطع شدن فیدبک، قسمت کنترلی ولتاژ خروجی را صفر می بیند. بنابراين برای افزایش ولتاژ انرژی بیشتری را به خروجی منتقل می کند. چون قسمت کنترلی، کاهش ولتاژ را در اثر افزایش بار می داند. انتقال انرژی بیشتر به خروجی موجب افزایش ولتاژ خروجی می شود تا جایی که ممكن است منجر به سوختن عناصر مداربشود.

۴- جریان های یورشی زیاد: جریان های یورشی به جریان هایی گفته می شود که در لحظه اول بعد از وصل شدن منبع تغذیه به علت شارژ نبودن خازن های مدارات سوئیچینگ از ورودی دریافت می شود.

 منابع تغذیه سوئیچینگ (صنعتی) به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند: 

منابع تغذیه سوئیچینگ ریلی

منابع تغذیه سوئیچینگ کف خواب

تفاوت‌های عمده این دو منبع تغذيه در رنج متفاوت ولتاژ ورودی، چینش و نوع ترمنیال های مورد استفاده ،حفاظت اتصال کوتاه به کار رفته در آن و ساختار ظاهری آنها با هم است.

لینک مرتبط

انواع و اجزاى منابع تغذيه سوئيچينگ

مقايسه منبع تغذیه سوئيچينگ ريل مونت و كف خواب

عیب یابی منبع تغذیه سوئيچينگ

در مورد پاور سوئیچینگ چه می دانید؟ قسمت اول