تفاوت منبع تغذیه خطی با منبع تغذیه سوئیچینگ چیست ؟

ایده منبع تغذیه سوئیچینگ در تعویض حالت‌های خاموش و روشن ترانزیستور مدار است. به ‌طوری که این نحوه عملکرد داخلی دستگاه، مزایای عمده‌ای را نسبت به منابع تغذیه خطی به وجود آورده است.

منبع تغذیه سوئیچینگ متغیر به علت عدم استفاده از ترانسفورمر کاهنده یا افزاینده دارای مزیت دقت بالا، اتلاف انرژی کم ،ابعاد کوچکتر و توان بیشتر است. اما از طرفی پیچیدگی مدار  یکی از معایب منبع تغذیه سوئیچینگ  و بالطبع موجب افزایش قیمت آن شده است. این مدل از دستگاه ها با قابلیت توان بالا در شارژرهای موبایل، رایانه‌های شخصی و تامین برق برخی وسایل نقلیه کاربرد دارند.

در مقابل، منابع تغذیه خطی با بهره‌گیری از المان‌های خطی در مدار خود، سادگی در طراحی و تولید دارند، قیمت آن‌ها پایین‌تر، پاسخ گذرای سریع‌تر و نویز تولیدی دستگاه کمتر است. این منابع را می‌توان در اکثر آزمایشگاه‌های مهندسی برق به‌عنوان بلوک تامین‌کننده‌ی توان مدارات الکترونیکی مشاهده کرد.

فرق بین منبع تغذیه خطی با منبع تغذیه سوئیچینگ این است که مدار منبع تغذیه خطی بسیار ساده است یکی معایب آن به دلیل استفاده از ترانس تولید گرمای بیشتر و دارای وزن سنگینی می باشد اما مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ تولید توان بالا، وزن کمتر و سایز کوچکتری می باشند. برخی از کاربردهای منبع تغذیه سوئیچینگ در کامپیوترها، شارژر موبایل، درایو موتورهای dc و… باشد.

تفاوت منابع تغذیه سوئیچینگ و خطی :

تفاوت منبع تغذیه سوئیچینگ و خطی این است که یک منبع خطی با تلف کردن توان، خروجی را رگوله یا یکسو می کند ولی در روش سوئیچینگ با تغییر میزان دوره سیکل سوئیچ، ولتاژ و جریان خروجی کنترل می شود. در طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ اگر ورودی اصلی ولتاژ متناوب باشد، ابتدا از یك طبقه یكسوكننده عبور کرده و یك ولتاژ مستقیم رگوله نشده ایجاد می شود. این ولتاژ مستقیم به خازنهای فیلترینگ بزرگ متصل می شود. جریان كشیده شده توسط این یكسوكننده از ورودی ولتاژ متناوب باعث ایجاد پالسهای جریان در اطراف پیك ولتاژ متناوب می شود.این پالسهای كوچك مولد فركانسهای بالا بوده و كاهش فاكتور توان را به همراه دارند. تكنیك اصلاح ضریب توان برای مقابله ایجاد شده است. مداراصلاح ضریب توان جریان مصرفی یكسوکننده را شبیه به شكل موج سینوسی نگاه داشته و در نتیجه فاكتور توان در برق ورودی متناوب اصلاح و نزدیک به 1،00 باقی میماند محدوده ولتاژ متناوب ورودی توسط یك سوئیچ در دو حالت 115 و 230 ولت انتخاب میشود . در حالت 115 ولت یك مدار دو برابر كننده ولتاژ در طبقه ورودی اضافه می شود. در برخی مدل ها محدوده ولتاژ متناوب ورودی یونیورسال بوده و حداقل 100 تا 240 ولت را پشتیبانی می کنند. در یك منبع تغذیه با ورودی ولتاژ مستقیم به مرحله یكسو كننده احتیاجی نیست . در مرحله اینورتر، مقدار ولتاژ مستقیم تولید شده در مرحله قبل، دوباره به ولتاژ متناوب تبدیل می شود. فركانس خروجی اینورتر بیش از 20 كیلوهرتز (خارج از محدوده شنوایی) انتخاب می شود. عمل سوئیچ معمولاً به كمك چند طبقه ماسفت جهت رسیدن به بهره بالا انجام می شود. در مرحله بعد ترانس با تعداد دورهای پیچشی كم قرار دارد. به دلیل فركانس بالا دور سیم پیچ ترانس كم می شود و بسته به نیاز ترانس افزاینده یا كاهنده است. در مرحله نهایی هم یک طبقه یکسوکننده و فیلتر وجود دارد که وظیفه ی آن ساختن خروجی ولتاژ مستقیم در محدوده معین و مشخصات مناسب است.

برای ثابت نگه داشتن ولتاژ مستقیم در خروجی یك منبع تغذیه، دو روش رگولاسیون خطی و رگولاسیون به روش سوئیچینگ رایج می باشد. منبع تغذیه سوئیچینگ یك واحد تغذیه توان است كه به روش سوئیچینگ عمل رگولاسیون را انجام می دهد. در روش رگولاتور خطی از ترانس و المانهای یكسو كننده جریان و فیلتر استفاده می شود. تلفات بالا و بازدهی پائین و عدم دسترسی به رگولاسیون دقیق و کیفیت دلخواه در خروجی، مشکلات منبع تغذیه خطی می باشند. سه عامل اصلی در تفاوت این دو روش عبارتند از فركانس کار ترانسها در روش خطی 50 تا 60 هرتز است. ترانس های فرکانس پایین، اندازه و حجم بزرگی دارند. در روش سوئیچینگ به دلیل استفاده از فركانس بالای 50 تا 200 کیلوهرتز، حجم و وزن ترانسها به میزان قابل توجهی كاهش یافته و درنتیجه اندازه منبع تغذیه سوئیچینگ کوچکتر است. راندمان یا بازده توان در روش سوئیچینگ بسیار بیشتر از روش خطی است. یك منبع خطی با تلف كردن توان، خروجی را رگوله یا یکسو می كند، ولی در روش سوئیچینگ با تغییر میزان دوره سیكل سوئیچ ، ولتاژ و جریان خروجی كنترل می شود. با یك طراحی خوب در روش سوئیچینگ می توان به حدود 90 درصد بازدهی دست یافت. در طراحی منابع تغذیه سوئیچنگ، بدلیل وجود فرکانس بالا، بحث نویز و اثرهای ناخواسته الكترومغناطیسی بسیار مهم بوده و برای حذف آنها از فیلتر ای.ام.آی و اتصالات آر.اف استفاده می شود. طراحی منبع تغذیه خطی بسیار ساده بوده و اثرات نویز در خروجی بسیار کمتر است.

در مقایسه رگولاتور های سوئیچینگ و خطی به این موارد خواهیم رسید :

1- بازدهی : بدون شک در دنیای امروزی نیاز ما به انرژی زیاد شده است و در نتیجه باید مدیریت بهتری روی مصرف انرژی الکتریکی داشته باشیم، پس اگر بخواهیم در طراحی مدار میزان مصرف انرژی را مد نظر قرار دهیم ، باید در مدارمان جایی برای منبع تغذیه سوئیچینگ در نظر داشته باشیم.

2- اندازه مدار : برای تبدیل ولتاژ ۱۲ ولت DC به ۵ ولت DC با جریان حداکثر ۱ آمپر می توان از یک رگولاتور خطی استفاده کنیم. اما برای مثال اگر بخواهیم برق شهر که دارای ولتاژ ۲۲۰ ولت AC هست را به ۵ ولت DC تبدیل کنیم ابتدا به یک ترانس با وزن و حجم نسبتا زیاد و سپس یک یکسو ساز و خازن ظرفیت بالا نیاز داریم. روی هم رفته این مدار فضای زیادی را اشغال می کند ولی با طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ با همین مشخصات در یک فضای حداکثر ۲ در ۳ سانتیمتر با وزن بسیار کمتر قابل پیاده سازی است. مانند اکثر شارژر های گوشی های موبایل که از منابع تغذیه سوییچینگ بهره می برند.

3- تداخل فرکانسی : بر خلاف رگولاتور های خطی، رگولاتور های سوئیچینگ به دلیل فرکانس سوئیچینگ می تواند هارمونیک های زیادی را به وجود آورد و باعث تداخل فرکانسی شود. اگر یک مدار حساس به تداخل فرکانسی دارید بهتر است از یک رگولاتور خطی استفاده کنید. اما اگر این رگولاتور نیاز مداری شما را بر طرف نکند بهتر است برای مدار منبع تغذیه سوئیچینگ خود فیلتر های مناسب و باید ملاحظات High Speed PCB Design در نظر گرفت تا سطح نویز و هارمونیک های مدار کاهش یاید.

در یک منبع سوییچینگ باید اصول طراحی این نوع مدارات را هم در نظر گرفت.مورد دیگر هم اگر قطعات الکترونیکی مورد نظرتان دارای کیفیت و مناسب چنین طراحی هایی نباشند،ممکن است مدار سوئیچینگ شما به مشکلاتی مانند نویز و اختلال فرکانسی بالا و راندمان کم مواجه شود .

ورود به دسته بندی محصول منبع تغذیه | Power Supply