دوستان و همراهان سخت افزار،به طور حتم بارها با واژه منبع تغذیه سوئیچینگ برخورد داشته اید.در این مطلب قصد معرفی ساده پاورهای سوئیچینگ را داریم.با ما همراه باشید.
یک منبع تغذیه سوئیچینگ (Switched-mode power supply (به اختصار SMPS)) یا به بیانی ساده، یک Switcher، یک منبع تغذیه الکترونیکی است که شامل یک تنظیم‌کننده جریان برای داشتن کارآیی خیلی بالا در هنگام تغییر توان الکتریکی است. مانند سایر منابع تغذیه یک SMPS، توان را از یک منبع به یک مقصد (مصرف‌کننده) همزمان با تغییر مشخصه‌های ولتاژ و جریان تبدیل می‌کند. یک SMPS معمولا برای تأمین کارای، ولتاژی منظم به کار گرفته میشود. برخلاف منابع تغذیه خطی, در این منابع ترانزیستوری که نقش کلید را به عهده دارد با فرکانسی حدود 50 کیلو هرتز یا بیشتر بین وضعیت قطع و اشباع در نوسان است که این خود سبب کاهش تلفات ترانزیستور می گردد .نسبت ولتاژ خروجی به ورودی را می توان با تغییر نسبت زمان روشن بودن به زمان خاموش بودن ترانزیستور تعیین کرد . در نقطه مقابل, در یک منبع تغذیه خطی برای دستیابی به ولتاژ دلخواه باید قسمتی از ولتاز ورودی روی ترانزیستور افت کرده و تلف شود .بازده بالا مزیت اصلی یک منبع تغذیه سوئیچینگ است . هنگامی که بازده بالاتر, ابعاد کوچک تر و وزن کم تر مد نظر باشد منابع تغذیه سوئیچینگ جایگزین منابع تغذیه خطی می شوند . منابع تغذیه سوئیچینگ پیچیده تر هستند و اگر جریان ورودی به آنها به خوبی فیلتر نشود می تواند نویز ایجاد کند.
یک رگولاتور خطی با تلف کردن توان اضافی به شکل حرارت قادر است ولتاژ یا جریان خروجی را تنظیم کند بنابراین حداکثر بازده توان آن برابر است با نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی . در یک منبع تغذیه سویچینگ ولتاژ یا جریان از طریق سویچ کردن یک المان ذخیره کننده انرژی مثل سلف یا خازن تنظیم می شود . المان های سویچینگ آرمانی (ایده آل) (مثل ترانزیستوری که در خارج از ناحیه فعال کار می کند) در حالت بسته مقاومتی نداشته و در حالت باز هم جریانی از آنها عبور نمی کند بنابراین این دسته از منابع تغذیه به لحاظ نظری می توانند بازده ۱۰۰ درصد داشته باشند . (این یعنی اینکه تمامی توان ورودی به بار منتقل می شود و هیچ کسری از آن از طریق گرما هدر نمی رود ).
مزایا و معایب
مهمترین مزیت یک منبع تغذیه سویچینگ بازده بالای آن است . از آنجایی که ترانزیستور سویچینگ فقط در ناحیه قطع و اشباع کار می کند ( در حالت قطع جریان عبوری از آن ناچیز بوده و در حالت اشباع هم افت ولتاژ روی آن کم است ) بنابراین توان مصرفی آن ناچیز است که این سبب بالا رفتن بازده منبع تغذیه می گردد . سایر مزایای آن عبارتند از حجم و وزن کمتر ( به دلیل حذف ترانسفورماتور فرکانس پایین که وزن بالایی دارد ) و گرمای ایجاد شده کمتر (به دلیل بازده بالاتر ). معایب آن عبارتند از پیچیدگی زیاد و امکان تداخل الکترومغناطیسی و همچنین ایجاد موجک (ریپل ) در فرکانس سویچینگ و هارمونیک های آن نوع ارزان قیمت این گونه منابع می تواند نویز الکتریکی حاصل از سویچینگ وارد شبکه برق شهری نماید که این سبب بروز تداخل با سایر دستگهاهای صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده اند، میگردد . منابع تغذیه سویچینگ فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند.
در جدول زیر،پاورهای سوئیچینگ و خطی را با یکدیگر مقایسه می کنیم.این جدول برای درک تفاوت های آنها با یکدیگر،بسیار مفید است.
متغیرها | منابع تغذیه خطی | منابع تغذیه سوئیچینگ |
وزن و ابعاد | در منابع با توان بالا هیت‌سینک مورد نیاز است که ابعاد منبع را افزایش میدهد . استفاده از ترانسفورمر های فرکانس پایین، به حجم و سنگینی دستگاه می افزاید . | در بعضی منابع ممکن است از ترانسفورمر (یا سلف )استفاده شود که البته به دلیل فرکانس کاری بالا، سنگینی و ابعاد ترانسفورمر زیاد نیست . |
ولتاژ خروجی | در صورت استفاده از ترانسفورمر، می توان در خروجی به هر ولتاژ دلخواهی دست یافت . در منابع خطی بدون ترانسفورمر ولتاژ خروجی از ورودی بیشتر نخواهد شد در صورت عدم استفاده از رگولاتور، ولتاژ خروجی با بار تغییر می کند . | هیچ گونه محدودیتی در ولتاژ خروجی نداریم . در بیشتر مدارات فقط ولتاژ شکست ترانزیستور می تواند محدود کننده باشد . ولتاژخروجی با بار تغییری نمی کند . |
کارایی، توان و گرمای تلفاتی | در منابع تغذیه دارای رگولاتور، بازده عمدتا بسته به اختلاف بین ولتاژ ورودی و خروجی است .ولتاژخروجی از طریق تلف کردن توان اضافی به شکل حرارت، تنظیم می گردد که این سبب می شود بازده منبع تغذیه به حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد محدود شود . در منابع تغذیه فاقد رگولاتور، تلفات مسی و آهنی ترانسفورمر تنها عامل موثر بر کارایی منبع تغذیه است . | ولتاژخروجی از طریق کنترل سیکل وظیفه (دیوتی سایکل) تنظیم می گردد . ترانزیستور ها یا کاملا روشن (حالت اشباع)هستند یا کاملا خاموش (حالت قطع) بنابراین تلفات اهمی بین ورودی و بار وجود ندارد . حرارت ایجاد شده ناشی از ویژگیهای غیر آرمانی اجزای مدار و همچنین جریان حالت دایم مدار کنترل کننده می باشد . |
پیچیدگی | یک منبع تغذیه خطی تنظیم نشده می تواند صرفا از یک دیود و یک خازن تشکیل شود . در منابع تنظیم شده یک مدار گسسته یا مجتمع برای تنظیم کردن ولتاژ خروجی وجود دارد . این مدار ( و همچنین معیار پایداری حلقه بازخورد آن ) نسبت به منابع تغذیه سویچینگ، پیچیدگی کمتری دارد . | در این دسته از منابع یک مدار مجتمع کنترل کننده، یک یا چند ترانزیستور و دیود قدرت، یک ترانسفورمر قدرت و چندین سلف و خازن پالاینده (فیلتر) وجود دارند .طراحی این دسته از منابع دارای پیچیدگی هایی است که در منابع تغذیه خطی نظیر آن را نمی توان یافت . |
تداخل فرکانس رادیویی | در بار زیاد، دیودهای یکسوساز ممکن است تداخل فرکانس بالای ناچیزی ایجاد کنند . در کابل های فاقد حفاظ (شیلد) هوم القا می کنند که می تواند در فرکانس صوتی مشکل ساز باشد . | به این دلیل که جریان بطور ناگهانی قطع و وصل می شود، این دسته از منابع مستعد ایجاد تداخل فرکانس رادیویی و الکترومغناطیسی می باشند . لذا برای کاهش تداخل باید از پالایه (فیلتر)های تداخل الکترومغناطیسی و همچنین حفاظ های فرکانس رادیویی بهره جست . |
نویز الکترونیکی در ترمینال های خروجی | در منابع تغذیه تنظیم نشده یک موجک (ریپل) با فرکانس دو برابر برق شهری (۱۰۰ یا ۱۲۰هرتز) روی مولفه جریان مستقیم سوار خواهد شد .این موجک می تواند در دسنگاههای صوتی ایجاد هوم نموده و در دوربین های امنیتی سبب نوسان در شدت روشنایی تصویر یا اعوجاج شود. | رکانس سویچینگ سبب می شود که این گونه منابع نویز بیشتری ایجاد کنند . در صورتی که خروجی فیلتر نشود می تواند در مدارات صوتی ایجاد نویز نموده و در مدارات دیجیتال نیز نوسانات ناخواسته ایجاد نماید . |
نویز الکترونیکی در ترمینال های ورودی | می تواند اعوجاج هارمونیک ایجاد نماید ولی نویز فرکانس بالای آن ناچیز است . | منابع تغذیه سویچینگ ارزان قیمت می تواند نویز الکتریکی حاصل از سویچینگ وارد شبکه برق شهری نماید که این سبب بروز تداخل با سایر دستگهاهای صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده اند، میگردد . منابع تغذیه سویچینگ فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند . |
نویز آکوستیک | هوم بسیار ضعیفی ایجاد می کنند که عامل آن لرزش لایه های سیم پیچ ترانسفورمر می باشد . | معمولا برای انسان قابل شنیدن نیست مگر اینکه منبع تغذیه دارای فن باشد، درست کار نکند یا اینکه فرکانس سویچینگ در محدوده قابل شنیدن باشد یا لایه های سیم پیچ ها در یکی از زیر هارمونیک های فرکانس کاری شروع به لرزش کند . |
ضریب توان | در منابع تغذیه دارای رگولاتور ضریب توان پایین است زیرا جریان در قله (پیک) ولتاژ سینوسی از خط کشیده می شود . | ازاعداد خیلی پایین تا متوسط در تغییر است زیرا در یک منبع تغذیه سویچینگ فاقد تصحیح ضریب توان، جریان در قله ولتاژ سینوسی از خط کشیده می شود . |
جریان هجومی وارده به منبع تغذیه | در یک منبع تغذیه خطی در لحظه اتصال به برق شهری تا هنگامی که شار مغناطیسی ترانسفورمر به یک حد پایدار برسد و خازن ها کاملا شارژ شوند جریان هجومی بالا است . | جریان هجومی فوق العاده بالاست و فقط توسط امپدانس ورودی منبع تغذیه و مقاومت های سری با خازن محدود می گردد . |
خطر برق گرفتگی | در منابع تغذیه دارای ترانسفورمر امکان زمین کردن بدنه و هسته ترانسفورمر وجود دارد . چنانچه عایق بین سیم پیچی اولیه و ثانویه از بین برود، خطر برق گرفتگی وجود دارد که البته با طراحی صحیح می توان جلو آنرا گرفت . منابع تغذیه خطی بدون ترانسفورمر ذاتا خطرناک هستند . در منابع تغذیه خطی و سویچینگ باید ولتاژ ورودی و گاهی خروجی را ایزوله نمود . | خط مرجع و بدنه دستگاه به ولتاژی برابر نصف ولتاژ برق شهر اما با امپدانس بالا متصل شده است مگر اینکه بدنه به زمین وصل شده باشد یا اینکه در ورودی منبع فیلتر تداخل الکترومغناطیسی موجود نباش |
(نمونه یک منبع تغذیه به همراه خنک کننده مایع)
منابع تغذیه خطی در وسایل کمی استفاده میشود و کلاً منابع تغذیه سوئیچینگ جای آنها را گرفته اند که شامل پاور کامپیوتر هم میشود و شما می بایستی نسبت به سیستمی که میخواهید اسمبل بکنید پاور خود را انتخاب کنید و در انجمن سخت افزار میتوانید راهنمایی کاملی از طرف دوستان دریافت بکنید ……
http://forums.sakhtafzarmag.com/forum.php
عالی بود مهندس ممنون :-bd:-bd:-bd
عرض سلام وخسته نباشید، با این همه تفاسیر وراهنمایی،بنده متوجه نشدم.امکانش هست برای افراد مبتدی مثل بنده راهنمایی کنید که کدومشون برای سیستم میان رده گیمینگ مناسب ترهست؟
سلام آقای آریایی
خیلی ممنون برای این مقاله;););)
دست شما درد نکنه . لطفا از این جور مطالب بیشتر بنویسید=smile=smile=smile
ممنون:-bd:-bd:-bd