منبع تغذیه سوئیچینگ چیست؟

منبع تغذیه، دستگاهی است که برای یک یا چند بار مصرفی، انرژی الکتریکی را تامین می‌کند. این دستگاه ممکن است به‌صورت مجزا از بار باشد و یا به‌صورت یک دستگاه جدایی ناپذیر که به بار خود متصل می‌شود، ساخته شود و منبع تغذیه در ساده‌ترین شکل خود شامل بخش ورودی و بخش خروجی منبع تغذیه است که عمدتا به صورت الکتریکی از هم ایزوله هستند. از جمله کاربردی ترین دستگاه ها، می توان به منبع تغذیه سوئیچینگ اشاره نمود. به همین دلیل تصمیم گرفتیم به سوال منبع تغذیه سوئیچینگ چیست به طور کامل پاسخ دهیم.

تاریخچه منابع تغذیه سوئیچینگ

ایده منابع تغذیه سوئیچینگ در سال 1970 توسط مهندسان الکترونیک مطرح گردید. این تجهیزات در ابتدای امر از بازدهی پایین برخوردار بودند، ولی در مقایسه با باتری‌ها و منابع تغذیه آنالوگ وزن و حجم کوچک‌تر، ولی در عین حال توان بالایی داشتند. در طرح‌های اولیه منابع تغذیه از عناصر ابتدایی نظیر BJT استفاده می‌شد که این عامل کاهش راندمان در حدود 68 درصد بود.

همچنین بخوانید: آشنایی با قطعات برد الکترونیکی

مهم‌ترین پارامترهای بخش ورودی و خروجی منبع تغذیه

بخش ورودی : ولتاژ ورودی، زمین ورودی، جریان مصرفی، جریان هجومی، فیوز ورودی، فرکانس، تغذیه dc، حافظه خطای پاور، اصلاح ضریب توان PFC
بخش خروجی: ولتاژ خروجی، زمین ثانویه، جریان اتصال کوتاه، ریپل یا اعوجاج باقیمانده، ویژگی‌های خروجی، جریان خروجی

مدارهای پایه منابع تغذیه سوئیچینگ

• Buck «باک» :کاهنده پلاریته ولتاژ
• Boost «بوست» : افزاینده پلاریته ولتاژ
• Buck-Boost «باک- بوست» : وارونگر پلاریته ولتاژ

تفاوت این سه مدار در مکان قرار گرفتن سلف(سلف چیست؟)، سوئیچ و خازنی خروجی در مدار است.

مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ

در رابطه با سوال مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ چیست می توانیم موارد زیر را بیان کنیم. راندمان بالا: بازه منابع تغذیه سوئیچینگ بین %70 تا %96 است. در منابع تغذیه سوئیچینگ عنصر کنترل در حالت اشباع و قطع کار می‌کند و توان تلفاتی پایینی دارد، در حالی که در منابع تغذیه خطی عنصر کنترل در حالت فعال کار می‌کند و توان تلفاتی بالایی دارد.
ابعاد کوچک ترانس: در منابع تغذیه خطی ترانس در فرکانس 50 هرتز برق شهر کار می‌کند. براین اساس انرژی نسبتا زیاد در تعداد دفعات کم به خروجی منتقل می‌شود. در حالی که در منبع تغذیه سوئیچینگ با افزایش فرکانس، بسته‌های انرژی کوچک‌تری در تعداد دفعات بیشتری منتقل می‌گردد.
سبک بودن منبع تغذیه: بیش‌تر وزن یک منبع به ترانس آن بستگی دارد. حال اگر ترانس کوچک باشد این منبع سبک خواهد شد.
کاملا فشرده: منابع تغذیه سوئیچینگ را می‌توان در بسته‌بندی‌های کاملا فشرده قرار داد، چون اتلاف حرارتی کمی دارند.
ورودی با محدوده دینامیکی زیاد: ولتاژ ورودی می‌تواند در محدوده وسیعی تغییر کند در حالی که ولتاژ خروجی ثابت باقی بماند.
زمان نگهداری بیش از پنج میلی ثانیه: در منابع سوئیچینگ زمان نگهداری بیشتر از منابع تغذیه خطی است. دلیل آن ولتاژdc بالایی است که در خازن ورودی ذخیره می‌شود. از آنجایی که انرژی ذخیره شده در خازن با مربع ولتاژ رابطه دارد به همین دلیل منبع سوئیچینگ زمان نگهداری بیشتری دارد.

برای مطالعه بیشتر: ترایاک چیست؟

مهم‌ترین مزیت یک منبع تغذیه سوئیچینگ چیست؟

مهم‌ترین مزیت یک منبع تغذیه سوئیچینگ بازه‌ی بالای آن است. از آنجایی که ترانزیستور سوئیچینگ فقط در ناحیه قطع واشباع کار می‌کند (درحالت قطع جریان عبوری از آن ناچیز بوده ودر حالت اشباع هم افت ولتاژ روی آن کم است) توان آن ناچیز است که این سبب بالا رفتن منبع تغذیه می‌گردد.

کاربردهای منابع تغذیه سوئیچینگ

منابع تغذیه سوئیچینگ در جاهایی که نیاز به بازه بالایی باشد و هم‌چنین به وجود آمدن وتولید گرما یک اثر مخرب محسوب می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرند (مانند مدار شارژر باتری). هم‌چنین در جاهایی که نیاز به توان بالاتری داشته باشیم استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ ضروری است. در کل به خاطر انعطاف‌پذیری، بازده، سایز و حجم و هزینه، منابع تغذیه سوئیچینگ بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دو نوع کلی منابع تغذیه سوئیچینگ

1. فوروارد
2. فلای بک
با وجود شباهت‌های فراوان، تفاوت‌های متمایز کننده ای هم دارند. نحوه عملکرد و چگونگی قرارگیری عنصر مغناطیسی تعیین کننده نوع مدار است.
عناصر اصلی این منبع عبارتند از :

• یک منبع سوئیچ جهت تهیه موج PWM
• القاگر (در منابع پیشرفته القاگر جای خود را به ترانس می‌دهد)
• ترانزیستور قدرت
• خازن ذخیره کننده‌ی انرژی در خروجی
• شبکه‌های حس کننده و عمل کننده باز خورد

شما می توانید انواع قطعات الکترونیکی اورجینال را بصورت آنلاین به شرکت واردکننده قطعات الکترونیکی رسام سفارش دهید.

منبع تغذیه سوئیچینگ فوروارد

وقتی کلید باز است، با برقراری جریان از طریق دیود، انرژی از سوی القاگر تامین می‌شود و در سیکل بعدی، با بسته شدن کلید، انرژی مجددا توسط منبع ورودی وارد القاگر می‌گردد.

منبع تغذیه سوئیچینگ فلای بک

با بسته شدن، جریان در القاگر برقرار شده و در این حالت دیود قطع می‌شود. با باز شدن سوئیچ، خازن شارژ شده و بار تغذیه می‌گردد.

کار اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ

تبدیل ولتاژ وجریان ورودی به ولتاژ وجریان دلخواه
این تبدیلات شامل:
AC به DC
DC به DC
DC به AC

منبع تغذیه AC به DC

ورودی این منبع تغذیه جریان الکتریکی AC است. در این منبع تغذیه از یک ترانس برای تبدیل ولتاژ ورودی به یک ولتاژ AC بالاتر یا پایین تر استفاده می‌شود. سپس درکتیفایر تعبیه شده در این منبع تغذیه، ولتاژAC تبدیل یافته را به ولتاژ DC متغیر تبدیل می‌کند. این ولتاژ DC از یک فیلتر الکترونیکی عبور داده می‌شود و به یک ولتاژ DC رگوله نشده تبدیل می‌شود.

منبع تغذیه DC به AC

برای تبدیل سطح ولتاژ DC به سطح ولتاژ دیگر در توان‌های کم، می‌توان از مدارات آنالوگ جهت کاهش یا افزایش سطح ولتاژ استفاده نمود. ولی در توان‌های بالاتر، باید مبدل‌های تغذیه سوئیچینگ را به کار برد.
برخی از منابع تغذیه سوئیچینگ امکان تغذیه از ورودی AC به DC را داشته و در خروجی ولتاژ DC مورد نظر را ایجاد می‌کنند. منابع تغذیه سویچینگ براساس نوع ورودی خود در انواع تک فاز، دوفاز و سه فاز برای رنج های ولتاژی و جریانی مختلف تولید می‌شوند.

معایب منبع تغذیه سوئیچینگ

در ترانس علاوه بر تشعشع، تلفات افزایش یافته و با افزایش تلفات در ترانس، بازده آن به صورت مستقیم ( از طریق سیم‌های ارتباطی انتشار می‌یابد) و غیر مستقیم ( از طریق محیط، ارتباط برقرار می‌شود) کاهش می‌یابد.
نیاز به محافظت در مقابل اضافه بار
با قطع شدن فیدیک در منبع تغذیه خطی افزایش ولتاژ وجود ندارد، در صورتی که در منبع تغذیه سوئیچینگ با قطع شدن فیدبک، قسمت کنترلی ولتاژ خروجی را صفر می‌بیند. برای افزایش ولتاژ بیشتری را به خروجی منتقل می‌کند. چون قسمت کنترلی، کاهش ولتاژ را اثر افزایش بار می‌داند. انتقال انرژی بیشتر به خروجی موجب افزیش ولتاژ خروجی می‌شود تا جایی که ممکن است منجر به سوختن عناصر مدار بشود.
جریان‌های یورشی زیاد: جریان‌های به جریان‌هایی گفته می‌شود که در لحظه اول بعد از وصل شدن منبع تغذیه به علت شارژ نبودن خازن های مدارات سوئیچینگ از ورودی دریافت می‌شود.

تنظیم خروجی در SMPS

تنظیم SMPS با تغییر نرخ on و یا سرعت تکرار کلید زنی و یا هر دوی این‌ها انجام می‌گیرد. به هنگام تغذیه قدرت جریان به سیم پیچ تزریق و در نتیجه انرژی در آن ذخیره می‌شود. سپس این انرژی از طریق دیودهایی که با سرعت بالا به خازن‌های الکترونیک ذخیره کننده، واگذار می‌گردد. ولتاژ دو سر خازن صاف است می‌تواند بار DC را تغذیه کند. با افزایش بار، ولتاژ خروجی افت می‌کند. این افت، با افزایش پهنای پالس که سبب افزایش جریان سیم پیچ می‌شود، جبران می‌گردد. در واقع افزایش پهنای پالس سبب می‌شود که انرژی در هر دوره در میدان مغناطیسی ذخیره گردد.

دو قسمت از منبع تغذیه سوئیچینگ (صنعتی )

• منابع تغذیه سوئیچینگ ریلی
• منابع تغذیه سوئیچینگ کف خواب
تفاوت‌های عمده این دو منبع تغذیه در رنج متفاوت ولتاژ ورودی، چینش و نوع ترمینال‌های مورد استفاده، حفاظت اتصال کوتاه به کار رفته در آن و ساختار ظاهری آنها با هم است.

برای استعلام قیمت و خرید قطعات الکترونیکی روی لینک کلیک کنید.

همچنین انواع مختلف ic های کمیاب نیز تامین و در اختیار مشتریان عزیز قرار داده می شود. برای استعلام قیمت و خرید آی سی کلیک کنید.

اگر قطعاتی مدنظرتان است که در سایت پیدا نکردید برای سفارش قطعات الکترونیکی از خارج از کشور نیز می توانید اقدام نمایید. مجموعه رسام الکترونیک  واردات قطعات الکترونیک را نیز انجام می دهد.

همچنین انواع ترانزیستور نیز در مجموعه رسام ارائه می شود. برای استعلام قیمت و خرید ترانزیستور کلیک کنید.

پتانسیومتر تریمر و مولتی ترن نیز یکی دیگر از قطعات مهمی است که پیدا کردن آن ها در ایران کار سختی است. اما سایت رسام این قطعات را نیز از چین وارد می کند. برای استعلام قیمت و خرید پتانسیومتر تریمر و مولتی ترن کلیک کنید.

همچنین می توانید برای گرفتن قیمت و خرید دیود نیز به صفحه مورد نظر مراجعه کنید.
خازن اس ام دی نیز از دیگر قطعات کمیاب در ایران می باشد که می توانید برای مشاهده قیمت و خرید خازن اس ام دی به صفحه مورد نظر مراجعه کنید.