پاور سوئیچینگ

پاور سوئیچینگ، منبع تغذیه الکتریکی است که در بین اجزای سازنده خود از یک تنظیم کننده جریان برخوردار می‌باشد.

نخستین بار در سال 1970 راجع به منابع تغذیه سوئیچینگ صحبت‌هایی شد و اولین این دستگاه‌ها از سوی ترانزیستورهای BJT تولید شدند که دارای راندمان کمی به اندازه 68 درصد بودند. بیشتر تجهیزات الکترونیکی از منبع تغذیه داخلی برخوردار می‌باشند که قابل دسترسی نیستند و صرفاً برق ورودی آنها به پریز برق متصل می‌شود.

رگولاتورهای ولتاژ در دو نوع خطی و سوئیچینگ هستند. پیش از ابداع پاور سوئیچینگ‌ در تجهیزات برقی، رگولاتورهای خطی با راندمان حدود 30 درصد تعبیه می‌شدند ولی پس از ابداع و تولید پاور سوئیچینگ‌، دیگر از رگولاتورها استفاده نمی‌شود.

پاور سوئیچینگ چیست؟

این تجهیزات، نوعی مبدل الکتریکی می‌باشند که کار آن تبدیل جریان متناوب با ولتاژ بالا به جریان مستقیم با ولتاژ پایین می‌باشد. آداپتورهای سوئیچینگ، برترین انتخاب برای تغذیه دوربین‌های مدار بسته هستند. اصلی‌ترین ویژگی این منبع تغذیه، بازده بالای آن می‌باشد. این ویژگی در منبع تغذیه‌های ترانسفورماتوری وجود ندارد.

توان مصرفی این تجهیزات بسیار اندک می‌باشد و این مسئله موجب افزایش بازده آنها می‌شود. منبع برقی شامل تنظیم کننده جریان برای کارایی بالا در زمان تغییر توان الکتریکی است. برای شروع به کار وسایل برقی به ولتاژ و جریان خاصی احتیاج می‌باشد که در طراحی آن بایستی درنظر گرفته شود. این سوئیچینگ، ولتاژ DC خروجی قابل تنظیم با سطح جریان متفاوت است.

کاربردهای انواع پاور سوئیچینگ/منبع تغذیه

یکی از انواع منبع سوئیچینگ‌، رگولاتورهای خطی است که دارای ترانزیستور و سیستم کنترلی است که عهده دار تثبیت ولتاژ خروجی می‌باشد. ترانزیستور این سوئیچینگ‌ ها، خطی است که موجب اتلاف توان ورودی دستگاه می‌شود.

منبع سوئیچینگ‌ها، منابعی می‌باشند که خیلی وقت است که از ابداع آنها می‌گذرد. این منبع‌ها به دلایل برخورداری از مزایای بسیار زیاد، بسیار پرفروش هستند. این مدل‌ها از راندمان بالایی برخوردار هستند و در موارد گوناگونی مثل استفاده به عنوان مدارهای تأمین کننده، ولتاژ لازم برای منبع تغذیه رایانه‌ها، مادربردها، پردازنده‌ها، منبع تغذیه گوشی‌ها، پنل‌های خورشیدی و … به کار می‌روند.

مزایای استفاده از منبع تغذیه سوئیچینگ‌

استفاده از پاور سوئیچینگ یا منبع تغذیه، مزایای زیادی دارد. وجود منبع تغذیه به سبب مدیریت میزان مصرف انرژی، اهمیت زیادی دارد. بنابراین بهره‌گیری از منبع سوئیچینگ‌ها در نقش منبع تغذیه، موجب کاهش مصرف برق می‌شود.

مزیت دیگر استفاده از منبع تغذیه، کاهش نرخ قطعات موجود در مدار و سیستم‌های برقی است. این منبع تغذیه می‌تواند تداخل فرکانس ایجاد کنند. زمانی که رگولاتور دارای منبع تغذیه سوئیچینگ‌ها به جای رگلاتور خطی سنتی به کار می‌رود، رگلاتور پاور سوئیچینگ یا منبع تغذیه به دلیل تولید فرکانس سوئیچینگ ها قادر هستند که هماهنگی و هارمونی بالایی ایجاد کنند و موجب تداخل فرکانس شوند.

انواع پاور سوئیچینگ/منبع تغذیه در صنایع برقی

منبع تغذیه سوئیچینگ‌ ها بر اساس تکنولوژی به کار رفته برای ساخت آنها به چندین نوع شامل خطی،رزونانسی و منبع تغذیه سوئیچینگ‌های با مدولاتور عرض پالس و … طبقه بندی می‌شوند که با هر یک از آنها آشنا می‌شویم:

منبع تغذیه سوئیچینگ‌های خطی

این منبع تغذیه‌ در مقایسه با منبع تغذیه‌های دیگر، راندمان کمتری دارد. هنگامی این منبع تغذیه را به کار می‌برید که حرارت تولیدی از منبع تغذیه برای شما اهمیت نداشته باشد. نویز کم و تداخل الکترومغناطیسی پایین، مهمترین ویژگی‌های این منبع تغذیه می‌باشند. این منبع تغذیه‌ها به برق شهری متصل می‌شوند. به منظور تناسب ولتاژ ورودی با ولتاژ مصرفی، ترانسفورماتوری برای یکسوسازی در مجاورت آن به کار می‌رود. در صورتی که این کار انجام نشود، خروجی پایدار نخواهد بود. هدررفت گرمای این منبع تغذیه زیاد است.

پاور سوئیچینگ با مدلاتور عرض پالس

این منبع تغذیه از راندمان بیشتری در مقایسه با منابع خطی برخوردار است. حوزه کاربرد این منبع تغذیه بسیار وسیع است. در صنعت الکترونیک، صنعت کشتی‌سازی، صنعت هوافضا و … از این منبع تغذیه استفاده می‌کنند. مهمترین ویژگی‌های این منبع تغذیه، سبکی و راندمان بالای آن نسبت به دیگر منبع تغذیه‌ها می‌باشند.

رزونانسی با راندمان بالا

دیگر انواع پاور سوئیچینگ‌، رزونانسی با راندمان بالا می‌باشد. این منبع تغذیه، نسخه پیشرفته‌تر PWM ها است و نویز پایینی در مقایسه با آنها دارد. این منبع تغذیه‌ها، بسیار حساس هستند و تولید آنها پرهزینه‌تر از سایر منبع تغذیه‌ها می‌باشد.

اجزای اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ

این تجهیزات از چندین جزء شامل یک سو کننده ورودی و فیلتر، اینورتر دارای سیگنال فرکانس بالا و دستگاه سوئیچینگ، ترانسفورمر قدرت، یک سو کننده خروجی، سیستم فیدبک و مدار کنترل و … تشکیل شده است.

مدار منبع تغذیه سوئیچینگ‌های ساده از چندین بلوک برخوردار می‌باشد. یکسوساز و فیلتر در ورودی انواع این منبع تغذیه با هدف از بین بردن نویز و یکسوسازی به کار می‌‌رود. پس از آن، فرکانس سیگنال نیم موج یا تمام موجود از سوی مدار مبدل زیاد شده و به ترانس قدرت برای تقویت فرستاده می‌شود.

بررسی معایب این منبع تغذیه

همانطور که بیان نمودیم، استفاده از این منبع تغذیه‌ها از مزایای فراوانی برخوردار است که از جمله آنها می‌توان به راندمان 68 الی 90 درصدی، فناوری انعطاف‌پذیر، خروجی‌های پایدار و مستقل از ولتاژ تغذیه ورودی، دانسیته توان بالا و … اشاره نمود. اما این منبع تغذیه‌ها دارای معایبی هستند که مهمترین آنها شامل وجود اجزای خارجی اضافی که نیازمند فضای بیشتر هستند، وجود تداخل الکترومغناطیسی و نویز الکتریکی و طراحی پیچیده آنها می‌باشد.

نحوه کار منبع تغذیه سوئیچینگ

ورودی DC تنظیم نشده چه از یک منبع یکسو کننده چه از یک باتری، به قسمت اینورتر دارای تجهیزات الکترونیکی سوئیچینگ مثل ماسفت‌ها و ترانزیستورهای دو قطبی که آن و آف می‌شوند، تغذیه می‌گردد. این پروسه سبب می‌شود که ولتاژ ورودی در سیم پیچ اولیه به شکل پالس در فرکانس سوئیچینگ میان 20 الی 200 کیلوهرتز نمایان شود. پس از آن خروجی ترانسفورماتور یک سو شده و مسطح شده تا ولتاژ DC لازم بوجود می‌آید. فرکانس خارج از محدوده شنیداری، به صورت ثابت می‌باشد. در شرایطی که دیوتی سایکل متغیر می‌باشد تا سطح ولتاژ مناسب و لازم بوجود بیاید. با اسیلوسکوپ، امکان رؤیت شکل موج خروجی ترانسفورماتور و ولتاژ مستقیم تولیدی با استفاده از مولتی متر وجود دارد.

قیمت پاور سوئیچینگ/منبع تغذیه

این تجهیزات در برندهای مختلفی در بازار وجود دارند. قیمت این منبع تغذیه‌ها با توجه به برند سازنده، نوع و مدل، سری و … متفاوت است. این منبع تغذیه‌ها در چندین سری ساخته می‌شوند که هر یک از آنها دارای ویژگی‌های خاصی می‌باشند. برندهای مطرح این منبع تغذیه‌ها معمولاً چینی و تایوانی هستند که نسبت به برندهای دیگر، گران تر می‌باشند. منبع تغذیه‌های مناسب برای کاربردهای رایانه‌ای، صنعتی و … دارای قیمت متفاوتی هستند.