آرشیو بلاگ, الکترونیک, برق صنعتي, برق قدرت

آشنایی با منابع تغذیه – قسمت اول : منابع تغذیه سوئیچینگ

آشنایی با منابع تغذیه سوئیچینگ

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 سوییچینگ ولتاژ یا جریان از طریق سویچ کردن یک عنصر ذخیره‌کننده انرژی مثل سلف یا خازن تنظیم می‌شود. عناصر سوییچینگ ایده‌آل (مثل ترانزیستوری که در خارج از ناحیه فعال کار می‌کند) در حالت وصل، مقاومتی نداشته و در حالت قطع هم جریانی از آن‌ها عبور نمی‌کند بنابراین این دسته از منابع تغذیه به لحاظ نظری می‌توانند بازده ۱۰۰ درصد داشته باشند.

مهمترین مزیت یک منبع تغذیه سوییچینگ بازده بالای آن است. از آنجایی که ترانزیستور سوییچینگ فقط در ناحیه قطع و اشباع کار می‌کند (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 می‌گردد. 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 سوییچینگ و هارمونیک‌های آن.

نوع ارزان قیمت این گونه منابع می‌تواند نویز الکتریکی حاصل از سوییچینگ را وارد شبکه برق شهری نماید که این سبب بروز تداخل با سایر دستگاه‌های صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده‌اند، می‌گردد. منابع تغذیه سوییچینگ فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند.

مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ

به‌طور کلی می‌توان برخی از مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ را به صورت زیر تشریح کرد.

  1. بازدهی بالاتر : بدون شک در دنیای امروزی نیاز ما به انرژی زیاد شده‌است 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. این منابع تغذیه اغلب دارای راندمان بالای 85 درصد هستند و توانسته‌اند اتلاف انرژی که یکی از مشکلات اصلی زندگی بشر در عصر حاضر است را تا حد زیادی کاهش دهند.
  2. اندازه کوچکتر و وزن کمتر : برای تبدیل ولتاژ ۱۲ ولت DC به ۵ ولت DC با جریان حداکثر ۱ آمپر می‌توان از یک رگولاتور خطی استفاده کنیم که البته از اتلاف بسیار بیشتری نسبت به رگولاتورهای سوئیچینگ برخوردار است. 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 می‌کند ولی با طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ با همین مشخصات در یک فضای حداکثر ۲ در ۳ سانتیمتر با وزن بسیار کمتر قابل پیاده‌سازی است. مانند اکثر شارژرهای گوشی‌های موبایل که از منابع تغذیه سوییچینگ بهره می‌برند.
  3. قیمت ارزان تر: اگر بخواهیم از یک ترانس برای تبدیل AC به DC استفاده کنیم در شرایطی که جریان خروجی ترانس بیش از 2 آمپر باشد ترانسفورماتور به تنهایی و بدون در نظر گرفتن مدار یکسوساز و تثبیت‌کننده علاوه بر وزن بسیار سنگین در بسیاری از موارد قیمت دو تا چند برابری نسبت به مدارات سوئیچینگ در بر خواهد داشت.

در مقابل مزیت‌های بسیار منابع تغذیه سوئیچینگ، این نوع منابع تغذیه بر خلاف منابع تغذیه خطی، به دلیل فرکانس سوئیچینگ می‌توانند هارمونیک‌های زیادی را به وجود آورند و باعث تداخل فرکانسی شوند. اگر یک مدار حساس به تداخل فرکانسی دارید بهتر است از یک منبع تغذیه خطی استفاده کنید. اما اگر این منابع تغذیه نیاز مداری شما را برطرف نکند بهتر است برای مدار منبع تغذیه سوئیچینگ خود فیلترهای مناسب را در نظر بگیرید و باید ملاحظات High Speed PCB Design را در نظر گرفت تا سطح نویز و هارمونیک‌های مدار کاهش یاید. با استفاده از فیلترهای مناسب در مدارات تغذیه سوئیچینگ می‌توانید نویز ناشی از این منابع را تقریباً به صورت کامل حذف کنید.

انواع منبع تغذیه سوئیچینگ

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 تغذیه در رنج متفاوت ولتاژ ورودی، حفاظت اتصال کوتاه به کار رفته در آن، چینش و نوع ترمنیال های مورد استفاده و ساختار ظاهری آنها با هم است.

در منبع تغذیه های ریلی معمولا محدوده قابل قبول ولتاژ ورودی بسیار وسیع تر از منابع تغذیه کتابی است. به طور معمول در منابع تغذیه ریلی ولتاژ ورودی از 100 ولت تا 240 ولت بدون ایجاد مشکل در کارایی منبع می تواند تغییر کند اما محدوده ولتاژ ورودی منابع تغذیه کتابی برای حالت 220 ولت تنها به اندازه 33 ولت بالا و پایین تر از مقدار 220 ولت می‌باشد.

 

با اتصال کوتاه شدن خروجی یا ایجاد اضافه جریان در خروجی منابع تغذیه کتابی به کلی قطع شده و برای شروع مجدد نیاز به قطع برق از ورودی و اتصال مجدد آن به تغذیه است در حالی که در منابع ریلی پس از برطرف شدن اتصال کوتاه به طور اتومات به کار خود باز می‌گردد. درون منابع کتابی یک سوئیچ یا کلید وجود دارد که در صورتی که با ولتاژ برق ورودی متناسب تنظیم نشده باشد می تواند باعث سوختن دستگاه شود یا خروجی نامناسبی داشته باشد.

نکته حائز اهمیتی که باید به آن توجه داشت نحوه برگشتن از حالت‌های اضطرای به حالت عادی است. در منابع تغذیه کفی در صورت وجود حفاظت مورد نظر، پس از رفع شدن آن حالت اضطراری برای بازگشت به حالت عادی و نرمال باید برق ورودی دستگاه قطع شده و پس از چند ثانیه مجددا برق ورودی وصل شود. به عنوان مثال وقتی که خروجی دستگاه اتصال کوتاه شود منابع تغذیه کف خواب (در صورت داشتن حفاظت اتصال کوتاه) خاموش می‌شود. پس از بر طرف شدن مشکل اتصال کوتاه برای بازگشت به حالت عادی باید ورودی منبع تغذیه قطع شده و مجددا پس از چند ثانیه وصل گردد تا دستگاه روشن شود.

اما در منابع تغذیه ریلی این فرایند به طور خودکار انجام می‌شود و پس از رفع شدن مشکل، دستگاه به صورت اتومات به مدار باز می‌گردد.

از آنجا که در منابع کتابی (کف خواب) ترمینال‌های ورودی برق شهر و خروجی کنار هم چیده شده است خطر اتصالی کوتاه ورودی و خروجی یا اشتباه در نصب و راه اندازی بیشتر است. اصولا پیشنهاد می‌شود به منظور زیبایی و سادگی نصب و ایمنی بیشتر از منابع تغذیه‌ای استفاده کنید که ترمینال‌های ورودی از هم با فاصله ی مطمئنی قرار گرفته باشند. از نقطه نظر هزینه، قیمت منابع تغذیه ریلی بیشتر از منابع تغذیه کتابی است که این امر به نوبه ی خود می‌تواند یک فاکتور مؤثر در انتخاب منبع تغذیه به حساب آید.

 

author-avatar

درباره احمد اسلامی فر

مهندس احمد اسلامی فر متولد 15 بهمن سال 1376 کارشناس الکترونیک و دبیر اسبق انجمن علمی مهندسی برق دانشکده مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول می باشد. وی از سال 1388 فعالیت تخصصی خود را در زمینه رباتیک آغاز و دارای مقام های اول تا چهارم شهرستانی ، استانی و کشوری بوده و به 3 سال نیز به عنوان مربی و سرگروه تیم رباتیک فعالیت داشت است همچنین با توجه به علاقه شخصی خود از سال 1394 نیز به صورت تخصصی در زمینه تدریس دوره های مکالمه زبان انگلیسی در موسسات آزاد و پژوهشسرای فرهیختگان به فعالیت و تربیت دانش آموزان پرداخته است. برخی از سوابق علمی ایشان به شرح زیر است - دبیر انجمن علمی دانشگاه آزاد اسلامی از سال 1395 تا 1399 - مربی و سرتیم رباتیک و پژوهشگر محصل از سال 1390 الی 1395 - شرکت مستمر در نمایشگاه های شهرستانی از سال 1389 تا سال 1395 - حضور و شرکت در مسابقات رباتیک شهرستانی ،استانی و کشوری از سال 1388 تا سال 1395 و ... همچنین ایشان در زمینه تحقیقات و مقالات نیز فعالیت داشته و دارای تعدادی مقاله در ژورنال ملی می باشد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *