منبع تغذیه سوئیچینگ برای مصارف آزمایشگاهی
منبع تغذیه سوئیچینگ (منبع تغذیه SMPS یا سوئیچر) یک منبع تغذیه الکترونیکی است که دارای یک تنظیم کننده سوئیچینگ برای تبدیل موثر توان الکتریکی است.
مانند سایر منابع تغذیه، یک SMPS برق را از یک منبع DC یا AC (اغلب برق برق متناوب شهری) به ولتاژ DC تبدیل میکند و به وسایل مختلف ، مانند رایانه شخصی، انتقال می دهد.
منابع تغذیه سوئیچینگ . برخلاف منبع تغذیه خطی، ترانزیستورهای یک منبع تغذیه حالت سوئیچینگ به طور مداوم بین حالت های کم اتلاف، روشن و کامل خاموش سوئیچ می کند و زمان بسیار کمی را در انتقال اتلاف زیاد صرف می کند، که انرژی تلف شده را به حداقل می رساند. منبع تغذیه حالت سوئیچ ایده آل فرضی هیچ برقی را تلف نمی کند. تنظیم ولتاژ با تغییر نسبت زمان روشن به خاموش (که به عنوان چرخه وظیفه نیز شناخته می شود) به دست می آید. در مقابل، یک منبع تغذیه خطی ولتاژ خروجی را با اتلاف مداوم توان در ترانزیستور عبور تنظیم می کند. این راندمان تبدیل توان بالاتر یک مزیت مهم منبع تغذیه با حالت سوئیچینگ است.
منبع تغذیه سوئیچینگ همچنین می تواند به طور قابل توجهی کوچکتر و سبکتر از منبع تغذیه خطی باشد زیرا ترانسفورماتور می تواند بسیار کوچکتر باشد. این به این دلیل است که بر روی فرکانس سوئیچینگ که از چند صد کیلوهرتز تا چندین مگاهرتز متغیر است، برخلاف فرکانس 50-60 هرتز که برای فرکانس AC شبکه معمولی است، کار می کند.
رگولاتورهای سوئیچینگ به عنوان جایگزینی برای رگولاتورهای خطی در مواقعی که نیاز به راندمان بالاتر، اندازه کوچکتر یا وزن سبکتر است استفاده می شود. با این حال، آنها پیچیده تر هستند. جریان های سوئیچینگ اگر به دقت اندازه گیری نشود، می تواند باعث ایجاد مشکلات نویز الکتریکی شود و طرح های ساده ممکن است ضریب توان ضعیفی داشته باشند.
منبع تغذیه خطی (غیر SMPS) از یک تنظیم کننده خطی استفاده می کند تا ولتاژ خروجی مورد نظر را با اتلاف توان اضافی در تلفات اهمی (به عنوان مثال، در یک مقاومت یا در ناحیه کلکتور-امیتر یک ترانزیستور عبوری در حالت فعال) فراهم کند. یک رگولاتور خطی ولتاژ یا جریان خروجی را با اتلاف توان الکتریکی اضافی به شکل گرما تنظیم میکند و از این رو حداکثر بازده توان آن ولتاژ خروجی/ولتاژ ورودی است زیرا اختلاف ولت هدر می‌رود.
در مقابل، یک منبع تغذیه سوئیچینگ ولتاژ و جریان خروجی را با سوئیچینگ عناصر ذخیره‌سازی بدون تلفات ایده‌آل، مانند سلف‌ها و خازن‌ها، بین پیکربندی‌های الکتریکی مختلف تغییر می‌دهد. عناصر سوئیچینگ ایده آل (تقریباً توسط ترانزیستورهایی که خارج از حالت فعال خود کار می کنند) هیچ مقاومتی در حالت “روشن” ندارند و در حالت “خاموش” هیچ جریانی ندارند، بنابراین مبدل هایی با اجزای ایده آل با راندمان 100٪ کار می کنند (یعنی تمام توان ورودی تحویل داده می شود. به بار؛ هیچ نیرویی به عنوان گرمای تلف شده هدر نمی رود). در واقعیت، این اجزای ایده‌آل وجود ندارند، بنابراین منبع تغذیه سوئیچینگ نمی‌تواند 100% کارآمد باشد، اما هنوز هم بهبود قابل توجهی در کارایی نسبت به یک منبع تغذیه خطی است.
در یک SMPS، جریان خروجی به سیگنال قدرت ورودی، عناصر ذخیره‌سازی و توپولوژی‌های مدار مورد استفاده، و همچنین به الگوی مورد استفاده (به عنوان مثال، مدولاسیون عرض پالس ) برای هدایت عناصر سوئیچینگ بستگی دارد. چگالی طیفی این شکل‌های موج سوئیچینگ دارای انرژی متمرکز در فرکانس‌های نسبتاً بالا است. به این ترتیب، سوئیچینگ گذرا و امواج وارد شده به شکل موج خروجی را می توان با یک فیلتر LC کوچک فیلتر کرد.
مزایا و معایب
مزیت اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ راندمان بیشتر (تا 96٪) نسبت به رگولاتورهای خطی است زیرا ترانزیستور سوئیچینگ هنگام عمل به عنوان سوئیچ، توان کمی را تلف می کند.
مزایای دیگر شامل اندازه کوچکتر، نویز کمتر و وزن سبک تر از حذف ترانسفورماتورهای سنگین و تولید حرارت قابل مقایسه است. تلفات برق اغلب بسیار کمتر از ترانسفورماتورها است. ترانسفورماتور در منبع تغذیه سوئیچینگ نیز از ترانسفورماتورهای فرکانس خط سنتی (50 هرتز یا 60 هرتز بسته به منطقه) کوچکتر است و بنابراین به مقادیر کمتری از مواد خام گران قیمت مانند مس نیاز دارد.
معایب عبارتند از پیچیدگی بیشتر، تولید انرژی با دامنه بالا و فرکانس بالا که فیلتر پایین گذر باید برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، ولتاژ موج دار در فرکانس سوئیچینگ و فرکانس های هارمونیک آن را مسدود کند.
SMPSهای بسیار کم هزینه ممکن است نویز سوئیچینگ الکتریکی را به خط برق اصلی متصل کند و باعث ایجاد تداخل در دستگاه های متصل به همان فاز، مانند تجهیزات A/V شود. SMPS های اصلاح نشده با ضریب توان نیز باعث ایجاد اعوجاج هارمونیک می شوند.
منابع :
