منبع تغذیه سوئیچینگ، منبع تغذیه توان است که به روش سوئیچینگ عمل رگولاسیون را انجام میدهد. ولتاژ ورودی AC مستقیماً یکسو شده، سپس برای ایجاد ولتاژ DC فیلتر میشود.ثابت نگه داشتن ولتاژ ورودی و خروجی در یک منبع تغذیه به دو روش خطی و سوئیچینگ صورت میگیرد. در مدارهای الکتریکی بهجای منبع تغذیه خطی سنتی از منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده میشود. با این کار میتوان گرما، اندازه، وزن مدار و توان مصرفی را کاهش داد. منبع تغذیه سوئیچینگ در رایانهها، تقویتکنندههای توان، درایو موتورهای DC، تلویزیونها و لوازم جانبی درب اتوماتیک کاربرد دارد.
این منبع تغذیه، برای رسیدن به ولتاژ خروجی مورد نظر از روش سوئیچینگ مبتنی بر نیمههادی استفاده میکند. تبدیل توان ولتاژ ورودی مدار به ولتاژ خروجی بهعهده بخش سوئیچینگ توان است که این کار به وسیله یک فیلتر خروجی انجام می شود. عاملی برتری منبع تغذیه سوئیچینگ، نسبت به منبع تغذیه خطی استاندارد بازدهی بیشتر آن می باشد. برای رسیدن به بازدهی بالا در منبع تغذیه سویچینگ نیاز به یک ترانزیستور می باشد که در بین دو حالت اشباع و قطع، سوئیچ کرده و از هدر رفتن توان جلوگیری کند.
منبع تغذیه خطی،میتواند ولتاژ را بهصورت کاهنده تنظیم کند. منبع تغذیه سوئیچینگ این قابلیت را دارد که ولتاژ ورودی را افزایش یا کاهش دهد. منبع تغذیه خطی به دلیل ایجاد نویز بیشتر در مصارف صنعتی به کار میرود. این منبه به خاطر کوچک بودن سایز کارایی بیشتری دارد و میتواند انرژی خروجی را کنترل کند. مهمترین پدیده در صنعت الکترونیک تغذیههای سوئیچینگ است، که جایگزین ترانسهای سنگین و حجیم شدهاست.
محاسن منبع تغذیه سوئیچینگ:
راندمان بالا
بازدهی منبع تغذیه سوئچینگ بسیار بالا و مابین ۷۰ الی ۹۶ درصد می باشد. در این منبع تغذیه، عضو کنترلی (سوئیچینگ) در حالت های اشباع و قطع کار می کند و از این رو توان تلفاتی آن پایین می باشد. در سوی دیگر،عنصر کنترل در منبع تغذیه خطی فقط در حالت فعال کار کرده و توان تلفاتی آن بالا می باشد.
ابعاد کوچک تراس
در منبع تغذیه خطی، ترانس در فرکانس ۵۰ هرتز کار کرده و به همین دلیل انرژی زیادی در دفعات کم به خروجی انتقال پیدا می کند. ولی در منبع تغذیه سوئچینگ، با افزایش فرکانس کاری، بسته های انرژی کوچک تر در دفعات بیشتر منتقل می گردد.
سبک وزن بودن منبع تغذیه
قسمت اعظم وزن یک منبع به ترانس آن مربوط می شود، و به علت کوچکی ترانس این نوع منبغ تغذیه، وزن آن نیز سبک می باشد.
فشردگی بالا
به علت اتلاف حرارتی کم، منبع تغذیه سوئیچینگ در دسته منبع های تغذیه کاملا فشرده قرار می گیرد.
ورودی با محدوده دینامیکی بالا
محدوده ولتاژ ورودی منبع تغذیه سوئیچینگ در محدوده وسیعی قابل تغییر می باشد، این در حالی است که ولتاژ خروجی ثابت می ماند.
معایب منابع تغذیه سوئیچینگ:
از معایب آن میتوان به تلفات افزایشیافته اشاره کرد. وقتی که تلفات در ترانس افزایش مییابد بازده آن بهصورت مستقیم و غیرمستقیم کاهش پیدا میکند.
جریان های یورشی زیاد و نیاز به محافظت در مقابل اضافه بار از معایب دیگر آن است. منبع تغذیهای که در آن تصحیح ضریب توان در نظر گرفته نشود مشکلاتی هارمونیکی ایجاد می کند.
باید منبع تغذیه را از شرکتهای فنی و مهندسی خریداری کرد که توان علمی بالایی داشته باشد. زیرا منبع تغذیه ارزان قیمت و بیکیفیت که دسترسی به آن خیلی آسان است، به دلیل بی کیفیت بودن به تجهیزات الکترونیکی صدمه می زند.
عملکرد منبع تغذیه سوئیچینگ
عملکرد این نوع منبع تغذیه، به صورت زیاد شدن فرکانس ورودی تا چند کیلو هرتز است. برای کاهش اندازه ترانسفورماتور و خازن الکترولیت، باید فرکانس ولتاژ ورودی در منبع سوئیچینگ را به مقدار بسیار زیادی افزایش داد که عملکرد آن بهصورت یک حلقه فیدبک دار است. سوئیچینگ ترانزیستور وابسته به مقدار مصرف خروجی است. برای انتخاب یک منبع تغذیه باید به ویژگی های مهمی از جمله حداکثر جریان خروجی، شکل موج خروجی و پایداری مشخصات خروجی آن توجه کرد. یک سری از منابع تغذیه قابل برنامهریزی هستند و کاربرد اصلی آنها در طراحی سیستمهای الکترونیکی و کنترلی است.
کاربرد منبع تغذیه سوئیچینگ در مدار درب اتوماتیک
برای راهاندازی مدار الکترونیک درب اتوماتیک منبع تغذیه سوئیچینگ از اهمیت زیادی برخوردار است. با توجه به توان های مختلف میتوان در طراحی مدارها از آن استفاده کرد. در این مقاله به نقش منبع تغذیه سوئیچینگ در طراحی مدارهای الکترونیکی درب های اتوماتیک می پردازیم. یکی از ویژگیهای منبع تغذیه تثبیت ولتاژ در مدار درب اتوماتیک است. در برخی از مصرفکننده های الکترونیکی با توجه به مدار شکل، موج خروجی منبع تغذیه به شکل مربع سینوسی است. برای تامین این شکل موج ها از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده میشود. منبع تغذیه مورد نظر ما باید خروجی یکسو شده و اختلاف پتانسیل ثابت در خروجی داشته باشد.
اجزای تشکیلدهنده
یکی از اجزای تشکیل دهنده منبع تغذیه مبدل افزاینده است. عوامل مؤثر در جریان خروجی منبع تغذیه شامل، المان ذخیرهسازی (سلف یا خازن) و توپولوژی مدار و همچنین الگوی ساخت آن است. عمل سوییچینگ به کنترلر مدار بستگی دارد. چون فرکانس قطع و وصل بالاست، به وسیله یک فیلتر کوچک RC در خروج ریپل و اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از فرکانس بالا را حذف میکند.
یکی دیگر از قطعات، مدار یکسو ساز است که ورودی AC را به DC تبدیل میکند. اگر ورودی آن DC باشد دیگر نیازی به مدار یکسوساز نیست. بعضی از منابع تغذیه میتواند با دو ولتاژ ورودی کار کند. مدار اینورتر و ترانس خروجی از قطعات دیگر منبع تغذیه سوئیچینگ است. مدار اینورتر یا مدار چاپر Dc را به AC تبدیل میکند. این عمل را به وسیله یک اسیلاتور انجام میدهد. فرکانس آن دهها یا صدها کیلوهرتز است.
سخن آخر
منبع تغذیه سوئیچینگ یا SMPS مخفف عبارت Switch-Mode Power Supply است. منبع تغذیه الکترونیکی شامل یک کنترلر سوئیچینگ است و می تواند توان الکتریکی را به ولتاژهای دیگر تبدیل کند. برای کنترل جریان و ولتاژ، باید در خروجی سلف یا خازن وجود داشته باشد.
از منبع تغذیه سوئیچینگ میتوان در صنعت تابلوسازی، سیستمهای حفاظتی، هوشمندسازی ساختمان، دربهای اتوماتیک کشویی استفاده کرد. مهمترین وظیفه منبع تغذیه سوئیچینگ تبدیل ولتاژ متناوب برق شهری به ولتاژ مستقیم DC می باشد و به دلیل راندمان بالا، ابعاد کوچک، زمان نگهداری بالا و وزن کم، کارایی زیادی در طراحی مدارها دارد.
