انواع منبع تغذیه سوئیچینگ و معرفی پاور سوئیچینگ 12 ولت – مزایا و معایب آن
آشنایی با انواع منبع تغذیه سوئیچینگ و معرفی پاور سوئیچینگ 12 ولت
ایده منابع تغذیه سوئیچینگ در سال ۱۹۷۰ توسط مهندسان الکترونیک مطرح شد. این تجهیزات در ابتدای کار از بازدهی پایین برخوردار بودند، اما در مقایسه با باتری ها و منابع تغذیه آنالوگ وزن و حجم کوچکتر، اما در عین حال توان بالایی داشتند. در طرح های اولیه منابع تغذیه از عناصر ابتدایی نظیر BJT استفاده می شد که این خود عامل کاهش راندمان در حدود ۶۸ درصد بود. با پیدایش ماسفت های پر سرعت تلفات ترانزیستوری به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافت. امروزه منابع تغذیه سوئیچینگ در مدل های مختلفی تولید می شوند و مجهزتر می شوند.
محصول جدید: قیمت و خرید پاور سوئیچینگ صنعتی 12 ولت 30 آمپر
منبع تغذیه سوئیچینگ به انگلیسی که به آن Switched-mode power supply گفته می شود. SMPS نوعی از منابع تغذیه است. یک رگولاتور خطی با تلف کردن توان اضافی به شکل حرارت قادر است ولتاژ یا جریان خروجی را تنظیم کند 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 ذخیره کننده انرژی مثل سلف یا خازن تنظیم می شود.
عناصر سوییچینگ ایده‌آل (مثل ترانزیستوری که در خارج از ناحیه فعال کار می کند) در حالت وصل، مقاومتی نداشته و در حالت قطع هم جریانی از آن‌ها عبور نمی کند این دسته از منابع تغذیه به لحاظ نظری می توانند بازده ۱۰۰ درصد داشته باشند.
این یعنی اینکه تمامی توان ورودی به بار منتقل می شود و هیچ کسری از آن از طریق گرما هدر نمی رود.
مقاله آموزشی: بررسی ریموت کنترل آر جی بی
برد مدار چاپی (PCB)
برد اصلی که قطعات بر روی آن لحیم می شوند و به یکدیگر متصل می شوند.
فیلتر خطی (Line filter)
این قطعه از ورود و خروج فرکانس های اضافی جلوگیری می کند. این جریانات ناخواسته در زمان سوئیچینگ ها یا چرخش موتورهای الکتریکی به وجود می آیند.
خازن ورودی (Input Capacitor)
این قسمت از دو خازن الکترولیت با ظرفیت متناسب توان منبع تغذیه تشکیل شده است که وظیفه تنظیم و کنترل سطح ولتاژ ورودی و خروجی و ذخیره انرژی مورد نیاز مدار سوئیچینگ به هنگام وقفه های کوتاه انرژی را بر عهده دارد.
پاور سوئیچینگ (Power switching)
این قسمت از دو ماسفت تشکیل شده است که وظیفه کنترل ولتاژ خروجی موقعی که سیستم شروع به کار می کند یا خاموش می شود را بر عهده دارد.
ترنسفورمر (Transformer)
خروجی های مختلفی برای کار بخش های رایانه مورد نیاز است. تغییر سطح ولتاژ توسط این قطعه انجام می گیرد.
دیودهای خروجی (Output Diodes)
دیودهای زنر و شاتکی هستند که وظیفه یکسو سازی ولتاژ خروجی در حالت عادی و قطع کامل جریان خروجی در حالت خاص را بر عهده دارند.
فیلتر خروجی (Output Filter)
این قطعه در زمان روشن بودن سیستم به ذخیره انرژی می پردازد و زمانی که سیستم خاموش می شود، آن را به ترانزیستورها انتقال می دهد.
گرماگیر (Heat sink)
زمان روشن بودن منبع تغذیه انرژی زیادی تبدیل به گرما می شود. دفع این گرما به وسیله فن و سینک های گرمایی صورت می گیرد. گرماگیر از آلیاژهای مختلف آلومینیوم و مس ساخته می شود و به واسطه تعبیه شیارهایی برروی آن جهت عبور جریان هوا، وظیفه انتقال دما از ترانزیستورهای سوئیچینگ، دیودهای زنر، شاتکی و فست به محیط اطراف را بر عهده دارد.
فن
در منابع تغذیه وظیفه خنک کردن فضای داخل منابع تغذیه حاصل از گرمای خازن ها و دیودها را بر عهده دارد.
مهم ترین 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) توان مصرفی آن ناچیز است که این باعث بالا رفتن بازده منبع تغذیه می شود. دیگر 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 الکترو مغناطیسی و ایجاد موجک (ریپل) در فرکانس سوییچینگ و هارمونیک های آن. نوع ارزان قیمت این مدل منابع می تواند نویز الکتریکی حاصل از سوییچینگ را وارد شبکه برق شهری کند که این باعث بروز تداخل با سایر دستگاه های صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده اند، می شود. منابع تغذیه سوییچینگ فاقد تصحیح ضریب توان ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد کند.
مقاله آموزشی: آشنایی با ال ای دی 10 وات
مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ
بازدهی بالاتر
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 ۸۵ درصد هستند و توانسته اند اتلاف انرژی که یکی از مشکلات اصلی زندگی بشر در عصر حاضر است را تا حد زیادی کاهش دهند.
اندازه کوچکتر و وزن کمتر
برای تبدیل ولتاژ ۱۲ ولت DC به ۵ ولت DC با جریان حداکثر ۱ آمپر می توان از یک رگولاتور خطی استفاده کنیم که از اتلاف بسیار بیشتری نسبت به رگولاتورهای سوئیچینگ برخوردار است. ولی به طور مثال اگر بخواهیم برق شهر که دارای ولتاژ ۲۲۰ ولت AC هست را به ۵ ولت DC تبدیل کنیم اول به یک ترانس با وزن و حجم نسبتا زیاد و یک یکسو ساز و خازن ظرفیت بالا نیاز داریم.
روی هم رفته این مدار فضای زیادی را اشغال می کند اما با طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ با همین مشخصات در یک فضای حداکثر ۲ در ۳ سانتی متر با وزن بسیار کمتر قابل پیاده سازی است. مثل بیشتر شارژرهای گوشی های موبایل که از منابع تغذیه سوییچینگ بهره می برند.
قیمت ارزان تر
اگر بخواهیم از یک ترانس برای تبدیل AC به DC استفاده کنیم در شرایطی که جریان خروجی ترانس بیش از ۲ آمپر باشد ترانسفورماتور به تنهایی و بدون در نظر گرفتن مدار یکسوساز و تثبیت کننده علاوه بر وزن بسیار سنگین در بسیاری از موارد قیمت دو تا چند برابری نسبت به مدارات سوئیچینگ در برخواهد داشت.
در مقابل مزیت های بسیار منابع تغذیه سوئیچینگ، این مدل منابع تغذیه بر خلاف منابع تغذیه خطی، به دلیل فرکانس سوئیچینگ می توانند هارمونیک های 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. ولی 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 هارمونیک های مدار کاهش یابد.
با استفاده از فیلترهای مناسب در مدارات تغذیه سوئیچینگ می توانید نویز ناشی از این منابع را تقریبا به صورت کامل حذف کنید.
مقاله آموزشی: معرفی انواع محصولات RGB
منبع تغذیه صنعتی
دستگاه ها عموما دو نوع هستند:
1)دستگاه ها با منبع تغذیه داخلی
2)دستگاه ها بدون منبع تغذیه داخلی
در نوع اول فقط نیاز به برق شهری یا برق سه فاز است اما در نوع دوم باید قبل از دستگاه یه منبع تغذیه صنعتی هم کار کنیم تا بتواند ولتاژ ورودی دستگاه رو تامین کند. به صورت کلی منبع تغذیه، دستگاهی هست که ولتاژ مورد نیاز دستگاه ها را تامین می کند.
منبع تغذیه صنعتی سوئیچینگ
منبع تغذیه یا اداپتور سوئیچینگ دستگاهی هست که به منظور تبدیل توان الکتریکی به سطح ولتاژ های مورد نیاز ما مورد استفاده قرار می گیرد.
در این دستگاه ها ترانزیستور های قدرت مدام در حال خاموش و روشن شدن هستند در صورتی که در منبع تغذیه های خطی مدام روشن هستند. به همین دلیل راندمان در سوئیچینگ ها بسیار بالاتر است.
مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ
1-ابعاد و وزن کمتر نسبت به منبع تغذیه خطی
2-راندمان بالاتر نسبت به منبع تغذیه خطی
3-قیمت ارزان تر
مقاله آموزشی: ال ای دی (LED) چیست؟
راهنمای انتخاب مناسب منبع تغذیه صنعتی آداپتور سوئیچینگ
گام اول، اول مصرف کننده خود را مشخص کنید مثلا کسی که نئون فلکسی 12ولت مصرف دارد
با کسی که ماژول های تابلو روان استفاده می کند، داراییه ترانس نیستند .
برای نئون فلکسی ها از آداپتور سوئیچینگ 12 ولت و برای ماژول تابلو روان از منبع تغذیه صنعتی 5 ولت باید استفاده کند.
رنج های پر استفاده:
1)منبه تغذیه صنعتی 12 ولت
2) پاور سوئیچینگ 5 ولت
3)گام دوم، محاسبه جریان مورد نیاز است .
این به این معناست که محاسبه کنیم که مصرف کننده ما چقدر جریان می کشد. به طور مثال ما اگر 20 متر نئون داشته باشیم باید اول مطلع بشیم که یک متر از نئون چقدر جریان می کشد. نئون های فروشگاه ما هر یک متر 1آمپر جریان مصرف می کنند. در این صورت برای 20 متر نئون فلکسی به حداقل 20 آمپر جریان نیاز داریم.
مقاله آموزشی: کاربرد ال ای دی کلاهی
نکات مهم در انتخاب منبع تغذیه صنعتی پاور سوئچینگ
ولی همیشه در کار مواردی هستند که باعث مصرف بالاتر می شوند مثل سیم کشی بد یا طولانی و… به همین دلیل باید 20 درصد را به جریان محاسبه شده اضافه کنیم. در مثال بالا برای 20 متر نئون، 20 متر که محاسبه کردیم و 20 درصد هم اضافه می کنیم می شود 24 آمپر. ما حداقل به یک پاور سوئیچینگ 12 ولت 24 آمپر نیاز داریم که نزدیکترین به این رنج یک منبع تغذیه صنعتی 12ولت 30 آمپر می شود. در نتیجه انتخاب ما ترانس 12ولت 30 آمپر می شود.
مورد دیگری که در انتخاب آداپتور سوئیچینگ 12 ولت باید به آن توجه کنیم این است که میخوایم در چه محیطی آن را مورد استفاده قرار بدهیم. به طور مثال منبع تغذیه صنعتی 12 ولت اسلیم برای محیط هایی که فضای کمی در اختیار داریم استفاده می شود. و برای محیط هایی که مرطوب است یا احتمال خیس شدن وجود دارد از پاور سوئیچینگ های 12 ولت استفاده می کنیم. یک مدل به نام منبع تغذیه صنعتی بارانی هم داریم که برای تابلو سازان بیشتر استفاده می شود.
