منبع تغذيه سوييچينگ كه با نام SMPS (مخفف Switch-Mode Power Supply ) شناخته می شوند در حقيقت يك منبع تغذيه الكترونيكي است و شامل يك كنترلر سوييچينگ است تا توان الكتريكي را به خوبي به سطح ولتاژ ديگري تبديل كند. مانند ديگر منابع تغذيه يك منبع تغذيه سوييچينگ در حقيقت مبدلي است كه مي تواند به يك منبع بزرگتر متصل شود و باري را با جريان و ولتاژ متفاوت تغذيه نمايد اين بار مي تواند يك كامپيوتر، لپ تاپ يا شارژر موبايل شما باشد. برخلاف يك منبع تغذيه خطي ترانزيستور هاي قدرت يك منبع تغذيه سوييچينگ مدام در حال خاموش و روشن شدن هستند كه كمترين اتلاف توان را در اين وضعيت دارند. و به همين دليل اتلاف انرژي آنها بسيار كمتر است. اين يكي از بزرگترين مزيت هاي اين منابع تغذيه است. ولتاژ خروجي در منابع تغذيه سوييچينگ با تنطيم زمان خاموش يا روشن بودن ترانزيستور ها انجام مي گيرد اما يك منبع تغذيه خطي با اتلاف انرژي در ترانزيستور ها، ولتاژ خروجي را كنترل مي كند و به همين دليل راندمان كمي دارد. و همينطور يك منبع تغذيه سوييچينگ به مراتب از مشابه خطي آن بخاطر ترانس كوچكتري كه لازم دارد سبك تر و كوچكتر است.

منابع تغذيه سوييچينگ به عنوان جايگزيني براي منابع تغذيه خطي به خصوص اگر راندمان بالاتر و حجم و وزن كمتر مورد نظر باشد مورد استفاده قرار مي گيرند. البته اين منابع پيچيده تر هستند و قطع و وصل جريان اگر به خوبي فيلتر نشود خود مي تواند ايجاد نويز كند و در صورت طراحي بدون در نظر گرفتن پيچيدگي هاي لازم احتمالا سبب كاهش ضريب توان مي شود.

يك منبع تغذيه سوييچينگ هم جريان و هم ولتاژ را مي تواند كنترل كند بسته به اين كه در خروجي آن خازن يا سلف باشد و تنظيمات الكتريكي مشخص مي كند كه كدام كميت الكتريكي را قرار است كنترل كند. قطعاتي مربوط به سوييچينگ ( از قبيل ترانزيستورها ) وقتي كه در وضعيت هدايت كامل هستند تقريباً هيچ مقاومتي ندارند و وقتي كه در وضعيت قطع هستند هيچ جرياني را از خود عبور نمي دهند. و از نظر تئوري با راندمان 100 درصد كار مي كنند و هيچ تواني را تلف نمي كنند.

مبدل افزاينده

به عنوان مثال اگر يك يك منبع DC، يك سلف، يك سوئيچ و البته زمين الكتريكي آن به صورت سري متصل شوند و سوئيچ با نمودار موج مربعي قطع و وصل شود و ولتاژ پيك تا پيك دو سر سوئيچ را اندازه بگيريد متوجه خواهيد شد كه از ولتاژ منبع DC بيشتر خواهد بود. دليل آن هم مشخص است سلف با تغيير جريان مخالفت مي كند و نتيجه آن بالا رفتن ولتاژ در مدتي است كه كليد باز است و اگر يك ديويد و خازن را با كليد موازي كنيم اين ولتاژ اضافه در خازن ذخيره مي شود و مي تواند به عنوان يك منبع DC مورد استفاده قرار گيرد كه ولتاژ خروجي آن بزرگتر از ولتاژ منبع DC ورودي است اين مبدل افزاينده مانند يك ترانس افزاينده ولتاژ عمل مي كند همچنين مي توان پلاريته ولتاژ را با مدار ديگري تغيير داد همچنين مدارهايي هم براي كاهش ولتاژ خروجي وجود دارند يا كاهش ولتاژ همراه با افزايش جريان را مي توان در خروجي منبع تغذيه سوئيچينگ داشت.

در منبع تغذيه سوئيچينگ جريان خروجي به سيگنال كنترلي، المان ذخيره سازي (سلف يا خازن) و توپولوژي مدار و همچنين الگوي ساخت آن بستگي دارد. و همچنین به کنترلر مدار بستگی دارد که چگونه سوییچینگ را کنترل کند. معمولاً فركانس قطع و وصل بالاست و به كمك يك فيلتر كوچك RC در خروجي ريپل و اضافه ولتاژ هاي گذرای ناشی از این فرکانس بالا حذف مي شود.

مدار يكسوساز

يك منبع تغذيه سوييچينگ معمولاً ورودي AC دارد و در اولين مرحله مداري يكسوساز يا ركتيفاير دارد كه AC ورودي را به DC تبديل مي كند و اگر ورودي آن DC باشد ديگر نيازي به اين مدار يكسوساز ندارد. برخي منابع تغذيه سوئيچينگ اين قابليت را دارند كه با دو ولتاژ ورودي كار كنند و اين كار از طريق يك كليد به صورت دستي انجام مي شود يا به صورت خودكار توسط يك مدار الكترونيكي انجام مي شود تا هم با ولتاژ ورودي 110 و 220 ولت بدون مشكل و صدمه ديدن كار كنند. يكسوساز ما در نهايت يك موج كنترل نشده توليد مي كند كه توسط خازن يا خازن هاي با ظرفيت بالا خروجي صاف تري پيدا مي كند. جرياني كه يكسوساز منبع تغذيه ما از برق اصلي مي كشد با فركانس بالايي قطع و وصل می شود كه خود سبب كاهش ضريب توان مي شود به همين دليل در منابع تغذيه با كيفيت كه بر اساس اصول مهندسي روز ساخته شده اند يك مدار اصلاح ضريب قدرت اضافه شده است تا جريان ورودي متناسب با ولتاژ ورودي شكل سينوسي خود را حفظ نمايد و از منبع سوئيچينگ كمتر متاثر شود.

معمولاً از يك منبع تغذيه سوئيچينگ كه براي ورودي AC استفاده شده است مي توانيد براي وردي DC هم استفاده كنيد چون جريان DC بدون تغيير از ركتيفاير مي گذرد. البته چون در وردي DC ديود ها فقط در نيم موج هدايت مي كنند و در نيم موج خاموش هستند فرصت خنك شدن دارند اما وقتي ورودي DC است چون ديود تمام مدت در حال هدايت است ممكن است بيشتر گرم شود و اگر مدار شما براي ورودي DC طراحي نشده باشد احتمال اينكه در بلند مدت مدار يكسوساز دچار مشكل شود زياد است.

مدار اينورتر

اين مدار كه از آن با نام چاپر هم ياد مي شود DC را به AC تبديل مي كند. اين كار توسط يك اسيلاتور انجام مي شود كه فركانس ده ها يا صدها كيلوهرتز دارد. اين فركانس معمولاً بالاي 20 كيلو هرتز انتخاب مي شود تا از فركانس شنوايي انسان خارج شود. عمل سوئيچينگ در اين مرحله توسط MOSFET ها انجام مي گيرد. MOSFET ها ترانزيستور هايي هستند كه مقاومت اهمي كمي دارند و مي توانند جريان بالايي را از خود عبور دهند و تلفات کم و راندمان بالایی داشته باشند. و اين همان مرحله سوئيچينگ است كه كنترل ولتاژ يا جريان خروجي را به عهده دارد.

ترانس خروجي

معمولاً مدار خروجي بايد از وردي ايزوله الكتريكي شود و براي اين منظور موج AC توليد شده را به اوليه يك ترانس فركانس بالا مي دهند اين ترانس مي تواند ولتاژ را بالا يا پايين ببرد و به سطح مورد نياز در خروجي برساند كه می توانيم ولتاژ خروجي مورد نياز را از سيم پيچ هاي ثانويه بگيريم.

و اگر در خروجي به ولتاژ DC نياز داشته باشيم خرجي AC ترانس را توسط يك يكسوساز ديگر به DC تبديل مي كنيم.

و در نهايت يك فيلتر در خروجي قرار مي گيرد تا فركانس هاي بالا را حذف كند در اين مدار از سلف و خازن استفاده مي شود.

مزايا و معايب منبع تغذيه سوئيچينگ

بزرگترين مزيت منابع تغذيه سوئيچينگ راندمان بالاي آنهاست چون اين مدار توان كمي هنگام قطع و وصل تلف مي كند. از ديگر مزاياي آن مي توان به حجم كوچك و سبك بودنش اشاره كرد. از معايب منابع تغذيه سوئيچينگ مي توان به پيچيدگي زياد، توليد دامنه هاي بالا، توليد فركانس هاي بالا كه نياز به يك فيلتر پايين گذر را ايجاد مي كند تا مانع از تداخل ميدان هاي مغناطيسي شود و همچنين ريپل ولتاژ در فركانس سوئيچينگ و هارموني هاي آن اشاره كرد.

منابع تغذيه سوئيچينگ ارزان قيمت مي توانند سبب تداخل در سيستم برق و تغذيه اصلي (ورودي) شوند و در تجهيزات الكترونيكي كه از همين فاز تغذيه مي كنند ايجاد اختلال و مشكل كنند. همچنين منبع تغذيه سوئيچينگ اي كه در آن تصحيح ضريب توان در نظر گرفته نشده است ايجاد مشكلات هارمونيكي خواهد كرد. بنابراین منبع تغذیه سوییچینگ را باید از شرکتی که توان فنی و مهندسی بالایی دارد خریداری کنید و از خریداری منابع سوییچینگ ارزان قیمت و بی کیفیت که در بازار به وفور یافت می شوند خود داری کنید چون به تجهیزات الکترونیکی خود صدمه می زنید.

ترجمه و تحقيق: علي يزدي مقدم

مطالب مرتبط:

• سوئیچ KVM چیست؟
• كاهش صداي اضافي فن
• فيلتر ها و پايدار ساز هاي برق شهر
• درباره منبع تغذیه کامپیوتر بیشتر بدانید
• موتور هاي القايي پر كاربرد ترين الکتروموتور هاي صنعت
• امواج رادیویی چیست؟ و چه مضراتی دارد؟
• انرژي خورشيدي متمركز شده
• مدار الکترونیکی فیلتر نویز صوتی