منبع تغذیه دستگاهی است که توان الکتریکی مورد نیاز برای مصرف‌کننده الکتریکی را تأمین می‌کند و می‌تواند یک دستگاه مجزا یا بخشی از دستگاهی دیگر باشد. از آنجا که هر دستگاه، نیازمند ولتاژ و جریانی مناسب برای همان دستگاه است، از این ابزار، استفاده می‌شود و از این رو، خرید منبع تغذیه برای فعالان حوزه الکترونیک، امری مهم و نیازمند دانش است.

وظیفه و کارکرد منبع تغذیه به بیان بهتر، دریافت انرژی الکتریکی از یک منبع برقی، مکانیکی، شیمیایی یا خورشیدی و تبدیل آن به ولتاژ، جریان و فرکانس مناسب است. یعنی، منبع تغذیه دستگاهی است که نوع و دامنه ولتاژ و جریان مناسب را برای بار تامین می‌کند و پایداری ولتاژ یا جریان خروجی را به ازای بارهای الکتریکی مختلف، تعیین می‌کند. منبع تغذیه در مدل‌های مختلف، در مدت‌های متفاوتی، انرژی را بدون سوخت‌گیری یا شارژ تامین می‌کند. منبع تغذیه در دو نوع منبع تغذیه خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد.

منبع تغذیه خطی چیست؟

در این نوع منبع تغذیه، قطع و وصل کردن جریان یا سوئیچینگ اتفاق نمی‌افتد. از این رو، به آن منبع تغذیه خطی گفته می‌شود. با این وجود، در ساختار آن، عناصر مداری غیرخطی هم مانند دیود و ترانزیستور به کار رفته‌اند. عملکرد منابع تغذیه خطی بدین گونه است که دامنه ولتاژ متناوب ورودی را با یک ترانسفورمر کاهنده، کاهش می‌دهد و سپس، آن را با پُل دیودی، یکسو می‌کند و پس از حذف نوسان ولتاژ با یک فیلتر ساده خازنی، خروجی را به بار می‌دهد.

این نوع منبع تغذیه، محدودیت‌هایی دارد. مثلا اینکه نمی‌توان از آن برای تامین جریان‌های زیاد استفاده کرد. با این وجود، همچنان در کاربردهای حساس به نویز می‌توان از آن بهره برد.

منبع تغذیه سوئیچینگ چیست؟

منابع تغذیه سوئیچینگ به جای منابع تغذیه خطی سنتی به کار می‌روند و مصرف توان، تولید گرما و اندازه و وزن مدار را کاهش می‌دهند. در واقع، اساس کار این نوع منبع تغذیه ، قطع و وصل ترانزیستورها است به طوری که ترانزیستورهای فرکانس بالا با قطع و وصل مداوم یا همان سوئیچ بین حالت قطع و وصل، توان خروجی منبع را می‌سازند. از همین رو، این نوع منبع تغذیه با نام سوئیچینگ شناخته می‌شود و از روش‌های متغیر مبتنی بر نیمه‌هادی برای رسیدن به ولتاژ خروجی مطلوب استفاده می‌کند.

منابع تغذیه سوئیچینگ ، در ابتدایی‌ترین حالت از یک بخش سوئیچینگ توان و یک مدار کنترل تشکیل شده‌اند که بخش سوئیچینگ توان، توان را از ولتاژ ورودی Vin مدار به ولتاژ خروجی Vout تبدیل می‌کند. در ادامه یادآور می شویم انواع منبع تغذیه سوئیچینگ به دو گروه منبع تغذیه سوئیچینگ متغیر و ثابت شناسایی می شوند.

انواع مدارهای پایه منبع تغذیه سوئیچینگ

بازده توان یک منبع تغذیه خطی، برابر است با نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی؛ چراکه منبع تغذیه خطی با فیدبک توان اضافی به مدار ورودی مى تواند ولتاژ یا جریان خروجی را تنظیم کند. ولى در یک منبع تغذیه سوییچینگ ولتاژ یا جریان به وسیله سوئیچ کردن یک عنصر ذخیره‌ کننده انرژی مانند سلف یا خازن تنظیم می‌شود.

عناصر سوئیچینگ در حالت وصل، مقاومتی ندارند و در حالت قطع هم جریانی از آن‌ها عبور نمی‌کند بنابراین این دسته از منابع تغذیه می‌توانند بازده ۱۰۰ درصد داشته باشند و تمامی توان ورودی آن‌ها به بار منتقل شود.

منابع تغذیه سوئیچینگ از این لحاظ به سه نوع باک، بوست و باک- بوست تقسیم می‌شوند که به ترتیب به کاهنده پلاریته ولتاژ، افزاینده پلاریته ولتاژ و وارونگر پلاریته ولتاژ شناخته می‌شوند و تفاوت آن‌ها در مکان قرار گرفتن سلف، سوئیچ و خازن خروجی در مدار است.

مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ

همانطور که اشاره شد، مهم‌ترین مزیت منبع تغذیه سوئیچینگ بازده بالاتر آن در مقایسه با رگولاتورهای خطی استاندارد است، چراکه عنصر اصلی در آن‌ها یک ترانزیستور است که بین دو وضعیت وصل و قطع سوئیچ می‌کند و موجب اتلاف توان کمتری می‌شود. وقتی ترانزیستور سوئیچینگ کاملاً وصل باشد و جریان را هدایت کند، افت ولتاژ آن حداقل است و در زمان قطعی نیز جریانی از آن عبور نمی‌کند و در نتیجه، برخلاف رگولاتورهای خطی که فقط تنظیم ولتاژ را به صورت کاهنده انجام می‌دهند، یک منبع تغذیه سوئیچینگ می‌تواند کاهنده، افزاینده و یا وارون‌گر پلاریته ولتاژ ورودی باشد.

با توجه به همین توضیحات، بازده منبع تغذیه سوئیچینگ معمولا از هفتاد درصد تا 96 درصد است که امروزه، این منابع توانسته اند اتلاف انرژى را تا حد زیادى کاهش دهند.

مزیت دیگر منبع تغذیه سوئیچینگ، ابعاد کوچک ترانس است که در آن، با افزایش فرکانس، بسته‌های انرژی کوچک‌تری در تعداد دفعات بیشتری به خروجى منتقل می‌شود. در صورتى که در منابع تغذیه خطی ترانس در فرکانس ۵۰ هرتز برق شهر کار می‌کند و انرژی نسبتاً زیادی را در تعداد دفعات کم به خروجی منتقل می‌کند.

میزان وزن یک منبع تغذیه هم به ترانس آن بستگی دارد. اگر ترانس کوچک باشد این منبع سبک و کم وزن خواهد شد. چراکه ترانسفورماتور فرکانس پایین که وزن بالایی دارد حذف می‌شود.

از آنجا که انواع منبع تغذیه سوئیچینگ، اتلاف حرارت کمی دارند، می‌توان آن‌ها را در بسته‌بندی‌های فشرده‌تری نیز قرار داد. همچنین منابع تعذیه سوئیچینگ، ورودی با محدوده دینامیکی زیادی دارند و در حالی که ولتاژ خروجی ثابت باقی خواهد ماند، ولتاژهاى ورودی می تواند در محدودة وسیعی تغییر کنند.

در نهایت هم، به دلیل ولتاژ dc نسبتا بالایی که در خازن ورودی منبع تغذیه سوئیچینگ، ذخیره می شود، زمان نگهداری بیش از پنج میلی ثانیه دارد که در مقایسه با نوع خطی، بیشتر است.