تشریح منبع تغذیه سوئیچینگ و عملکرد آن

برای آشنایی با عملکرد منبع تغذیه سوئیچینگ به شکل زیر توجه کنید تا نحوه ی عملکرد آن را به خوبی درک کنید.

با توجه به شکل مشخص است که مدار یک مبدل تبدیل AC به DC هست.

عملکرد مدار :

عملکرد مدار بسیار ساده و در عین حال مهم است ، ولتاژ متناوب ورودی ابتدا وارد فیلتر خط (line filter) می شود ، این قسمت برای منابع تغذیه سوئیچینگ لازم است. چرا که از ورود و خروج نویزها به مدار و از آن به شبکه جلوگیری میکند. سپس ولتاژ توسط یکسو کننده ها ,یک طرفه شده و برای آنکه ولتاژ حاصل به ولتاژ DC نزدیک تر شود توسط یک خازن فیلتر میشود. ولتاژ یکسو شده روی ترانس و سوئیچ قدرت قرار میگیرد. این سوئیچ توسط یک PWM DRIVER روشن میشود. خروجی این درایو یک پالس مربعی با فرکانس قابل تعیین و عرض پالس قابل تغییر است . این بخش معمولا یک ای سی است که از بخشی از یک ولتاژ یکسو شده ورودی تغذیه میشود .

همانطور که از شکل مشخص است :

با روشن شدن سوئیچ اولیه ترانس به ولتاژ ورودی متصل میشود. این ولتاژ باعث القا شدن ولتاژ به ثانویه میشود و ولتاژی متناسب با عرض پالس PWM که زمان روشن شدن سوئیچ اولیه ترانس به ولتاژ ورودی متصل میشود و این ولتاژ باعث القا شدن ولتاژ به ثانویه میشود و ولتاژی متناسب با عرض پالس PWM که زمان روشن شدن سوئیچ را تعیین میکند و همچنین نسبت تبدیل ترانسفورماتور و هم فرکانس با موج PM در ثانویه تولید میشود .این ولتاژ تقریبا مربعی شکل توسط دیود های سریع یکسو میشوند و پس از فیلتر شدن توسط سلف و خازن به خروجی انتقال میابد.

مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ :

مهمترین 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) بنابراین توان مصرفی آن ناچیز است که این سبب بالا رفتن بازده منبع تغذیه می‌گردد. سایر 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 منابع تغذیه سوئیچنگ :

عبارتند از پیچیدگی زیاد و امکان تداخل الکترومغناطیسی و همچنین ایجاد موجک (ریپل) در فرکانس سوییچینگ و هارمونیک‌های آن.

نوع ارزان قیمت این گونه منابع می‌تواند نویز الکتریکی حاصل از سوییچینگ را وارد شبکه برق شهری نماید که این سبب بروز تداخل با سایر دستگاه‌های صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده‌اند، می‌گردد. منابع تغذیه سوییچینگ فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند.

به‌طور کلی می‌توان برخی از مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ را به صورت زیر تشریح کرد.

1. بازدهی بالاتر :بدون شک در دنیای امروزی نیاز ما به انرژی زیاد شده‌است و در نتیجه باید مدیریت بهتری روی مصرف انرژی الکتریکی داشته باشیم، پس اگر بخواهیم در طراحی مدار میزان مصرف انرژی را مد نظر قرار دهیم ،باید در مدار مان جایی برای منبع تغذیه سوئیچینگ در نظر داشته باشیم. این منابع تغذیه اغلب دارای راندمان بالای ۸۵ درصد هستند و توانسته‌اند اتلاف انرژی که یکی از مشکلات اصلی زندگی بشر در عصر حاضر است را تا حد زیادی کاهش دهند.
2. اندازه کوچکتر و وزن کمتر : برای تبدیل ولتاژ ۱۲ ولت DC به ۵ ولت DC با جریان حداکثر ۱ آمپر می‌توان از یک رگولاتور خطی استفاده کنیم که البته از اتلاف بسیار بیشتری نسبت به رگولاتورهای سوئیچینگ برخوردار است. اما برای مثال اگر بخواهیم برق شهر که دارای ولتاژ ۲۲۰ ولت AC هست را به ۵ ولت DC تبدیل کنیم ابتدا به یک ترانس با وزن و حجم نسبتا زیاد و سپس یک یکسو ساز و خازن ظرفیت بالا نیاز داریم. روی هم رفته این مدار فضای زیادی را اشغال می‌کند ولی با طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ با همین مشخصات در یک فضای حداکثر ۲ در ۳ سانتیمتر با وزن بسیار کمتر قابل پیاده‌سازی است. مانند اکثر شارژرهای گوشی‌های موبایل که از منابع تغذیه سوییچینگ بهره می‌برند.
3. 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 تثبیت‌کننده علاوه بر وزن بسیار سنگین در بسیاری از موارد قیمت دو تا چند برابری نسبت به مدارات سوئیچینگ در بر خواهد داشت.