پاور سوئیچینگ

پاور سوئیچینگ چیست؟

منبع تغذیه های پاور سوئیچینگ یک نوع مبدل الکتریکی هستند که جریان متناوب با ولتاژ بالا را به جریان مستقیم با ولتاژ پایین تبدیل می کنند. همچنین با توجه به فیلترهای حذف نویز خروجی، آداپتورهای سوئیچینگ بهترین گزینه برای تغذیه دوربین های مداربسته می باشند. مهم ترین مزیت منبع تغذیه سوئیچینگ نسبت به مدل ترانسفورماتوری بازده بالای آن است. چرا که ترانزیستور سوئیچینگ فقط در ناحیه قطع و اشباع کار می کند، بنابراین توان مصرفی آن بسیار ناچیز است، که این امر سبب بالا رفتن بازده می شود. منبع تغذیه سوئیچینگ را به اختصار (Switched-mode power supply SMPS ) می نامند. منبع تغذیه الکترونیکی شامل یک تنظیم کننده جریان برای کارایی بالا در هنگام تغییر توان الکتریکی می باشد. برای راه اندازی تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی نیاز به ولتاژ و جریان خاصی است که در طراحی باید لحاظ گردد و وظیفه اصلی این سوئیچینگ تغذیه، تهیه ولتاژ DC خروجی قابل تنظیم با سطح جریان متفاوت، می باشد. یکی از انواع منابع تغذیه سوئیچینگ، پاور سوئیچینگ فلزی یا آداپتور صنعتی است که شامل برد الکترونیکی درون یک باکس فلزی است که ورودی و خروجی آن ترمینال های تعبیه شده بر باکس می باشد.

بیشتر بخوانید : از کاربرد های آداپتور های ترانسی میدانید ؟

آداپتور سوئیچینگ

اولین بار در سال 1970 بحث منابع تغذیه سوئیچینگ به میدان آمد که اولین آنها توسط ترانزیستور های BJT ساخته شدند و بازدهی پایینی در حدود 68 درصد داشتند. با این وجود از  باتری ها و ترانس ها کوچک تر و پر بازده تر بودند. اکثر تجهیزات الکترونیکی با ولتاژ های پایین راه اندازی می شوند لذا امکان اتصال آنها به برق شهری نیست. برخی از این تجهیزات همچون رادیو، تلویزیون و کامپیوتر … دارای منبع تغذیه داخلی هستند به طوری که شما به آن ها دسترسی نداشته و تنها برق ورودی آنها را به پریز برق وصل می کنید. در حالت کلی رگولاتور های ولتاژ (تنظیم کننده های ولتاژ)  به دو دسته خطی (Liner) و سوئیچینگ (Switching) تقسیم بندی می شوند. تا قبل از به بازار آمدن پاور سوئیچینگ ها در وسایل الکترونیکی از رگولاتور های خطی با بازدهی های 30 – 40 درصد استفاده میشد اما بعد از ساخت و فراگیر شدن استفاده از پاور سوئیچینگ ها و بازدهی بالای آن ها، این رگولاتورها کنار زده شدند. به طور کلی هر منبع تغذیه دارای چهار بخش سوئیچ قدرت – القا گر – خازن – یکسو کننده است.

طرز کار پاور سوئیچینگ

یک رگولاتور خطی با تلف کردن توان اضافی به شکل حرارت قادر است ولتاژ یا جریان خروجی را تنظیم کند بنابراین حداکثر بازده توان آن برابر است با نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی . در یک منبع تغذیه سوئیچینگ ولتاژ یا جریان از طریق سوئیچ کردن یک المان ذخیره کننده انرژی مثل سلف یا خازن تنظیم می شود. المان های سوئیچینگ ایده آل (مثل ترانزیستوری که در خارج از ناحیه فعال کار می کند) در حالت بسته مقاومتی نداشته و در حالت باز هم جریانی از آنها عبور نمی کند بنابراین 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). مهمترین مزیت یک منبع تغذیه سوئیچینگ بازده بالای آن است. از آنجایی که ترانزیستور سویچینگ فقط در ناحیه قطع و اشباع کار می کند (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 می گردد . 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 آن عبارتند از پیچیدگی زیاد و امکان تداخل الکترومغناطیسی و همچنین ایجاد موجک (ریپل) در فرکانس سویچینگ و هارمونیک های آن نوع ارزان قیمت اینگونه منابع می تواند نویز الکتریکی حاصل از سوئیچینگ وارد شبکه برق شهری نماید که این سبب بروز تداخل با سایر دستگاه های صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده اند، میگردد . منابع تغذیه سوئیچینگ فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند.

انواع پاورسوئیچینگ در صنایع برقی

پاورسوئیچینگ به تفکیک فناوری بکار رفته در آن‌ها به سه دسته تقسیم بندی می‌گردند:

1. پاورسوئیچینگ خطی (linear power supply)
2. پاور سوئیچینگ با مدولاتور عرض پالس ((Pulse Width Modulator (PWM)
3. پاور سوئیجینگ رزونانسی با راندمان بالا

پاورسوئیچینگ خطی

نسبت به انواع دیگر از بازدهی کمتری برخوردار است. زمانی از این نوع استفاده می‌کنند که حرارت آزاد شده از منبع تغذیه مهم نباشد و قیمت دستگاه از اهمیت بیشتری برخوردار باشد. نویز کم و تداخل الکترومغناطیس پایین از مزایای این نوع است.

این نوع از منابع تغذیه از برق شهری استفاده می‌کنند. در بیشتر موارد هم برای متناسب نمودن ولتاژ ورودی با ولتاژ مصرفی، یک ترانسفورماتور برای انجام عمل یکسوسازی در کنار دستگاه رویت می‌شود. در غیر اینصورت خروجی ناپایدار خواهد شد. راندمان این نوع بین 35 تا 50 درصد بوده که به همین دلیل راندمان پایین اتلاف گرمای بسیاری هم دارد.

پاور سوئیچینگ با مدولاتور عرض پالس

بازدهی بالاتری نسبت به منابع خطی داشته و راندمان آن‌ها بین 85 تا 92 درصد است. کاربرد آن بسیار گسترده بوده و در صنایع مختلف مانند کشتی‌سازی، هوافضا، صنعت برق و… کاربرد دارد. وزن پایین و بازدهی بالا از مزایای این نوع از منابع تغذیه است.

پاور سوئیجینگ رزونانسی با راندمان بالا

نسخه پیشرفته‌تر PWMها بوده و نویز کمتری نسبت به آن‌ها داشته و اندازه آنها کوچکتر است. کاربرد آنها برای مصارفی است که حساسیت بالاتری دارند و هزینه تمام شده آن‌ها نسبت به انواع دیگر بیشتر است. جدول زیر مشخصاتی از انواع منبع تغذیه را به همراه مزایا و معایب آنها ارائه میدهد.

مقایسه پاورسوئیچ‌های موجود در بازار

در بازار دو نوع منبع تغذیه ریلی و کتابی یا به اصطلاحا کف خواب به وجود دارد. در جدول زیر این دو نوع منبع تغذیه باهم مقایسه شده‌اند.

روش تست منبع تغذیه سوئیچینگ

در این بخش روشهای تست منبع تغذیه سوئیچینگ و اطمینان از میزان جریان خروجی توضیح داده شده است.

آزمایشی جهت تست منبع تغذیه سوئیچینگ صنعتی

پاور را به یک مصرف کننده مثلا تعدادی لامپ متصل می کنیم. اگر نور لامپ ها نوسان کند، یعنی پاور مدار محدود کننده جریان را وارد عمل نموده تا از سوختن آن ممانعت نمابد. بنابر این منبع تغذیه سوئیچینگ ما توان تامین آمپر مورد نیاز مصرف کننده را ندارد.

روش دیگر برای تست پاور سوئیچینگ

منبع تغذیه سوئیچینگ 12 ولتی را به یک موتور DC و تعدادی لامپ وصل می کنیم. آمپر متر باید به صورت سری و ولت متر به صورت موازی به خروجی منبع تغذیه متصل گردد. ترجیحا به موتور DC خود یک چرخ ربات هم وصل می کنیم تا با نگه داشتن چرخ میزان جریان مورد نیاز موتور را افزایش داده تا جریان بیشتری از منبع تغذیه کشیده شود. این کار را با اعمال مقدار نیروهای مختلف چندبن بار تکرار نموده و نتایج را مقایسه می نماییم. در صورتی که جریان خروجی از مقدار ثبت شده بر روی دستگاه کمتر باشد و ولتاژ هم کاهش یابد، نشان دهنده معیوب بودن منبع تغذیه سوئیچینگ است.

عیب یابی منبع تغذیه سوئیچینگ

سیم های منبع تغذیه سوئیچینگ به صورت زیر هستند:

نکته مهم: برای حصول اطمینان از سالم بودن و روشن شودن منبع تغذیه، باید یک سیم که دو سر آن را لخت کرده ایم را به سیم های سبز و خاکستری وصل می نماییم. اگر منبع روشن شود سالم است. اگر روشن نشد سیم لخت را به سیم های سبز و مشکی می بندیم. اگر در این حالت روشن شد یعنی اینکه منبع سالم است.

روش های عیب یابی منبع تغذیه سوئیچینگ

نکاتی که هنگام خرید آداپتور سوئیچینگ یا پاور سوئیچینگ باید بدانید

هنگام انتخاب آداپتور در نظر داشته باشید که جریان مشخص شده برای محصول جریان نامی آن می باشد و در صورتی که قصد دارید از آداپتور جهت مصارفی استفاده نمایید که در آن لازم است چندین ساعت روشن بماند، 75% از جریان نامی را به عنوان جریان آداپتور در نظر بگیرید.
جنس بدنه این دستگاه فلزی بوده و با وجود فن خیال شما از پایین ماندن دمای آن و عمر بالا آسوده است.

بیشتر بخوانید: ال ای دی اوال (Oval LED)