مقایسه منابع تغذیه سویچینگ و خطی

مقایسه منابع تغذیه سویچینگ و خطی

مهمترین مزیت یک منبع تغذیه سویچینگ 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 این گونه منابع می تواند نویز الکتریکی حاصل از سویچینگ وارد شبکه برق شهری نماید که این سبب بروز تداخل با سایر دستگهاهای صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده اند، میگردد . منابع تغذیه سویچینگ فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند .

مقایسه منابع تغذیه سویچینگ و خطی

منابع تغذیه خطی منابع تغذیه سویچینگ ملاحظات
وزن و ابعاد در منابع با توان بالا هیت‌سینک مورد نیاز است که ابعاد منبع را افزایش میدهد . استفاده از ترانسفورمر های فرکانس پایین، به حجم و سنگینی دستگاه می افزاید . در بعضی منابع ممکن است از ترانسفورمر (یا سلف )استفاده شود که البته به دلیل فرکانس کاری بالا، سنگینی و ابعاد ترانسفورمر زیاد نیست . برای یک ابعاد و وزن مشخص، توان یک ترانسفورمر با فرکانس نسبت مستقیم دارد البته به شرط اینکه بتوان تلفات هیسترزیس را پایین نگه داشت .به عبارت دیگر فرکانس کاری بالاتر به معنای ابعاد کوچک تر است .
ولتاژ خروجی در صورت استفاده از ترانسفورمر، می توان در خروجی به هر ولتاژ دلخواهی دست یافت . در منابع خطی بدون ترانسفورمر ولتاژ خروجی از ورودی بیشتر نخواهد شددر صورت عدم استفاده از رگولاتور، ولتاژ خروجی با بار تغییر می کند . هیچ گونه محدودیتی در ولتاژ خروجی نداریم . در بیشتر مدارات فقط ولتاژ شکست ترانزیستور می تواند محدود کننده باشد . ولتاژخروجی با بار تغییری نمی کند . یک منبع تغذیه سویچینگ می تواند برای دامنه گسترده تری از ولتاژ های ورودی و خروجی جوابگو باشد.
کارایی، توان و گرمای تلفاتی در منابع تغذیه دارای رگولاتور، بازده عمدتا بسته به اختلاف بین ولتاژ ورودی و خروجی است .ولتاژخروجی از طریق تلف کردن توان اضافی به شکل حرارت، تنظیم می گردد که این سبب می شود بازده منبع تغذیه به حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد محدود شود . در منابع تغذیه فاقد رگولاتور، تلفات مسی و آهنی ترانسفورمر تنها عامل مؤثر بر کارایی منبع تغذیه است . ولتاژخروجی از طریق کنترل سیکل وظیفه (دیوتی سایکل) تنظیم می گردد . ترانزیستور ها یا کاملا روشن (حالت اشباع)هستند یا کاملا خاموش (حالت قطع) بنابراین تلفات اهمی بین ورودی و بار وجود ندارد . حرارت ایجاد شده ناشی از ویژگیهای غیر آرمانی اجزای مدار و همچنین جریان حالت دایم مدار کنترل کننده می باشد . تلفات سویچینگ در ترانزیستور ها ( به خصوص در بازه زمانی کوتاهی از هر دوره تناوب که ترانزیستور در حال گذار است )، مقاومت حالت روشن ترانزیستور ها، مقاومت معادل سری در سلف ها و خازن ها، تلفات هسته در سلف ها و افت ولتاژ روی دیودها همه و همه سبب می گردند که کارایی یک منبع تغذیه سویچینگ نوعا بین ۶۰ تا ۷۰ درصد باشد . با وجود این با یک طراحی بهینه مثلا استفاده از فرکانس سویچینگ بهینه، اجتناب از اشباع سلف ها و یکسوسازی فعال، می توان به بازده ۹۵ درصد هم رسید .
پیچیدگی یک منبع تغذیه خطی تنظیم نشده می تواند صرفا از یک دیود و یک خازن تشکیل شود . در منابع تنظیم شده یک مدار گسسته یا مجتمع برای تنظیم کردن ولتاژ خروجی وجود دارد . این مدار ( و همچنین معیار پایداری حلقه بازخورد آن ) نسبت به منابع تغذیه سویچینگ، پیچیدگی کمتری دارد . در این دسته از منابع یک مدار مجتمع کنترل کننده، یک یا چند ترانزیستور و دیود قدرت، یک ترانسفورمر قدرت و چندین سلف و خازن پالاینده (فیلتر) وجود دارند .طراحی این دسته از منابع دارای پیچیدگی هایی است که در منابع تغذیه خطی نظیر آن را نمی توان یافت . در منابع تغذیه سویچینگ با یک ترانسفورمر می توان در خروجی چندین ولتاژ بدست آورد . یکی از این ولتاژ های خروجی باید برای رگولاسیون ولتاژ حلقه بازخورد استفاده شود .
تداخل فرکانس رادیویی در بار زیاد، دیودهای یکسوساز ممکن است تداخل فرکانس بالای ناچیزی ایجاد کنند . در کابل های فاقد حفاظ (شیلد) هوم القا می کنند که می تواند در فرکانس صوتی مشکل ساز باشد . به این دلیل که جریان بطور ناگهانی قطع و وصل می شود، این دسته از منابع مستعد ایجاد تداخل فرکانس رادیویی و الکترومغناطیسی می باشند . لذا برای کاهش تداخل باید از پالایه (فیلتر)های تداخل الکترومغناطیسی و همچنین حفاظ های فرکانس رادیویی بهره جست . در منابع تغذیه سویچینگ وجود سیمهای ارتباطی بلند بین اجزای مدار می تواند کارایی پالایه (فیلتر) های فرکانس بالا را کاهش دهد .
نویز الکترونیکی در ترمینال های خروجی در منابع تغذیه تنظیم نشده یک موجک (ریپل) با فرکانس دو برابر برق شهری (۱۰۰ یا ۱۲۰هرتز) روی مولفه جریان مستقیم سوار خواهد شد .این موجک می تواند در دسنگاههای صوتی ایجاد هوم نموده و در دوربین های امنیتی سبب نوسان در شدت روشنایی تصویر یا اعوجاج شود. فرکانس سویچینگ سبب می شود که این گونه منابع نویز بیشتری ایجاد کنند . در صورتی که خروجی فیلتر نشود می تواند در مدارات صوتی ایجاد نویز نموده و در مدارات دیجیتال نیز نوسانات ناخواسته ایجاد نماید . به کمک خازن ها و سایر مدارات پالاینده (فیلترینگ) می توان نویز را حذف نمود . در منابع تغذیه سویچینگ می توان با انتخاب فرکانس سویچینگ، نویز را از محدوده فرکانس کاری دستگاه دور نگه داشت مثلا در دستگاههای صوتی می توان فرکانس سویچینگ را بالاتر از محدوده شنوایی انتخاب نمود .
نویز الکترونیکی در ترمینال های ورودی می تواند اعوجاج هارمونیک ایجاد نماید ولی نویز فرکانس بالای آن ناچیز است . منابع تغذیه سویچینگ ارزان قیمت می تواند نویز الکتریکی حاصل از سویچینگ وارد شبکه برق شهری نماید که این سبب بروز تداخل با سایر دستگهاهای صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده اند، میگردد . منابع تغذیه سویچینگ فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند . در صورت استفاده از یک فیلتر تداخل الکترومغناطیسی بین پل دیودی و ترمینال های ورودی، می توان از ایجاد نویز پیشگیری کرد .
نویز آکوستیک هوم بسیار ضعیفی ایجاد می کنند که عامل آن لرزش لایه های سیم پیچ ترانسفورمر می باشد . معمولا برای انسان قابل شنیدن نیست مگر اینکه منبع تغذیه دارای فن باشد، درست کار نکند یا اینکه فرکانس سویچینگ در محدوده قابل شنیدن باشد یا لایه های سیم پیچ ها در یکی از زیر هارمونیک های فرکانس کاری شروع به لرزش کند . در بعضی از منابع تغذیه سویچینگ در حالت بدون بار فرکانس کاری ممکن است در محدوه شنوایی انسان قرار گیرد و در نتیجه برای کسانی که مشکل هایپراکوسیس دارند قابل شنیدن باشد .
ضریب توان در منابع تغذیه دارای رگولاتور ضریب توان پایین است زیرا جریان در قله (پیک) ولتاژ سینوسی از خط کشیده می شود . ازاعداد خیلی پایین تا متوسط در تغییر است زیرا در یک منبع تغذیه سویچینگ فاقد تصحیح ضریب توان، جریان در قله ولتاژ سینوسی از خط کشیده می شود . در منابع تغذیه سویچینگ تصحیح ضریب توان فعال یا غیر فعال می تواند این مشکل را حل نموده و حتی در بعضی از کشورهای اروپایی این کار الزامی است . در یک منبع تغذیه خطی، مقاومت داخلی یک ترانسفورمر معمولا حداکثر جریان را در هر تناوب محدود نموده و به این ترتیب ضریب توان آن از یک منبع تغذیه سویچینگ بهتر است .
جریان هجومی وارده به منبع در یک منبع تغذیه خطی در لحظه اتصال به برق شهری تا هنگامی که شار مغناطیسی ترانسفورمر به یک حد پایدار برسد و خازن ها کاملا شارژ شوند جریان هجومی بالا است . جریان هجومی فوق العاده بالاست و فقط توسط امپدانس ورودی منبع تغذیه و مقاومت های سری با خازن محدود می گردد . خازن های پالاینده (فیلتر) خالی در ابتدای کار برای پر شدن جریان زیادی می کشند که بسیار بیشتر از جریان حالت عادی منبع می باشد این امر به اجزایی ازمدار که در معرض این جریان هجومی قرار دارند فشار وارد نموده وانتخاب فیوز مناسب را مشکل می کند .
خطر برق گرفتگی در منابع تغذیه دارای ترانسفورمر امکان زمین کردن بدنه و هسته ترانسفورمر وجود دارد . چنانچه عایق بین سیم پیچی اولیه و ثانویه از بین برود، خطر برق گرفتگی وجود دارد که البته با طراحی صحیح می توان جلو آنرا گرفت . منابع تغذیه خطی بدون ترانسفورمر ذاتا خطرناک هستند . در منابع تغذیه خطی و سویچینگ باید ولتاژ ورودی و گاهی خروجی را ایزوله نمود . خط مرجع و بدنه دستگاه به ولتاژی برابر نصف ولتاژ برق شهر اما با امپدانس بالا متصل شده است مگر اینکه بدنه به زمین وصل شده باشد یا اینکه در ورودی منبع فیلتر تداخل الکترومغناطیسی موجود نباشد . بنابر مقررات مربوط به تداخل الکترومغناطیسی و فرکانس رادیویی، بیشتر منابع تغذیه سویچینگ در ورودی خود قبل از پل دیودی دارای مدار فیلتر تداخل الکترومغناطیسی بوده که از تعدادی خازن و سلف تشکیل شده است . دو خازن که یکی به فاز و دیگری به نول وصل است به هم سری شده اند سر وسط یرای اتصال به زمین در نظر گرفه شده است . این یک تقسیم ولتاژ خازنی ایجاد می کند که خط مرجع دستگاه را به ولتاژی برابر نصف برق شهر متصل می کند .امپدانس بالای این خط در کاربر یک حالت گزش خفیف ایجاد می کند و می توان از آن برای راه اندازی یک نمایشگر خطای زمین استفاده کرد .
خطر آسیب به تجهیزات بسیار پایین است مگر اینکه بین سیم پیچی اولیه و ثانویه اتصال کوتاه پیش بیاید یا اینکه رگولاتور خراب شود . ممکن است بعلت خرابی دستگاه، ولتاژ خروجی زیاد شود . فشار بر خازن ها می تواند سبب ترکیدن آنها شود .در برخی موارد ولتاژ شناور می تواند به طبقه ورودی آمپلی فایر ها آسیب برساند . ولتاژشناور توسط خازن هایی ایجاد می شود که اولیه و ثانویه منبع تغذیه سویچینگ را به هم وصل می کنند . چنانچه ثانویه به زمین وصل شود یک جریان لحظه ای و بالقوه مخرب از این خازن عبور خواهد کرد .

درباره نویسنده