منابع تغذیه خطی در مقابل سوئیچینگ: تفاوت چیست؟

منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ برای تغذیه دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود. تفاوت آنها، نحوه کار آنها و زمان استفاده از آنها را در این مقاله بیاموزید!

شما احتمالاً روزانه از تلفن هوشمند، لپ تاپ یا رایانه شخصی استفاده می کنید. این دستگاه های الکترونیکی برای کار از جریان مستقیم (DC) استفاده می کنند. با این حال، از آنجایی که خانه‌ها معمولاً با جریان‌های متناوب ولتاژ بالا (AC) تغذیه می‌شوند، باید ولتاژ را کاهش دهید و AC را با استفاده از منبع تغذیه مانند آجر یا شارژر خود به DC تبدیل کنید.

رایج ترین منبع تغذیه ای که امروزه استفاده می شود منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ است. دانستن اینکه کدام یک را برای برنامه های خاص استفاده کنید، لوازم الکترونیکی شما را ایمن نگه می دارد و به خوبی کار می کند.

برای مقایسه بین منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ به خواندن زیر ادامه دهید.

منابع تغذیه خطی و سوئیچینگ چیست؟

منابع تغذیه خطی و سوئیچینگ دستگاه های الکتریکی هستند که برای تغذیه و شارژ دستگاه های الکترونیکی DC استفاده می شوند. این دستگاه ها وظیفه انجام دو کار را دارند: ولتاژ پایین تر و تبدیل AC به DC. اگرچه هر دو دستگاه قدرت را کاهش می دهند و آن را تصحیح می کنند، تفاوت در نحوه دستیابی به این وظایف آنها را برای برنامه های خاص مناسب تر می کند.

منبع تغذیه خطی وسیله ای است که در عملیات های کم صدا و دقیق استفاده می شود. استفاده از ترانسفورماتورهای سنگین و فیلترهای آنالوگ به این منبع تغذیه اجازه می دهد تا ولتاژهای تمیز را با هزینه کم، وزن زیاد و اندازه بزرگتر تولید کند. منابع تغذیه خطی بهترین کاربرد را در تجهیزات ضبط، آلات موسیقی الکتریکی، تجهیزات پزشکی و ابزارهای اندازه گیری آزمایشگاهی با دقت بالا دارند.

منبع تغذیه سوئیچینگ یا حالت سوئیچ (SMPS) برای عملیات با راندمان بالا و جریان بالا استفاده می شود. برخلاف منابع تغذیه خطی، منابع تغذیه سوئیچینگ از اجزای حالت جامد برای تعدیل و تنظیم ولتاژ ورودی استفاده می کنند. این منابع تغذیه بر روی سوئیچینگ فرکانس بالا با استفاده از ترانزیستورهای قدرت تکیه می کنند و آنها را پر سر و صدا، اما بسیار کارآمد، سبک وزن و جمع و جور می کند. منبع تغذیه سوئیچینگ اغلب در رایانه ها، شارژرهای تلفن، تجهیزات تولیدی و بسیاری از دستگاه های الکترونیکی ولتاژ پایین استفاده می شود.

منبع تغذیه خطی چگونه کار می کند

با استفاده از اجزای صرفا آنالوگ موجود در دهه 50، منابع تغذیه خطی مجبور بودند برای کاهش و اصلاح ولتاژها به ترانسفورماتورهای قدرت سنگین و خازن های الکترولیتی حجیم تکیه کنند. اگرچه ترانزیستورها قبلاً در آن زمان به صورت انبوه تولید می شدند، ولتاژهای AC بالا به سادگی گرمای زیادی را برای ترانزیستورها تولید می کردند.

در اینجا شماتیکی از منبع تغذیه خطی آورده شده است:

منبع تغذیه خطی در سه مرحله کار می کند:

مرحله 1: ولتاژ AC بالای ورودی را با استفاده از ترانسفورماتور کاهش دهید.

مرحله 2: سپس ولتاژ کاهش یافته از یک یکسو کننده پل کامل عبور می کند، که ولتاژ AC را به ولتاژهای DC ضربانی اصلاح می کند.

مرحله 3: سیگنال های ولتاژ DC ضربانی از فیلتری متشکل از سلف ها و خازن ها عبور می کنند. این فیلتر صاف کننده نوسانات سیگنال یک ولتاژ DC ضربانی را حذف می کند و آنها را برای دستگاه های الکترونیکی ظریف قابل استفاده می کند.

منبع تغذیه سوئیچینگ چگونه کار می کند

منابع تغذیه سوئیچینگ دستگاه های پیچیده ای هستند که از اجزای حالت جامد برای انجام سوئیچینگ برق با فرکانس بالا و ترانسفورماتور هسته فریت کوچکتر استفاده می کنند. این نوع از منابع تغذیه می توانند با استفاده از یک حلقه بازخورد DC برای کنترل ولتاژ خروجی، ولتاژ را افزایش و کاهش دهند.

در اینجا نحوه کار آنها آمده است:

مرحله 1: جریان متناوب ولتاژ بالا از طریق یک ماژول حفاظت مدار متشکل از یک فیوز و یک فیلتر EMC وارد منبع تغذیه می شود. فیوز برای محافظت در برابر ولتاژ بیش از حد است و فیلتر EMC مدار را در برابر امواج سیگنالی که از جریان متناوب AC فیلتر نشده می آیند محافظت می کند.

مرحله 2: پس از اطمینان از اینکه مدار به خوبی محافظت شده است، جریان متناوب ولتاژ بالا از طریق ماژول دوم متشکل از یکسوساز تمام پل و خازن صاف کننده عبور داده می شود. یکسو کننده تمام پل AC را به DC ضربانی تبدیل می کند که سپس توسط یک خازن صاف می شود.

مرحله 3: DC ولتاژ بالا سپس از طریق یک درایور PWM ارسال می شود که بازخورد دریافت می کند و یک MOSFET قدرت را کنترل می کند که ولتاژ را از طریق سوئیچینگ فرکانس بالا تنظیم می کند. سوئیچینگ همچنین جریان مستقیم DC را به یک موج مربع تبدیل می کند.

مرحله 4: موج مربعی DC اکنون وارد یک ترانسفورماتور هسته فریت می شود و سیگنال ها را به امواج مربع AC تبدیل می کند.

مرحله 5: امواج مربع AC از یک یکسوساز پل عبور می کنند، سیگنال را به DC ضربانی تبدیل می کنند و سپس آن را از یک فیلتر صاف کننده عبور می دهند. سپس خروجی نهایی برای ارسال سیگنال به درایور PWM استفاده می شود که یک حلقه بازخورد ایجاد می کند که ولتاژ خروجی را تنظیم می کند.

منابع تغذیه خطی در مقابل سوئیچینگ

دلایل مختلفی وجود دارد که چرا منبع تغذیه برای کاربردهای خاص انتخاب می شود. اینها اغلب شامل کارایی، سر و صدا، قابلیت اطمینان و قابلیت تعمیر، اندازه و وزن و هزینه است. اکنون که یک ایده کلی از نحوه کار آنها دارید، در اینجا نحوه پردازش انرژی آنها بر عملکرد و قابلیت استفاده آنها در برنامه های خاص تأثیر می گذارد.

بهره وری

از آنجایی که الکتریسیته باید از یک سری قطعات الکتریکی و الکترونیکی عبور کند، فرآیند یکسوسازی و تنظیم ولتاژ همیشه ناکارآمد خواهد بود. اما چقدر؟

بسته به نحوه رتبه بندی آنها، منابع تغذیه سوئیچینگ می توانند بازدهی 80 تا 92 درصد داشته باشند. این بدان معناست که دستگاه شما می تواند 80 تا 92 درصد انرژی را که برای آن صرف می کنید، تولید کند. کارایی آن به دلیل استفاده از اجزای کوچکتر و در عین حال کارآمد است که ولتاژها را از طریق سوئیچینگ ولتاژ پایین با فرکانس بالا تنظیم می کنند.

در مقابل، یک منبع تغذیه خطی به دلیل استفاده از اجزای بزرگتر و کم کارآمدتر، تنها می تواند 50 تا 60 درصد بازده انرژی داشته باشد.

نویز سیگنال و ریپل

اگر چه منابع تغذیه خطی ناکارآمد هستند، ناکارآمدی خود را از طریق خروجی های سیگنال پایدار، تمیز و کم نویز خود جبران می کنند. استفاده از یک منبع تغذیه خطی از اجزای آنالوگ به آنها اجازه می دهد تا الکتریسیته را به صورت صاف و بدون سوئیچینگ پردازش کنند، که باعث می شود خروجی آنها با موج کم یا نویز کم باشد.

از سوی دیگر، منابع تغذیه سوئیچینگ برای کاهش گرما، داشتن راندمان بهتر و تولید نویز زیاد به کلیدزنی با فرکانس بالا ولتاژ پایین متکی هستند! میزان نویز سیگنال به طراحی و کیفیت منبع تغذیه حالت سوئیچ خاص بستگی دارد.

اندازه و وزن

اندازه و وزن یک منبع تغذیه می تواند به شدت بر کاربرد آن در دستگاه های الکترونیکی کوچکتر تأثیر بگذارد. از آنجایی که منابع تغذیه خطی از قطعات سنگین و حجیم استفاده می کنند، استفاده از آنها در دستگاه های الکترونیکی محتاط غیرممکن است مگر اینکه از منبع تغذیه به عنوان شارژر استفاده کنید.

در مورد منابع تغذیه سوئیچینگ، از آنجایی که از قطعات کوچک و سبک استفاده می‌کنند، می‌توان آن‌ها را طوری طراحی کرد که به اندازه کافی کوچک باشند تا در دستگاه‌های کوچک‌تر ادغام شوند. وزن کم و اندازه کوچک منبع تغذیه سوئیچینگ به همراه بازده برق آن چیزی است که آن را برای اکثر دستگاه های الکترونیکی دستی قابل استفاده می کند.

قابلیت اطمینان و قابلیت تعمیر

با قطعات کمتری که ممکن است در حین کار شکسته شوند، منابع تغذیه خطی خروجی های ثابت و قابل اعتمادی را ارائه می دهند. سادگی در طراحی و استفاده از قطعات الکترونیکی رایج تر، تامین قطعات و تعمیر لوازم خطی را برای افراد آسان تر می کند.

با داشتن اجزای ظریف تر به طور قابل توجهی، منابع تغذیه سوئیچینگ به احتمال زیاد قبل از یک منبع تغذیه خطی شکسته می شوند. با این حال، طراحی خوب و استفاده از قطعات با کیفیت می‌تواند منابع تغذیه سوئیچینگ را بسیار قابل اعتماد کند، شاید حتی به اندازه منابع تغذیه خطی قابل اعتماد باشد. مشکل واقعی سوئیچینگ منابع تغذیه این است که هر چه طراحی پیچیده‌تر باشد تعمیر آن‌ها سخت‌تر می‌شود.

مقرون به صرفه بودن

در گذشته، منابع تغذیه خطی به دلیل طراحی ساده و استفاده از قطعات کمتر، وسیله مقرون به صرفه تری بودند. همچنین گران بودن ساخت قطعات نیمه هادی کمکی نکرد. با این حال، با تقاضای بیشتر نیمه هادی ها، سازندگان توانستند قطعات حالت جامد را به طور تصاعدی ارزان تر از قبل مقیاس بندی کرده و بسازند. این به نوبه خود باعث می شود که بسیاری از طرح های منبع تغذیه سوئیچینگ مقرون به صرفه تر از منابع تغذیه خطی باشند.

استفاده از منبع تغذیه مناسب

بنابراین این در مورد همه چیزهایی است که باید در مورد منابع تغذیه خطی و سوئیچینگ بدانید. برای اطمینان از ایمن بودن دستگاه های الکترونیکی خود، همیشه از شارژرهای اصلی همراه دستگاه استفاده کنید، اما اگر آنها در دسترس نیستند، همیشه می توانید یک آداپتور برق بخرید.

قبل از خرید، به یاد داشته باشید که منابع تغذیه خطی برای وسایل الکترونیکی که برای کاربردهای دقیق مانند آلات موسیقی الکتریکی، رادیو و ابزار پزشکی استفاده می‌شوند، ایده‌آل هستند، در حالی که منابع تغذیه سوئیچینگ برای موقعیت‌های با راندمان بالا مانند منابع تغذیه کامپیوتر، شارژرها و روشنایی استفاده می‌شوند.

منبع مقاله