منابع تغذیه سوئیچینگ و اصول کار آن

همانطور که می دانید کلیه مدارات الکترونیکی نیاز به منبع تغذیه دارند. برای مدارات با کاربرد کم قدرت از باطری یا سلولهای خورشیدی استفاده می شود. منبع تغذیه به عنوان منبع انرژی دهنده به مدار مورد استفاده قرار می گیرد.
از زمانیکه سیستمهای پر قدرت جای خود را حتی در مصارف خانگی هم باز کرده اند و این به دلیل معرفی سیستمهای جدید برای تغذیه مدارات قدرت است.
این منابع تغذیه کاملاً خطی عمل می نمایند. این نوع منابع را منابع تغذیه سوئیچینگ می نامند. این اسم از نوع عملکرد این سیستمها گرفته شده است. به این منابع تغذیه اختصاراً SMPS نیز می گویند. این حروف بر گرفته شده از نام لاتین Switched Mode Power Supplies است.
همانطور که میدانید در منابع تغذیه معمولی ابتدا برق شهر را از ترانسفورماتور کاهنده یا افزاینده عبور میدهند و سپس عمل یکسوسازی و بعد از آن عمل رگولاسیون یا تثبیت ولتاژ را انجام میدهند. عمل کاهش یا افزایش ولتاژ و جریان فقط با ترانسفورماتور انجام میشود. اما در منابع تغذیه سوئیچینگ برق شهر را مستقیماً یکسو نموده و پس از عبور از یک مدار کلیدزنی یا همان چهار نوع رگولاتور معروف کاهنده، افزاینده، فلای بک و Cukعبور میدهند تا جریان دوباره به AC تبدیل شود و عمل کاهش یا افزایش را روی آن انجام میدهند. پس از آن برای ایزولاسیون انرژی الکتریکی را از ترانسفورماتور عبور داده و پس از یکسوسازی و عبور از صافی آن را به بار تحویل میدهند.
. ما در منابع تغذیه معمولی از یک ترانسفورماتور استفاده میکردیم که تلفات انرژی در آن خیلی زیاد بود و راندمان کمی داشت و فقط مقدار ولتاژ و جریان خروجی آن را یکبار و آن هم فقط موقع مونتاژ ترانسفورماتور میتوانستیم تغییر دهیم. همچنین هیچ کنترلی ورودی و خروجی آن از لحاظ فیدبک و کنترل حالات مختلف تغییرات بار نداشتیم. همین موضوع عدم انعطاف پذیری این منابع تغذیه قدیمی و معمولی را اثبات میکند.
اما در منابع تغذیه سوئیچینگ برق شهر خیلی ساده یکسوسازی شده و پس از عبور از صافی به طبقه بعدی تحویل داده می شود با این کار از آنجایی که ولتاژ برق شهر را مستقیم یکسو می کنیم، و ولتاژ آن معمولاً زیاد است نیاز به خازن صافی کوچک اما با تحمل ولتاژ بالا و عایق بندی خوب و ارزان قیمتی داریم. در این طبقه ما دوباره جریان DC را به AC با فرکانس بالا بین 20KHz 1الی MHz (معمولاً اکثر منابع تغذیه سوئیچینگ با فرکانسی حدود 65KHz کار میکنند.) تبدیل نموده و آن را پس از کاهش یا افزایش از ترانسفورماتور افزاینده یا کاهنده و یا ترانسفورماتور 1:1 عبور میدهند. با این کار اولاً یک محیط کنترلی انعطاف پذیر برای کنترل فیدبک دار با استفاده از کنترل Duty Cycle ترانزیستور کلیدزنی برای کاهش و افزایش میزان ولتاژ و جریان ایجاد نموده ایم. ثانیاً با بالا بردن فرکانس جریان AC در حد چندین کیلوهرتز نیاز به ترانسفورماتور از لحاظ ابعاد بسیار کوچکتر یعنی با ابعادی حدود 1/400 الی 1/2000 نیاز داریم و نیز راندمان ترانسفورماتور از 55% به حدود 99.9% خواهد رسید. شما با مقایسه یک منبع تغذیه سوئیچینگ کامپیوتر و یک ترانسفورماتور با همان قابلیت از لحاظ ظرفیت انتقال توان از نقطه نظر حجم، وزن و ابعاد میتوانید به صحت این ادعای من پی ببرید. همچنین در ثانویه ترانسفورماتور پس از یکسوسازی و عبور از صافی سلف و خازن یک انرژی با ریپل خیلی کوچکتر از مدل معمولی منبع تغذیه های قدیمی خواهیم داشت. و همچنین بار ما میتواند متغیر باشد. چون به دلیل وجود فیدبک کنترل Duty Cycle همواره عمل استابیلازینگ و پایداری خروجی را نسبت به تغییرات بار و نیز برق شهر انجام میدهیم. همچنین به دلیل استفاده فرکانس بالا نیاز به خازن کوچکی برای عمل صافی در خروجی خواهیم داشت. مزایای منبع تغذیه سوئیچینگ قیمت تمام شده یک منبع تغذیه را حدود بیش از 1/1000 کاهش میدهد.
در حال حاضر آداپتورهای کوچک سوئچینگ در رنج های متنوع (6v - 8v -12v -15 ,........) , ودر آمپرهای بالا بسیار کوچک و سبک ساخته میشود . و
با ولتاژ 110v متناوب تا 240V , بعضیها گاه تا 260V بخوبی کار میکنند.