آیا می دانید منبع تغذیه سوئیچینگ با منبع تغذیه تنظیم کننده خطی چه تفاوتی دارد؟
در مطالب قبلی شما را با مزیت های منبع تغذیه سوئیچینگ آشنا کردیم. در ادامه همراه ما باشید تا اطلاعات بیشتری در خصوص این نوع منبع تغذیه و تفاوت آن با منبع تغذیه تنظیم کننده خطی( Linear) به دست آورید.
تفاوت منبع تغذیه سوئیچینگ با تنظیم کننده خطی( Linear)
دستگاه‌های الکترونیکی روزمره، به ویژه آن‌هایی که دارای مدارهای مجتمع هستند، به یک منبع ولتاژ DC قابل اعتماد نیاز دارند که می‌تواند همیشه بدون هیچ مشکلی برق را تامین کند. در این مقاله، ما به بررسی دو توپولوژی طراحی منبع تغذیه برای پروژه بعدی خود خواهیم پرداخت، منبع تغذیه تنظیم کننده خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ.
منبع تغذیه ای که انتخاب می کنید در نهایت به نیازهای شما برای کارایی، فضا، تنظیم خروجی، زمان پاسخ گذرا و هزینه بستگی دارد.
مشخصات منبع تغذیه تنظیم کننده خطی
تنظیم کننده های خطی تا دهه 1970 منبع تغذیه انتخابی برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم ثابت (DC) برای دستگاه های الکترونیکی بودند. در حالی که امروزه از این نوع منبع تغذیه استفاده نمی‌شود، اما همچنان بهترین انتخاب برای برنامه‌هایی است که به حداقل نویز و امواج نیاز دارند.
عملکرد منبع تغذیه تنظیم کننده خطی
جزء اصلی که به یک تنظیم کننده خطی اجازه عملکرد می دهد ترانسفورماتور فولادی است. این ترانسفورماتور دو عملکرد را ارائه می دهد:
- به عنوان مانعی برای جدا کردن ورودی AC ولتاژ بالا از ورودی DC ولتاژ پایین عمل می کند، که همچنین هرگونه نویز وارد شده به ولتاژ خروجی را فیلتر می کند.
- ورودی AC را از 115 ولت / 230 ولت به تقریبا 30 ولت کاهش می دهد که سپس می تواند به یک ولتاژ DC ثابت تبدیل شود.
ولتاژ AC ابتدا توسط ترانسفورماتور کاهش می یابد و سپس توسط چندین دیود یکسو می شود. سپس توسط یک جفت خازن الکترولیتی بزرگ به ولتاژ DC پایین تبدیل می شود. سپس این ولتاژ DC پایین به عنوان یک ولتاژ خروجی ثابت با استفاده از یک ترانزیستور یا مدار مجتمع تنظیم می شود.
تنظیم کننده ولتاژ در منبع تغذیه خطی به عنوان یک مقاومت متغیر عمل می کند. این اجازه می دهد تا مقدار مقاومت خروجی برای مطابقت با نیازهای توان خروجی تغییر کند. از آنجایی که رگولاتور ولتاژ برای حفظ ولتاژ دائماً در برابر جریان مقاومت می کند، به عنوان یک دستگاه اتلاف انرژی نیز عمل می کند. این بدان معنی است که توان مفید دائماً به شکل گرما برای ثابت نگه داشتن سطح ولتاژ از دست می رود.
ترانسفورماتور در حال حاضر جزء بزرگی است که روی برد مدار چاپی (PCB) وجود دارد. به دلیل توان ثابت و اتلاف گرما، منبع تغذیه رگولاتور خطی به یک هیت سینک نیاز دارد. این دو جزء به تنهایی در مقایسه با ضریب فرم کوچک منبع تغذیه سوئیچینگ به یک دستگاه بسیار سنگین و حجیم می‌افزایند.
کاربرد های منبع تغذیه تنظیم کننده خطی
رگولاتورهای خطی به دلیل کارایی ضعیف و اندازه بزرگ خود شناخته می شوند، اما ولتاژ خروجی بدون نویز را ارائه می دهند. این آنها را برای هر دستگاهی که به فرکانس بالا و نویز کم نیاز دارد ایده آل می کند، مانند
- مدارهای کنترل
- تقویت کننده های کم نویز
- پردازنده های سیگنال
- تجهیزات تست آزمایشگاهی خودکار
- مدارهای حسگرهای اکتساب داده
مزایا و معایب
منابع تغذیه تنظیم شده خطی ممکن است حجیم و ناکارآمد باشند، اما نویز کم آنها برای کاربردهای حساس به نویز ایده آل است. برخی از مزایا و معایب این توپولوژی عبارتند از
مزایا
کاربرد ساده. تنظیم کننده های خطی را می توان به صورت یک بسته کامل اجرا کرد و تنها با دو خازن فیلتر اضافی به مدار اضافه کرد. این باعث می شود مهندسین با هر سطح مهارتی بتوانند از ابتدا برنامه ریزی و طراحی کنند.
کم هزینه. اگر دستگاه شما به توان خروجی کمتر از 10 وات نیاز دارد، هزینه قطعات و ساخت در مقایسه با منابع تغذیه سوئیچینگ بسیار کمتر است.
سر و صدای کم / موج دار. رگولاتورهای خطی دارای ریپل ولتاژ خروجی بسیار کم و پهنای باند بالایی هستند. این ویژگی آنها را برای هر برنامه حساس به نویز از جمله دستگاه های ارتباطی و رادیویی ایده آل می کند.
معایب
انعطاف پذیری محدود از رگولاتورهای خطی فقط می توان برای پایین آوردن ولتاژ استفاده کرد. برای منبع تغذیه AC DC، یک ترانسفورماتور با یکسوسازی و فیلتر باید قبل از منبع تغذیه خطی قرار داده شود که به هزینه ها و تلاش کلی می افزاید.
خروجی های محدود منبع تغذیه تنظیم شده خطی فقط یک ولتاژ خروجی را ارائه می دهد. اگر به مقدار بیشتری نیاز دارید، باید یک تنظیم کننده ولتاژ خطی جداگانه برای هر خروجی مورد نیاز اضافه کنید.
راندمان ضعیف دستگاه تنظیم خطی متوسط به دلیل اتلاف گرما، بازدهی بین 30٪ 60٪ را به دست می آورد. همچنین نیاز به افزودن یک هیت سینک دارد که به اندازه و وزن دستگاه می افزاید.
دستگاه های کارآمد انرژی، رتبه بازده ضعیف یک منبع تغذیه تنظیم شده خطی می تواند یک ضرر باشد. یک منبع تغذیه تنظیم شده خطی معمولی با بازدهی حدود 60 درصد برای خروجی 24 ولت کار می کند. وقتی ورودی 100 وات را در نظر می گیرید، به 40 وات برق از دست رفته نگاه می کنید.
قبل از استفاده از منبع تغذیه تنظیم شده خطی، به شدت توصیه می کنیم تلفات برقی را که از ورودی به خروجی دریافت می‌کنید، در نظر بگیرید. با فرمول زیر می توانید کارایی یک تنظیم کننده خطی را به سرعت تخمین بزنید:
منبع تغذیه سوئیچینگ (SMPS)
منبع تغذیه سوئیچینگ در دهه 1970 معرفی شدند و به سرعت به محبوب ترین راه برای تامین برق DC برای دستگاه های الکترونیکی تبدیل شدند. چه چیزی آنها را اینقدر عالی می کند؟ در مقایسه با رگولاتورهای خطی، راندمان و عملکرد بالای آنها برجسته است.
عملکرد منبع تغذیه سوئیچینگ
منبع تغذیه سوئیچینگ ولتاژ خروجی را با مدولاسیون عرض پالس (PWM) تنظیم می کند. این فرآیند نویز با فرکانس بالا ایجاد می کند، اما رتبه بازده بالایی را در یک فاکتور کوچک ارائه می دهد. هنگامی که به شبکه AC وصل می شود، ولتاژ 115 ولت یا 230 ولت ابتدا توسط مجموعه ای از دیودها و خازن ها یکسو شده و صاف می شود که ولتاژ DC بالا را فراهم می کند. سپس این ولتاژ DC بالا با استفاده از یک ترانسفورماتور فریت کوچک و مجموعه ای از ترانزیستورها کاهش می یابد. فرآیند گام به گام همچنان فرکانس سوئیچینگ بالایی را بین 200 کیلوهرتز تا 500 کیلوهرتز حفظ می کند.
ولتاژ DC پایین در نهایت با مجموعه دیگری از دیودها، خازن ها و سلف ها به یک خروجی DC ثابت تبدیل می شود. هر تنظیمی که برای ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی لازم باشد با تنظیم عرض پالس شکل موج فرکانس بالا انجام می شود. این فرآیند تنظیم از طریق یک مدار بازخورد کار می کند که به طور مداوم ولتاژ خروجی را نظارت می کند و نسبت خاموش شدن سیگنال PWM را در صورت نیاز کنترل می کند.
کاربرد های منبع تغذیه سوئیچینگ
اغلب منابع تغذیه سوئیچینگ را در برنامه هایی می بینید که عمر باتری و دما مهم هستند، مانند:
کاربردهای الکترولیز، تصفیه زباله یا پیل سوختی
موتورهای DC، ماشین های اسلات، هوانوردی و کاربردهای دریایی
تجهیزات تحقیق و توسعه، ساخت و آزمایش
شارژ باتری برای باتری های لیتیوم یون مورد استفاده در حمل و نقل هوایی و وسایل نقلیه
فرآیندهای آبکاری، آنودایز و الکتروفرمینگ
مزایا و معایب
منبع تغذیه سوئیچینگم مکن است کارایی بالاتری نسبت به رگولاتورهای خطی داشته باشند، اما نویز آنها آنها را به انتخاب ضعیفی برای کاربردهای رادیویی و ارتباطی تبدیل می کند. برخی از مزایا و معایب این توپولوژی عبارتند از:
مزایا
فاکتور فرم کوچک ترانسفورماتور پله پایین در یک SMPS در فرکانس بالایی کار می کند که به نوبه خود حجم و وزن آن را کاهش می دهد. این به یک منبع تغذیه سوئیچینگ اجازه می دهد تا از ضریب شکل بسیار کمتری نسبت به تنظیم کننده های خطی بهره مند شود.
راندمان بالا. تنظیم ولتاژ در منبع تغذیه سوئیچینگ بدون اتلاف مقادیر بیش از حد گرما انجام می شود. راندمان SMPS می تواند به 85% 90% برسد.
برنامه های کاربردی انعطاف پذیر سیم پیچ های اضافی را می توان به منبع تغذیه سوئیچینگ اضافه کرد تا بیش از یک ولتاژ خروجی ایجاد کند. یک SMPS ایزوله ترانسفورماتور همچنین می تواند ولتاژهای خروجی مستقل از ولتاژ ورودی را ارائه دهد.
معایب
طراحی پیچیده در مقایسه با رگولاتورهای خطی، برنامه ریزی و طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ معمولاً برای متخصصان قدرت محفوظ است. اگر قصد دارید بدون مطالعه یا تجربه دقیق، منبع تغذیه خود را طراحی کنید، این بهترین منبع تغذیه برای انتخاب نیست.
نویز بالای فرکانس عملکرد سوئیچینگ MOSFET در منبع تغذیه سوئیچینگ نویز فرکانس بالایی را در ولتاژ خروجی ایجاد می کند. این موضوع اغلب نیاز به استفاده از محافظ RF و فیلترهای EMI در دستگاه های حساس به نویز دارد.
هزینه بالاتر. برای توان خروجی کمتر از 10 وات یا کمتر، استفاده از منبع تغذیه تنظیم شده خطی ارزان تر است.
منبع تغذیه سوئیچینگ اینجا باقی می مانند و منبع تغذیه انتخابی برای برنامه هایی هستند که به نویز حساس نیستند. این شامل دستگاه هایی مانند شارژر تلفن همراه، موتورهای DC و غیره می شود.
منبع تغذیه سوئیچینگ در مقابل تنظیم کننده خطی( Linear)
اکنون می خواهیم مقایسه نهایی بین منبع تغذیه تنظیم کننده خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ را در کنار هم مقایسه کنیم. برخی از مهمترین الزاماتی که باید در نظر بگیرید، از جمله اندازه و وزن، محدوده ولتاژ ورودی، رتبه بازده و سطح نویز در میان عوامل دیگر. در اینجا نحوه تجزیه آن آمده است:
چگونه طراحی کنید، توضیح نحوه طراحی یک منبع تغذیه با تنظیم خطی یا حالت سوئیچینگ از محدوده این وبلاگ خارج است. با این حال، چندین راهنما موجود است که مایلیم آنها را به اشتراک بگذاریم. به خاطر داشته باشید که طراحی SMPS به سطح بالایی از پیچیدگی نیاز دارد و برای مبتدیان طراحی الکترونیک توصیه نمی شود.
پاور در اکثر دستگاه های الکترونیکی این روزها نیاز به تبدیل شبکه AC به خروجی ولتاژ DC ثابت دارند. برای این هدف دو توپولوژی وجود دارد، منبع تغذیه با تنظیم خطی و منبع تغذیه حالت سوئیچینگ. تنظیم خطی برای کار هایی که به نویز کم نیاز دارند ایده‌آل است، در حالی که منابع تغذیه سوئیچینگ برای دستگاه های دستی که عمر باتری و کارایی آن مهم است مناسب تر هستند. هنگام تصمیم گیری برای انتخاب توپولوژی، همیشه رتبه بازده مورد نیاز، ضریب فرم، تنظیم خروجی و الزامات نویز را در نظر بگیرید.
برای تهیه بهترین انواع منبع تغذیه سوئیچینگ با کارشناسان ما با شماره ۳۳۹۹۲۸۶۸ ۰۲۱ تماس بگیرید.
