تفاوت میان منابع تغذیه خطی و سوئیچینگ
مکانیسم منبع تغذیه خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ فرزاد محمدی
هر دو منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ جریان مستقیم ثابتی را ارائه می‌دهند که به اختصار بدان “جریان مستقیم” یا “DC” نیز گفته می‌شود. DC در مدارهای اکثر دستگاه های الکترونیکی مانند گوشی های هوشمند، کامپیوترها، تهویه مطبوع و روبات های کارخانه ای استفاده می‌شود.
از آنجا که هر نوع دستگاه و مدار داخلی چنین تجهیزات الکترونیکی به ولتاژهای متفاوتی نیاز دارد، بنابراین وجود یک منبع جریان مستقیم مناسب برای هر تامین ولتاژهای معین ضروری است. از نظر سیر تاریخی نخست منبع تغذیه خطی اختراع شد. منبع تغذیه خطی با نام منبع تغذیه سری نیز شناخته می‌شود. در منبع تغذیه خطی، از ترانسفورماتوری متشکل از یک هسته آهنی و سیم پیچ برای کاهش ولتاژ به جریان متناوب ورودی (AC) استفاده می‌شود سپس ولتاژ توسط یک دیود در مدار یکسو کننده یکسو می‌شود و توسط یک خازن در مدار صاف کننده صاف می‌شود تا یک ولتاژ پایدار ایجاد کند ولتاژ خروجی از مدار یکسو کننده، مجموعه ای از پیک‌های مثبت یک موج سینوسی است که جریان پایدار مناسبی نیست. بنابراین، ولتاژ با استفاده از یک مدار صاف کننده متشکل از یک خازن، و یک مدار تثبیت کننده (مدار کنترل) تراز می‌شود.
دو نوع مدار کنترل وجود دارد: مدارهای شنت و مدارهای سری.
هر دو روش برای حفظ یک مقدار ثابت، ولتاژ DC خروجی را نظارت و کنترل می‌کنند. تفاوت بین ولتاژ ورودی و خروجی باعث تولید گرما می‌شود بنابراین، یک هیت سینک بزرگ مورد نیاز است.
منبع تغذیه خطی (منبع تغذیه سری) چگونه کار می‌کند؟
یک منبع تغذیه خطی به یک ترانسفورماتور AC اختصاصی بر اساس ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی و توان نیاز دارد، از این رو هر دستگاه ظرفیت ثابتی دارد و برای هر کاربرد به یک منبع تغذیه با یک ترانسفورماتور اختصاصی نیاز می‌باشد.
نحوه عملکرد منابع تغذیه سوئیچینگ
اما در مقابل، منابع تغذیه سوئیچینگ دارای یکسوسازی و صاف کردن قبل از تنظیم ولتاژ هستند.
یک چاپر برای تبدیل ولتاژ ورودی از یک سلسله پالس فرکانس بالا، به شکل روشن و خاموش کردن کلیدگونه با سرعت بالا، بهره می‌گیرد آنگاه جریان یکسو شده به عنوان یک جریان متناوب شبه (AC) با یک موج پالس در نظر گرفته می‌شود و ولتاژ با استفاده از یک ترانسفورماتور فرکانس بالا تنظیم می‌شود.
مقایسه منبع تغذیه خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ
تفاوت معمول میان منبع تغذیه خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ، در میزان نویز و اندازه منبع تغذیه است.
همانطور که در بالا ذکر شد منبع تغذیه سوئیچینگ بارها سوئیچ را با سرعت بالا روشن و خاموش می‌کند. این باعث ایجاد نویز در اثر سوئیچینگ می‌شود. منابع تغذیه خطی نسبت به منابع تغذیه سوئیچینگ وزوز کمتری تولید می‌کنند.
اگر یک منبع تغذیه خطی را با یک منبع تغذیه سوئیچینگ را مقایسه کنیم که خروجی یکسانی دارد، نویز منبع تغذیه خطی (R4G18-2) 0.5 mVrms و 1 mArms است که در مشخصات دیتاشیت ارائه شده است.
با این حال، منبع تغذیه سوئیچینگ (R4K18-2) حدود 5 mVrms و 5 mArms است. به عبارت دیگر، نویز ولتاژ منبع تغذیه سوئیچینگ ده برابر بیشتر و نویز جریان پنج برابر بیشتر از منبع تغذیه خطی است.
اکنون نوبت مقایسه اندازه این دو نوع منبع تغذیه است. منبع تغذیه خطی در مقایسه با منبع تغذیه سوئیچینگ بزرگتر هست که به دلیل بزرگی اندازه ترانسفورماتور آن می‌باشد. اگر ولتاژ به همان مقدار تغییر کند، ترانسفورماتور در فرکانس های بالاتر کوچکتر خواهد بود. در منبع تغذیه خطی، فرکانس ورودی از یک خروجی یا منبع دیگر مستقیماً به ترانسفورماتور وارد می‌شود، در حالی که در منبع تغذیه سوئیچینگ، جریان پس از یکسوسازی به عنوان یک پالس فرکانس بالا به ترانسفورماتور ارسال می‌شود. بنابراین، ترانسفورماتور کوچک است.
به عنوان مثال: منبع تغذیه ای که می‌تواند ولتاژ DC 18 ولت را تولید کند، منبع تغذیه خطی (R4G18-2) دارای ابعاد 124 × 84 × 325 میلی متر (H × W × D) و وزن تقریباً 3 کیلوگرم است.
در مقابل، منبع تغذیه سوئیچینگ (R4K18-2) دارای ابعاد 124 × 35 × 128 میلی متر (H × W × D) و وزن تقریباً 500 گرم است. هر دو دارای ارتفاع یکسانی هستند، اما منبع تغذیه خطی 2.4 برابر عریض تر، 2.5 برابر عمیق تر و وزن آن 6 برابر بیشتر از منبع تغذیه سوئیچینگ است. این به این دلیل است که ترانسفورماتورها از یک هسته آهنی استفاده می‌کنند و اندازه ترانسفورماتور بر وزن آن تأثیر می‌گذارد. منابع تغذیه سوئیچینگ در حدود سال 1990، بسیار بعد از منابع تغذیه خطی، مورد استفاده عمومی قرار گرفتند. آداپتورهای AC قدیمی بسیار بزرگ و سنگین هستند زیرا از منابع تغذیه خطی استفاده می‌کنند. در سال های اخیر، منابع تغذیه نیترید گالیوم (GaN) با تلفات انرژی کم تجاری شده‌است. منابع تغذیه GaN نیمه هادی هایی هستند که از نیترید گالیوم ساخته شده‌اند که شبیه به جریان انتقالی است.
