تفاوت کلیدی – SMPS در مقابل منبع تغذیه خطی
بیشتر دستگاه های الکترونیکی و الکتریکی برای کارکردن به ولتاژ DC نیاز دارند. این دستگاه‌ها، به‌ویژه دستگاه‌های الکترونیکی با مدارهای مجتمع، باید با ولتاژ DC مطمئن و بدون اعوجاج عرضه شوند تا بتوانند بدون نقص یا سوختن کار کنند. هدف از منبع تغذیه DC تامین ولتاژ DC تمیز به این دستگاه ها است. منابع تغذیه DC به حالت خطی و سوئیچ طبقه بندی می شوند، که توپولوژی هایی هستند که منبع تغذیه AC را به DC صاف تبدیل می کنند. منبع تغذیه خطی از یک ترانسفورماتور برای پایین آوردن مستقیم ولتاژ شبکه AC به سطح دلخواه استفاده می کند در حالی که SMPS AC را با استفاده از یک دستگاه سوئیچینگ به DC تبدیل می کند که به دستیابی به یک مقدار متوسط از سطح ولتاژ مورد نظر کمک می کند.این تفاوت اصلی بین SMPS و منبع تغذیه خطی است.
منبع تغذیه خطی چیست؟
در منبع تغذیه خطی، ولتاژ AC اصلی مستقیماً توسط یک ترانسفورماتور کاهنده به ولتاژ پایین‌تر تبدیل می‌شود. این ترانسفورماتور باید توان زیادی را تحمل کند زیرا در فرکانس شبکه AC 50/60 هرتز کار می کند. بنابراین، این ترانسفورماتور حجیم و بزرگ است و منبع تغذیه را سنگین و بزرگ می کند.
سپسولتاژ کاهش یافته اصلاح و فیلتر می شود تا ولتاژ DC مورد نیاز برای خروجی به دست آید. از آنجایی که ولتاژ در این سطح بسته به اعوجاج ولتاژ ورودی متفاوت است، تنظیم ولتاژ قبل از خروجی انجام می شود. تنظیم کننده ولتاژ در منبع تغذیه خطی یک تنظیم کننده خطی است که معمولاً یک دستگاه نیمه هادی است که به عنوان یک مقاومت متغیر عمل می کند. مقدار مقاومت خروجی با نیاز به توان خروجی تغییر می کند و ولتاژ خروجی را ثابت می کند. بنابراین، تنظیم کننده ولتاژ به عنوان یک دستگاه اتلاف انرژی عمل می کند.بیشتر اوقات، انرژی اضافی را برای ثابت کردن ولتاژ تلف می کند. بنابراین، تنظیم کننده ولتاژ باید دارای هیت سینک های بزرگ باشد. در نتیجه، منابع تغذیه خطی بسیار سنگین تر می شوند. علاوه بر این، در نتیجه اتلاف توان توسط تنظیم کننده ولتاژ به عنوان گرما، راندمان منبع تغذیه خطی تا حدود 60% کاهش می یابد.
با این حال، منابع تغذیه خطی نویز الکتریکی در ولتاژ خروجی تولید نمی کنند. به دلیل ترانسفورماتور بین خروجی و ورودی ایزوله می کند. بنابراین، منابع تغذیه خطی برای کاربردهای فرکانس بالا مانند دستگاه‌های فرکانس رادیویی، برنامه‌های کاربردی صوتی، آزمایش‌های آزمایشگاهی که نیاز به منبع تغذیه بدون نویز، پردازش سیگنال و تقویت‌کننده‌ها دارند، استفاده می‌شوند.
شکل 01: منبع تغذیه با تنظیم کننده ولتاژ خطی
SMPS چیست؟
SMPS (منبع تغذیه با حالت سوئیچ) روی یک دستگاه ترانزیستور سوئیچینگ کار می کند. در ابتدا، ورودی AC بر خلاف منبع تغذیه خطی، بدون کاهش ولتاژ، توسط یک یکسو کننده به ولتاژ DC تبدیل می شود. سپس ولتاژ DC تحت یک سوئیچینگ فرکانس بالا، معمولاً توسط یک ترانزیستور MOSFET قرار می گیرد. یعنی ولتاژ عبوری از ماسفت توسط سیگنال گیت ماسفت روشن و خاموش می شود، معمولا سیگنال مدوله شده با عرض پالس حدود 50 کیلوهرتز (بلوک خرد کننده/اینورتر). پس از این عملیات برش، شکل موج به یک سیگنال DC پالسی تبدیل می شود. پس از آن، یک ترانسفورماتور کاهنده برای کاهش ولتاژ سیگنال DC پالسی فرکانس بالا به سطح مورد نظر استفاده می شود. در نهایت، یک یکسو کننده خروجی و یک فیلتر برای بازگرداندن ولتاژ DC خروجی استفاده می شود.
شکل 02: بلوک دیاگرام یک SMPS
تنظیم ولتاژ در SMPS از طریق یک مدار بازخوردی انجام می شود که ولتاژ خروجی را نظارت می کند. اگر توان مورد نیاز بار زیاد باشد، ولتاژ خروجی تمایل به افزایش دارد. این افزایش توسط مدار بازخورد رگولاتور تشخیص داده می شود و برای کنترل نسبت روشن به خاموش سیگنال PWM استفاده می شود. بنابراین، میانگین ولتاژ سیگنال تغییر می کند. در نتیجه، ولتاژ خروجی کنترل می‌شود تا ثابت بماند.
ترانسفورماتور کاهنده مورد استفاده در SMPS در فرکانس بالا کار می کند. بنابراین، حجم و وزن ترانسفورماتور بسیار کمتر از یک منبع تغذیه خطی است. این یک دلیل اصلی برای کوچکتر و سبکتر بودن SMPS نسبت به نوع خطی آن است. علاوه بر این، تنظیم ولتاژ بدون اتلاف توان اضافی به عنوان تلفات اهمی یا گرما انجام می شود. بازده SMPS به 85-90% می رسد.
در همان زمان، یک SMPS به دلیل عملکرد سوئیچینگ ماسفت نویز با فرکانس بالا تولید می کند.این نویز می تواند در ولتاژ خروجی منعکس شود. با این حال، در برخی از مدل های پیشرفته و گران قیمت، این صدای خروجی تا حدودی کاهش می یابد. علاوه بر این، سوئیچینگ تداخل الکترومغناطیسی و فرکانس رادیویی را نیز ایجاد می کند. از این رو، استفاده از محافظ RF و فیلترهای EMI در SMPS ضروری است. بنابراین، SMPS کاربردهای صوتی و فرکانس رادیویی مناسبی نیستند. تجهیزات کمتر حساس به نویز مانند شارژرهای تلفن همراه، موتورهای DC، برنامه های کاربردی با قدرت بالا و غیره را می توان با SMPS ها استفاده کرد. سبکتر و طراحی کوچکتر آن، استفاده از آن را به عنوان دستگاه‌های قابل حمل نیز راحت می‌کند.
تفاوت بین SMPS و منبع تغذیه خطی چیست؟
SMPS در مقابل منبع تغذیه خطی |
|
| SMPS مستقیماً برق AC را بدون کاهش ولتاژ اصلاح می کند. سپس DC تبدیل شده در فرکانس بالا برای یک ترانسفورماتور کوچکتر سوئیچ می شود تا آن را به سطح ولتاژ مورد نظر کاهش دهد. در نهایت، سیگنال AC فرکانس بالا به ولتاژ خروجی DC یکسو می شود. | منبع تغذیه خطیولتاژ را در ابتدا توسط یک ترانسفورماتور بزرگتر به مقدار دلخواه کاهش می دهد. پس از آن، AC اصلاح و فیلتر می شود تا ولتاژ DC خروجی ایجاد شود. |
| تنظیم ولتاژ | |
| تنظیم ولتاژ با کنترل فرکانس سوئیچینگ انجام می شود. ولتاژ خروجی توسط مدار بازخورد نظارت می شود و تغییر ولتاژ برای کنترل فرکانس استفاده می شود. | ولتاژ DC تصحیح شده و فیلتر شده در معرض مقاومت خروجی یک تقسیم کننده ولتاژ قرار می گیرد تا ولتاژ خروجی ایجاد شود. این مقاومت توسط یک مدار بازخوردی قابل کنترل است که تغییرات ولتاژ خروجی را نظارت می کند. |
| کارایی | |
| تولید گرما در SMPS نسبتاً کم است زیرا ترانزیستور سوئیچینگ در مناطق قطع و گرسنگی کار می کند. اندازه کوچک ترانسفورماتور خروجی نیز باعث کاهش اتلاف حرارت می شود. بنابراین، راندمان بالاتر است (85-90٪). | توان اضافی به عنوان گرما تلف می شود تا ولتاژ در منبع تغذیه خطی ثابت شود. علاوه بر این، ترانسفورماتور ورودی بسیار حجیم تر است. بنابراین، تلفات ترانسفورماتور بیشتر است. بنابراین، راندمان منبع تغذیه خطی به 60% می رسد. |
| ساخت | |
| اندازه ترانسفورماتور SMPS نیازی به بزرگ بودن ندارد زیرا در فرکانس بالا کار می کند. بنابراین وزن ترانسفورماتور نیز کمتر خواهد بود. در نتیجه، اندازه و همچنین وزن یک SMPS بسیار کمتر از منبع تغذیه خطی است. | منابع تغذیه خطی بسیار حجیم تر هستند زیرا ترانسفورماتور ورودی به دلیل فرکانس پایینی که روی آن کار می کند باید بزرگ باشد. از آنجایی که گرمای بیشتری در یک تنظیم کننده ولتاژ تولید می شود، باید از هیت سینک نیز استفاده کرد. |
| نویز و اعوجاج ولتاژ | |
| SMPS به دلیل سوئیچینگ صدایی با فرکانس بالا ایجاد می کند. این به ولتاژ خروجی و همچنین گاهی اوقات به شبکه ورودی منتقل می شود. اعوجاج هارمونیک در برق اصلی نیز می تواند در SMPS ها امکان پذیر باشد. | منابع تغذیه خطی در ولتاژ خروجی نویز تولید نمی کنند. اعوجاج هارمونیک بسیار کمتر از SMPS ها است. |
| برنامه ها | |
| SMPS به دلیل ساختار کوچک می تواند به عنوان دستگاه های قابل حمل استفاده شود. اما از آنجایی که SMPS یک نویز با فرکانس بالا ایجاد می کند، نمی توان از SMPS برای برنامه های حساس به نویز مانند RF و برنامه های صوتی استفاده کرد. | منابع تغذیه خطی بسیار بزرگتر هستند و برای دستگاه های قابل حمل قابل استفاده نیستند. از آنجایی که آنها نویز تولید نمی کنند و ولتاژ خروجی نیز تمیز است، برای اکثر آزمایشات الکتریکی و الکترونیکی در آزمایشگاه ها استفاده می شود. |
خلاصه - SMPS در مقابل منبع تغذیه خطی
منبع تغذیه SMPS و Linear دو نوع منبع تغذیه DC در حال استفاده هستند. تفاوت اصلی بین SMPS و منبع تغذیه خطی، توپولوژی های مورد استفاده برای تنظیم ولتاژ و کاهش ولتاژ است.در حالی که منبع تغذیه خطی در ابتدا AC را به ولتاژ پایین تبدیل می‌کند، SMPS ابتدا جریان متناوب برق را اصلاح و فیلتر می‌کند و سپس قبل از کناره‌گیری به AC با فرکانس بالا تغییر می‌دهد. از آنجایی که وزن و اندازه ترانسفورماتور با کاهش فرکانس کاری افزایش می یابد، ترانسفورماتور ورودی منبع تغذیه خطی برخلاف SMPS بسیار سنگین تر و بزرگتر است. علاوه بر این، از آنجایی که تنظیم ولتاژ با اتلاف گرما از طریق مقاومت ها انجام می شود، منابع تغذیه خطی باید دارای هیت سینک باشند که آنها را حتی سنگین تر کند. رگولاتور SMPS ها فرکانس سوئیچینگ را برای کنترل ولتاژ خروجی کنترل می کند. بنابراین، SMPS از نظر اندازه کوچکتر و وزن سبک تر است. از آنجایی که تولید گرما در SMPS کمتر است، راندمان آنها نیز بالاتر است.
دانلود نسخه PDF SMPS در مقابل منبع تغذیه خطی
می توانید نسخه PDF این مقاله را دانلود کنید و طبق یادداشت های نقل قول برای اهداف آفلاین از آن استفاده کنید. لطفاً نسخه PDF را از اینجا دانلود کنید تفاوت بین SMPS و منبع تغذیه خطی.
