سوئیچینگ

پاور سوئیچینگ، نوعی منبع تغذیه یا Power Supply میباشد که از آن برای تبدیل کردن برق باجریان متناوب و ولتاژ بالا به برق با جریان مستقیم و تناوب پایین میباشد. این کار با استفاده از مدار هایی که داخل پاور سوئیچینگ استفاده شده است انجام میگیرد و طریقه کار آن بدین صورت است که با استفاده از یک منبع با ولتاژ AC که برای مثال میتوان برق شهری را گفت، تبدیل به ولتاژ ثابت و کنترل شده میکند که به آن ولتاژ DC گفته میشود. این ولتاژ خروچی در اغلب مدارها کاربرد دارد و باید آنرا در سیستم تامین نمود.

در ساخت منبع تغذیه پاور سوئیچینگ که آنرا با نام Switched-mode power supply یا SMPS نیز شناخته میشود، از خازن فیلتر، ترانزیستور سری، مداراستندبای، ترانسفورماتور و یکسو کننده استفاده میشود. در این بین باید اشاره داشت از یک مدار با نام لاین فیلتر، برای نویز گیری سیستم استفاده میشود و این مدار خود از سلف و خازن ساخته شده است.

این نوع ساخت در واقع تکمیل شده و نسخه بهبود یافته نسلی از پاور سوئیچینگ ها است که مابین سال های 1970 الی 1980 اختراع شده اند. پاور سوئیچینگ ها به مرور و از سال 1980 با پیشرفت تکنولوژی، محبوب تر و پر مصرف تر شدند. نمونه های اولیه پاور سوئیچینگ ها، با استفاده از نوعی ترانزیستور که با نام BJT شناخته میشوند، ساخته میشدند. این ترانزیستورها دارای مشکلات عدیده ای داشته و بازده ای حدودا 70 درصدی داشتند که برای سیستم های سنگین خطرناک بوده و بازده پایینی به حساب می آمد. اما در مقابل باتری و ترانس هایی که در آن دوره مورد استفاده قرار میگرفت، کوچکتر و پربازده تر بودند.

انواع منبع تغذیه سوئیچینگ های موجود در بازار

منابع تغذیه سوئیچینگ، بر اساس نحوه کارکرد و استفاده در دو نوع دسته بندی جایگذاری میشوند. اولین مورد، تبدیل ولتاژ ورودی از نوع AC به نوع DC میباشد. مورد دوم از جنبه نحوه اتصال به سیستم میباشد که ازین حیث در دو دسته بندی پاور سوئیچینگ مجزا و پاور سوئیچینگ کامپکت دسته بندی میشوند.

در نمونه کامپکت، برای فعال سازی پاور سوئیچینگ تنها کافیست یک ولتاژ به منبع تغذیه بدهیم تا فعال شود. بدین ترتیب برای فعال سازی پاور سوئیچینگ نیازی به سیم کشی و یا اتصال گرفتن از سایر منابع تغذیه نداریم.

در نمونه دیگر که به صورت خطی در مدار نصب میشوند و همچنین طریقه نصب و کار ساده ای دارند. اما این ساده بودن، به معنای خوب بودن این مدل نیست. در واقع این مدل به دلیل قرار گیری و کارکردن با ترانزیستور به صورت خطی، اتلاف توان بسیار زیادی دارند به گونه ای که برای تامین ولتاژ مدنظر مصرف کننده، گاهی تا چندین برابر ولتاژ مدنظر انرژی صرف میشود تا ولتاژ به حدنصاب مدنظر برسد.

مزایای استفاده از پاور سوئیچینگ

با توجه به اینکه اغلب وسایل برقی و تجهیزات الکترونیک، باید با ولتاژ های پایین مورد استفاده قرار بگیرند و وصل کردن آنها به برق با ولتاژ بالا عملا منجر به سوختن آنها میشود، باید پیش از متصل کردنشان به برق شهری، از پاور سوئیچینگ استفاده بشه.

همچنین لوازمی مانند کامپیوتر، تلویزیون و مشابه آنها نیز از جمله وسایلی هستند که به صورت مستقیم قابلیت متصل شدن به برق شهری را ندارند و به همین علت، در داخل مدار آنها از پاور سوئیچینگ استفاده شده است. هرچند که شما در حالت عادی این پاور سوئیچینگ را مشاهده نمیکنید و برای دیدن آن نیاز به کمک یک متخصص سخت افزار دارید.

نکته قابل توجه این وسیله، قابل استفاده بودن آن برای استفاده در نصب دوربین مداربسته میباشد. نمونه های کامپکت، دارای قابلیتی هستند که در آن، اقدام به استفاده از برخی فیلترها میشود تا نویز های خارجی حذف شوند. بدین ترتیب مدار در بهترین حالت انرژی و برق قرار گرفته و تداخلی در کار ایجاد نخواهد شد و میتوان از این پاور سوئیچینگ همراه با اداپتور poe برای راه اندازی دوربین مداربسته استفاده کرد تا بهترین عملکرد را از دوربین داشته باشیم.

نحوه کار پاور سوئیچینگ به چه صورت است؟

به جایی رسیدیم که مطمعنن اغلب شما عزیزان تاکنون، درگیر آن بودید و سوالی که بسیار بهش فکر کردید. در این بخش قصد داریم تا نحوه کارکردن این وسیله را به شما عزیزان شرح دهیم.

پاور سوئیچینگ به جای منبع تغذیه قدیمی AC به DC که نمونه های خطی و سنتی بودند، مورد استفاده قرار میگیرد. این تغییر در استفاده از منابع تغذیه منجر به کاهش شدید هدر رفت انرژی شده است بدین گونه که تولید گرما، استفاده از توان را کم کرده و با توجه به اندازه کوچکشان، در وزن و اندازه مدار نیز تغیراتی به وجود آورده اند.

پاور سوئیچینگ ها برخلاف رگولاتور های خطی قدیمی، وظایف بیشتری را نیز انجام میدهند. در گذشته، رگولاتور های قدیمی تنها توان تنظیم ولتاژ را به صورت کاهنده داشتند بدین صورت که تنها ولتاژ بالا را کم میکردند تا دستگاه قابل استفاده شود. اما پاور سوئیچینگ ها، میتوانند هم کاهنده، افزاینده و یا وارونگر پلاریته ولتاژ ورودی باشند. این مدارها به ترتیب با نام های مدار سوئیچینگ باک (Buck)، مدار سوئیچینگ بوست (Boost) و باک بوست (Buck-Boost) شناخته میشوند که به ترتیب وظیفه کاهنده، افزاینده و وارونگر پلاریته ولتآژ ورودی را دارا میباشند. تنها تفاوت این مدارها در مکان قرار گرفتن سوئیچ، سلف و خازن خروجی در مدار میباشد.

نحوه کار منبع تغذیه سوییچینگ به این صورت است که برق ابتدا از ورودی برق وارد و بعد از فیوز و سپس ترمیستور عبور می‌کند. وظیفه‌ی ترمیستور جلوگیری از شوک‌ها و نوسانات ناگهانی برق است و در واقع ترمیستور برای اتصال نرم مورد استفاده قرار می‌گیرد. بعضی مدارها رزیستور دارند و این رزیستور بین فاز و نول، موازی با ورودی برق قرار می‌گیرد. وظیفه رزیستور کنترل میزان ولتاژ برق است به طوری که هنگام افزایش ناگهانی ولتاژ و یا وقوع صاعقه، اتصال کوتاه کرده و اجازه عبور برق به مدار را نداده و در نتیجه فیوز می‌سوزد. اگر پاور از برق کشیده شود، خازن‌ها هنوز شارژ دارند پس با لمس دو شاخه، دچار برق گرفتگی خواهیم شد.

بعد از لاین فیلتر، وارد رکتیفایر (یک سو کننده) شده و برق AC شهری را به DC تبدیل می‌کند. معمولا از دیودها برای یکسوسازی در مدار استفاده می‌شود. در مدار رکتیفایر دو عدد خازن بزرگ موجود است که فرکانس‌های اضافی برق DC را می‌گیرند و صاف می‌کنند و ولتاژ بالاتری تحویل می‌دهند. جریانی که دیودها یکسو کرده‌اند، جریان خالص نیست و تغییراتی به فرم ریپل سوار شده روی خروجی دارد که در اثر منبع متناوب به وجود آمده است.

نکته قابل توجه این است که سیگنالی که در پاور ساپلای در حال یکسوسازی است به شکل یک موج سینوسی AC با دامنه ماکزیمم و فرکانس ثابت باشد.
بعد از حذف فرکانس‌های اضافی، جریان وارد مدار استند بای می‌شود؛ این مدار ساختار بسیار پیچیده‌ای دارد، پس از تولید برق 5vdc و 10vdc، این ولتاژ وارد مادر بورد می‌شود.

سپس وارد فیلتر شده و تناوب آن کاهش یافته و تبدیل به ولتاژ DC می‌شود. مرحله نهایی عبور از یک تنظیم کننده ولتاژ یا رگولاتور است که بتوانند ولتاژ نهایی مد نظر را تحویل دهد. به این ترتیب این پاور ساپلای می‌تواند ورودی 120 ولت AC را به خروجی 10 ولت DC تبدیل کند.

منابع تغذیه سوئیچینگ یا پاور ساپلای ها، مصرف توان، تولید حرارت و وزن و ابعاد مدار را به مقدار قابل توجهی کاهش می‌دهند. همین ویژگی های مثبت باعث شده تا امروزه در کامپیوترها، تلویزیون ها، گوشی‌های تلفن همراه، شارژرها، درایورهای موتور DC و ….. به عنوان پاور الکترونیک استفاده وسیعی داشته باشند. در پاور ساپلای سوئیچینگ، المان کنترلی (ترانزیستور / ماسفت) با فرکانس بالایی مثلا 10 KHZ قطع و وصل می‌شود و دائماً فعال نیست. این ترانزیستور سوئیچینگ وقتی در وضعیت اشباع باشد با اختلاف ولتاژ نزدیک به صفر جریان را هدایت می‌کند و در حالتی که کاملا بسته است هیچ جریانی را از خود عبور نمی‌دهد. در نتیجه این ترانزیستور مانند یک سوئیچ ایده آل عمل می کند.

در این نوع از منبع تغذیه ها، به جای استفاده از اجزای مقاومتی از سلف، خازن و سوییچ استفاده میشود. این قطعات انرژی را انتقال می دهند و یا در خود ذخیره می کنند در نتیجه اتلاف انرژی به صورت گرما اتفاق نمی‌افتد.