منبع تغذیه سوئیچینگ کیست؟ توضیح بده.
منبع تغذیه سوئیچینگ نوعی منبع تغذیه است. یک رگولاتور خطی با تلف کردن توان اضافی به شکل حرارت قادر است ولتاژ یا جریان خروجی را تنظیم کند بنابراین حداکثر بازده توان آن برابر است با نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی. در یک منبع تغذیه سوییچینگ ولتاژ یا جریان از طریق سویچ کردن یک عنصر ذخیره‌کننده انرژی مثل سلف یا خازن تنظیم می‌شود. عناصر سوییچینگ ایده‌آل (مثل ترانزیستوری که در خارج از ناحیه فعال کار می‌کند) در حالت وصل، مقاومتی نداشته و در حالت قطع هم جریانی از آن‌ها عبور نمی‌کند بنابراین این دسته از منابع تغذیه به لحاظ نظری می‌توانند بازده ۱۰۰ درصد داشته باشند.(این یعنی اینکه تمامی توان ورودی به بار منتقل می‌شود و هیچ کسری از آن از طریق گرما هدر نمی‌رود).تاریخچه.۱۸۳۶.سیم پیچ های القایی از سوئیچ ها برای تولید ولتاژ بالا استفاده می کنند.۱۹۱۰.یک سیستم جرقه الکتریکی تخلیه القایی که توسط چارلز اف. کترینگ و شرکتش شرکت آزمایشگاه مهندسی دیتون دلکو(Delco) اختراع شده بود، برای کادیلاک تولید می شود.سیستم جرقه زنی Kettering یک نسخه سوئیچ مکانیکی از مبدل تقویت کننده فلای بک است که در آن ترانسفورماتور سیم پیچ جرقه زنی(کویل) می باشد . انواع این سیستم جرقه زنی تا دهه ۱۹۶۰ در تمام موتورهای احتراق داخلی غیر دیزلی مورد استفاده قرار گرفت، در این زمان ابتدا با نسخه های سوئیچ الکترونیکی حالت جامد و سپس سیستم های جرقه زنی تخلیه خازنی جایگزین شدند.۱۹۲۶.در ۲۳ ژوئن، مخترع بریتانیایی فیلیپ ری کورسی برای ثبت اختراع در کشور خود و ایالات متحده برای "کندانسور الکتریکی" خود درخواست داد. این حق اختراع در میان کاربردهای دیگر به جوشکاری با فرکانس بالا و کوره‌ها، اشاره می‌کند.۱۹۳۲.از رله های الکترومکانیکی برای تثبیت ولتاژ خروجی ژنراتورها استفاده می شود. رجوع کنید به تنظیم کننده ولتاژ۱۹۳۶.رادیوهای خودرو از ویبره‌های الکترومکانیکی برای تبدیل منبع باتری ۶ ولتی به ولتاژ B+ مناسب برای لوله‌های خلاء استفاده کردند.۱۹۵۹.ماسفت (ترانزیستور اثر میدانی فلز-اکسید-نیمه هادی) توسط محمد ام. آتالا و داون کاهنگ در آزمایشگاه‌های بل اختراع شد.ماسفت قدرت بعداً به پرکاربردترین قطعه نیم‌رسانای قدرت برای سوئیچینگ منابع تغذیه تبدیل شد.اختراع سیستم منبع تغذیه مبدل نوسان و یکسو کننده ترانزیستور در ایالات متحده توسط جوزف ای. مورفی و فرانسیس جی استارزک از شرکت جنرال موتورز ثبت شد. دهه ۱۹۶۰.کامپیوتر هدایت آپولو، که در اوایل دهه ۱۹۶۰ توسط آزمایشگاه ابزار ام آی تی برای ماموریت‌های جاه‌طلبانه ناسا در برنامه فضایی آپولو (۱۹۶۶-۱۹۷۲) توسعه یافت، دارای منابع تغذیه با حالت سوئیچینگ اولیه بود.۱۹۶۷.باب ویدلر از شرکت فرچایلد سمیکانداکتر آی سی تنظیم کننده ولتاژ μA723 را طراحی می کند. یکی از کاربردهای آن به عنوان تنظیم کننده حالت سوئیچینگ است.۱۹۷۰.تکترونیکس شروع به استفاده از منبع تغذیه با راندمان بالا در اسیلوسکوپ های سری ۷۰۰۰ خود می کند که از سال ۱۹۷۰ تا ۱۹۹۵ تولید می شدند.۱۹۷۲.HP-35، اولین ماشین حساب جیبی هیولت پاکارد، با منبع تغذیه سوئیچینگ ترانزیستوری برای دیودهای ساطع نور (ال‌ئی‌دی )، ساعت ها، تایمر، حافظه فقط خواندنی ROM و رجیسترها معرفی شده است.۱۹۷۳.زیراکس از منابع تغذیه سوئیچینگ در مینی کامپیوتر زیراکس آلتو استفاده می کند۱۹۷۶.رابرت مامانو، یکی از بنیانگذاران شرکت Silicon General Semiconductors، اولین مدار یکپارچه برای کنترل کننده SMPS، مدل SG1524 را توسعه داد.پس از یک سری ادغام و خرید (Linfinity، Symetricom، Microsemi)، این شرکت اکنون بخشی از فناوری شرکت مایکروچیپ است.۱۹۷۷.Apple II ( اپل ۲)با منبع تغذیه حالت سوئیچینگ طراحی شده بود. "راد هولت ... منبع تغذیه سوئیچینگی را ایجاد کرد که به ما امکان ساخت یک کامپیوتر بسیار سبک را می داد".۱۹۸۰.مولد سیگنال سنتز شده HP8662A با فرکانس ۱۰ کیلوهرتز – ۱.۲۸ گیگاهرتز با منبع تغذیه حالت سوئیچینگ عرضه شد.سازوکار.منابع تغذیه گوناگونی وجود دارند اما سازوکار تقریباً یکسانی دارند.واحد اندازه‌گیری.وات (Wat) اصلی‌ترین واحد سنجش کارکرد یک منبع تغذیه است. هر کدام از قطعات دیگر رایانه مقدار مشخصی از انرژی را مصرف می‌کنند و منبع تغذیه با استفاده از ترنسفورماتور، ولتاژهای مختلفی را برای اجزای مختلف تولید می‌کند. منابع تغذیه سوئچینگ از ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ ولت بنا به کاربردشان وجود دارند.فرم فاکتور.فرم فاکتور جنبه‌ای از طراحی سخت‌افزار است که اندازه، شکل و دیگر مشخصات فیزیکی قطعات به خصوص در لوازم الکترونیکی مصرفی و بسته‌بندی الکترونیکی را تعریف و تشریح می‌کند. منابع تغذیه در دو فرم فاکتور AT و ATX موجود هستند.اتصال الکتریکی.ایجاد تماس بین دو رسانا معمولاً با یک وسیلهٔ الکترو-مکانیکی است که برای اتصال پایانه‌های برقی و ایجاد یک مدار الکتریکی بین دستگاه‌ها از آن‌ها استفاده می‌شود. ابزار "اتصال الکتریکی" متشکل از جک یا فیش‌های سر نر و سر ماده است. منابع تغذیه سوئیچینگ برای سخت‌افزارهای مختلف درون کیس، اتصال‌دهنده (connector) های مختلفی دارند.انواع.منابع تغذیه در مدیریت کابل (Cable management) به سه دسته تقسیم می‌شوند:محافظت جریان زیاد.محافظت جریان زیاد (Overcurrent protection (OCP)) قابلیتی در منابع تغذیه نوین است که با بیشتر شدن جریان الکتریکی که ممکن است از طریق منبع تغذیه تمامی دستگاه‌های متصل به مادربرد آسیب ببینند، جلوگیری می‌کند. در صورتی که خروجی توان بالای غیرطبیعی شناسایی شود، منبع تغذیه سوئیچینگ آن را به عنوان یک اتصال کوتاه فرض می‌کند و قبل از آسیب دیدن خود را خاموش می‌کند.سوئیچ ولتاژ.سوئیچ ولتاژ دکمه‌ای معمولاً قرمز است که وظیفه تعیین ولتاژ ورودی را بر عهده دارد. این سوئیچ برای کشورهای قاره آمریکا بر روی ۱۱۰ ولت و برای کشورهای دیگر بر روی ۲۲۰ قرار می‌گیرد. تنظیم نامناسب این سوئیچ با ولتاژ ورودی باعث بروز مشکلات جدی در منبع تغذیه و سایر سخت‌افزارهای رایانه می‌شود.ریل.ریل عبارتی است که برای ولتاژ تولیدی توسط منبع تعذیه به‌کار می‌رود. منبع تغذیهٔ مجهز به چند ریل، احتمالاً دو یا چند سیستم برای ارائهٔ خروجی ۱۲ ولت دارد.انواع ریل‌ها:مزایا و معایب.مهمترین مزیت یک منبع تغذیه سوییچینگ بازدهی بالای آن است. از آنجایی که ترانزیستور سوییچینگ فقط در ناحیه قطع و اشباع کار می‌کند (در حالت قطع جریان عبوری از آن ناچیز بوده و در حالت اشباع هم افت ولتاژ روی آن کم است) بنابراین توان مصرفی آن ناچیز است که این سبب بالا رفتن بازده منبع تغذیه می‌گردد. سایر مزایای آن عبارتند از حجم و وزن کمتر (به دلیل حذف ترانسفورماتور فرکانس پایین که وزن بالایی دارد) و گرمای ایجاد شده کمتر (به دلیل بازده بالاتر). معایب آن عبارتند از پیچیدگی زیاد مدار و امکان تداخل الکترومغناطیسی و همچنین ایجاد موجک (ریپل) در فرکانس سوییچینگ و هارمونیک‌های آن.نوع ارزان قیمت این گونه منابع می‌تواند نویز الکتریکی حاصل از سوییچینگ را وارد شبکه برق شهری نماید که این سبب بروز تداخل با سایر دستگاه‌های صوتی و تصویری که به همان فاز وصل شده‌اند، می‌گردد. منابع تغذیه سوییچینگ فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند.مزایای منابع تغذیه سوئیچینگبه‌طور کلی می‌توان برخی از مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ را به صورت زیر تشریح کرد.در مقابل مزیت‌های بسیار منابع تغذیه سوئیچینگ، این نوع منابع تغذیه بر خلاف منابع تغذیه خطی، به دلیل فرکانس سوئیچینگ می‌توانند هارمونیک‌های زیادی را به وجود آورند و باعث تداخل فرکانسی شوند. اگر یک مدار حساس به تداخل فرکانسی دارید بهتر است از یک منبع تغذیه خطی استفاده کنید. اما اگر این منابع تغذیه نیاز مداری شما را برطرف نکند بهتر است برای مدار منبع تغذیه سوئیچینگ خود فیلترهای مناسب را در نظر بگیرید و باید ملاحظات High Speed PCB Design را در نظر گرفت تا سطح نویز و هارمونیک‌های مدار کاهش یاید. با استفاده از فیلترهای مناسب در مدارات تغذیه سوئیچینگ می‌توانید نویز ناشی از این منابع را تقریباً به صورت کامل حذف کنید.کاربرد منابع تغذیه سوئیچینگ در دوربین های مداربسته.منابع تغذیه سوئیچینگ (Switching Power Supplies) یکی از اجزای مهم در دوربین‌های مداربسته (CCTV) می‌باشند. این منابع تغذیه اهمیت زیادی در عملکرد دوربین‌های مداربسته دارند. در زیر کاربردهای اصلی منابع تغذیه سوئیچینگ در دوربین‌های مداربسته آورده شده است:استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ در دوربین‌های مداربسته بهبود عملکرد، پایداری و عمر مفید دستگاه را افزایش می‌دهد.انواع منبع تغذیه سوئیچینگ.منابع تغذیه سوئیچینگ (صنعتی) به‌طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:تفاوت‌های عمده این دو تغذیه در رنج متفاوت ولتاژ ورودی، حفاظت اتصال کوتاه به کار رفته در آن، چینش و نوع پایه‌های مورد استفاده و ساختار ظاهری آنها با هم است.در منبع تغذیه‌های ریلی معمولاً محدوده قابل قبول ولتاژ ورودی بسیار وسیع تر از منابع تغذیه کتابی است. به‌طور معمول در منابع تغذیه ریلی ولتاژ ورودی از ۱۰۰ ولت تا ۲۴۰ ولت بدون ایجاد مشکل در کارایی منبع می‌تواند تغییر کند اما محدوده ولتاژ ورودی منابع تغذیه کتابی برای حالت ۲۲۰ ولت تنها به اندازه ۳۳ ولت بالا و پایین‌تر از مقدار ۲۲۰ ولت می‌باشد.با اتصال کوتاه شدن خروجی یا ایجاد اضافه جریان در خروجی منابع تغذیه کتابی به کلی قطع شده و برای شروع مجدد نیاز به قطع برق از ورودی و اتصال مجدد آن به تغذیه است در حالی که در منابع ریلی پس از برطرف شدن اتصال کوتاه به‌طور اتومات به کار خود بازمی‌گردد. درون منابع کتابی یک سوئیچ یا کلید وجود دارد که در صورتی که با ولتاژ برق ورودی متناسب تنظیم نشده باشد می‌تواند باعث سوختن دستگاه شود یا خروجی نامناسبی داشته باشد.نکته حائز اهمیتی که باید به آن توجه داشت نحوه برگشتن از حالت‌های اضطرای به حالت عادی است. در منابع تغذیه کفی در صورت وجود حفاظت مورد نظر، پس از رفع شدن آن حالت اضطراری برای بازگشت به حالت عادی و نرمال باید برق ورودی دستگاه قطع شده و پس از چند ثانیه مجدداً برق ورودی وصل شود. به عنوان مثال وقتی که خروجی دستگاه اتصال کوتاه شود منابع تغذیه کف خواب (در صورت داشتن حفاظت اتصال کوتاه) خاموش می‌شود. پس از بر طرف شدن مشکل اتصال کوتاه برای بازگشت به حالت عادی باید ورودی منبع تغذیه قطع شده و مجدداً پس از چند ثانیه وصل گردد تا دستگاه روشن شود.اما در منابع تغذیه ریلی این فرایند به‌طور خودکار انجام می‌شود و پس از رفع شدن مشکل، دستگاه به صورت اتومات به مدار بازمی‌گردد.از آنجا که در منابع کتابی (کف خواب) ترمینال‌های ورودی برق شهر و خروجی کنار هم چیده شده‌است خطر اتصالی کوتاه ورودی و خروجی یا اشتباه در نصب و راه اندازی بیشتر است. اصولاً پیشنهاد می‌شود به منظور زیبایی و سادگی نصب و ایمنی بیشتر از منابع تغذیه‌ای استفاده کنید که ترمینال‌های ورودی از هم با فاصلهٔ مطمئنی قرار گرفته باشند. از نقطه نظر هزینه، قیمت منابع تغذیه ریلی بیشتر از منابع تغذیه کتابی است که این امر به نوبهٔ خود می‌تواند یک فاکتور مؤثر در انتخاب منبع تغذیه به حساب آید.در پایان اگر از تابلو برق برای راه انداز اتوماسیون برق صنعتی استفاده می‌کنید نصب منبع تغذیه روی ریل‌های تابلو می‌تواند حس زیباتری نسبت به منابع تغذیه کتابی به شما دهد.برای مقایسه بهتر این دو نوع منبع تغذیه، جدول زیر آورده شده‌است. توجه داشته باشید که مقایسه‌ها بین منابع تغذیه ریلی و کف خواب معتبر موجود در بازار صورت گرفته‌است.PFC فعال.PFC فعال موجب می شود تا توان واقعی ایجاد شود. برای مثال ممکن است منبع تغذیه سوئیچینگی که 500 وات است 450 وات استفاده کند اما با PFC فعال، دقیقا همان مقدار ذکر شده مصرف می شود.