منبع تغذیه خطی (Linear Power Supply) و منبع تغذیه سوئیچینگ (Switching Power Supply) دو نوع رایج از منابع تغذیه هستند که برای تأمین ولتاژ DC استفاده می ‌شوند. هر کدام از این منابع مزایا و معایب خاص خود را دارند و انتخاب بین آن‌ها به نوع کاربرد، راندمان، هزینه و میزان نویز قابل قبول بستگی دارد. در مقاله “منبع تغذیه خطی چیست و چگونه کار می کند؟“ با انواع منابع تغذیه خطی و نحوه عملکرد آنها آشنا شدیم.

در این مقاله بررسی می کنیم هر کدام از منابع تغذیه خطی و سوئیچینگ چه تفاوت ها و ویژگی هایی دارند، تا شناخت درستی نسبت آنها پیدا کنیم.

تفاوت منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ

تفاوت منبع تغذیه سوئیچینگ و خطی را می توان از جهات مختلف مورد بررسی قرار داد:

 نحوه عملکرد

اولین تفاوت منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ اصول کلی نحوه تبدیل سطح ولتاژ در آنها می باشد.

در منابع تغذیه خطی، نحوه عملکرد تقریبا ساده است. به این صورت که در ابتدا با استفاده از ترانسفورماتور و یا خازن سری، میزان سطح ولتاژ متناوب ورودی کاهش پیدا می کند. در ادامه با استفاده از دیودهای یکسوساز و فیلترهای خازنی مناسب، ولتاژ DC ساخته خواهد شد. حال در ادامه می توان با استفاده از رگولاتور، سطوح مختلفی از ولتاژ مورد نیاز را ساخت.

در شکل ۱ بلوک دیاگرام منبع تغذیه خطی مبتنی بر ترانس آورده شده است.

شکل۱. بلوک دیاگرام منبع تغذیه خطی مبتنی بر ترانس

منابع تغذیه سوئیچینگ ساختاری پیچیده تر دارند و نحوه عملکرد آنها کاملا متفاوت از نمونه های خطی است. در این منابع تغذیه که بلوک دیاگرام ساده آن را در شکل ۲ مشاهده می کنید، عنصر سوئیچینگ با فرکانس بالا و همچنین فیدبک و قابلیت کنترل سطح ولتاژ خروجی دو قابلیت بسیار مهم هستند که در منابع تغذیه خطی وجود ندارند. همین تفاوت در ساختار و نحوه عملکرد، باعث ایجاد تفاوت های اساسی مابین این دو منبع تغذیه شده است.

شکل۲. بلوک دیاگرام ساده منبع تغذیه سوئیچینگ

بازدهی

دومین تفاومت منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ مربوط به بازدهی آنها می باشد. منابع تغذیه خطی به دلیل اینکه با اتلاف توان اضافی ولتاژ خروجی را رگوله و تنظیم می کنند، بازدهی پایین در حدود ۳۰-۵۰ درصد دارند.

در مقابل، منابع تغذیه سوئیچینگ بازده بالاتری دارند (حدود ۸۰-۹۵ درصد) و بهینه تر عمل می کنند. بنابراین در کاربردهایی که مصرف انرژی اهمیت دارد، منبع تغذیه سوئیچینگ انتخاب مناسب تری است.

ابعاد و وزن

در منابع تغذیه خطی، به دلیل اتلاف توان بالایی که اتفاق می افتد، استفاده از هیت سینک برای دفع حرارت، مخصوصا در جریان های بالا، لازم و ضروری است. در نتیجه این منابع تغذیه به دلیل استفاده از ترانسفورماتور بزرگ و هیت سینک، ابعاد و وزن بالایی دارند.

در مقابل، منابع تغذیه سوئیچینگ به دلیل حذف هیت سینک های بزرگ و استفاده از قطعات الکترونیکی فرکانس بالا، کوچکتر و سبک تر هستند.

نویز

نویز در منابع تغذیه خطی کمتر است زیرا فرکانس کاری آنها پایین و در واقع فرکانس ۵۰ هرتز برق شهر است. اما منابع تغذیه سوئیچینگ به دلیل استفاده از فرکانس های بالا در حدود ۵۰ تا ۲۰۰ کیلو هرتز، نویز بیشتری ایجاد می کنند که می تواند بر عملکرد برخی مدارات حساس تأثیر بگذارد.

شکل۳. نمونه از وجود نویز در ولتاژ خروجی منابع تغذیه سوئیچینگ

پیچیدگی مدار

مدار منبع تغذیه خطی ساده تر است زیرا شامل ترانسفورماتور، یکسوساز، فیلتر و رگولاتور ولتاژ است. اما منابع تغذیه سوئیچینگ مدار پیچیده تری دارند که شامل مدارهای کنترلی، ترانزیستورهای سوئیچینگ و فیلترهای نویزگیر می شود.

شکل۴. نمونه ای از منبع تغذیه خطی

شکل۵. نمونه ای از منبع تغذیه سوئیچینگ

منابع تغذیه سوئیچینگ را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:

1. مبدل بوست (Boost Converter) که یک مبدل افزاینده است. یعنی سطح ولتاژ خروجی آن از سطح ولتاژ ورودی بالاتر است.
2. مبدل باک (Buck Converter)که یک مبدل کاهنده است. یعنی سطح ولتاژ خروجی آن از سطح ولتاژ ورودی پایین تر است.
3. مبدل باک-بوست (Buck-Boost Converter)که توانایی تولید ولتاژ بالاتر یا پایین تر از سطح ولتاژ ورودی را دارد.
4. توپولوژی های Flyback و Forward که از نمونه های پرکاربرد برای تولید سطح ولتاژها مختلف هستند و در منابع تغذیه صنعتی، شارژرها و آداپتورها مورد استفاده قرار می گیرند.

هزینه

برای ساخت منبع تغذیه در توان های پایین در حدود ۱۰ تا ۲۰ وات، به کارگیری منبع تغذیه خطی هزینه کمتری نسبت به منبع تغذیه سوئیچینگ دارد. در حالی که برای توان های بالاتر از این محدوده معمولا استفاده از منبع تغذیه سوئیچینگ به صرفه تر است.

استفاده در مدارات حساس

در مداراتی که نیاز به نویز کم، پایداری بالا و عملکرد دقیق دارند، مانند تجهیزات پزشکی، اندازه گیری دقیق و ابزارهای صوتی، منابع تغذیه خطی مناسب تر هستند. اما در کاربردهای صنعتی، رایانه ها و تجهیزات ارتباطی که بازده بالا و اندازه کوچک مهم است، منابع تغذیه سوئیچینگ ارجحیت دارند.

نتیجه گیری

در این مقاله ویژگی های منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ را بررسی کردیم و از جهات مختلف با هم مقایسه کردیم. بنابراین برای انتخاب بین منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ، در ابتدا باید نیازهای پروژه خود را بشناسید. سپس با در نظر گرفتن مزایا و معایب هر یک، منبع تغذیه مناسب را انتخاب کنید.

حال با توجه به جدول ۱ به این سوال پاسخ دهید؛ منبع تغذیه خطی یا سوئیچینگ؟ کدام بهتر است؟

جدول۱. مقایسه منبع تغذیه سوئیچینگ با خطی

امیدواریم این آموزش اطلاعات مناسبی را در اختیار شما قرار داده باشد. با ارائه نظرات، پیشنهادات و انتقادات خود ما را در هرچه بهتر شدن ارائه مطالب یاری کنید.