در 2024/08/28 306

منبع تغذیه خطی

در دنیای الکترونیک ، منبع تغذیه دستگاه هایی هستند که اطمینان حاصل می کنند همه چیز به طور روان و صحیح اجرا می شود.در میان انواع مختلف موجود ، منبع تغذیه خطی برای تأمین جریان ثابت و قابل اعتماد برق با نویز بسیار کمی شناخته شده است.در این مقاله توضیح داده شده است که چگونه منبع تغذیه خطی کار می کند ، از چه قسمت هایی ساخته شده و از کجا مفید هستند.ما همچنین آنها را با سایر انواع منبع تغذیه مقایسه خواهیم کرد و به شما کمک می کنیم تا درک کنید که چرا آنها هنوز برای موقعیت های خاص انتخاب شده اند ، حتی اگر گزینه های جدیدتر و با انرژی بیشتری در دسترس باشند.

کاتالوگ

شکل 1: منبع تغذیه خطی

منبع تغذیه خطی چیست؟

منبع تغذیه خطی نوعی دستگاه قدرت است که با تنظیم مداوم مقاومت ، خروجی ولتاژ ثابت و مداوم را فراهم می کند.این روش از استفاده از سوئیچینگ سریع جلوگیری می کند ، و آن را برای ارائه انرژی تمیز و قابل اعتماد به دستگاه های مختلف الکترونیکی ساده تر و ایده آل تر می کند.

این فرآیند با یک سیستم بازخورد شروع می شود که دائماً ولتاژ خروجی را بررسی می کند.این ولتاژ با استفاده از یک تقویت کننده دیفرانسیل با یک ولتاژ مرجع تنظیم شده مقایسه می شود ، مدار که به اطمینان از صحت کمک می کند.اگر ولتاژ خروجی با مرجع متفاوت باشد ، تقویت کننده سیگنال برای اصلاح تفاوت ایجاد می کند.این سیگنال بخشی به نام عنصر عبور را کنترل می کند ، که می تواند یک ترانزیستور یا یک ترانزیستور اثر میدانی (FET) باشد.عنصر عبور مانند یک مقاومت متغیر کار می کند و مقاومت خود را تنظیم می کند تا ولتاژ را در سطح مناسب نگه دارد.

به عنوان مثال ، اگر ولتاژ ورودی افزایش یابد ، عنصر عبور مقاومت خود را افزایش می دهد تا از افزایش ولتاژ خروجی جلوگیری شود.از طرف دیگر ، اگر ولتاژ ورودی کاهش یابد ، عنصر عبور مقاومت خود را کاهش می دهد تا جریان بیشتری داشته باشد ، اطمینان حاصل می کند که ولتاژ خروجی پایدار می ماند.

این تنظیم مداوم تضمین می کند که منبع تغذیه ولتاژ ثابت را ارائه می دهد ، حتی اگر ولتاژ ورودی یا بار تغییر کند.سادگی منبع تغذیه خطی باعث قابل اعتماد بودن آن می شود و سر و صدای الکتریکی بسیار کمی ایجاد می کند ، که برای دستگاه هایی که به قدرت پایدار نیاز دارند مفید است.با این حال ، این نوع منبع تغذیه به طور کلی کارآمدتر است زیرا انرژی اضافی به صورت گرما آزاد می شود ، به این معنی که ممکن است به سیستم های خنک کننده بزرگتر احتیاج داشته باشد و از انرژی بیشتری استفاده کند.

اجزای منبع تغذیه خطی

شکل 2: اجزای منبع تغذیه خطی

ترانسفورماتور ورودی منبع تغذیه

در منبع تغذیه خطی ، ترانسفورماتور اولین مؤلفه ای است که با قدرت AC از شبکه ارتباط برقرار می کند.کار اصلی آن این است که ولتاژ را تغییر دهید بسته به نیاز دستگاه ، به سطحی مناسب برای دستگاه ، یا با پایین آوردن آن (که رایج تر است) یا افزایش آن است.ترانسفورماتور همچنین با جدا کردن منبع تغذیه از شبکه ، محافظت از خطرات الکتریکی را کاهش می دهد.در کاربردهای با قدرت بالاتر ، ترانسفورماتور می تواند بسیار بزرگ باشد ، که اندازه و وزن کلی منبع تغذیه را افزایش می دهد.بسته به نحوه طراحی منبع تغذیه ، ترانسفورماتور می تواند داشته باشد یک یا چند سیم پیچ ثانویه برای تولید ولتاژهای مختلف خروجی.

یکسو کننده

هنگامی که ترانسفورماتور ولتاژ را تنظیم کرد ، قدرت AC باید به قدرت DC تبدیل شود ، که توسط یکسو کننده انجام می شود.یکسو کننده بخش مهمی از منبع تغذیه است و در تنظیمات مختلف قرار می گیرد. اصلاح نیمه موج از یک دیود واحد برای تبدیل تنها نیمی از چرخه AC به DC استفاده می کند ، و آن را کمتر کارآمد می کند و نوسانات بیشتری را در خروجی ایجاد می کند ، که صاف کردن آن سخت تر است. اصلاح کامل موج کارآمدتر است و از هر دو نیمه چرخه AC استفاده می کند.این کار را می توان با یک ترانسفورماتور با ضربه مرکزی و دو دیود یا با تنظیم یکسو کننده پل که از چهار دیود استفاده می کند ، انجام داد.یکسو کننده پل بیشتر در طرح های مدرن مورد استفاده قرار می گیرد زیرا کارآمدتر است.یکسو کننده های مدرن معمولاً استفاده می کنند دیودهای نیمه هادی مانند دیودهای اتصال PN یا دیودهای شوتکی.دیودهای شوتکی اغلب انتخاب می شوند زیرا هنگام عبور جریان از طریق آنها ولتاژ کمتری را از دست می دهند ، که باعث می شود آنها کارآمدتر شوند ، اگرچه ممکن است اجازه دهد برخی از جریان ها نشت کنند و قبل از تجزیه آستانه ولتاژ کمتری داشته باشند.

خازن

پس از تبدیل یکسو کننده AC به DC ، خروجی کاملاً صاف نیست و حاوی نوسانات ولتاژ است که برای اکثر مدارهای الکترونیکی مطلوب نیست.خازن صاف کننده کمک می کند حتی از این نوسانات خارج شوید با شارژ در طول نقاط مرتفع شکل موج اصلاح شده و انتشار بار در هنگام افت شکل موج.این کمک می کند ولتاژ DC را ثابت تر نگه داریدبشراگرچه خازن نوسانات را به شدت کاهش می دهد ، اما آنها را به طور کامل از بین نمی برد.توانایی خازن در کاهش این نوسانات بستگی به اندازه آن و میزان جریان بار مورد نیاز دارد.

تنظیم کننده ولتاژ

تنظیم کننده ولتاژ مؤلفه اصلی منبع تغذیه خطی است و اطمینان حاصل می کند که ولتاژ خروجی حتی اگر ولتاژ ورودی یا بار تغییر کند ، پایدار می ماند.دو نوع اصلی تنظیم کننده خطی وجود دارد: تنظیم کننده شنت و تنظیم کننده سریبشر

تنظیم کننده شنت کمتر متداول است و با قرار دادن یک مؤلفه متغیر در سراسر بار ، که جریان اضافی را برای نگه داشتن ولتاژ خروجی جذب می کند ، کار می کند.این نوع تنظیم کننده در صورت نیاز به کنترل دقیق ولتاژ استفاده می شود ، حتی اگر ممکن است خیلی کارآمد نباشد.با توجه به راندمان پایین تر ، معمولاً فقط در شرایط خاص استفاده می شود.

تنظیم کننده سری پرکاربردترین نوع تنظیم کننده خطی است.در این تنظیم ، یک مقاومت متغیر به صورت سری با بار قرار می گیرد و مدار کنترل مقاومت را برای حفظ ولتاژ خروجی مورد نظر تنظیم می کند.سادگی و اثربخشی تنظیم کننده سری ، آن را برای بسیاری از طرح های منبع تغذیه خطی به یک انتخاب محبوب تبدیل می کند.این کنترل ولتاژ خوب را با طراحی نسبتاً ساده فراهم می کند و آن را برای طیف گسترده ای از کاربردها مناسب می کند.

مزایا و مضرات منبع تغذیه خطی

مزایا

منبع تغذیه خطی مزایای مختلفی دارد ، به خصوص در شرایطی که پایداری و عملکرد آرام لازم است.یکی از اصلی ترین مزایا این است که آنها ایجاد می کنند سر و صدای بسیار کمیبشربر خلاف منبع تغذیه سوئیچینگ که جریان را به سرعت روشن و خاموش می کند ، منبع تغذیه خطی جریان را به طور پیوسته جریان می دهد.این عدم تعویض سریع به این معنی است که آنها تداخل الکترومغناطیسی زیادی ایجاد نمی کنند ، و آنها را به انتخاب خوبی برای دستگاه های الکترونیکی ظریف مانند سیستم های صوتی ، تجهیزات پزشکی و ابزاری که نیاز به اندازه گیری دقیق دارند ، تبدیل می کند.

فایده دیگر آنهاست عملکرد قابل اعتمادبشرمنبع تغذیه خطی برای مدت طولانی است و فناوری آنها کاملاً شناخته شده و قابل اعتماد است.از آنجا که سالهاست که از آنها استفاده می شود ، عملکرد آنها سازگار و درک خوبی است.مهندسان و طراحان می توانند برای کار مداوم روی این وسایل حساب کنند ، که در شرایطی که قابلیت اطمینان یک ضرورت باشد بسیار مفید است.

معایب

با این حال ، منبع تغذیه خطی دارای اشکالاتی است ، عمدتاً وقتی صحبت از میزان استفاده از انرژی و اندازه آنها می شود.یکی از بزرگترین اشکالات آنهاست بازده کمبشراین منابع معمولاً فقط حدود 50 ٪ از انرژی ورودی را به طور مؤثر استفاده می کنند ، و نیمی از آن هدر می رود ، معمولاً به عنوان گرما.این راندمان پایین اتفاق می افتد زیرا عرضه با خلاص شدن از انرژی اضافی ، ولتاژ را کنترل می کند ، که انرژی زیادی را هدر می دهد.

این انرژی هدر رفته منجر به مشکل دیگری می شود: تولید گرما بشرانرژی مورد استفاده ، گرما را ایجاد می کند ، که باید برای حفظ منبع تغذیه و دستگاه های متصل از آسیب دیده باشد.این اغلب به معنای اضافه کردن قطعات اضافی مانند سینک های گرما یا فن های خنک کننده است که می تواند طراحی را پیچیده تر کند و هزینه ها را افزایش دهد.

در آخر ، منبع تغذیه خطی است بزرگتر و سنگین تر از تعویض منبع تغذیه.آنها برای کاهش ولتاژ و قطعات اضافی برای مدیریت گرما به ترانسفورماتورهای بزرگ احتیاج دارند و این منبع تغذیه را حجیم می کند.این می تواند یک نقطه ضعف بزرگ در شرایطی باشد که فضا و وزن مهم هستند ، مانند دستگاه های قابل حمل یا جمع و جور.

کاربردهای منبع تغذیه خطی

شکل 3: برنامه های منبع تغذیه خطی

منبع تغذیه خطی ، در حالی که به اندازه همتایان سوئیچینگ آنها کارآمد نیست ، اغلب برای موقعیت های خاص انتخاب می شوند که در آن یک منبع تغذیه پایدار و بدون سر و صدا ضروری است.این منبع تغذیه به ویژه در محیط هایی که به قدرت پایدار و تمیز نیاز است بدون اختلال در منبع تغذیه سوئیچینگ مفید است.

در تجهیزات صوتی و تصویری ، منبع تغذیه خطی برای تقویت کننده های صوتی با کیفیت بالا و دستگاه های صوتی حساس بسیار مفید است.آنها یک ولتاژ صاف و پایدار را ارائه می دهند ، که برای حفظ کیفیت صدا مهم است.تعویض منبع تغذیه گاهی اوقات می تواند سر و صدای و سنبله هایی را که ممکن است در سیگنال های صوتی دخالت کند ، معرفی کند و منجر به تحریف صدا یا تداخل ناخواسته شود.به همین دلیل ، منبع تغذیه خطی در سیستم های صوتی با کیفیت بالا ترجیح داده می شود که در آن مهم است که کیفیت صدا را خالص و واضح نگه دارید.

در تجهیزات آزمایشگاهی ، داشتن قدرت مداوم و دقیق بسیار مهم است.دستگاه هایی مانند منبع تغذیه آزمایشگاهی ، که برای تهیه خروجی ولتاژ ثابت و دقیق استفاده می شوند ، اغلب به تنظیم خطی متکی هستند.ثبات ارائه شده توسط منبع تغذیه خطی تضمین می کند که ولتاژ سازگار است ، که در محیط های آزمایشی و آزمایشی بسیار مهم است که حتی تغییرات کوچک نیز می تواند منجر به نتایج نادرست شود.این منبع تغذیه برای ارائه انرژی تمیز و بدون سر و صدا طراحی شده است که برای اندازه گیری ها و آزمایش های حساس که نیاز به دقت بالایی دارند ، مورد نیاز است.

منبع تغذیه خطی برای ارائه ولتاژ مداوم با حداقل نویز طراحی شده است ، و آنها را برای موقعیت هایی که کیفیت برق به طور مستقیم بر نحوه عملکرد یک دستگاه تأثیر می گذارد ، مناسب می کند.در حالی که ممکن است آنها به اندازه انرژی سوئیچینگ کارآمد نباشند ، توانایی آنها در تأمین قدرت پایدار و تمیز باعث می شود که آنها در برنامه های خاص و حساس به نویز مفید باشند.استفاده از آنها در تجهیزات صوتی و تصویری و آزمایشگاهی نشان می دهد که چگونه کیفیت قدرت نقش مهمی در حفظ عملکرد و صحت در این تنظیمات دارد.

مقایسه با سایر انواع منبع تغذیه

از منبع تغذیه خطی برای تغییر انرژی الکتریکی از یک شکل به شکل دیگر استفاده می شود و معمولاً جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کند.انواع مختلفی از منبع تغذیه وجود دارد که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند:

شکل 4: منبع تغذیه خطی کنترل نشده

منبع تغذیه خطی تنظیم نشده اساسی ترین نوع است.آنها AC را به DC تبدیل می کنند اما هیچ ویژگی اضافی برای ثابت نگه داشتن ولتاژ ندارند.این بدان معناست که اگر ولتاژ ورودی تغییر کند یا اینکه مقدار انرژی مورد استفاده (بار) تغییر می کند ، ولتاژ خروجی می تواند تغییر کند.اگر ولتاژ ورودی بالا برود ، ولتاژ خروجی نیز بالا می رود و در صورت افزایش بار ، ولتاژ خروجی ممکن است کاهش یابد.به همین دلیل ، این منبع تغذیه برای دستگاه هایی که به ولتاژ پایدار نیاز دارند برای کار صحیح ایده آل نیستند.

شکل 5: منبع تغذیه فراری

منبع تغذیه Ferroresonant از یک تکنیک ویژه شامل میدان های مغناطیسی برای ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی استفاده می کند.آنها این کار را با ترکیبی از ترانسفورماتور و یک مدار رزونانس انجام می دهند.خصوصیات مغناطیسی ترانسفورماتور به حفظ ولتاژ خروجی پایدار کمک می کند ، حتی اگر ولتاژ ورودی یا بار تغییر کند.این منبع تغذیه همچنین از محافظت داخلی در برابر سنبله های ناگهانی برق برخوردار است ، که باعث می شود آنها در مکانهایی که منبع تغذیه پایدار نیست ، قابل اعتماد باشد.با این حال ، آنها معمولاً بزرگ و سنگین هستند که می تواند در شرایطی که اندازه و وزن اهمیت دارد ، یک اشکال باشد.

شکل 6: منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS)

منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMP) به گونه ای طراحی شده است که از منبع تغذیه خطی کارآمدتر باشد.آنها با تغییر سریع قدرت ورودی با استفاده از سوئیچ های الکترونیکی مانند ترانزیستورها کار می کنند.این روش به آنها اجازه می دهد تا قدرت را با کارآمدتر تبدیل کنند ، به این معنی که آنها گرمای کمتری تولید می کنند و می توانند کوچکتر و سبک تر شوند.با این حال ، به دلیل سوئیچینگ با سرعت بالا ، SMP ها می توانند سر و صدای الکتریکی ایجاد کنند که ممکن است در سایر دستگاه های الکترونیکی در این نزدیکی تداخل داشته باشد.SMP ها همچنین از نظر طراحی پیچیده تر هستند و در صورت بروز مشکلی ، رفع آن سخت تر است.

پایان

منبع تغذیه خطی هنوز در شرایطی انتخاب می شود که منبع تغذیه ثابت و بدون سر و صدا بسیار مورد نیاز باشد.طراحی ساده و عملکرد قابل اعتماد آنها را در مناطقی مانند تجهیزات صوتی و آزمایش آزمایشگاه مورد علاقه قرار می دهد.با این حال ، آنها از نظر بهره وری انرژی و اندازه تجارت دارند ، بنابراین مهم است که در مورد آنچه از آنها استفاده می کنید فکر کنید.هنگامی که ما منبع تغذیه خطی را با انواع دیگر مقایسه می کنیم ، مشخص می شود که ، اگرچه ممکن است همیشه بیشترین گزینه صرفه جویی در مصرف انرژی نباشند ، توانایی آنها در ارائه قدرت تمیز و مداوم به معنای این است که آنها هنوز هم در دنیای فناوری امروز مفید هستند.با درک این اختلافات ، می توانید هنگام انتخاب منبع تغذیه مناسب برای نیازهای خاص خود تصمیمات بهتری بگیرید.

سوالات متداول [سؤالات متداول]

1. از منبع تغذیه خطی استفاده می شود؟

از منبع تغذیه خطی معمولاً در محیط هایی استفاده می شود که قدرت پایدار و کم نوسان بسیار مورد نیاز است.این شامل تجهیزات صوتی با کیفیت بالا ، وسایل پزشکی ، ابزارهای آزمایشگاهی و ابزارهای اندازه گیری دقیق است که حتی سر و صدای الکتریکی کوچک نیز می تواند در عملکرد یا صحت تجهیزات تداخل داشته باشد.

2. بهره وری از منبع تغذیه خطی چیست؟

بهره وری از منبع تغذیه خطی به طور کلی کم است ، اغلب در حدود 50 ٪ یا کمتر.این امر به این دلیل است که منبع تغذیه با از بین بردن انرژی اضافی به عنوان گرما ، ولتاژ را تنظیم می کند ، که منجر به از بین رفتن انرژی قابل توجهی می شود.

3. مزایا و مضرات منبع تغذیه خطی چیست؟

مهمترین مزیت منبع تغذیه خطی توانایی آن در تأمین انرژی تمیز ، پایدار و کم نویز است که برای الکترونیک حساس ایده آل است.این معایب شامل راندمان پایین ، اندازه بزرگ به دلیل نیاز به اتلاف گرما و انرژی اضافی به عنوان گرما هدر می رود.

4- مضرات تنظیم کننده ولتاژ خطی چیست؟

مضرات تنظیم کننده ولتاژ خطی شامل راندمان کم است ، زیرا قدرت زیادی را به عنوان گرما و عدم توانایی آن در افزایش ولتاژ هدر می دهد ، به این معنی که فقط می تواند ولتاژ را از سطح ورودی کاهش دهد.علاوه بر این ، آنها می توانند برای مدیریت گرمای تولید شده به سینک های گرمای بزرگ یا سیستم های خنک کننده نیاز داشته باشند و آنها را حجیم می کند.

5- کارآمدترین نوع منبع تغذیه چیست؟

کارآمدترین نوع منبع تغذیه منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) است.از تعویض فرکانس بالا برای تبدیل قدرت با حداقل از بین رفتن انرژی استفاده می کند ، و در نتیجه راندمان بسیار بالاتری در مقایسه با منبع تغذیه خطی ایجاد می شود.