منبع تغذیه خطی

کسانی که در رشته‌ی الکترونیک مشغول به کار هستند، از اهمیت بسیار زیاد دستگاه منبع تغذیه به خوبی آگاه هستند. 

همچنین منبع تغذیه به واحدی گفته می شود که می تواند انرژی الکتریکی لازمه یک سیستم الکتریکی را تامین کند. منبع تغذیه وسیله ای است که برای تامین انرژی دستگاه ها و مصرف کننده های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی منبع تغذیه، رایج ترین ابزار تولید انرژی الکتریکی است. 

مدار منبع تغذیه خطی بسیار ساده است. اما به علت استفاده از ترانس گرمای بیشتری تولید می کند و همچنین دارای وزن سنگینی می باشد. به این نوع منبع تغذیه، منبع تغذیه ی ترانسی نیز می گویند.

در ادامه درباره ی تفاوت و انواع منبع تغذیه و همچنین مقایسه ی منبع تغذیه خطی (ترانسی) و سویچینگ و راهنمای خرید این دستگاه توضیح می دهیم.

انواع منبع تغذیه

همانطور که در بالا توضیح دادیم رایج ترین ابزار تولید انرژی الکتریکی، منبع تغذیه است که انواع مختلفی دارد. این دستگاه به شکل کلی به دو دسته‌ی آنالوگ و دیجیتال دسته بندی و به دو شکل منبع تغذیه آزمایشگاهی متغیر و منبع تغذیه با خروجی ثابت ارائه می‌شوند.انواع منبع تغذیه به لحاظ نوع ولتاژ خروجی به منبع تغذیه DC و AC تقسیم می شوند.

هنگام خرید منبع تغذیه سوئیچینگ یا منبع تغذیه ی خطی یا ترانسی، ممکن است بپرسید آیا منبع تغذیه سوئیچینگ بهتر است یا  منبع تغذیه ی خطی؟

این منابع تغذیه را می‌توان در کاربردهای گوناگون طبقه بندی کرد و در بازه وسیعی از کاربردهای خانگی، برق صنعتی و آزمایشگاهی از آن استفاده کرد.

کاربری منبع تغذیه ی خطی در صنایع

 منبع تغذیه ی خطی در آزمایشگاه های آموزشی و تحقیقاتی مخصوصا دانشگاهی، صنعت نور و لیزر و سیستم فتوولتاییک کاربرد های فراوانی دارد.

انواع مدل های منبع تغذیه ی خطی

منبع تغذیه خطی به دو دسته تقسیم می شود: منبع تغذیه تک کانال و منبع تغذیه دوبل.

 منبع تغذیه دوبل :

 این مدل منبع تغذیه دارای ۱ کانال خروجی ثابت همراه با ولتاژ و جریان ثابت و ۲ کانال متغیر با ولتاژ و جریان متغیر به شکل بازه ای به عنوان مثال جریان ۰تا ۳ آمپر و ولتاژ ۰ تا ۳۰ ولت می باشد. مزیت اصلی این نوع منبع تغذیه، امکان اجرای عمل ترکینگ با استفاده از ۲ کانال متغیر می باشد. به این صورت که در منبع تغذیه دوبل اگر به جریان بالاتر نیاز داشته باشیم دو کانال متغیر را با هم موازی کرده و در صورتی که به ولتاژ بالاتر احتیاج داشته باشیم آن کانال ها را سری می کنیم. قیمت منبع تغذیه مورد نظر از مدل تک کانال با توجه به مزایایی که دارد قطعا بالاتر می باشد.

منبع تغذیه خطی بهتر است یا منبع تغذیه سوئیچینگ؟

منبع تغذیه خطی که به طور سنتی از قدیم تولید و هم اکنون نیز در مدل هایی مدرن روانه بازار شده اند اخیرا در برابر رقیبی با نام منابع تغذیه سوئیچینگ قرار گرفته اند که انقلاب بزرگی در منابع تغذیه ایجاد کرده اند.منابع سوئیچینگ به مراتب دارای توان بالاتر،وزن کمتر، هزینه و قیمت مناسب تر نسبت به منابع خطی یا همان منبع تغذیه ی ترانسی هستند که این مزایا موجب شده که در بسیاری از صنایع از این نوع منابع بیشتر از منبع تغذیه خطی استفاده شود.

منبع تغذیه خطی به علت وجود ترانسفورماتور کاهش دهنده در ورودی سیستم و هیت سینک هایی بزرگ برای خنک کردن ترانزیستورهای قدرت به مراتب دارای وزن زیاد و حجم بالایی می باشند.این در حالیست که مدل های سوئیچینگ عموما بر مبنای مدولاسیون پهنای پالس یا همان PWM ساخته می شوند که دیگر احتیاجی به هیت سینک و ترانس بیش از حد بزرگ را  ندارند.

همین مزیت منابع سوئیچینگ باعث شده که در توان های بالا از این منابع به جای منبع تغذیه خطی استفاده شود.اما منابع خطی  نیز مزایایی نسبت به سوئیچینگ ها دارند که مهمترین مزیت آنها عدم انتشار نویز می باشد.

منابع سوئیچینگ دارای انتشار نویز و اختلال در عملکرد سایر وسایل جانبی می باشند که منابع خطی در این قسمت  برتر از مدل های سوئیچینگ می باشند.همچنین به دلیل طراحی ساده  آنها در موارد خرابی رفع عیب این مدل ها راحت تر از مدل های سوئیچینگ است.عموما در منابع خطی از قطعات قابل دسترس تر و ساده تر استفاده می شود که این امر عمل تعمیر این منابع را راحت تر می سازد.چوک یا همان ترانسفورماتورهای منابع سوئیچینگ بسیار خاص بوده و در اغلب مواقع فقط در اختیار سازنده دستگاه است و در بازار به سختی یافت می شوند.همچنین سوئیچ اصلی که بار اکثر کار بر دوش آن است بسیار کمیاب و گران قیمت است.مزایای ذکر شده منبع تغذیه خطی موجب این شده که همچنان به طور گسترده ای از این منابع در کنار منابع سوئیچینگ استفاده شود.

مزایا و معایب منبع تغذیه خطی 

همانطور که بالاتر به آن اشاره شد، منبع تغذیه خطی یا منبع تغذیه ترانسی، نوعی از منابع تغذیه است که با استفاده از ترانس ابتدا ولتاژ 220 ولت برق شهر را به سطوح ولتاژی پایین تر و با استفاده از مدارهای الکترونیکی ولتاژ AC را به DC تبدیل می کند و در نهایت ولتاژ خروجی جهت استفاده تثبیت یا رگولاسیون می شود. از بزرگترین و مهم ترین مزایای این نوع از منابع می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نویز بسیار کم
• پاسخ گذرای بسیار سریع
• هزینه منطقی برای توان های کمتر از 400W وات

معایب این نوع دستگاه:

• هزینه بالا برای توان های بیشتر از 400 وات
•  وزن زیاد به همراه سایز بزرگ به علت وجود ترانس
• بازدهی پایین معمولا بین 40 تا 60 درصد

کاربرد منبع تغذیه خطی

منبع تغذیه خطی یک  منبع تغذیه (PSU) است که شامل هیچ گونه اجزای سوئیچینگ یا دیجیتال نمی باشد. منبع تغذیه خطی برخی ویژگی های برجسته در مقایسه با منبع تغذیه ی سوئیچینگ مثل سادگی و استحکام، نویز و ریپل بسیار کم، ایمنی از نویز ناشی از شبکه، سهولت طراحی و تعمیر دارد. آن ها همچنین می توانند ولتاژ بسیار بالا (هزاران ولت) و ولتاژ بسیار پایین (کمتر از 1 ولت) تولید نمایند. آن ها به سادگی می توانند چندین ولتاژ خروجی تولید نمایند. از طرفی دیگر، اندازه آن ها بزرگ و دارای وزن سنگینی می باشند و گرمای بیشتری احتیاج دارند. منابع تغذیه خطی برای چندین دهه پیش از ظهور نیمه هادی ها وجود داشته اند.

همچنین میزان منبع تغذیه های خطی را می توان تعیین کرد، برای مثال ممکن است یک منبع تغذیه 5 ولت برای یک مدار منطقی یا چندین منبع ثابت (5+,12+ یا 12- ولت) برای یک PC احتیاج داشته باشید. می خواهید از منبع تغذیه متغیر در یک منبع تغذیه آزمایشگاهی رومیزی استفاده نمایید. علاوه بر یک منبع، می توانید از دو منبع استفاده نمایید، به طور مثال برای مدار های op-amp از 15± ولت و همچنین برای تجهیزات ردیابی دو واحدی که به یکدیگر قفل شده اند.

در پایین چند نمونه از منابع مورد استفاده آورده شده است:

• ±15 ولت مدار های op amp
• 0-30 ولت منبع تغذیه آزمایشگاهی
• 14.5+ ولت شارژر باتری
• +5 ولت مدار های منطقی و ریزپردازنده
• 12+ ولت روشنایی LED، لوازم الکترونیکی عمومی