منبع تغذیه سوئیچینگ چیست

منبع تغذیه سوئیچینگ (به انگلیسی: Switched-mode power supply) (اختصاری SMPS) نوعی از منابع 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 منبع تغذیه صنعتی 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).

محتویات
۱ سازوکار
۲ واحد اندازه‌گیری
۳ فرم فاکتور
۴ اتصال الکتریکی
۵ انواع
۶ محافظت جریان زیاد
۷ سوئیچ ولتاژ
۸ ریل
۹ مزایا و معایب
۱۰ مقایسه منابع تغذیه سوییچینگ و خطی
۱۱ انواع منبع تغذیه سوئیچینگ
۱۲ PFC فعال
۱۳ جستارهای وابسته
۱۴ منابع
سازوکار
منابع تغذیه گوناگونی وجود دارند اما سازوکار تقریباً یکسانی دارند.[۱]

برد مدار چاپی (PCB): برد اصلی که قطعات بر روی آن لحیم می‌شوند و به یکدیگر متصل می‌شوند.
فیلتر خطی (Line filter): این قطعه از ورود و خروج فرکانس‌های اضافی جلوگیری می‌کند. این جریانات ناخواسته در زمان سوئیچینگ‌ها یا چرخش موتورهای الکتریکی به وجود می‌آیند.[۲]
خازن ورودی (Input Capacitor): این قسمت از دو خازن الکترولیت با ظرفیت متناسب توان منبع تغذیه تشکیل شده‌است که وظیفه تنظیم و کنترل سطح ولتاژ ورودی و خروجی و همچنین ذخیره انرژی مورد نیاز مدارسوئیچینگ به هنگام وقفه‌های کوتاه انرژی را بر عهده دارد.
پاور سوئیچینگ (Power switching): این قسمت از دو ماسفت تشکیل شده‌است که وظیفه کنترل ولتاژ خروجی هنگامی که سیستم شروع به کار می‌کند یا خاموش می‌شود را بر عهده دارد.
ترنسفورمر (Transformer): خروجی‌های مختلفی برای کار بخش‌های رایانه مورد نیاز است. تغییر سطح ولتاژ توسط این قطعه انجام می‌گیرد.
دیودهای خروجی (Output Diodes): دیودهای زنر و شاتکی هستند که وظیفه یکسو سازی ولتاژ خروجی در حالت عادی و قطع کامل جریان خروجی در حالت خاص را بر عهده دارند.
فیلتر خروجی (Output Filter): این قطعه در زمان روشن بودن سیستم به ذخیره انرژی می‌پردازد و زمانی که سیستم خاموش می‌شود، آن را به ترانزیستورها انتقال می‌دهد.
گرماگیر (Heat sink): زمان روشن بودن منبع تغذیه انرژی زیادی تبدیل به گرما می‌شود. دفع این گرما به وسیله فن و سینک‌های گرمایی صورت می‌گیرد. گرماگیر از آلیاژهای مختلف آلومینیوم و مس ساخته می‌شود و به واسطه تعبیه شیارهایی برروی آن جهت عبور جریان هوا، وظیفه انتقال دما از ترانزیستورهای سوئیچینگ، دیودهای زنر، شاتکی و فست به محیط اطراف را بر عهده دارد.
فن: در منابع تغذیه وظیفه خنک کردن فضای داخل منابع تغذیه حاصل از گرمای خازن‌ها و دیودها را بر عهده دارد.
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.

مادربورد: بین ۵۰ تا ۱۵۰ وات (و در سرورها بیشتر)؛
پردازنده: ۱۰۰ وات؛
حافظه دسترسی تصادفی: بین ۱۰ تا ۱۵ وات؛
هارد دیسک: ۱۵ تا ۳۰ وات؛
کارت‌های توسعه: ۵ تا ۱۵۰ وات (البته بسته به نوع سخت‌افزار نصب شده در این اسلات‌ها دارد)؛
درایو نوری: ۲۰ تا ۳۰ وات؛
فن: ۱۰ وات.
فرم فاکتور
مقالهٔ اصلی: فرم فاکتور (طراحی)
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.[۳]

اتصال الکتریکی
مقالهٔ اصلی: 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 دارد.

کابل P1: کابل متصل شونده به مادربرد. ۲۰ یا ۲۴ پین. پاورهای ویرایش ۱٫۳ از شاخه+12 V ضعیف تری برخوردار و کانکتور خروجی در این مدل‌ها دارای ۲۰ پین می‌باشد؛ ولی پاورهای ویرایش ۲٫۰ که از +12 V پرقدرت تری برخوردار می‌باشند دارای کانکتور ۲۴ پین می‌باشند.[۴] قابلیتی در کابل‌های P1 وجود دارد که می‌توانند از ۲۰ پین به ۲۴ یا عکس، تغییر کنند.
کابل P4: کابل CPU
کابل سِیتا (SATA): درایوهای نوری و هارد دیسک‌های جدید
کابل ۶ یا ۸ پین: کارت گرافیک
کابل مولِکس (MOLEX): درایوهای نوری و هارد دیسک‌های قدیمی
کابل برگ (Berg): فلاپی دیسک
انواع
منابع تغذیه در مدیریت کابل (Cable management) به سه دسته تقسیم می‌شوند:[۵]

غیر ماژولار: تمامی کابل‌های منبع تغذیه به آن متصل است.
نیمه ماژولار: نیمی از کابل‌های منبع تغذیه به آن متصل است.
ماژولار: هیچ‌کدام از کابل‌ها به منبع تغذیه سیم کشی نشده‌اند بلکه بر روی منبع تغذیه درگاه‌های کابل‌ها قرار گرفته‌است تا کاربر بنا به نیاز خود از کابل مورد استفاده کند.
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.[۶] 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.[۷]