پاور ساپلای یا منبع تغذیه ، قلب تپنده تجهیزات شما

پاور ساپلای یا منبع تغذیه ، قلب تپنده تجهیزات شما

همانطور که می دانید تمامی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی بنا به طراحی خاص خود، به ولتاژ و جریان مشخصی جهت راه اندازی و کارکرد نیاز دارند. منبع تغذیه دستگاهی است که قادر است از یک ‏ورودی ولتاژ ‏AC‏ یا ‏DC‏ در محدوده معین، ولتاژهای ‏DC‏ مختلف (قابل تنظیم) با سطوح جریان مختلفی تولید نماید.‏ منبع تغذیه سوئیچینگ‎ (Switched-mode power Supply) ‎یا‎ SMPS ‎یک واحد تغذیه توان ‏‎(PSU)‎‏ است که به روش سوئیچینگ‎ ‎عمل رگولاسیون را انجام می‌دهد. برای ثابت نگه داشتن ولتاژ در خروجی یک ‏منبع‎ ‎تغذیه، دو روش رگولاسیون خطی و رگولاسیون به روش سوئیچینگ رایج می‌باشد.‏‎   در روش رگولاتور خطی از ترانس و المان‌های یکسو کننده جریان و فیلتر استفاده‎ ‎می‌شود. نقطه ضعف این روش، تلفات بالا و بازدهی پائین و عدم دسترسی به رگولاسیون دقیق و‎ ‎کیفیت دلخواه در ‏خروجی منبع تغذیه خطی می‌باشد. این دو‎ ‎روش را می‌توان به صورت زیر مقایسه کرد:‏ ‏1- فرکانس کار ترانس‌ها در روش خطی 50 تا 60 هرتز است. ترانس‌های فرکانس پایین، اندازه و حجم بزرگی دارند. در روش سوئیچینگ به دلیل‎ ‎استفاده از فرکانس بالای 50 تا 200 کیلوهرتز، حجم و وزن ‏ترانس‌ها به میزان قابل توجهی کاهش‎ ‎می‌یابد‎. ‏2- راندمان یا بازده توان در روش سوئیچینگ بسیار بیشتر از روش خطی است. یک منبع خطی با تلف‎ ‎کردن توان، خروجی خود را رگوله می‌کند ولی در روش سوئیچینگ با تغییر میزان‎ ‎دوره سیکل سوئیچ یا ‏همان‎ duty cycle ‎می‌توان ولتاژ و جریان خروجی را کنترل کرد‎.‎ با یک طراحی خوب در‎ ‎روش سوئیچینگ می‌توان به حدود 90% بازدهی دست یافت. در توان‌های بالا از‎ ‎روش‎ PWM ‎و در توان‌های پائین تر‎ ‎از 30 وات معمولاً از روش کلید زنی به صورت پالس‌های معمولی ‏استفاده می‌شود.‏ در طراحی منابع تغذیه سوئیچنگ، بحث نویز و اثرهای ناخواسته الکترومغناطیسی بسیار مهم بوده و برای حذف آن‌ها از فیلتر‎ EMI ‎و اتصالات‎ RF ‎استفاده می‌شود‎.‎ شکل مقابل بلوک‌دیاگرام منبع تغذیه سوئیچینگ را نشان می‌دهد‎. در طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ‎ ‎اگر ورودی اصلی‎ AC ‎‏ باشد، ابتدا‎ ‎از یک طبقه یکسوکننده عبور کرده و یک ولتاژ‎ DC ‎رگوله نشده ایجاد می‌شود. این ولتاژ‎ DC ‎به خازن‌ های فیلترینگ بزرگ‎ ‎متصل می‌شود.‏ جریان کشیده شده توسط این یکسوکننده از ورودی‎ AC ‎باعث ایجاد پالس‌های جریان در اطراف پیک‎ ‎ولتاژ‎ AC ‎می‌شود‎.‎‏ این‎ ‎پالس‌های کوچک مولد فرکانس‌های بالا بوده و کاهش فاکتور توان را بهمراه دارد. ‏تکنیک ‏Power Factor Correction‏ برای مقابله ایجاد شده است. مدار ‏PFC‏ جریان مصرفی یکسوکننده را شبیه به شکل‎ ‎موج سینوسی نگاه داشته و در نتیجه فاکتور توان در برق ورودی ‏AC‏ اصلاح و ‏نزدیک به 1،00 باقی می‌ماند‎. محدوده ولتاژ ‏AC‏ ورودی توسط‎ ‎یک سوئیچ در دو حالت 115 و‎ ‎‏230‏‎ ‎ولت انتخاب می‌شود . در حالت 115 ولت یک مدار دو برابر کننده ولتاژ در طبقه ورودی اضافه می‌شود. در برخی مدل‌ها محدوده ولتاژ ‏AC‏ ‏ورودی ‏Universal‏ بوده و حداقل100  تا 240 ولت را پشتیبانی می‌کنند.‏ در یک‎ SMPS ‎با ورودی‎ DC ‎به این مرحله (یکسو کننده) احیتاجی‎ ‎نیست.‏ در مرحله اینورتر، این مقدار‎ DC ‎دوباره به‎ AC ‎تبدیل می‌شود‎.‎‏ فرکانس خروجی اینورتر بیش از 20 کیلوهرتز انتخاب می‌شود (خارج محدوده شنوایی). عمل سوئیچ‎ ‎معمولاً به کمک چند طبقه‎ MOSFET ‎‏ جهت رسیدن به بهره بالا انجام می‌شود. در مرحله بعد ترانس با تعداد دورهای پیچشی کم وجود دارد. به دلیل فرکانس بالا دور‎ ‎سیم پیچ ترانس کم می‌شود و بسته به نیاز ترانس افزاینده یا کاهنده است. ‏در مرحله نهایی هم یک طبقه یکسوکننده و فیلتر وجود دارد که وظیفه‌ی آن ساختن خروجی ‏DC‏ در محدوده معین و مشخصات مناسب است.‏ در اینجا به صورت مختصر و با زبان ساده، شما رابا اجزاء داخلی منبع تغذیه آشنا نماییم. بدیهی است که این ساختار، همگانی و ‏عمومی نبوده و در حدود 75 % ساختار داخلی منابع تغذیه استاندارد کنونی را در بر می‌گیرد.‏ EMI) Line Filter‏): این بخش از دو عنصر سلف و خازن تشکیل شده، وظیفه ممانعت از خروج فرکانس های اضافی محدوده ‏کاری (‏NOISE‏) منبع تغذیه به بیرون (حاصل از مدار سوئیچینگ) و همچنین ممانعت از ورود فرکانس های اضافی (حاصل ازدوران موتور ‏های الکتریکی و یا سیستم‌های مولد حرارت) به داخل منبع تغذیه را بر عهده دارد.‏ Input Capacitor‏: این قسمت از دو خازن الکترولیت با ظرفیت متناسب توان منبع تغذیه تشکیل شده است که وظیفه کنترل سطح ‏ولتاژ ورودی در هنگام کارکرد و همچنین ذخیره انرژی مورد نیاز مدار سوئیچینگ به هنگام وقفه های کوتاه انرژی را بر عهده دارد.‏ Power‏ ‏Switching‏: ‌این بخش از دو ترانزیستور قدرت (‏MOSFET‏) تشکیل شده است که وظیفه کنترل سطح ولتاژ خروجی را از ‏طریق زمان روشن و خاموش شدن (سوئیچ) بر عهده دارد.‏ Transformer‏:  این بخش بنا به نوع طراحی، از دو تا سه ترانس (‏Switching TR, Drive TR, Stand‏ ‏By TR‏) تشکیل شده است، که ‏علاوه بر ایزولاسیون ‏DC‏ وظیفه تغییر سطح ولتاژ را بر عهده دارد. طراحی این قسمت بسیار حساس می‌باشد زیرا اگر تعداد دور های ‏اولیه و ثانویه متناسب با طراحی مدار ‏PWM‏ نباشد، پایداری مدار و ضریب اطمینان نیمه هادی و در نهایت کارکرد منبع تغذیه با مشکل ‏اساسی مواجه خواهد شد.‏ Transformer‏:  این بخش بنا به نوع طراحی، از دو تا سه ترانس (‏Switching TR, Drive TR, Stand‏ ‏By TR‏) تشکیل شده است، که ‏علاوه بر ایزولاسیون ‏DC‏ وظیفه تغییر سطح ولتاژ را بر عهده دارد. طراحی این قسمت بسیار حساس می‌باشد زیرا اگر تعداد دور های ‏اولیه و ثانویه متناسب با طراحی مدار ‏PWM‏ نباشد، پایداری مدار و ضریب اطمینان نیمه هادی و در نهایت کارکرد منبع تغذیه با مشکل ‏اساسی مواجه خواهد شد.‏ Heat Sink‏: این قسمت از آلیاژهای مختلف آلومینیوم و مس ساخته می شود و به واسطه تعبیه شیارهایی برروی آن جهت عبور ‏جریان هوا ،وظیفه انتقال دما از ترانزیستورهای سوئیچینگ و همچنین دیودهای ‏SHUTKEY‏ و ‏‎ FASTبه محیط اطراف را بر عهده دارد.‏ Output Filter‏: این قسمت از چند خازن الکترولیت و سلف های چند لایه تشکیل شده است که وظیفه ذخیره انرژی در زمان روشن و ‏ارائه آن در زمان خاموشی ترانزیستور را بر عهده دارد.‏ FAN‏:  این قسمت علی رقم اینکه معمولا اهمیتی برای آن ازطرف مصرف کنندگان قائل نمی شوند، بسیار مهم و حیاتی می‌باشد، ‏چرا که رابطه مستقیمی با راندمان و طول عمر منبع تغذیه دارد. هر چقدر تهویه هوای گرم ازمحیط داخلی منبع تغذیه به فضای بیرونی ‏بهتر انجام گیرد، کارکرد منبع تغذیه بهتر می‌شود.‏ PCB‏: برد اصلی منبع تغذیه میباشد که کلیه قطعات بر روی آن نصب می‌شوند. رعایت استانداردهای مختلف درساخت برد، از جمله ‏تحمل حرارت بالا و عدم استفاده از مواد خطرناک برای محیط زیست (‏ROHS‏)، باعث افزایش ضریب ایمنی کاربر می‌گردد.‏ IC Controller‏ : این قسمت پیچیده ترین بخش مدار ‏PWM‏ می باشد و درسال های اخیر تغییرات چشمگیری درطراحی این قسمت ‏به وجود آمده است بطوری که امروزه آی سی های جدید چند نوع وظیفه مختلف را برعهده دارند که درنهایت باعث افزایش دقت ‏درکارکرد منبع تغذیه گردیده است. در زیر بطور خلاصه به وظایف آی سی های جدیدی که در بعضی از پاورهای جدید به کار رفته اشاره ‏شده است:‏ الف ) کنترل خروجی؛ که با  تولید پالس های ‏Pulse Width Modulation، فرآیند تغییر پنهانی یک رشته پالس بر اساس تغییرات ‏سیگنال های دیگر و اعمال بازخورد ولتاژ و جریان و راه اندازی نرم در کلیه خروجی‌ها را بر عهده دارد. ‏ ب ) شبیه سازی؛ ازطریق یک شبکه تقسیم مقاومتی ، کسری از ولتاژ خروجی به آی سی جهت مقایسه با یک ولتاژ مبنا، منتقل ‏می‌شود و در صورت بروز هرگونه تغییر در خروجی دستور ‏DOWN‏ از طریق آی سی صادر می شود. ‏ ج ) نوسان ساز؛ که در فرکانس پایه کار می کند و موج مثلثی جهت استفاده در ‏PWM‏ را تولید می‌کند. ‏ د ) راه اندازخروجی؛ که توان کافی را جهت به کارگیری در مقاصد کم  و میانه، تولید می‌کند. ‏ ه ) ولتاژ مبنا؛ که ولتاژ پایه را جهت مقایسه خروجی ها و همچنین یک ولتاژ پایدار برای سایر بخش ها تولید می‌کند. ‏ و ) مبدل خطا؛ که عرض پالس ‏DC‏ خروجی را متناسب با سطح ولتاژ، تنظیم می‌نماید. ‏ ز ) ‏Power Factor Correction؛ که وظیفه تصحیح هارمونیک های فرکانس خروجی و هدایت و کنترل آنها به مدار ‏PWM‏ رابر عهده دارد.‏

تاریخ: ۱۳۹۲/۳/۵