منبع تغذیه

منبع تغذیه

در هر صنعتی که از دستگاه‎های الکترونیکی استفاده می‎شود، منبع تغذیه یک عنصر بسیار مهم و کاربردی و البته ضروری است. منبع تغذیه در همه دستگاه‎های الکترونیکی مورد استفاده روزمره، کاربرد دارد. از جمله این دستگاه‎های الکترونیکی، می‎توان به کامپیوتر، تلفن همراه، لپ تاپ و … اشاره نمود.

منبع تغذیه، جایگاه قابل توجهی در صنعت الکترونیک دارد و اگر شما دانشی در مورد عملکرد آنها داشته باشید، می‎توانید پروژه‎های خود را بهتر مدیریت نمایید.

ما در این مطلب از سلسله مقالات ایلکوشاپ، در خدمت شما هستیم تا مفصل، به پرسش‎های شما در مورد ساختار داخلی و نحوه عملکرد منبع تغذیه پاسخ دهیم.

منبع تغذیه چیست؟

اولین سوالی که به ذهن شما می‎رسد این است که منبع تغذیه چیست؟

منبع تغذیه یا به انگلیسی Power supply، یک دستگاه الکترونیکی است. منبع تغذیه، موظف است تا بار یا انرژی الکتریکی مورد نیاز سیستم را تامین نموده و در مرحله بعدی، جریان الکتریکی را به ولتاژ و یا جریان و یا فرکانس ضروری یک مصرف کننده الکتریکی وارد نمایند.

مبدا برق ورودی، به طور کلی یک باتری، پریز یا ژنراتور است. پس هیچ وقت منبع تغذیه را  همان مبدا تغذیه در نظر نگیرید.

ما در صنعت الکترونیک از یک منبع تغذیه برای تبدیل برق از یک مبدا به ولتاژ مورد قبول سیستم، استفاده می‎کنیم.

منبع تغذیه را می‎توان مهم‎ترین بخش کامپیوترهای شخصی دانست، زیرا منبع تغذیه است که برق مورد نیاز کلیه اجزای کامپیوتر را تغذیه می‎نماید.

زمانی که قصد خرید منبع تغذیه را دارید، باید دانش مورد نیاز در مورد انواع قطعات سیستم را داشته باشید تا با توجه به نیاز خود در انجام پروژه، بهترین انتخاب را انجام دهید.

منبع تغذیه، به طور کلی یک قطعه سخت افزاری به شمار می‎رود و وظیفة آن تامین برق و انرژی ضروری برای برق رسانی به دستگاه‎های مختلف می‎باشد. جریان الکتریکی موجود در منبع تغذیه مثل ژنراتور، باتری یا پریز، به فرم صحیح تبدیل شده و سپس به دستگاه منتقل می‎گردد. به همین ترتیب، برای پیشگیری از گرمای بیش از حد، می‎توان ولتاژ عبوری از دستگاه را تنظیم نمود.

در بسیاری از مراجع منبع تغذیه یا Power supply  به صورت مختصر PS ، P/S یا PSU نیز نامیده می‎شود. واحد منبع تغذیه، برحسب وات می‎باشد. هرچه مقدار سیستم الکترونیکی شما قوی‎تر باشد، میزان توان بیشتری را می‎توانند به اجزای مختلف آن وارد نمایند. همانطور که می‎دانید انواع مختلفی از منابع تغذیه در بازار وجود دارند، بنابراین عملکرد منبع تغذیه، تا حد زیادی بستگی به این دارد که آیا به تبدیل توان یا تنظیم انرژی احتیاج داریم یا نه.

در تصویر زیر می‎توان بخش‎های مختلف یک منبع تغذیه را مشاهده کرد.

different part of power supply

منبع تغذیه شامل چه اجزایی می‎شود؟

اجزای مختلف موجود در منبع تغذیه، به این دستگاه کمک می‎کند تا به راحتی ولتاژ را کم یا زیاد کرده و توان را به مقدار مورد نظر تبدیل نماید. سپس ولتاژهایی که باعث هدر رفت انرژی و داغی خیلی زیاد سیستم می‎شود، کاهش می‎یابد.

یکی از اجزای مهم منبع تغذیه ترانسفورماتور است. ترانسفورماتور، موظف است که ولتاژ وارد به سیستم را به سطح مطلوب ولتاژ خروجی، تغییر دهد. با استفاده از ترانسفورماتور، می‎توان ولتاژ را کم یا زیاد کرد.

به طور کلی، می‎توان گفت که ولتاژ DC خیلی از حد ولتاژ AC ورودی سیستم و برق اولیه کمتر است.

یکسوساز، یکی دیگر از اجزای منبع تغذیه است. یکسوساز یا rectifier، برای تبدیل کردن برق ورودی AC به DC به کار برده می‎شود و می‎تواند آن را به صورت موج نیمه، موج کامل یا پل، تبدیل نماید.

یکی دیگر از اجزای سیستم منبع تغذیه، رگلاتور است. رگلاتور، به عنوان تنظیم کننده ولتاژ نیز شناخته می‎شود. رگلاتور به کار رفته در منبع تغذیه، وظیفه دارد که ولتاژ مواج باقیمانده در سیستم را  تا حد قابل توجهی کاهش دهد. به این ترتیب، برای افزایش بیش از حد ولتاژ و یا افت بیش از حد ولتاژ، به کار رفته و هر گونه آسیب به منبع تغذیه را کاهش می‎دهد.

فیلتر نیز یکی دیگر از اجزای منبع تغذیه است که زمانی به کار می‎رود که بخواهیم برق AC را به DC تبدیل کنیم. فیلتر، برای هموارسازی امواج مشخص نیز می‎تواند به کار رود.

فیلتر به کار رفته در منبع تغذیه، نمی‎تواند امواج را کاملا صاف و هموار نماید، ولی میتواند تا حد قابل توجهی ناهمواری‎های موجود در امواج را کاهش دهد. چیزی که از فیلتر خارج می‎شود، برق تنظیم نشده یا رگوله نشده است که برای تنظیم آن از رگلاتور استفاده می‎شود.

البته فراموش نکنید که تمامی منابع تغذیه، از المان‎های مشابه ساخته نمی‎شوند. اجزای به کار رفته در منبع تغذیه، برای عملکرد ضروری دستگاه مورد بحث، الزامی می‎باشند.

منبع تغذیه به چه صورت کار می‎کند؟

همانطور که می‎دانید منبع تغذیه یک دستگاه الکترونیکی است که وظیفه آن تبدیل توان الکتریکی به بار الکتریکی است.

به عبارت دیگر، می‎توان گفت که وظیفه اساسی و کلی پاور سوپلای، تبدیل کردن جریان الکتریکی از منبع به میزان ولتاژ صحیح، فرکانس و یا جریان مورد قبول برای تغذیه بار می‎باشد. این گونه تبدیل کردن، ممکن است از AC به DC یا از DC به DC رخ دهد. به طور کلی‎، می‎توان منبع تغذیه را تحت عنوان مبدل برق نیز مورد بحث قرار داد.

تعدادی از منابع تغذیه، به صورت کاملا جدا از سایر تجهیزات و مستقل، کار می‎کنند و ما آنها را تحت عنوان منبع تغذیه خارجی می‎شناسیم. تعدادی دیگر از منابع تغذیه، تحت عنوان منبع تغذیه داخلی، شناسایی می‎شوند.

فراموش نکنید که هر کدام از منابع تغذیه، یک اتصال ورودی برق دارند. وظیفه درگاه اتصال ورودی برق، دریافت انرژی از یک منبع و انتقال آن جریان به بار الکتریکی از طریق چند اتصال دهنده خروجی الکتریکی است.

امکان این وجود دارد که واحد منبع تغذیه دچار فرسایش شود و روی فن آن نویز ایجاد گردد. در مقالات بعدی، به مبحث مهم حذف نویز از منبع تغذیه خواهیم پرداخت. ولی به طور کلی شما می‎توانید با تعویض فن و یا پاکسازی آن از گرد و غبار و مواد ناخواسته، صدا و نویز موجود را کم کنید.

انواع مختلف پاورسوپلای

می‎توانیم منابع تغذیه را براساس نحوه بسته بندی، عملکرد آنها و روش تبدیل برق، به گروه‎های مختلفی تقسیم نمود.

با انواع مختلف منابع تغذیه با ما همراه باشید.

منبع تغذیه آداپتور دیواری

منبع تغذیه آداپتور دیواری یا Wall mount : یک منبع تغذیه خارجی است. در این گروه، دو شاخه ولتاژ AC یا قابل تعویض است یا ثابت. و بنابراین نوع جک نیز متنوع می‎باشد.

منبع تغذیه آداپتور دسکتاپ یا Desktop یک منبع تغذیه خارجی است که ورودی AC ممکن است کلاس 1 یا کلاس 1 (با گراند) باشد. به طور کلی، نوع جک DC هم می‎تواند متنوع باشد.

منبع تغذیه Openframe: این منبع تغذیه، یک منبع تغذیه داخلی است. شما می‎توانید این نوع منبع تغذیه را از نوع قابل نصب (پین) و یا از نوع ویفر (کانکتور) انتخاب نمایید.

منبع تغذیه دارای کپسول: این نوع منبع تغذیه، هم می‎تواند به صورت داخلی باشد هم خارجی. در این گروه، نوع قابل نصب (پین) و نوع دارای سیم را نیز می‎توان در نظر گرفت.

منبع تغذیه بسته: این منبع تغذیه، یک منبع تغذیه داخلی است و منبع تغذیه با روکش فلزی در این گروه قرار دارد.

منبع تغذیه Din rail: این نوع منبع تغذیه، یک منبع تغذیه داخلی است و منابع تغذیه با روکش فلزی در این بخش وجود دارند.

با توجه به ویژگی‎های ذکر شده، منابع تغذیه را می‎توانیم منابع تغذیه تنظیم شده، منابع تغذیه تنظیم نشده، منابع تغذیه تعدیل پذیر، منابع تغذیه تنظیم پذیر تعدیل پذیر، منابع تغذیه ایزوله و غیر ایزوله نیز تقسیم بندی نمود.

از روشی دیگر، می‎توان منابع تغذیه را به دو گروه خطی و سوئیچینگ، تقسیم بندی نمود:

منابع تغذیه خطی یا linear power supply

این گونه منابع تغذیه برای نویز پایین، طراحی شده اند و به طور معمول نویز و سرو صدا ندارند. دلیل عدم وجود سرو صدا و نویز در آن، عدم سوئیچینگ فرکانس بالا در آن است. تنظیم عالی و ریپل کم و انتشار الکترومغناطیسی پایین، در این نوع منابع تغذیه خطی به کار برده می‎شوند. در منابع تغذیه خطی فقط می‎توان ولتاژ ورودی را کاهش داد، به این ترتیب ولتاژ خروجی آن نیز کمتر تولید می‎شود. منبع تغذیه خطی، به طور کلی از یک ترانسفورماتور بزرگ برای کاهش ولتاژ ساخته شده است که ازیک خط AC به ولتاژ AC بسیار پایین‎تر بهره برده و سپس یک سری مدار یکسوساز و فرایند فیلتر شدن، برای آن به کار رفته و برای تولید یک ولتاژ DC بسیار تمیز، به کار برده می‎شود.

منابع تغذیه خطی، در کنار محاسنی که دارد معایبی نیز دارد که از این جمله می‎توان به اندازه، وزن و بازده پایین این دستگاه اشاره نمود.

ممکن است این سوال برای شما پیش بیاید که چه وسایلی به منابع تغذیه خطی نیاز دارند؟

منابع تغذیه خطی را می‎توان در تجهیزات ارتباطی، تقویت کننده های نویز پایین، دستگاه‎های مربوط به پردازش سیگنال، دریافت داده، شامل سنسور، مالتی پلکس، مبدل‎های آنالوگ به دیجیتال، تجهیزات تست خودکار، تجهیزات تست آزمایشگاهی، وسایل کامپیوتری و صنعتی و مدارهای کنترلی به کار برد.

ماژول به کار رفته در منابع تغذیه سوئیچینگ

اگر یک طراحی خوب داشته باشید، منبع تغذیه سوئیچینگ شما می‎تواند تنظیم بار و خط عالی فوق العاده داشته باشید. برای این که خروجی ولتاژ مورد نظر خود را به دست آورید، می‎توانید ولتاژ ورودی را افزایش یا کاهش دهید. به طور کلی منابع تغذیه سوئیچینگ، کارایی فوق العاده ای در مقایسه با رگلاتورهای خطی دارند. دلیل این مساله این است که ترانزیستورهای سوئیچینگ در زمان عملکرد تحت عنوان سوئیچ، توان عملیاتی کمتری را تلف می‎نمایند.

در صورتی که شما ازتجهیزات خود به صورت بین المللی استفاده نمایید، فناوری سوئیچینگ را می‎توانید به کار ببرید. چون منابع تغذیه خطی، می‎بایست به صورت دستی تنظیم گردند و بتوانند با یک شبکه خارجی به کار خود ادامه دهد. از جمله سایر کاربردهای منابع تغذیه سوئیچینگ، می‎توان به روش تحقیق و توسعه، تولید و آزمایش، کاربرد توان و جریان بالا، ایستگاه سیار، سایر تجهیزات شبکه، الکتروفورز، الکترولیز و .. اشاره نمود.

منبع تغذیه قابل پروگرام

یکی دیگر از منابع تغذیه، منابع تغذیه قابل برنامه ریزی یا قابل پروگرام است (Programmable Power supply ) این نوع منابع تغذیه، می‎توانند عملکرد خود را از راه دور و از طریق رابط دیجیتال یا ورودی آنالوگ، کنترل نماید. ویژگی‎های منابع تغذیه، بیانگر توان قابل برنامه ریزی، تنظیم ولتاژ، جریان و منابع تغذیه خروجی AC و فرکانس است. منابع تغذیه قابل برنامه ریزی را به طور کلی می‎توان شامل یک میکروکامپیوتر ضروری برای کنترل و نظارت بر عملکرد منابع تغیه در نظر گرفت که با استفاده از پروتکل‎های خصوصی یا استاندارد و از طریق رابط کاربری، به کار خود ادامه می دهد.

پاور سوپلای بدون وقفه

این گونه منابع تغذیه، برق خود را از دو یا چند منبع تغذیه به صورت همزمان دریافت و ذخیره می‎نمایند. این گونه منابع تغذیه به صورت عمده، مستقیما از برق AC تغذیه گردیده و باتری ذخیره سازی نیز به طور همزمان شارژ می‎شوند.

پاور سوپلای با ولتاژ بالا

این گونه منابع تغذیه، ولتاژ خروجی بسیار بالایی را تولید می‎کنند که این ولتاژ خروجی می‎تواند از صدها تا هزاران ولت، متغیر باشد. این نوع منابع تغذیه، از یک کانکتور خروجی خاص، برای پیشگیری از قوس الکتریکی، خرابی عایق و تماس اتفاقی انسان، بهره می‎برد. کانکتورهای استاندارد معمولی، به طور کلی، برای کاربردهای بیشتر از 20 کیلوولت به کار برده می‎شوند و انواع دیگر این کانکتورها نیز ممکن است در ولتاژهای پایین‎تر به کار روند. تعدادی از منابع تغذیه ولتاژ بالا، ورودی آنالوگ یا رابط  دیجیتال برای کنترل ولتاژ خروجی دارند.

تفاوت اصلی منبع تغذیه AC و منبع تغذیه DC

تفاوت اصلی این گونه منابع تغذیه، جهت جریان الکترون‎ها می‎باشد. همین تفاوت، باعث ایجاد سایر تفاوت ها در این دو نوع منبع تغذیه می‎شود. حرکت موجی شکل توان AC به منبع تغذیه کمک می‎نماید تا فاصله دورتر را با راندمان بیشتری طی نمایند. چون که نیروگاه‎ها قادر هستند به راحتی مقدار زیادی برق AC تولید نمایند و سپس آن را به خطوط برق تحویل می‎دهند. بنابراین ترانسفورماتورها تغذیه کرده و در زمان رسیدن به خانه‎‌ها، ولتاژ آنها کاهش می‎یابد.

در زمان تغییر ولتاژ توان DC به آسانی کاهش یا افزایش نمی‎یابد. چون نمی‎تواند مسافت‎های طولانی‎تر را به طور موثر طی نماید.

تفاوت بین منابع انتقال AC , DC را فراموش نکنید.

منبع تغذیه برق AC,DC متفاوت است. در زمان مقایسه تفاوت بین منابع تغذیه DC,AC، باید توجه کنید که برق از باتری آمده یا از درون پریز. بسیاری از پریزها، برق AC را تامین می‎نمایند و این، در حالی است که باتری‎ها رایج‎ترین منابع برق DC می‎باشند.

چگونه می‎توانیم بفهمیم منابع تغذیه DC هستند یا AC؟

برای این که بفهمیم یک منبع تغذیه AC هست یا DC، باید به خود دستگاه دقت کنید. از جمله راه‎های تشخیص منبع تغذیه AC-DC، یا مدل DC-DC، دقت کردن به خود دستگاه است. به طور کلی، اطلاعات خروجی و ورودی در بخشی از سطح دستگاه مشخص شده است. اگر ورودی  منبع تغذیه AC باشد، یک منبع تغذیه AC-DC در اختیار دارید و در صورتی که ورودی و خروجی هر دو DC باشند، مدل منبع تغذیه شما DC-DC است.

به طور اختصاری می‎توان گفت که وظایف اصلی منابع تغذیه به این صورت است:

• تبدیل برق AC (جریان متناوب) به برق DC (جریان مستقیم)
• تنظیم ولتاژ بالا (120-220 ولت) تا 5 ولت

به طور کلی، پاور سوپلای، از جمله پرکاربردترین قطعات الکترونیکی به شمار می‎روند که معمولا در همه صنایع به کار برده می‎شوند.