كالبد‌شكافي
SPC و بخش‌هاي مختلف يك منبع‌تغذيه
همه منبع‌تغذيه‌هاي امروزي از سوئيچينگ تبديل توان (كه به اختصار SPC ناميده مي‌شود) استفاده مي‌كنند. عملكرد SPCها كاملاً ساده است، آن‌ها برق را از طريق كابل دريافت كرده، سپس با فركانس بالا آن را به بسته‌هاي انرژي كوچك‌تر خرد مي‌كنند و در پايان با كمك قطعاتي همچون خازن و سلف، توان منتقل مي‌شود. در نهايت، همه بسته‌هاي انرژي با يکديگر ادغام مي‌شوند و پس از فرآيند يك‌سوسازي انرژي، به‌طور يكنواخت و هموار از خروجي‌هاي منبع‌تغذيه خارج مي‌شوند. به‌طور كلي، در ورودي منبع‌تغذيه ولتاژ 100 يا 230 ولت (اين ولتاژ از نوع متناوب «AC» است و فركانس آن در كشورهاي مختلف متفاوت است) و در بخش خروجي چندين ولتاژ DC (مستقيم) داريم (كه البته مقادير آن‌ها در همه كشورهاي جهان يكسان است). يك حقيقت جالب توجه اين‌كه، هر چه فركانس سوئيچينگ افزايش پيدا كند، اندازه بسته‌هاي انرژي كوچك‌تر مي‌شوند و به اين وسيله اندازه عناصر (سلف و خازن) كه اين بسته‌ها را ذخيره يا انتقال مي‌دهند نيز كوچك‌تر مي‌شود. به‌طور كلي، منبع‌تغذيه‌اي كه از SPC استفاده مي‌كند، Switching Mode Power Supply يا به‌طور اختصار SMPS ناميده مي‌شود. اين توضيح لازم است كه، همه منبع‌تغذيه‌هاي امروزي از SPC استفاده مي‌كنند، بنابراين همه آن‌ها يك SMPS هستند.
دو مزيت مهم يك SMPS نسبت به يك منبع‌تغذيه خطي كه از طراحي متفاوتي استفاده مي‌كند، كاهش اندازه، وزن و راندمان بالاتر است كه مي‌تواند به سادگي از نود درصد نيز تجاوز كند. از طرفي ديگر، قابل توجه‌ترين عيب يك SMPS، پيچيدگي و توليد امواج راديويي و الكترومغناطيسي (EMI/RFI) است كه موجب استفاده ضروري از فيلتر EMI و محافظ RFI مي‌شود.
تصوير دياگرام يك SMPS را نمايش مي‌دهد كه داراي هفت قطعه اصلي است. اين قطعات ولتاژ AC برق شهر را به چندين ولتاژ DC كه موردنياز قطعات مختلف كامپيوتر است، تبديل مي‌كنند.
– فيلتر EMI/Transient: مانع ورود و خروج EMI/RFI مي‌شود و از ولتاژ نامتعارف (ولتاژ‌هاي كه اغلب در اثر نوسانات برق شهر ايجاد مي‌شوند) جلوگيري مي‌كند.
– پل ديود (Bridge Rectifier): يك‌سوكننده و مبدل برق AC به DC
APFC -: جريان فراهم‌شده توسط منبع‌تغذيه را كنترل مي‌كند، به‌طوري كه شكل موج جريان متناسب با شكل موج ولتاژ اصلي باشد.
– سوئيچ‌هاي اصلي (Main Switches): سيگنال DC را به بسته‌هاي انرژي خيلي كوچك با فركانس بالا خرد مي‌كند.
– مبدل (Transformer): طرف اوليه را از ثانويه جدا مي‌كند و همچنين تبديل‌كننده ولتاژهاست.
– فيلترها و تصحيح‌كننده‌هاي خروجي (Output Rectifiers & Filter): خروجي‌هاي DC را توليد و فيلتر مي‌كنند.
– مدارات حفاظتي (Protection Circuits): زماني كه خطايي رخ مي‌دهد، منبع‌تغذيه را خاموش مي‌كنند.
– كنترلر PWM: سيكل سوئيچ‌هاي اصلي را تنظيم مي‌كند. به اين ترتيب، موجب پايدار ماندن ولتاژ خروجي اصلي تحت همه بارها مي‌شود.
Isolator -: نتايج ولتاژ خروجي‌هاي DC را به كنترلر PWM هدايت مي‌كند.
در يك SMPS، بخش‌هاي قبل از مبدل توان (Transformer) طرف اوليه و بخش‌هاي بعد از آن، طرف ثانويه ناميده مي‌شود.
در ادامه، به بررسي دقيق‌تر هريك از قسمت‌هاي فوق خواهيم‌پرداخت.
فيلتر EMI/Transient
به‌طور كلي، مشكل اصلي منبع‌تغذيه‌ها اين است كه ترانزيستورهاي سوئيچينگ آن‌ها EMI/RFI توليد مي‌كنند. اين امواج راديويي و الكترومغناطيسي مي‌تواند روي وسايل الكترونيكي موجود در منازل تأثير بگذارد. از طرف ديگر، برق شهر نيز داراي نوسانات زيادي است. به‌طوري كه در برخي مواقع ولتاژ به صورت لحظهاي افزايش پيدا مي‌كند. اين نوسانات در طولاني‌مدت موجب صدمه زدن به منبع‌تغذيه و وسايل متصل به آن مي‌شوند، بنابراين منبع‌تغذيه‌ها بايد در مقابل نويز و نوسانات ولتاژ ورودي محافظت شوند. فيلتر EMI/Transient وظيفه كاهش ميزان امواج راديويي و الكترومغناطيسي و همچنين محافظت از نويز و نوسانات ولتاژ ورودي برق را بر عهده دارد. نويزها مي‌توانند در دو نوع با توجه به تأثيري كه مي‌گذارند، طبقه‌بندي شوند: نويز عمومي و نويز تفاضلي
نويز عمومي، تداخل الكتريكي با زمين يا سيمهاي عمومي است. اين نويز از سيمهاي معيوب يا از EMI/RFI وسايل مجاور ايجاد مي‌شود. براي جلوگيري از اثرات اين نويز از سيم‌پيچ‌ها و خازن‌هاي Y استفاده مي‌شود. نويز تفاضلي اشاره به نويزي دارد كه بين دو خط (سيم) اندازه‌گيري مي‌شود. براي مقابله با اين نويز از خازن‌هاي X در مسيرها استفاده مي‌شود.
بنابراين فيلتر EMI/Transient داراي هر دو نوع خازن X و Y براي مقابله با امواج مزاحم (نويز) است. به‌طور كلي، فيلتر EMI/Transient هميشه در منبع‌تغذيه‌ها قبل از پل ديود واقع شده‌است زيرا در اين وضعيت اين فيلتر مي‌تواند نويزي را كه به واسطه پل ديودها نيز ايجاد مي‌شود، حذف كند (بله، پل‌ديودها نيز نويز توليد مي‌كنند، به خصوص در لحظهاي كه آن‌ها در حال خاموش شدن هستند). فيلتر EMI/Transient شامل دو خازن X، دو خازن Y، دو سيم پيچ، يك وريستور اكسيد فلزي (MOV) و يك فيوز است. وريستور اكسيد فلزي به‌طور خيلي خلاصه يك مقاومت وابسته به ولتاژ است كه از منبع‌تغذيه و سيستم در مقابل نوسانات ولتاژ برق شهر محافظت مي‌كند.
اغلب سازندگان براي آن‌كه محصولات ارزان‌قيمت‌تري توليد كنند، برخي از اجزاي ذكر شده را در محصولات خود حذف مي‌كنند. اين موضوع به خصوص در منبع‌تغذيه‌هاي ارزان‌قيمت بيشتر مشاهده مي‌شود زيرا به واسطه حذف اجزاي مختلف، مي‌توانند محصولات ارزان‌قيمت‌تري توليد كنند. اولين چيزي كه در اين‌گونه از منبع‌تغذيه‌ها به‌طور معمول حذف مي‌شود، وريستور اكسيد فلزي است. اگر منبع‌تغذيه فاقد يك وريستور در فيلتر EMI/Transient باشد، كاربر بايد از UPS يا محافظ برق شهر استفاده كند، در غير اين صورت نوسانات برق شهر علاوه بر اين‌كه ممكن است به منبع‌تغذيه صدمه برساند، اين احتمال نيز وجود دارد كه قطعات درون سيستم هنگام اين نوسانات صدمه ببينند.
پس از فيلتر EMI/Transient، ترميستور NTC يا Negative Temperature Coefficient قرار دارد كه از اجزاي سيستم در مقابل جريان بالا محافظت مي‌كند. به زبان ساده، ترميستور مقاومتي است كه مقدار مقاومت آن با توجه به درجه حرارتش تنظيم مي‌شود. مقاومت يك ترميستور سرد به‌طور معمول بين شش الي دوازده اهم است كه بعد از روشن شدن منبع‌تغذيه، حرارت ترميستور افزايش و مقاومت آن به تقريباً 0/5 الي 1 اهم كاهش مي‌يابد.
برخي از منبع‌تغذيه‌ها علاوه بر ترميستور داراي يك رله هستند كه اين رله پس از روشن شدن منبع‌تغذيه، ترميستور را از مدار خارج مي‌كند. در نتيجه، ترميستور خنك مي‌شود و دوباره پس از خاموش / روشن شدن منبع‌تغذيه به‌طور طبيعي عمل مي‌كند. با حذف ترميستور، راندمان اندكي بهبود مي‌يابد زيرا هيچ انرژي به واسطه حرارت توليدشده توسط اين مقاومت حرارتي تلف نمي‌شود. اصولاً منبع‌تغذيه‌هايي كه راندمان بالايي دارند از اين رله استفاده مي‌كنند (در مجموع، قيمت اين منبع‌تغذيه‌ها نيز بيشتر است).
سامی جان ! گل کاشتی ! خیلی دوست داشتم در مورد مفاهیم پاور به طور اختصاصی و پایه بحث بشه ! آقای پناهی دست شما هم درد نکنه ! موفق و پیروز باشید !