پاور کامپیوتر زیر ذره‌بین: بررسی ساختار، اجزا و نحوه عملکرد

خازن‌ها (Capacitors)

خازن‌ها برای صاف کردن ولتاژ به کار می‌روند؛ فرآیندی که به آن «فیلتر کردن ریپل» گفته می‌شود. همچنین می‌توانند به‌عنوان مخزن انرژی الکتریکی عمل کنند یا برای مسدود کردن جریان مستقیم (DC) استفاده شوند.

یک خازن از دو صفحه فلزی تشکیل شده که بین آن‌ها یک ماده عایق به نام دی‌الکتریک قرار دارد. یکی از ویژگی‌های مهم خازن این است که در برابر تغییرات ولتاژ مقاومت نشان می‌دهد؛ یعنی اگر ولتاژ ناگهان تغییر کند، ولتاژ دو سر خازن به تدریج تغییر می‌کند و بلافاصله با ولتاژ اعمال شده هماهنگ نمی‌شود.

سمت اولیه و ثانویه در پاور

در پاورهای کامپیوتر، خازن‌ها هم در سمت «اولیه» و هم در سمت «ثانویه» استفاده می‌شوند. سمت اولیه بخشی است که قبل از ترانسفورماتور قرار دارد و ورودی جریان متناوب (AC) به آن وارد می‌شود. سمت ثانویه بخشی است که بعد از ترانسفورماتور قرار دارد و جریان مستقیم (DC) خروجی را تولید می‌کند.

خازن‌ها می‌توانند برای مدت کوتاهی اجازه عبور جریان مستقیم بدهند و سپس آن را مسدود کنند. در مقابل، جریان متناوب (AC) به راحتی از آن‌ها عبور می‌کند اما شکل آن تغییر می‌کند. ظرفیت ذخیره انرژی در خازن با واحد «فاراد» (F) اندازه‌گیری می‌شود که مقدار بسیار بزرگی است، بنابراین در عمل از میکروفاراد (µF) یا پیکوفاراد (pF) استفاده می‌شود. علاوه بر ظرفیت، ولتاژ کاری و محدوده دمایی از مهم‌ترین مشخصات خازن هستند. در خازن‌های قطبی (Electrolytic) قطب منفی نیز مشخص می‌شود.

در پاورها، بهترین خازن‌های الکترولیتی آن‌هایی هستند که برای دمای 105 درجه سانتی‌گراد ساخته شده‌اند، زیرا طول عمر بیشتری نسبت به خازن‌های 85 درجه دارند. در این میان، خازن‌های ساخت ژاپن همواره انتخاب اول به شمار می‌روند.

انواع مختلفی از خازن‌ها وجود دارد که براساس ساختار و مواد به کار رفته دسته‌بندی می‌شوند. از رایج‌ترین‌ آنها می‌توان به دی‌الکتریک، فیلم، سرامیکی، الکترولیتی، شیشه‌ای، تانتالیوم و پلیمری اشاره کرد. در پاورها معمولا از نوع الکترولیتی و پلیمری استفاده می‌شود. همچنین در بخش فیلترینگ و اصلاح ضریب توان فعال (APFC)، از خازن‌های Y (سرامیکی) و X (پلی‌استر فلزی) استفاده می‌شود.

خازن‌های Y همیشه به صورت جفت بین خط و زمین قرار می‌گیرند، در حالی که خازن‌های X بین خط و نول متصل می‌شوند. چون خازن‌های X تمایل دارند برای مدت طولانی شارژ خود را حفظ کنند، معمولا یک مقاومت تخلیه برای کاهش سریع ولتاژ آن‌ها بعد از قطع برق به کار می‌رود. اگر در خازن Y اتصال کوتاه رخ دهد، خطر برق‌گرفتگی وجود دارد و در صورت خرابی خازن X، احتمال آتش‌سوزی وجود خواهد داشت.

اگر دو یا چند خازن را به صورت موازی قرار دهیم، ظرفیت کل آنها جمع می‌شود (معادله 1 در زیر). برعکس، اگر خازن‌ها را به صورت سری متصل کنیم، ظرفیت کل کاهش می‌یابد (معادله 2).

خازن ایده‌آل باید مقاومت صفر داشته باشد، که مقاومت به معنای مقابله جسم در برابر جریان الکترون‌ها است. اما از آنجا که به این فناوری دسترسی نداریم، همه خازن‌ها مقداری مقاومت دارند و هر چه این مقاومت کمتر باشد، کیفیت خازن بالاتر است. مقاومت یک خازن به عنوان مقاومت سری معادل (ESR) شناخته می‌شود و می‌تواند به شدت بر عملکرد آن تأثیر بگذارد.

زمانی که می‌خواهیم علت خرابی یک منبع تغذیه را بفهمیم، نباید تنها ظرفیت خازن‌ها را اندازه‌گیری کنیم؛ بلکه باید با استفاده از ابزار مناسب میزان ESR را نیز بررسی کنیم. در بسیاری از موارد، ظرفیت خازن ممکن است در محدوده مشخصات باشد اما مقدار ESR از حد مجاز بسیار دور است که منجر به عملکرد ضعیف می‌شود.

همچنین افزایش ESR تأثیر قابل توجهی بر دمای کاری خازن دارد و باعث تخریب سریع‌تر و کاهش عمر مفید آن می‌شود. حتی افزایش 10 درجه سلسیوس دمای عملیاتی یک خازن الکترولیتی، عمر تخمینی آن را کاهش می‌دهد که اهمیت نگه داشتن دمای خازن الکترولیتی در پایین‌ترین سطوح ممکن را نشان می‌دهد.

به طور خلاصه، مهم‌ترین مشخصات خازن عبارت‌اند از:

• ولتاژ کاری (اگر برای مدت طولانی از آن فراتر رود، احتمالاً خازن خراب شده و صدای انفجار بلند تولید می‌کند)
• دمای کاری
• ظرفیت خازن
• تلورانس (که به صورت درصد بیان می‌شود و نشان می‌دهد چقدر ظرفیت خازن به مقدار اسمی‌اش نزدیک است)
• قطبیت (مخصوص خازن‌های الکترولیتی)
• مقاومت سری معادل (ESR)
• جریان ریپل
• جریان نشت (جریانی که به علت مقاومت عایقی ضعیف از دی‌الکتریک عبور می‌کند)
• اندازه (چون خازن‌های بزرگ‌تر قادر به پراکنده کردن بهتر حرارت هستند و همچنین دارای مقدار بیشتری دی‌الکتریک می‌باشند)