دراین مبحث قصدداریم که به صورت مختصر و با زبان ساده، شما رابا اجزاء داخلی منبع تغذیه و وظایف آنها آشنا نماییم .
بدیهی است که این ساختار، همگانی وعمومی نمی باشد بلکه حدود 75% ساختار داخلی منابع تغذیه استاندارد کنونی را در بر می گیرد .
جهت توضیح فنی و دقیق در مورد کارکرد یک منبع تغذیه، ابتدا باید نقشه برد را ترسیم نماییم.
البته این کار را قبلا و به صورت نمونه برای یک پاور 250 واتی ویرایش 1.3 انجام دادم، ولی دیدم اگر بخواهم از روی آن برای شما صحبت کنم ، نه تنها شما را خسته خواهم کرد ، بلکه خودم هم نمی توانم حق مطلب را درست ادا کنم.
آشنایی با اجزای داخلی منبع تغذیه:
به همین منظور سعی می کنم فهرست وار به موضوع بپردازم.
لذا ابتدا توجه شما را شکل داخلی پاور و قطعات داخلی تشکیل دهنده آن ، جلب می نمایم :
1- (LINE FILTER (EMI
با توجه به اینکه منابع تغذیه سوئیچینگ به عنوان یک منبع تولید کننده نویز برای مدارات مخابراتی می باشند، با فیلتر کردن ورودی و خروجی ،باید میزان اثر تداخل الکترومغناطیسی را تا حد امکان کاهش داد.
چرا که با بالا رفتن فرکانس در مدار داخلی پاور، هارمونیکهایی با فرکانس بالاتر ازفرکانس اصلی منبع ایجاد می گردند وموجب تداخل درباندهای رادیویی و مخابراتی می گردد.
معمولا این بخش از دو عنصر القاگرو خازن تشکیل شده است ، که وظیفه ممانعت از خروج نویز حاصل از سیستم سوئیچینگ منبع تغذیه به بیرون وهمچنین ممانعت از ورودفرکانس های اضافی حاصل ازدوران موتورهای الکتریکی ویاسیستم های تولید کننده حرارت به داخل منبع تغذیه رابرعهده دارد.امروزه علاوه بر تقویت لاین فیلتر ، با تعبیه PFC در بخش ورودی ، پیشرفتهای بیشتری صورت گرفته است.
================================================== ======== INPUT CAPACITOR -2 به طور معمول در منابع تغذیه امروزی ابتدا ولتاژ AC ورودی، توسط چند یکسو کننده یا یک پل دیود تبدیل به ولتاژ DC می گردد.
سپس این ولتاژ DC در اختیار خازنهای الکترلیت ورودی با تحمل ولتاژ بالاتر از 200 ولت قرار داده می شود تا انرژی مورد نظر برای کارکرد ترانزیستور های سوئیچ را فراهم آورند.
این قسمت معمولا از دو خازن الکترولیت با ظرفیت های متناسب با توان منبع تغذیه تشکیل شده است ، که وظیفه کنترل سطح ولتاژ ورودی در هنگام کارکرد وهمچنین ذخیره انرژی مورد نیاز مدار سوئیچینگ به هنگام وقفه های کوتاه انرژی، رابرعهده دارد.ظرفیت و کیفیت خازنها در این قسمت ازاهمیت ویژه ای برخوردار می باشند.
چرا که ظرفیت انباره انرژی و پارامتر های کیفی این خازنها مانند (ESR) در کارکرد بدون وقفه مدار وکاهش ریپل خروجی تاثیر گذار می باشد.
================================================== ========= POWER SWITCHING -3 به طورمعمول ولتاژDC عرضه شده توسط خازنهای ورودی در این قسمت تبدیل به ولتاژ AC با فرکانس بالا جهت کنترل سطح ولتاژ می گردد.
با این کار عملا یک محیط کنترلی انعطاف پذیر توسط Duty Cycle ، برای کاهش و افزایش میزان ولتاژ و جریان ایجاد نموده ایم و از طرفی ریپل خروجی را با تعبیه خازنها و سلف های محدودتری می توانیم کنترل نماییم .
همچنین با بالا بردن فرکانس جریان AC ، نیاز به ترانسفورماتور با ابعاد خیلی بزرگ نخواهیم داشت وازاتلاف انرژی بیشتر، جلوگیری نموده ایم.
این بخش معمولا ازدوترانزیستور قدرت (MOSFET) تشکیل شده است که وظیفه کنترل سطح ولتاژخروجی ازطریق زمان روشن وخاموش شدن (سوئیچ کردن) رابرعهده دارد .
همچنین ترانزیستور سوئیچ دیگری نیز برای عملیات راه اندازی مدار استند بای پاور ، در این قسمت وجود دارد ، که عموما تا زمان قطع کامل ولتاژ ورودی ، در گیر می باشد.
================================================== ========= TRANSFORMER -4 زمانی که پاور ساپلای راه اندازی می شود ویکی از ترانزیستورهای سوئیچ در حالت اشباع قرار می گیرد ، ترانزیستور بازشده و اولین پالس برای ترانس ارسال می گردد.
سپس جواب مثبت ترانس از بین می رود و اورشوت (Overshoot) تحریکی در سیم پیچ ترانس درایو ایجاد می نماید که موجب بسته شدن سریع ترانزیستور می گردد.
این اتفاق مجددا توسط ترانزیستور بعدی و پی در پی انجام می پذیرد.
از این رو پیوسته ولتاژ مثبت و منفی به یکی از دوسر سیم پیچ ترانس درایو می رسد و متعاقبا در اختیار سیم پیچ اولیه ترانس سوئیچ قرار می گیرد.
این بخش بنا به نوع طراحی ، از دوتا سه ترانس با کارکرد مشخص( Switching TR, Drive TR, Stand By TR ) تشکیل شده است، که علاوه بر ایزولاسیون DC وظیفه تغییرسطح ولتاژ را برعهده دارد.طراحی در این قسمت بسیار حساس می باشد، زیرااگر تعداد دورهای اولیه وثانویه متناسب باطراحی مدار PWM نباشد، پایداری مدار وضریب اطمینان نیمه هادی و درنهایت کارکرد منبع تغذیه با مشکل اساسی مواجه خواهد شد.
================================================== ======== OUTPUT DIODES -5 این قسمت از دیودهایSHUTKEY , FAST تشکیل شده است که وظیفه یکسوسازی ولتاژ دریافتی از ترانس سوئیچ را در حالات عادی بر عهده دارد.
قطع کامل جریان خروجی در حالات خاص نیز از دیگر وظایف این قسمت می باشد .
محاسبه و تعیین میزان ولتاژ و تحمل آمپراژ عبوری یکی از شاخصه های اصلی برای انتخاب این دیودها در مدار PWM می باشند.
================================================== ========= OUTPUT FILTER -6 این قسمت ازچندخازن الکترولیت وسلفهای چند لایه تشکیل شده است ، که وظیفه ذخیره انرژی درزمان روشن،وارائه آن بار درزمان خاموشی ترانزیستوررابرعهده دارد.
همانطور که قبلا اشاره شد هر چه فرکانس در قسمت سوئیچ ها بالاتر در نظر گرفته شود، میزان خلا ولتاژ کاهش یافته و نیاز به تعبیه خازنهای با ظرفیت بالاتر در این قسمت کمتر می شود.
این قضیه در کاهش ریپل خروجی پاور تاثیرات مثبتی خواهد گذاشت.
================================================== ========= HEAT SINK -7 همانطور که قبلا اشاره شد ، میزان اتلاف انرژی به صورت گرمایشی و تشعشعات الکترو مغناطیسی در منابع تغذیه سوئیچینگ ، بالا می باشد.
انتقال این حرارت به فضای بیرون کیس از اهمیت ویژه ای برخوردار است .
به همین منظور، این قسمت از آلیاژهای مختلف آلومینیوم و مس که هادی سریع گرما می باشند، ساخته می شود و به واسطه تعبیه شیارهایی برروی آن جهت عبورجریان هوا، وظیفه انتقال دما ازترانزیستورهای سوئیچینگ وهمچنین دیود های SHUTKEY , FAST به محیط اطراف را بر عهده دارد .
شکل ظاهری هیت سینکها متناسب با فضای داخلی پاور و نوع سیستم کولینگ در نظر گرفته شده برای هدایت جریان هوا، متفاوت می باشد.
================================================== ========= FAN -8 این قسمت علی رقم اینکه معمولا اهمیتی برای آن ازطرف مصرف کنندگان قائل نمی شوند ، بسیار دارای اهمیت می باشد ، 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 افزایش می یابد .
جدیدا تولید کنندگان از فنهای 12*12cm در محصولات خود استفاده می نمایند که این مورد باعث تهویه هوای گرم اطراف پردازشگر و همچنین بی صدا شدن منبع تغذیه گردیده است .
ولی در این روش ضعفهایی نیز وجود دارد که از آن جمله انتقال گرما به پشت برد اصلی پاور و سپس هدایت این گرما از طریق شیارهای پشت پاور به داخل سیستم می باشد.
طبق جدید ترین بررسی های انجام گرفته، بهترین روش تخلیه گرمای داخلی پاور، تعبیه یک فن 8 سانتی متری یا دو فن 8 سانتی متری روبروی هم با قابلیت کنترل میزان دوران بر اساس حرارت فضای داخلی پاور می باشد.
================================================== ======== PCB -9 برداصلی منبع تغذیه میباشد و کلیه قطعات برروی آن نصب میشوند.
رعایت استانداردها و معیار های مختلف ازجمله ایمنی در برابر آتش سوزی درساخت برد،باعث افزایش ضریب اطمینان پاور و کاربر در مواردخاص می گردد.
امروزه در منابع تغذیه حرفه ای، از بردهای دو لایه و سه لایه نیز استفاده می گردد.
================================================== ======== IC CONTROLLER -10 این قسمت پیچیده ترین بخش مدار PWM می باشد ودر سالهای اخیر تغییرات چشمگیری درطراحی این قسمت بوجود آمده است.به طوری که امروزه آی سی های جدید چند نوع وظیفه مختلف رابرعهده دارند،که درنهایت باعث افزایش دقت درکارکردمنبع تغذیه گردیده است .
در زیر به مختصری از وظایف آی سی های جدید اشاره شده است : الف ) کنترل خروجی ؛ که با تولید پالسهای PULS WHIDH MODUTATION ،فرآیند تغییر پنهانی یک رشته پالس براساس تغییرات سیگنال های دیگر و اعمال بازخورد ولتاژ و جریان و راه اندازی نرم در کلیه خروجی ها را برعهده دارد.
ب ) شبیه سازی ؛ ازطریق یک شبکه تقسیم مقاومتی ، کسری از ولتاژ خروجی به آی سی جهت مقایسه بایک ولتاژ مبنا، منتقل می شود و درصورت بروز هرگونه تغییر در خروجی دستور DOWN ازطریق آی سی صادرمی شود.
ج ) نوسان ساز ؛ که در فرکانس پایه کار می کند وموج مثلثی جهت استفاده در PWM راتولید می کند .
د ) راه اندازخروجی ؛ که توان کافی راجهت به کارگیری درمقاصد کم ومیانه، تولیدمی کند .
ه ) ولتاژ مبنا ؛ که ولتاژ پایه را جهت مقایسه خروجی ها و همچنین یک ولتاژ پایدار برای سایر بخش ها تولید می کند .
و ) مبدل خطا ؛ که عرض پالس DC خروجی رامتناسب باسطح ولتاژ ، تنظیم می نماید.