وجود منبع تغذیه یا پاور ساپلای در هر صنعتی که نیازمند استفاده از دستگاه های الکترونیکی است، امری ضروری و بسیار کاربردی است. تمامی دستگاه های الکترونیکی که در زندگی روزمره با آنها سروکار دارید، از جمله کامپیوتر، گوشی موبایل، تلویزیون، لپتاپ و … همگی در درون خود از منبع تغذیه استفاده میکنند. منابع تغذیه در همه جا ظاهر میشوند و دانستن نحوه عملکرد آنها به شما کمک میکند تا بهترین گزینه ها را برای اهدافی که در پروژه های خود دارید، انتخاب کنید. اگردر مورد نحوه عملکرد منبع تغذیه، عملکرد و یا ساختار داخلی آن سؤالی داشته اید، پاسخ آن خود را در این مطلب خواهید یافت.
فهرست مطالب
منبع تغذیه یا Power Supply چیست؟
منبع تغذیه یا پاور ساپلای، دستگاهی الکترونیکی است که وظیفه اصلی آن تأمین بار یا انرژی الکتریکی و سپس تبدیل جریان الکتریکی به ولتاژ، جریان و یا فرکانس مورد نیاز یک مصرف کننده الکتریکی است. منبع تغذیه را با منشاء تغذیه اشتباه نگیرید. منشاء، مبدا برق ورودی است. در بیشتر موارد، منشاء برق یک پریز، باتری یا ژنراتور است. منبع تغذیه برای تبدیل برق از یک منشاء به فرمت و ولتاژ صحیح و مورد قبول، کار می کند. به دلیل اینکه پاور ساپلای، تمام اجزای کامپیوتر شما را تغذیه می کند، بخش مهمی از هر رایانه شخصی به حساب می‌آید.
با توجه به اینکه یک قطعه بد یا معیوب، می تواند عملکرد کلی سیستم را خراب کند؛ داشتن شناخت کافی در زمان خرید منبع تغذیه و انواع مختلفی که دارد، میتواند به شما کمک کند که با توجه به نیاز پروژه‌تان، مناسب‌ترین گزینه را انتخاب کنید. در این مطلب می‌خواهیم به طور کامل با انواع منبع تغذیه و کاربردهای آن آشنا شویم.
در واقع پاور ساپلای، یک قطعه سخت افزاری است که برق و انرژی لازم برای برق رسانی به کامپیوترها و سایر دستگاه ها را تامین می کند. جریان الکتریکی گرفته شده از پاور ساپلای مانند پریز، باتری یا ژنراتور را به فرمت صحیح تبدیل کرده و آن را به دستگاه انتقال میدهد. همچنین برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، ولتاژ عبوری از دستگاه را تنظیم میکند.
منابع تغذیه گاهی اوقات به اختصار PS یا P/S، PSU (واحد منبع تغذیه) نامیده میشوند. منابع تغذیه بر حسب تعداد وات تولید شده رتبه بندی می شوند. هرچه کامپیوتر یا دستگاه مدنظرتان قدرتمندتر باشد، مقدار وات بیشتری را می تواند به اجزای آن ارائه کند. از آنجایی که انواع مختلفی از منبع تغذیه وجود دارد، عملکرد پاور ساپلای بستگی به این دارد که آیا نیاز به تنظیم انرژی یا تبدیل توان دارد یا خیر.
اجزای منبع تغذیه شامل چیست؟
منابع تغذیه اصلی از چند قسمت تشکیل شده اند. این اجزا به منبع تغذیه کمک میکنند تا ولتاژ را افزایش یا کاهش دهد، توان را تبدیل کند و ولتاژهای ریپلپ (تغییرات باقیمانده در ولتاژ که منجر به هدر رفتن انرژی و گرمای بیش از حد میشود) را کاهش دهد.
ترانسفورماتور: ترانسفورماتور ولتاژ ورودی را به سطح ولتاژ خروجی مورد نیاز تغییر می دهد. این دستگاه ها ممکن است ولتاژ را افزایش یا کاهش دهند. به طور معمول، ولتاژ DC مورد نیاز بسیار کمتر از ولتاژ AC ورودی از منشاء برق اولیه است.
رکتیفایر یا یکسو کننده: برای تبدیل برق ورودی از AC به DC، پاور ساپلای از رکتیفایر استفاده میکند که ممکن است به صورت نیمه موج، تمام موج یا پل باشد.
فیلتر: در زمان تغییر برق AC به DC، همچنان امواج مشخص نیاز به هموار سازی دارند. فیلتر، امواج را به طور کامل هموار و صاف نمیکند، بلکه آنها را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد. خروجی این قطعه، برق تنظیم نشده است.
رگولاتور: یک تنظیم کننده یا رگولاتور ولتاژ، ولتاژهای موج دار باقیمانده از فیلتر را کاهش میدهد و از شر هر گونه افزایش یا افت ولتاژ که می تواند به دستگاه های متصل به پاور ساپلای آسیب برساند، خلاص میشود.
همه منابع تغذیه از قطعات یکسانی تشکیل نمیشوند؛ اجزای تشکیل دهنده منبع تغذیه برای عملکرد خاصی که واحد آن واحد قرار است داشته باشد، ضروری هستند.
عملکرد پاور ساپلای به چه صورت است؟
همانطور که پیش از این گفتیم، پاور ساپلای یک دستگاه الکتریکی است که توان الکتریکی را به بار الکتریکی تبدیل میکند؛ مانند اتفاقی که در کامپیوتر، لپتاپ، سرور یا سایر دستگاه های الکترونیکی رخ می دهد. وظیفه اصلی منبع تغذیه تبدیل جریان الکتریکی از منبع به ولتاژ، جریان و فرکانس صحیح برای تغذیه بار است. این تبدیل می تواند AC به DC یا DC به DC باشد. در نتیجه، منابع تغذیه گاهی اوقات به عنوان مبدل برق نیز در نظر گرفته می شوند.
برخی از منابع تغذیه به صورت مستقل و جدا از تجهیزات، به عنوان منبع تغذیه خارجی و برخی دیگر در داخل دستگاه به عنوان منبع تغذیه داخلی هستند. هر پاور ساپلای دارای یک اتصال ورودی برق است که انرژی را از یک منبع دریافت میکند و یک یا چند اتصال خروجی برق که جریان را به بار الکتریکی منتقل میکند.
واحد منبع تغذیه ممکن است به دلیل فرسوده بودن فن PSU یا وجود مواد ناخواسته روی فن دارای نویز باشد. برای حذف نویز منبع تغذیه، شما می توانید با تعویض فن و یا تمیز کردن پنکه ای که گرد و غبار و مواد ناخواسته زیادی دارد، این صدا و نویز را کاهش دهید.
انواع منبع تغذیه و کاربردهای آنها
منابع تغذیه را می توان به چند روش از قبیل بسته بندی یا پکیج، عملکرد و روش تبدیل برق دسته بندی کرد. در اینجا منابع تغذیه AC-DC بر اساس پکیج شان طبقه بندی شده اند:
- آداپتور دیواری یا Wall-mount
منبع تغذیه خارجی است. در این دسته، دوشاخه AC یا ثابت است یا قابل تعویض. در ضمن نوع جک DC نیز متنوع است.
- آداپتور دسکتاپ یا Desktop
پاور ساپلای خارجی است. در این دسته، ورودی AC میتواند کلاس II یا کلاس I (با گراند) باشد. ضمناً نوع جک DC نیز متنوع است.
- پاور ساپلای بدون قاب یا Open-frame
منبع تغذیه داخلی است. در این دسته، میتوانید نوع قابل نصب PCB (پین) و نوع ویفر (کانکتور) را پیدا کنید.
- پاور ساپلای کپسول دار یا Encapsulated
با توجه به کاربرد، میتواند power supply داخلی یا خارجی باشد. در این دسته، میتوانید نوع قابل نصب PCB (پین) و نوع سیم را پیدا کنید.
- پاور ساپلای بسته یا Enclosed
پاور ساپلای داخلی است. در این دسته میتوانید منبع تغذیه با روکش فلزی را بیابید.
- پاور ساپلای دین ریل یا Din-rail
منبع تغذیه داخلی است. در این دسته میتوانید پاور ساپلای با روکش فلزی و ترمینال پیچ را بیابید.
با توجه به ویژگی‌ها، منابع تغذیه میتوانند منبع های تغذیه تنظیم‌شده، منابع تغذیه تنظیم نشده، منابع تغذیه قابل تعدیل، منابع تغذیه تنظیم‌شده قابل تعدیل، منابع تغذیه ایزوله یا power supply غیر ایزوله باشند.
منابع تغذیه را میتوان به انواع حالت خطی و سوئیچینگ تقسیم بندی کرد.
-
منبع تغذیه خطی
منابع تغذیه خطی برای نویز کم طراحی شده اند و اغلب بی صدا در نظر گرفته میشوند زیرا سوئیچینگ فرکانس بالا وجود ندارد. آنها در هر جایی که به تنظیم عالی و یا ریپل کم و به انتشار الکترومغناطیسی کم و واکنش گذرا نیاز است، استفاده میشوند. منابع تغذیه خطی فقط میتوانند ولتاژ ورودی را کاهش دهند تا ولتاژ خروجی کمتری تولید کنند. منبع تغذیه خطی معمولاً از یک ترانسفورماتور بزرگ برای کاهش ولتاژ از یک خط AC به ولتاژ AC بسیار کمتر استفاده می کند و سپس از یک سری مدارهای رکتیفایر یا یکسوکننده و فرآیند فیلتر برای تولید یک ولتاژ DC بسیار تمیز استفاده میکند. وزن، اندازه و راندمان پایینی که دارد، از جمله معایب منابع تغذیه خطی است.
در تجهیزات ارتباطی، تجهیزات پزشکی، آمپلی فایرهای کم نویز، پردازش سیگنال، اکتساب داده ها از جمله سنسورها، مالتی پلکسرها، مبدل های A/D، تجهیزات تست خودکار، تجهیزات تست آزمایشگاهی، مدارهای کنترل، کاربردهای کامپیوتری و صنعتی و … ممکن است به منبع تغذیه خطی نیاز داشته باشند.
-
ماژول منبع تغذیه سوئیچینگ
با یک طراحی خوب، منبع تغذیه سوئیچینگ میتواند تنظیم بار و خط عالی داشته باشد. برای به دست آوردن ولتاژ خروجی مورد نظر، میتوانند ولتاژ ورودی را افزایش یا کاهش دهند. منبع تغذیه سوئیچینگ کارایی بیشتری نسبت به رگولاتورهای خطی دارد؛ زیرا ترانزیستور سوئیچینگ در هنگام عمل به عنوان سوئیچ، توان کمتری را تلف میکند.
اگر تجهیزات شما برای استفاده بین المللی است، فناوری سوئیچینگ تقریباً در همه جای دنیا کار میکند در حالی که پاور ساپلای خطی باید به صورت دستی تنظیم شود تا با یک شبکه خارجی کار کند. نمونه‌های دیگری از کاربردهایی که پاور ساپلای سوئیچینگ را ترجیح می‌دهند، عبارتند از کاربردهای عمومی مورد استفاده در تحقیق و توسعه، تولید و آزمایش، کاربردهای توان/جریان بالا، برخی از سیستم های ارتباطی، ایستگاه های سیار، برخی تجهیزات شبکه، الکتروفرمینگ، الکتروفورز، الکترولیز، تصفیه، کاربردهای پیل سوختی، موتورهای DC، هوانوردی و کاربردهای کشتی/قایق و … .
انواع دیگر منابع تغذیه AC-DC
-
منبع تغذیه قابل برنامه ریزی یا پروگرام کردن
این پاور ساپلای میتواند عملکرد خود را از راه دور از طریق رابط دیجیتال یا ورودی آنالوگ کنترل کند. ویژگی هایی که میتوان روی یک توانِ قابل برنامه ریزی، تنظیم کرد میتواند شامل ولتاژ، جریان، و در مورد منابع تغذیه خروجی AC، فرکانس باشد. منابع تغذیه قابل برنامه ریزی معمولاً از یک میکروکامپیوتر ضروری برای کنترل و نظارت بر عملکرد روزانه پاور ساپلای با استفاده از پروتکل های خصوصی یا استاندارد از طریق رابط کاربری استفاده می کنند.
-
منبع تغذیه بدون وقفه
یک منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) برق خود را از دو یا چند منبع تغذیه به طور همزمان دریافت و ذخیره میکند. این پاور ساپلای به طور عمده مستقیماً از برق AC تغذیه میشود و باتری ذخیره سازی را به طور همزمان شارژ میکند.
-
منبع تغذیه ولتاژ بالا
منبع تغذیه با ولتاژ بالا، ولتاژ خروجی بسیار بالایی را فراهم میکند که میتواند صدها یا هزاران ولت باشد. این نوع پاور ساپلای از یک کانکتور خروجی ویژه برای جلوگیری از ایجاد قوس الکتریکی، خرابی عایق و تماس تصادفی انسان استفاده میکند. کانکتورهای استاندارد فدرال معمولاً برای کاربردهای بیش از 20 کیلو ولت استفاده میشوند و انواع دیگر کانکتورها ممکن است در ولتاژهای پایینتر استفاده شوند. برخی از منابع تغذیه ولتاژ بالا دارای ورودی آنالوگ یا رابط ارتباطی دیجیتال برای کنترل ولتاژ خروجی هستند.
تفاوت منبع تغذیه AC با منبع تغذیه DC چیست؟
تفاوت اصلی بین توان AC و DC، جهت جریان الکترون هاست. این تمایز منجر به ایجاد تفاوت های دیگر بین این دو نوع توان می شود. حرکت موجی توان AC به این منبع برق کمک میکند تا مسیر دورتر را بسیار کارآمدتر طی کند، زیرا نیروگاه‌ها میتوانند به راحتی مقادیر زیادی برق AC تولید کرده و آن را از طریق خطوط برق تحویل دهند که سپس به ترانسفورماتورها تغذیه میکنند تا برای رسیدن به خانه ها، ولتاژ را پایین بیاورند. هنگام تغییر ولتاژ، توان DC به راحتی افزایش یا کاهش نمی یابد؛ بنابراین نمی تواند مسافتهای طولانی را به طور موثر طی کند.
آنچه که باید به آن توجه شود تفاوت بین انتقال برق AC و DC است. منشاء و منبع تغذیه آن متفاوت است. منشاء از خطوط انتقال می آید و برق را مستقیماً به یک دستگاه یا از طریق منبع تغذیه ای که برق را به شکل یا ولتاژ دیگری تبدیل می کند، تغذیه میکند. هنگام مقایسه تفاوت بین منبع تغذیه AC و DC، در نظر بگیرید که آیا برق از باتری می آید یا از پریز. اکثر پریزها برق AC را تامین میکنند، در حالی که باتری ها رایج ترین منبع برق DC هستند.
چگونه بفهمیم منبع تغذیه AC یا DC است؟
به نظر شما چگونه میتوان تشخیص داد منبع تغذیه AC یا DC است؟ برای این کار باید تفاوت بین منبع تغذیه AC و DC را بدانید و به خود دستگاه توجه داشته باشید. یکی از راه‌های تشخیص منبع تغذیه AC-DC یا مدل DC-DC این است که به خود دستگاه نگاه کنید. اغلب، اطلاعات ورودی و خروجی در جایی روی سطح دستگاه ظاهر میشود. اگر ورودی AC باشد، یک پاور ساپلای AC-DC دارید و اگر ورودی و خروجی هر دو DC باشند، یک مدل DC-DC دارید.
پر کاربردترین پاور ساپلای ها در اطراف شما
درصورتی که از دستگاه های الکترونیکی استفاده می کنید، حتما در اطرافتان تعداد زیادی پاور ساپلای وجود دارد. در تصویر زیر منبع تغذیه ای را مشاهده می کنید که در بسیاری از محصولات اپل استفاده میشود:
در اینجا یک آداپتور “وال وارت” کلاسیک است که با بسیاری از لوازم الکترونیکی مصرفی همراه است:
تصویر زیر یک power supply عظیم است که در رایانه شخصی یا PC وجود دارد که معمولاً آن را نمیبینید؛ مگر اینکه کامپیوتر خود را باز کنید و به دنبال جعبه فلزی بزرگ داخل آن بگردید:
همه این power supply ها یک مورد مشترک دارند؛ آنها توان 120 ولت یا 220 ولت AC ولتاژ بالا را می گیرند و آن را به 12 ولت یا 5 ولت DC تنظیم یا تبدیل می کنند؛ این مهم است زیرا لوازم الکترونیکی داخل رایانه، تلفن همراه یا کنسول بازی ویدیویی با ولتاژ 120 ولت کار نمیکنند و با برق AC کار نمی کنند!
آیا می توان باتری لیتیومی را با منبع تغذیه شارژ کرد؟
باتری های لیتیوم یونی را میتوان با استفاده از منابع تغذیه به صورت دستی شارژ کرد. با این حال، هنگام شارژ باتری لیتیومی با منبع تغذیه، محدودیت ولتاژ و جریان، قابل تنظیم است. علاوه بر این، فرآیند شارژ را هرگز نمی توان بدون مراقبت رها کرد، اتمام شارژ در هنگام استفاده از منبع تغذیه یک فرآیند خودکار نیست. برای انواع محصولات باتری مانند باتری های لیتیوم یونی، باید ولتاژ شارژ کامل، 4.2 ولت در هر سلول را بررسی کنید. هنگام استفاده از پاور ساپلای برای شارژ باتری های لیتیوم یونی، زمانی که ولتاژ سلول های داخل به 4.2 ولت در هر سلول برسد و جریان به 3 درصد جریان نامی کاهش یابد، شارژ کامل حاصل می شود. آخرین نکته این است که هرگز نباید باتری شارژ را بدون مراقبت رها کنید. بلافاصله پس از شارژ کامل باتری، باید آن را خارج کنید. انجام ندادن این کار ممکن است منجر به انفجار باتری لیتیوم یونی شود.
خلاصه ای از منابع تغذیه یا پاور ساپلای
اگر بخواهیم به صورت خلاصه بگوییم، لیستی از مجموعه کارهایی که منابع تغذیه برای الکترونیک انجام می‌دهند، به شرح زیر است:
- برق AC (جریان متناوب) را به DC (جریان مستقیم) تبدیل میکنند.
- ولتاژ بالا (120-220 ولت) را تا حدود 5 ولت تنظیم میکنند (ولتاژهای رایج از 3.3 تا 15 ولت است).
- ممکن است فیوز یا سایر محافظهای جریان یا گرمای بیش از حد داشته باشند.
power supply ها، در رده پر کاربردترین قطعات الکترونیکی هستند که تقریبا در تمام صنایع مورد استفاده قرار میگیرند.
