بررسی منابع تغذیه سوئیچینگ

بدیهی ترین قسمت هر دستگاه الکتریکی منبع تغذیه آن است که وظیفه تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز دستگاه را به عهده دارد. این موضوع در مورد تمامی تجهیزات الکترونیکی نیز صادق بوده و آنها را از نیاز به منبع تغذیه که در بیشتر مواقع منبعی DC است، بی نیاز نمی کند. در تجهیزات الکترونیکی پیشرفته و جدید استفاده از منابع تغزیه بهینه شده با طول عمر بالاتر و ثبات بیشتر استفاده می شود که یکی از تکنیکهای رسیدن به چنین منبعی مناسب، استفاده از تکنیک سوئیچ و تهیه یک منبع تغذیه سوئیچینگ است. این نوع منابع در تجهیزات بسیار زیادی استفاده می شود که می توان به لامپ های کم مصرف، ups ها، پاور کامپیوتر، شارژر تلفن همراه، تغذیه نمایشگر های LCD، شارژر لپ تاپ و... اشاره کرد. صنایع دریایی و تجهیزات مربوطه نیز در بسیاری از موارد از این تکنولوژی استفاده می کنند که می توان به انواع رادارهای امروزی، مراکز سوییچ مخابراتی، کانورتور های نصب شده در شناور ها، تجهیزات کنترل و اطفای حریق و تمامی مصرف کننده های الکترونیکی با تغذیه AC اشاره نمود.

 تعمیرات تلویزیون شیراز

منبع تغذیه سوئیچینگ

یک منبع تغذیه سوئیچینگ (Switched mode power supply) به اختصار SMPS یا به بیانی ساده، یک Switcher، یک منبع تغذیه الکترونیکی است که شامل یک تنظیم کننده جریان برای داشتن کارایی خیلی بالا در ههنگام تغییر توان الکتریکی است. مانند سایر منابع تغذیه یک SMPS، توان را از یک منبع به یک مقصد (مصرف کننده) همزمان با تغییر مشخصه های ولتاژ و جریان تبدیل می کند. نحوه کلی عملکرد این مدار به این صورت است که ابتدا ولتاژ متناوب برق شهر مستقیما یکسو و فیلتر می شود تا یک ولتاژ DC نسبتا زیاد تولید شود. این ولتاژ به عنصر سوئیچینگ که همان ترانزیستورها هستند، اعمال شده تا موج مربعی حاصله بعد از عبور از یک ترانس کاهنده و یکسو سازی، ولتاژ DC مورد نیاز را تولید کند. شایان ذکر است که برخلاف منابع تغذیه خطی، در این منابع ترانزیستوری که نقش کلید را به عهده دارد با فرکانسی حدود 50 کیلو هرتز یا بیشتر بین وضعیت قطع و اشباع در نوسان است که این خود سبب کاهش تلفات ترانزیستور می گردد. نسبت ولتاژ خروجی به ورودی را می توان با تغییر نسبت زمان روشن بودن به زمان خاموش بودن ترانزیستور تعیین کرد.

به بیان بسیار ساده می توان این منابع تغذیه را به این صورت شرح داد که ابتدا برق را از طریق کابل دریافت می کنند. سپس با فرکانس های بالا آن را به بسته های انرژی کوچکتر خرد کرده و در پایان با کمک قطعاتی همچون خازن و سلف توان منتقل می شود. در نهایت همه بسته های انرژی با یکدیگر ادغام شده و پس از فرایند یکسوسازی، انرژی به طور یکنواخت و هموار از خروجی های منبع تغذیه خارج می شود.

 تعمیرات لپ تاپ شیراز

منابع تغذیه خطی

استفاده از ترانسفورماتور جهت تغییر سطح ولتاژ منبع اصلی ورودی انرژی الکتریکی، امری طبیعی و معمول بود. در این روش، ترانسی با حداقل 2 سیم پیچ که شامل سیم پیچ اولیه و ثانوی بود، در ابتدای مدار قرار گرفته و ورودی برق شهر (در ایران 220 ولت) را به ولتاژی پایین تر تبدیل می نماید. این ولتاژ بر حسب نیاز می تواند مقادیر مختلفی داشته باشد. علاوه بر مقادیر مختلف ولتاژ در خروجی ترانس ها، قدرت جریان دهی آنها نیز یکی دیگر از ملاک های انتخاب یک ترانس برای مدار مورد نظر است.

پس از کاهش ولتاژ توسط ترانس، یک مدار یکسو ساز، مثل پل دیود، وظیفه یکسو سازی شکل موج ورودی را به عهده دارد. پل های دیودی نیز به دو صورت 4 دیود تکی و یا یک پل دیود پکیج شده هستند. درصورت استفاده از ترانس سه سر به جای 4 دیود از 2 دیود استفاده می گردد. قابل ذکر است که در بسیاری از مدارات الکترونیکی در این مرحله از یک فیوز برای محافظت از مدار استفاده می گردد. پس از آن خازن های صافی با ظرفیت های بالا، وظیفه صاف کردن ولتاژ یکسو شده را دارند، در نهایت عناصر کنترل کننده (مانند رگولاتورها و ترانزیستورها) بکار رفته و طراح را به هدف نهایی خواهند رساند و بسته به نوع مدار تغذیه، ثابت یا متغیر بودن، یک ولتاژ و یا چند ولتاژ ثابت داشتن و... طراحی مدار ادامه خواهد یافت. عنصر کنترل کننده ولتاژ در این نوع منابع تغذیه در ناحیه خطی کار خواهد کرد. در این روش مقداری از توان تولیدی به صورت حرارت در عنصر کنترل کننده مصرف خواهد شد.

78xx و 79xx از جمله مهمترین و معروفترین آی سی های رگولاتور منابع تغذیه ولتاژ ثابت است که عدد بعد از 78 و 79 نشان گر مقدار ولتاژ خروجی مدار است. به عنوان مثال 7805 ولتاژ 5+ ولت و 7905 ولتاژ 5- ولت در خروجی خواهد داشت. همانطور که ذکر شد رگولاتور با پیشوند 78، خروجی مثبت و رگولاتورها با پیشوند 79 خروجی منفی دارند. آی سی هایی مانند LM317 و LM337 نیز مربوط به منابع تغذیه متغیر هستند و با تغییر مقدار ولوم نصب شده در مدار، خروجی قابل تنظیم خواهند داشت. آموزش تخصصی تعمیرات لپ تاپ شیراز

مقایسه منابع تغذیه خطی و سوئیچینگ

1.       محاسن:

منابع تغذیه خطی دارای محاسنی هستند از جمله راحت بودن تعمیرات و سادگی مدار. کافی است یک مولتی متر داشته باشید تا بتوانید عیب این مدار را بیابید و سپس به راحتی و با توجه به در دسترس بودن اکثر قطعات تشکیل دهنده این نوع مدار به تعمیر آن بپردازید. قابلیت تحمل بار زیاد، نویز کم در خروجی، پایداری زیاد و زمان پاسخ دهی کوتاه از جمله سایر مزایای آن است.

در مقابل منابع تغذیه سوئیچینگ راندمان بالای 50% بوده سبک و کاملا فشرده هستند. زمان نگهداری بیش از 5 میلی ثانیه به دلیل ولتاژ بالایی که در خازن ورودی می شود دارند. ورودی با دامنه دینامیکی و متغیر را به راحتی پذیرفته و خروجی ثابتی دارند. ابعاد ترانس به کار رفته در آن به دلیل بالا بودن فرکانس به مراتب کوچکتر از ترانس منابع تغذیه خطی است.

اندازه ترانس سوئیچینگ را به صورت زیر می توان محاسبه نمود. در این مثال فرکانس برق شهر 50 و فرکانس منبع تغذیه سوئیچینگ 30 کیلو هرتز فرض شده است. بنابراین اندازه ترانس 600 برابر کوچکتر خواهد بود.

 F₁÷F₂ = 3000÷5 =600

2.       معایب:

یکی از عیوب منابع تغذیه خطی استفاده از یک رگولاتور کاهنده است که برای عملکرد صحیح نیاز به حداقل 2 ولت بیشتر از خروجی خود دارد. هرگونه تغییر در خروجی مستلزم اضافه کردن سخت افزار قابل توجهی است. بهره متوسطی دارد که در محدوده 20 الی 40 درصد است. تلفات ناشی از این بهره به صورت گرما ظاهر شده و باعث ایجاد گرمای شدید در محیط مدار می شود. این موضوع در منابع تغذیه خطی توان بالا به حدی جدی است که علاوه بر استفاده از هیت سینک، در برخی موارد منجر به تعبیه مداری خنک کننده در آن می گردد. دیگر عیب این مدار پر هزینه بودن، مخصوصا در توان های بالا (با توجه به قیمت مس و در نتیجه بالا بودن قیمت ترانس)، حجیم بودن و سنگینی بیش از حد. در مورد سنگین بودن کافی است بدانیم که منبع تغذیه ای که 5 آمپر بصورت کامل در خروجی داشته باشد، فقط حدود 2500 گرم وزن ترانس کاهنده آن است. این عدد درمورد ترانس هایی با جریان بالاتر، بیشتر بوده و از نظر حجم نیز قابل مقایسه با انواع ترانس های با جریان پایین نیستند. در مبدل های سوئیچینگ نیز علی رغم مزایای زیاد نقاط ضعفی نیز وجود دارد که دشوار بودن تعمیرات یکی از مهمترین آنهاست. تنوع قطعات استفاده شده در این نوع مدارات باعث شده که بسیاری از تعمیر کاران برای یافتن قسمت واقعی خرابی دچار مشکل شوند. ضمن اینکه در لحظه اول اتصال منبع تغذیه به علت شارژ نبودن خازن های مدار، جریان زیادی از آن کشیده می شود این جریان، جریان یورشی نام دارد که مقدار آن نیز زیاد است. در صورت قطع شدن فیدبک مدار کنترلی باعث بالا رفتن بیش از حد ولتاژ خروجی و در نتیجه سوختن قسمتهایی از مدار خواهد شد. نیاز به حفاظت در برابر اضافه بار و نیز فیلتر کردن خروجی و حذف نویز، حساسیت بسیار زیاد به امواج محیط از دیگر نقاط ضعف این نوع منابع تغذیه است.