منبع تغذیه چیست؟
منبع تغذیه (Power Supply) دستگاهی است که وظیفه تامین انرژی الکتریکی را برای مصرف کننده ها برعهده دارد.
دستگاه الکترونیکی که انرژی الکتریکی را برای بار فراهم میکند، منبع تغذیه یا پاورساپلای Power Supply نامیده می شود. عملکرد اولیه تمام منابع تغذیه، تبدیل انرژی الکتریکی است
منبع تغذیه (Power Supply) ، وظیفه تامین انرژی الکتریکی را برای مصرف کننده ها برعهده دارد.
منابع تغذیه این انرژی را از مولد های انرژی الکتریکی دریافت می کنند و وظیفه اصلی آن ها تبدیل جریان الکتریکی به ولتاژ، جریان و فرکانس مورد نیاز یک مصرف کننده الکتریکی است.
تمامی منابع تغذیه یک ورودی دارند که جریان الکتریکی را از مولد دریافت می کند و یک یا چندین خروجی دارند که به بار (مصرف کننده) جریان می دهد.
انواع منبع تغذیه
انواع منبع تغذیه از حیث ولتاژ خروجی به دو نوع منابع تغذیه جریان مستقیم DC و منباع تغذیه جریان متناوب AC دسته بندی میگردند و منبع تغذیه DCرا از دیدگاه ساختمان داخلی به دو دسته منابع تغذیه خطی و منابع تغذیه سوئیچینگ تقسیم میکنند و با توجه به خروجی دستگاه به انواع تک خروجی , چند خروجی و منبع تغذیه قابل برنامه ریزی, همچنین از حیث نمایش ولتاژ خروجی , به دو نوع مننبع تغذیه آنالوگ و دیجیتال تقسیم بندی میکنندکه در زیر به انها خواهیم پرداخت .
منبع تغذیه را با توجه به نوع نمایشمقادیر ولتاژ و جریان میتوان به دو دسته منبع تغذیه آنالوگ و منبع تغذیه دیجیتال تقسیم نمود که در منبع تغذیه نوع آنالوگ مقادیر ولتاژ و جریان توسط دو عقربه قرار گرفته بر روی صفحه مدرج نمایش داده میشود و در منبع تغذیه دیجیتال مقادیر ولتاژ و جریان توسط Seven segment و یا LCD نمایش داده میشود . به طور معمول خروجی این منابع تغذیه سیستم حفاظتی است و در صورتی ک خروجی اتصال کوتاه شود ,در بعضی منابع تغذیه ها قابلیت جریان دهی دارد و در برخی جریان خروجی صفر میشود .
منبع تغذیه از لحاظ ساختار داخلی و نحوه تبدیل ولتاژ به دو دسته خطی و سوئیچینگ تقسیم می شوند.
مدل خطی، توان ورودی را به طور مستقیم تبدیل می کند و برای این کار از تمامی عناصر الکترونیکی مبدل توان در ناحیه خطی آن ها استفاده می کند.یک منبع تغذیه خطی از یک ترانسفورماتور برای تبدیل ولتاژ برق شهر به ولتاژ دیگر استفاده شده است که در ادامه ولتاژ خروجی ترانس با استفاده از یک پل دیودی فیلتر خازنی، به ولتاژ DC تبدیل شده و در نهایت با یک رگولاتور به ولتاژ خطی تبدیل می شود.
در منابع سوئیچینگ، توان ورودی قبل از فرایند تبدیل، با استفاده از قطعات در ناحیه غیرخطی، به پالس های AC یا DC تبدیل می شود. از آن جایی که در ناحیه کاری خطی قطعات، انرژی به صورت گرما به هدر می رود و اتلاف داریم، استفاده از منبع سوئیچینگ بهتر از منبع خطی است. 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. این نوع تغذیه در پکیجی کوچکتر می تواند جای بگیرد و بسیار خود محورتر است و قابل نصب بر روی هر نوع سیستم الکتریکی خواهد بود.
تفاوت منبع تغذیه سوئیچینگ و خطی این است که یک منبع خطی با تلف کردن توان، خروجی را رگوله یا یکسو می کند ولی در روش سوئیچینگ با تغییر میزان دوره سیکل سوئیچ، ولتاژ و جریان خروجی کنترل می شود. در طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ اگر ورودی اصلی ولتاژ متناوب باشد، ابتدا از یك طبقه یكسوكننده عبور کرده و یك ولتاژ مستقیم رگوله نشده ایجاد می شود. این ولتاژ مستقیم به خازنهای فیلترینگ بزرگ متصل می شود. جریان كشیده شده توسط این یكسوكننده از ورودی ولتاژ متناوب باعث ایجاد پالسهای جریان در اطراف پیك ولتاژ متناوب می شود.این پالسهای كوچك مولد فركانسهای بالا بوده و كاهش فاكتور توان را به همراه دارند. تكنیك اصلاح ضریب توان برای مقابله ایجاد شده است. مداراصلاح ضریب توان جریان مصرفی یكسوکننده را شبیه به شكل موج سینوسی نگاه داشته و در نتیجه فاكتور توان در برق ورودی متناوب اصلاح و نزدیک به 1،00 باقی میماندمحدوده ولتاژ متناوب ورودی توسط یك سوئیچ در دو حالت 115 و 230 ولت انتخاب میشود . در حالت 115 ولت یك مدار دو برابر كننده ولتاژ در طبقه ورودی اضافه می شود. در برخی مدل ها محدوده ولتاژ متناوب ورودی یونیورسال بوده و حداقل100 تا 240 ولت را پشتیبانی می کنند. در یك منبع تغذیه با ورودی ولتاژ مستقیم به مرحله یكسو كننده احتیاجی نیست . در مرحله اینورتر، مقدار ولتاژ مستقیم تولید شده در مرحله قبل، دوباره به ولتاژ متناوب تبدیل می شود. فركانس خروجی اینورتر بیش از 20 كیلوهرتز (خارج از محدوده شنوایی) انتخاب می شود. عمل سوئیچ معمولاً به كمك چند طبقه ماسفت جهت رسیدن به بهره بالا انجام می شود. در مرحله بعد ترانس با تعداد دورهای پیچشی كم قرار دارد. به دلیل فركانس بالا دور سیم پیچ ترانس كم می شود و بسته به نیاز ترانس افزاینده یا كاهنده است. در مرحله نهایی هم یک طبقه یکسوکننده و فیلتر وجود دارد که وظیفه ی آن ساختن خروجی ولتاژ مستقیم در محدوده معین و مشخصات مناسب است.
تفاوت منبع تغذیه خطی و سوئیچینگ: برای ثابت نگه داشتن ولتاژ مستقیم در خروجی یك منبع تغذیه، دو روش رگولاسیون خطی و رگولاسیون به روش سوئیچینگ رایج می باشد. منبع تغذیه سوئیچینگ یك واحد تغذیه توان است كه به روش سوئیچینگ عمل رگولاسیون را انجام می دهد. در روش رگولاتور خطی از ترانس و المانهای یكسو كننده جریان و فیلتر استفاده می شود. تلفات بالا و بازدهی پائین و عدم دسترسی به رگولاسیون دقیق و کیفیت دلخواه در خروجی، مشکلات منبع تغذیه خطی می باشند. سه عامل اصلی در تفاوت این دو روش عبارتند از فركانس کار ترانسها در روش خطی 50 تا 60 هرتز است. ترانس های فرکانس پایین، اندازه و حجم بزرگی دارند. در روش سوئیچینگ به دلیل استفاده از فركانس بالای 50 تا 200 کیلوهرتز، حجم و وزن ترانسها به میزان قابل توجهی كاهش یافته و درنتیجه اندازه منبع تغذیه سوئیچینگ کوچکتر است. راندمان یا بازده توان در روش سوئیچینگ بسیار بیشتر از روش خطی است. یك منبع خطی با تلف كردن توان، خروجی را رگوله یا یکسو می كند، ولی در روش سوئیچینگ با تغییر میزان دوره سیكل سوئیچ ، ولتاژ و جریان خروجی كنترل می شود. با یك طراحی خوب در روش سوئیچینگ می توان به حدود 90درصد بازدهی دست یافت. در طراحی منابع تغذیه سوئیچنگ، بدلیل وجود فرکانس بالا، بحث نویز و اثرهای ناخواسته الكترومغناطیسی بسیار مهم بوده و برای حذف آنها از فیلتر ای.ام.آی و اتصالات آر.اف استفاده می شود. طراحی منبع تغذیه خطی بسیار ساده بوده و اثرات نویز در خروجی بسیار کمتر است.