منبع تغذیه های الکتریکی
منبع تغذیه های الکتریکی یکی از اصلیترین ابزارها و ماجولهای الکترونیکی است که برای تأمین انرژی الکتریکی لازم برای انواع دستگاهها و مصرفکنندههای الکتریکی استفاده میشود. منابع الکتزیکی از طریق تبدیل و تنظیم ولتاژ و جریان الکتریکی انرژی لازم را به دستگاهها منتقل میکنند.
برخی از منابع الکتریکی از نوع آداپتورهای مستقل هستند که با استفاده از کابل و پلاگ ها به انواع دستگاهها مرتبط میشوند. همچنین، برخی از منابع تغذیه به صورت داخلی درون دستگاهها نصب می شوند و انتقال انرژی الکتریکی به صورت یکپارچه و مستقیم انجام میشود.
با توجه به اهمیت منابع تغذیه الکتریکی، توسعه و بهینهسازی آنها در جهت افزایش کارایی و ایمنی دستگاههای الکترونیکی مورد توجه قرار گرفته است.
انواع دستگاههایی الکترونیکی که در مرکز دیجی تکنیک، تعمیر می شود و بطور روزمره مورد استفاده قرار میگیرند، از قبیل لوازمصوتی و تصویری، تلویزیون، کامپیوتر، لپتاپ و غیره که برای راه اندازی این دستگاهها نیاز به منبع الکتریکی با ولتاژ و جریان مناسب میباشد که از یک منبع الکتریکی یا منبع تغذیه فراهم میشود.
در برخی از دستگاه ها این تغذیه را در داخل خود دستگاه جاسازی شده و برخی دستگاه ها نظیر لپ تاپ ها بصورت اکسترنال یا خارجی از طریق سیم به دستگاه وصل شده اند. در این مقاله، ما قصد داریم به طور کامل با منبع تغذیه و پارامترهای آن آشنا شویم.
وظیفه و عملکرد یک منبع تغذیه عبارت است از دریافت انرژی الکتریکی از یک منبع دیگر نظیر انرژی الکتریکی، مکانیکی، شیمیایی و یا مبدل های خورشیدی و تبدیل آن به پارامترهای ولتاژ، جریان و فرکانس متناسب که مصرف کننده را تغذیه کند.
منبع تغذیه ها با ویژگی های خاص و نسیت به نوع و نیازهای مصرف کننده با پارامترهای متفاوت طراحی و تولید می شوند. مقدار ولتاژ و جریان، نوع ولتاژ، توان تحمل، دامنهٔ ولتاژ، جریان خروجی و همچنین پایداری ولتاژ یا جریان خروجی که برای بار مصرف کننده ها تأمین میشود از ویژگی های اصلی منبع تغذیه به حساب میاید.
ویژگی های مهم منبع تغذیه های الکتریکی:
منبع تغذیه یکی از اجزای اساسی هر سیستم الکترونیکی است. خصوصیات مهمی که در انتخاب یک منبع تغذیه باید مورد توجه قرار گیرند و باید دارای استاندارد و خصوصیات مطلوبی باشد که مهمترین آن عبارتند از:
ولتاژ و جریان خروجی:
یکی از ویژگی ها و پارامتر مهم یک منبع تغذیه ها مقدار ولتاژ و جریان خروجی است که توسط آن تامین می شود، و نشان توان یا قدرت منبع الکتریکی است. این مقادیر نسبت به نیاز سیستم و توسط مصرف خود تعیین می شود. دستگاه ها یا توجه به قطعات داخلی آن ها ولتاژ و جریان مختلف مصرف دارند. معمول ترین ولتاژ های خروجی , وحداکثر جریان خروجی منبع تغذیه ها و بصورت استاندارد این مقدار تولید می شوند:
1.5v , 3.0v , 4.5v , 5v , 6v , 7.5v , 9v , 12v , 14v , 16v , 19v , 24v – 30v , 36v , 40v , 48, …
1.0A , 2.0A , 3.0A , 4.0A , 5.0A , …
دقت و پایداری:
یا لوازم الکتریکی ولتاژ و جریان های مختلفی مصرف دارند یک منبع تغذیه ایده آل باید ولتاژ خروجی ثابت را تنظیم و به سیستم تحویل دهد و تغیرات ناشی از لرزش، فشار، رطوبت و حرارت، نباید بر ولتاژ و جریان خروجی تاثیرگزار باشد و در مقابل این شرایط مقاوم باشد، و در برابر نوسانات ورودی و بار خروجی پایدار باشد. تا به سیستم یا دستگاه مصرف کننده آسیب نرسد. منبع تغذیه های با کیفیت این ویژگی را دارا هستند و هر چقدر تغییرات و نوسانات کمتری داشته باشد دقت منبع تغذیه بیشتر است.
حفاظت و ایمنی:
یک تغذیه الکتریکی ایده آل و خوب باید بتواند از خودش و از دستگاهی که آن را تغذیه می کند، محافظت کند و در صورتی که بیش از حد مجاز توان وارد شود و یا در مقابل بار اضافی و یا اتصال کوتاه بتواند سلامت خود و مصرف کننده را حفظ نماید.
منبع تغذیه های ایده ال در مقابل این افزایش مقاومت می کنند و یا ولتاژ خروجی را صفر می کنند و پس از رفع مشکل دوباره ریست شده و خروجی را برقرار می کند. همچنین یک منبع تغذیه باید به صورتی طراحی شود که استاندارد های ایمنی در آن رعایت شود.
راندمان و تلفات انرژی
راندمان و تلفات انرژی یکی از موضوعات مهم در حوزه انرژی و تغذیه است. راندمان منبع تغذیه به میزان انرژی که به صورت مفید برای مصرف کننده مورد نیاز است، اشاره دارد. به عبارت دیگر، راندمان بالا نشان دهنده استفاده بهینه از انرژی است. از طرفی، تلفات به میزان انرژی که در فرآیند مصرف بهینه نشده و ایجاد گرما از دست میرود، اشاره دارد.
این تلفات میتواند به دلیل انتقال، تبدیل و استفاده ناکارآمد انرژی در سیستم تغذیه باشد. بررسی و بهبود راندمان و کاهش تلفات انرژی در منابع تغذیه، میتواند به صرفهجویی در مصرف انرژی و کاهش هزینههای مربوط به تامین انرژی منجر شود.
فیلترینگ و عدم ایجاد نویز
یکی از موارد اساسی در طراحی و استفاده از سیستمهای الکترونیکی، فیلترینگ و جلوگیری از ایجاد نویز در منبع تغذیه است. منبع تغذیه یکی از عوامل اصلی برای عملکرد صحیح و قابل اعتماد سیستمهای الکترونیکی است و هرگونه نویز یا اختلال در آن ممکن است باعث تحت تاثیر قرارگرفتن عملکرد و عمر مفید سیستم شود.
برای جلوگیری از ورود نویز و اختلال به منبع تغذیه، از فیلترهای ورودی استفاده میشود،المان های اصلی به کار رفته در این فیلترها، مقاومت و خازن و سلف هستند. این فیلترها در مقابل امواج الکترومغناطیسی محیطی مانع ایجاد اعوجاج یا نویزهای مزاحم می شوند و از وارد شدن نویز به شبکه نیز جلوگیری می کند. برخی دستگاه ها و منبع تغذیه های صنعتی دارای برد فیلترینگ مجزا دارند که به برد های EMI Filter معروف هستند.
اندازه و وزن :
دستگاه هایی که از منبع تغذیه ها استفاده می کنند اندازه و حجم مشخصی دارند و باید متناسب باشند، منبع تغذیه های سوئیچینگ اندازه و حجم بسیار مناسبی دارند و میتواند ایده آلی باشد. پس اندازه و وزن یک منبع تغذیه بسیار اهمیت دارد. بطور مثال شما دوست دارید آداپتور تبلت یا لپ تاپ شما خیلی سبک و کوچک باشد که حمل آن راحت تر باشد و به علاوه کیفیت مطلوبی هم داشته باشد.
قابلیت ارتباط با سایر اجزای سیستم یک منبع تغذیه
منبع تغذیه به عنوان یک قسمت بسیار مهم در سیستم های الکترونیکی با عملکرد صحیح و بهینه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از ویژگی های مهم در منبع تغذیه، قابلیت ارتباط با سایر اجزای سیستم است. این قابلیت به منظور انتقال اطلاعات و ارتباط با دستگاه های دیگر در سیستم مورد استفاده قرار می گیرد.
به عنوان مثال، منبع تغذیه می تواند قادر به ارتباط با میکروکنترلرها، حافظه های خارجی و دیگر قطعات الکترونیکی باشد. ارتباط مستقیم با اجزای دیگر سیستم به منبع تغذیه امکان می دهد تا ولتاژ، جریان و سایر پارامترهای الکتریکی را کنترل کند و تنظیمات مورد نیاز را انجام دهد. طراحی مطلوب منبع تغذیه ها باعث می شود تا ارتباط بین اجزای سیستم، ایمن تر، بهتر و پایدارتر شود، و عملکرد کل سیستم بهبود پیدا کند.
قیمت منبع تغذیه
منبع تغذیه ها هم همانند سایر لوازم و قطعات الکترونیکی در کیفیت های مختلفی در بازار یافت می شوند، و هر چه کیفیت آن بالاتر باشد قیمت آن نیز بیشتر خواهد شد. مطالبی که در خصوص ویژگی های مهم منبع تغذیه های الکتریکی اشاره کردیم، در تعیین قیمت یک منبع تغذیه موثر خواهد بود.
اهمیت مطالب و خصوصیات بیان شده، نشان می دهد که هزینه کردن بیشتر برای منبع تغذیه های با کیفیت ارزشمنتر است.
منابع تغذیه می توانند بر اساس نوع خروجی، روش تبدیل، سطح تنظیم و کاربرد طبقه بندی شوند.
منبع تغذیه ها را میتوان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: منبع تغذیه خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ، که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند.
انواع منبع تغذیه بر اساس نوع خروجی:
– منبع تغذیه خطی:
منبع تغذیه خطی یکی از اجزای اصلی و البته نسبتا قدیمی سیستمهای الکترونیکی است که برای تامین برق لازم جهت عملکرد صحیح قطعات الکترونیکی استفاده میشود. این منبع تغذیه عموماً شامل یک ترانسفورماتور، دیودها، خازنها و رگولاتورهای ولتاژ است که با تبدیل برق متناوب به برق مستقیم و تنظیم ولتاژ خروجی، به عنوان منبع اصلی تغذیه برای دستگاههای الکترونیکی استفاده می شود.
منبع تغذیه خطی عموماً برای سیستم های آنالوک و دستگاههایی که نیازهای ولتاژی و جریانی پایدار و با دقت و راندمان متوسط مورد استفاده قرار میگیرد، مانند تلفن ها، رادیوها و سیستمهای صوتی و …
این نوع منبع تغذیه با استفاده از یک ترانسفورماتور، یک مدار اصلاح کننده و یک مدار فیلتر، ولتاژ شبکه را به ولتاژ مورد نظر خروجی تبدیل می کند. منابع تغذیه خطی ساده، ارزان و قابل اعتماد هستند، و کم نویزتر است اما راندمان پایینتر، سایز بزرگتر و گرمای زیادتر را دارند.
– منبع تغذیه سوئیچینگ:
این نوع منبع تغذیه با استفاده از یک مدار سوئیچینگ، فرکانس ولتاژ شبکه را به فرکانس بالاتری افزایش می دهد و سپس با استفاده از یک ترانسفورماتور کوچکتر، یک مدار اصلاح کننده و یک مدار فیلتر، ولتاژ خروجی را تولید می کند. منابع تغذیه سوئیچینگ بازده بالاتر، حجم و وزن کمتر و قابلیت تنظیم بالاتر دارند، اما پیچیده، گران و نویز بالاتری دارند.
– منبع تغذیه ثابت: این نوع منبع تغذیه با استفاده از یک مدار تنظیم کننده، ولتاژ خروجی را در حالت های مختلف بار و دما ثابت نگه می دارد. منابع تغذیه ثابت دقت بالاتر، پایداری بالاتر و حفاظت بالاتر دارند، اما هزینه بالاتر و رانش بالاتر دارند.
– منبع تغذیه متغیر: این نوع منبع تغذیه قابلیت تغییر ولتاژ خروجی را با استفاده از یک پتانسیومتر یا یک سیگنال کنترل دارد. در برخی منبع تغذیه ها جریان خروجی هم می تواند متغیر باشد، منبع تغذیه های آزمایشگاهی از این نوع هستند. منبع تغذیه های متغیر قابل انعطاف، کاربرد گسترده و کارآمد هستند، اما پایدار نسبت به نوسانات بار، دما و شبکه هستند.
انواع منبع تغذیه بر اساس کاربرد:
منبع تغذیه ها برای مصارف مختلف و در انواع و اشکال مختلف طراحی و ساحته می شوند که در اصل وظیفه و عملکرد مشابهی دارند.
۱. منبع تغذیه داخلی یا مجتمع (integrated power supply)
منبع تغذیه داخلی یا مجتمع در واقع یک برد الکترونیکی است که برای تأمین برق مورد نیاز سایر قسمت های یک سیستم یا دستگاه الکترونیکی استفاده میشود. این درایور قادر است ولتاژ و جریان لازم و متناسب را برای کارکرد صحیح تمامی قسمت ها و قطعات سیستم را تأمین کند. منابع تغذیه داخلی درون دستگاه ها قرار میگیرند و به عنوان یک بخش مجتمع با برق ورودی متناظر با استانداردهای مورد نیاز، برق مورد نیاز را تأمین میکنند. یک منبع تغذیه خوب، کیفیت و پایداری برق خروجی بالا را باید تضمین کند تا از عملکرد صحیح دستگاه الکترونیکی مربوطه اطمینان حاصل شود.
منبع تغذیه در برخی دستگاهها به صورت یک برد جداگانه نصب می شود و در برخی دیگر به صورت یکپارچه با مدارات دیگر دستگاهها طراحی و ساخته میشوند. این منابع تغذیه بر اساس اندازه و توان دستگاهها متفاوت هستند و با توجه به پارامترهای توان، ولتاژ و جریان مصرفی دستگاه، طراحی وتولید میشوند. در طراحی این نوع منابع تغذیه، بر اساس شکل و اندازه دستگاه مورد استفاده قرار میگیرند تا با نیازهای آن سازگاری داشته باشد.
۲. آداپتور یا منبع تغذیه خارجی (external power supply)
آداپتور یا منبع تغذیه خارجی یک تغذیه الکترونیکی (سوئیچینگ) یا الکتریکی (ترانس) است که برای تامین برق دستگاههای الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. این منبع تغذیه معمولاً از طریق یک کابل به دستگاه متصل میشود و از طریق آن برق لازم برای اجرای دستگاه تامین میشود. ولتاژ خروجی آداپتورها میتوانند به صورت ثابت یا قابل تنظیم باشند و بسته به نیاز دستگاه مورد استفاده قابل تغییر است. آداپتورها معمولاً انواع مختلفی از درگاهها و ولتاژها را پشتیبانی میکنند تا بتوانند با انواع دستگاههای الکترونیکی متفاوت سازگاری داشته باشند.
بسیاری لوازم الکترونیکی که استفاده روزمره داریم از منبع تغذیه جداگانه بهره می برند و معمولا به همراه دستگاههای مربوطه به فروش میرسد. با توجه به اینکه منبع تغذیه دستگاهها مستقیم با برق شهر متصل میشوند و بیشتر در معرض آسیب و دستخوش نوسانات برق هستند و جدا بودن تغذیه این نوع تغذیه ها از مزایای با اهمیت آنها محسوب میشود که در صورت معیوب شدن بدون اینکه پشت دستگاه باز شود به راحتی قابلیت تعویض دارند.
تمام گوشی ها، تبلت ها، لپ تاپ ها و برخی دستگاه های الکترونیکی پرتابل و تلویزیون های ال ای دی جدید از آداپتور بهره می برند.
۳. منبع تغذیه آزمایشگاهی (bench power supply)
منبع تغذیه آزمایشگاهی یا bench power supply یک تجهیزات مهم در آزمایشگاهها و کارگاههای الکترونیکی است که برای تأمین ولتاژ و جریان مورد نیاز برای آزمایش و تست انواع بردها و قطعات الکترونیکی استفاده میشود. این منبع تغذیه قادر است ولتاژ و جریان را با دقت و استحکام لازم تنظیم کرده و به مصرف کننده ارائه دهد. علاوه بر این، منبع تغذیه آزمایشگاهی به جهت اهمیت فوق العاده، قابلیت محافظت از قطعات الکترونیکی در برابر جریان و ولتاژ ناپایدار را نیز دارد. منبع تغذیه آزمایشگاهی به دلیل قابلیت تنظیم و دقت بالا، امکان انجام آزمایشهای پیچیده و دقیق را فراهم میکند و کیفیت و دقت این نوع منبع تغذیه ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
منبع تغذیه های آزمایشگاهی از هر دو نوع خطی و سوئیچینگ
تولید و عرضه می شوند.
منبع تغذیه آزمایشگاهی بعنوان یک ابزار پر کاربرد در کارگاههای تولیدی، تعمیراتی و آزمایشگاههای الکترونیک و الکتریک مصرف دارد و توسط مهندسین و طراحان الکترونیک برای تست مدارات و تامین نیروی الکتریکی انواع بردها و دستگاه ها استفاده می کنند. این نوع تغدیه ها به لحاظ کاربردهای مهم و طراحی دقیق و حساسی که دارند گرانترین و لوکس ترین منبع تغدیه به حساب میایند. این منبع تغذیه های آزمایشگاهی در انواع و اندازه و توان های مختلف برای مصارف ساخته میشوند.
منابع تغذیه آزمایشگاهی شامل انواعی از ابزارها و دستگاههایی است که برای تأمین برق و انرژی در آزمایشگاههای علمی و تحقیقاتی هم مورد استفاده قرار میگیرد. این منابع تغذیه میتوانند از نوع خطی یا سوئیچینگ باشند و بر اساس نیازها و محدودیتهای مورد نیاز آزمایشها و آزمایشگاهها انتخاب میشوند. همچنین منابع تغذیه آزمایشگاهی میتوانند دارای ویژگیهای خاصی مانند تنظیم ولتاژ و جریان، دقت بالا، پایداری و عملکرد بهینه باشند. این منابع تغذیه در آزمایشگاههای علمی برای تغذیه و انتقال انرژی به دستگاههای تجربی، سنسورها، تجهیزات الکترونیکی و سایر اجزا مورد استفاده قرار میگیرند.
4. منبع تغذیه الکتریکی صنعتی
منبع تغذیه الکتریکی صنعتی یکی از اجزای مهم در هر سیستم الکتریکی صنعتی است. این منبع تغذیه برای تأمین برق مورد نیاز تجهیزات و دستگاههای الکتریکی در صنایع مختلف استفاده میشود. منابع تغذیه صنعتی معمولاً از نوع AC یا DC هستند و با توجه به نیازهای خاص هر صنعت، میتوانند به صورت سفارشی طراحی و ساخته شوند. این منابع تغذیه باید دارای ویژگیهایی مانند پایداری، قابلیت تحمل بار بالا، حفاظت در برابر اتصال کوتاه و اتصال اتری و سازگاری با شبکههای برق محلی باشند. برای افزایش کارایی و عمر مفید منابع تغذیه الکتریکی صنعتی، از تکنولوژیهای پیشرفته و استانداردهای بینالمللی استفاده میشود.
منبع تغذیه های صنعتی مدرن معمولا با توان خروجی بالا و از نوع سوئیچینگ تولید می شوند. منبع تغذیه های با ولتاژ خروجی AC معمولا از ترانسفورماتور و خطی هستند.
بدون دیدگاه