منابع تغذیه

[Hamidtaheri62]

فواید استفاده از منابع تغذیه سویچینگ را نام ببرید

[Rahimhoseinpor]

منابع تغذیه الکتریکی که در آزمایشگاه ها، اسباب بازی ها، دستگاه های صنعتی و… به کار میروند بر اساس ساختار داخلی و نحوه تبدیل ولتاژ به دو دسته منابع تغذیه خطی و منابع تغذیه سوییچینگ تقسیم میشوند. در ادامه هر کدام از این منابع از لحاظ ساختار داخلی، عملکرد و مشخصات بررسی و مقایسه میشوند.

[font=sans-serif]منابع تغذیه خطی

تا سال ۱۹۷۰ استفاده از منابع تغذیه خطی تنها راه تبدیل ولتاژ الکتریکی بود اما از سال ۱۹۷۰ به بعد با ارائه منابع تغذیه سوییچینگ، کاربرد منابع تغذیه خطی محدود شد. اساس کار منابع تغذیه خطی استفاده از یک ترانس برای تبدیل ولتاژ برق شهر به ولتاژ دیگر است. سپس ولتاژ خروجی ترانس توسط پل دیودی و خازن فیلتر به ولتاژ DC تبدیل شده و با استفاده از یک تثبیت کننده ولتاژ خطی یا رگولاتور به یک ولتاژ DC خیلی تمیز و با کیفیت تبدیل میشود.[/font]

[font=Vazir][font=sans-serif]اجزای تشکیل دهنده منابع تغذیه خطی
[/font][/font]
با ذکر یک مثال میتوان مطلب فوق را به خوبی منتقل کرد. فرض کنید میخواهیم یک منبع تغذیه با ولتاژ ۱۵ ولت ۳ آمپر طراحی کنیم با توجه به بلوک دیاگرام منبع تغذیه خطی اجزای زیر را نیاز داریم.

ترانس

این ترانس ولتاژ ۲۲۰ ولت ورودی را که از برق شهر میگیرد به ولتاژ ۱۵ ولت تبدیل میکند. خب اکنون یک ولتاژ سینوسی با دامنه موثر ۱۵ ولت داریم که البته پیک دامنه آن برابر است با ۱۵*۱٫۴۱ که برابر ۲۱ ولت خواهد شد.

پل دیود

پل دیود وظیفه دارد که موج سینوسی ورودی را به یک ولتاژ DC البته با ریپل بالا تبدیل کند. پیک این ولتاژ DC برابر با ۲۰ ولت خواهد شد چرا که پل دیود افت ولتاژ ۱ ولت را دارد.

خان صافی
[font=Vazir][font=Vazir]این خازن ریپل ولتاژ بعد از پل دیود را کاهش میدهد معمولا طوری خارن را قرار میدهیم که ولتاژ بعد از پل دیود کمی کمتر از ۱۰ درصد ریپل داشته باشد.[/font][/font]
رگولاتور خطی

ولتاژ که به ورودی رگولاتور میرسد یک ولتاژ DC است که در بازه ۱۷ تا ۲۱ ولت نوسان دارد. رگولاتور وظیفه دارد تا این ولتاژ نوسانی را به یک ولتاژ ۱۵ ولت بدون نوسان تبدیل کند. دقت کنید ولتاژ ورودی رگولاتور خطی حتما باید حداقل حدود ۲ ولت از ولتاژ خروجی آن بیشتر باشد تا رگولاتور درست کار کند.


[font=sans-serif]بازده

بازده منابع تغذیه خطی معمولا بین ۴۰ تا ۵۰ درصد است به همین دلیل این منابع تغذیه در توان های بالا که تلفات زیاد میشود بسیار گران هستند دلیل اینکه بازده منابع تغذیه خطی اینقدر پایین است در مثال فوق کاملا واضح است. در ورودی از یک ترانس استفاده شد که نهایتا بازده آن به ۶۰ درصد میرسد. بنابراین با توجه به توان نامی ترانس که ۴۵ وات است چیزی حدود ۱۸ وات تلفات دارد. سپس پل دیود جریان ۳ آمپر را عبور میدهد و میزان یک ولت نیز افت دارد پس ۳ وات تلف میکند. رگولاتور باید ولتاژ ۱۷ تا ۲۱ ولت را به ۱۵ ولت برساند پس چیزی حدود ۲ تا ۶ ولت افت دارد و چریان آن نیز ۳ آمپر است پس تلفات رگولاتور نیز به طور میانگین ۱۲ وات است یعنی در نهایت حدود ۳۳ وات تلفات داریم و بازده این مبدل برابر ۵۷ درصد میشود.[/font]

[font=Vazir][font=sans-serif]کاربردها

امروزه منابع تغذیه خطی در کاربرهای توان پایین بیشترین استفاده را دارند چون هزینه ساخت آنها کم است و ساختار آنها بسیار ساده میباشد. همچنین در کاربردهایی که به نویز حساس هستند از منابع تغذیه خطی استفاده میشود زیرا در این منابع تغذیه به دلیل عدم وجود سوییچینگ، هیچ گونه نویز فرکانس بالا و EMI وجود ندارد.[/font][/font]

[A. horyeh]

یک منبع تغذیه، دستگاهی است برای تأمین انرژی الکتریکی برای یک یا چند بار مصرفی. این عبارت به صورت معمول در رابطه با دستگاه‌هایی که حالتی از انرژی الکتریکی را به حالتی دیگر تبدیل می‌کند به‌کار می‌رود. اگرچه آن نیز ممکن است به دستگاه‌هایی که شکل دیگری از انرژی (مکانیکی، شیمیایی، خورشیدی) را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند، اشاره کند. یک منبع تغذیه تنظیم شده، برای کنترل ولتاژ خروجی یا جریان تا یک مقدار خاص است، مقدار کنترل شده با وجود تغییرات در هر دو جریان بار یا ولتاژ تنظیم شده توسط منبع تغذیه منبع انرژی، تقریباً ثابت نگه داشته می‌شود.
منبع تغذیه ممکن است به عنوان یک دستگاه مجزا، مستقل یا یک دستگاه جدایی ناپذیر که به بار خود متصل است، عمل کند. منابع تغذیه ولتاژ پایین DC نمونه مورد دوم هستند که بخشی از کامپیوترهای رومیزیو دستگاه‌های الکترونیکی مصرف‌کننده را تشکیل می‌دهند.
معمولاً ویژگی‌های مشخص منبع تغذیه عبارتند از:
[list]

[*]مقدار ولتاژ و جریانی که می‌تواند برای بار خود تأمین کند.

[*]چگونه ولتاژ خروجی یا جریان آن زیر خط‌های مختلف و شرایط بار، پایدار است.

[*]چه مدت می‌تواند انرژی را بدون سوخت‌گیری یا شارژ تأمین کند. (اشاره به منابع تغذیه که منابع انرژی قابل حمل را استفاده می‌کنند)


[/list]

انواع منابع تغذیه[ویرایش]
منابع تغذیه برای دستگاه‌های الکترونیکی را می‌توان بطور گسترده به خط فرکانس بزرگ (یا معمولی) و منابع تغذیه سوئیچینگ تقسیم نمود. خط فرکانس بزرگ معمولاً یک طرح نسبتاً ساده است، اما آن برای تجهیزات جریان بالا، به دلیل نیاز به ترانسفورماتور خط فرکانس بزرگ و مدار تنظیم الکترونیکی حرارت مخزن، به‌طور فزاینده‌ای بزرگ و سنگین می‌شود. منابع تغذیه فرکانس خط متعارف، گاهی اوقات، «خطی» نامیده می‌شوند اما این یک اسم بی مسمی است زیرا تبدیل از ولتاژ AC به DC هنگامی که یکسوکننده‌ها به مخازن خازنی تغذیه می‌رسانند، ذاتاً غیر خطی است. تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خطی به وسیلهٔ یک مقسم ولتاژ فعال که انرژی مصرف می‌کند، ولتاژ خروجی تنظیم شده را تولید می‌کنند، در نتیجه بازده پایین است. یک منبع تغییر حالت که امتیاز مشابه با منبع فرکانس خط دارد، معمولاً کوچکتر، کارآمد تر، ولی پیچیده‌تر خواهد بود.
باتری[font=Tahoma, 'Iranian Serif', 'Noto Kufi Arabic', 'Droid Arabic Naskh', 'Iranian Sans', 'DejaVu Sans', serif][ویرایش][/font]
یک باتری دستگاهی است که انرژی شیمیایی ذخیره شده را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. باتری‌ها معمولاً به عنوان منابع انرژی در بسیاری از خانواده‌ها وهم چنین در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. دو نوع باتری وجود دارد: باتری‌های اولیه (باتری‌های یک بار مصرف)، که طراحی شده تا یک بار مورد استفاده قرار گیرند و سپس دور انداخته شوند، و باتری‌های ثانویه (باتری‌های قابل شارژ)، که طراحی شده تا شارژ شوند و چند بار مورد استفاده قرار گیرند. باتری‌ها در اندازه‌های مختلف هستند از سلول‌های مینیاتوری که در سمعک و ساعت مچی استفاده می‌شوند، تا بانک باتری‌های اندازه اتاق که به عنوان پشتیبان منبع تغذیه در مبادلات تلفنی و مراکز داده‌های کامپیوتر، به کار می‌روند.
منبع AC / DC[font=Tahoma, 'Iranian Serif', 'Noto Kufi Arabic', 'Droid Arabic Naskh', 'Iranian Sans', 'DejaVu Sans', serif][ویرایش][/font]
در گذشته خط برق در برخی از مناطق، به صورت DCودر بقیه مناطق به صورت AC، عرضه می‌شده‌است. ترانسفورماتورها نمی‌توانند برای DC استفاده شوند، اما به گونه‌ای ساده، منبع تغذیه غیرقابل تنظیم ارزان می‌تواند به صورت مستقیم از خط AC یا خط DC، بدون استفاده از یک ترانسفورماتور به کار آید. منبع تغذیه، شامل یک یکسوساز و خازن فیلتر است. در هنگام کار از DC، یکسوکننده اساساً یک هادی است، بدون داشتن اثر، یکسوکننده قرار داده می‌شود تا اجازه دهد که عملیات از AC یا DC بدون تغییر اجرا شود.
کاربرد منبع تغذیه[ویرایش]
منبع تغذیه کامپیوتر[font=Tahoma, 'Iranian Serif', 'Noto Kufi Arabic', 'Droid Arabic Naskh', 'Iranian Sans', 'DejaVu Sans', serif][ویرایش][/font]
منبع تغذیه کامپیوتر مدرن، یک منبع تغذیه سوئیچینگ است که برق AC را از منبع اصلی برق گرفته و به چندین ولتاژ DC تبدیل می‌کند؛ که این ولتاژها برای یک کامپیوتر معمولی عبارتند از: 12V , 5V , 5VSB(5 volt stand by) , 3V3 , -5V , -12V که بدین وسیله ولتاژ لازم برای قطعات داخل کامپیوتر را فراهم می‌کند. منابع سوئیچینگ، به دلیل بهبود هزینه، وزن، و اندازه، جایگزین منابع خطی شده‌اند. به ولتاژ DC با ولتاژهای مناسب تبدیل می‌کند
منبع تغذیه جوشکاری[font=Tahoma, 'Iranian Serif', 'Noto Kufi Arabic', 'Droid Arabic Naskh', 'Iranian Sans', 'DejaVu Sans', serif][ویرایش][/font]
جوشکاری قوسی، برق را استفاده می‌کند تا سطوح فلزات را به منظور پیوستن آن‌ها به یکدیگر از طریق بهم آمیختگی، ذوب کند. برق که به وسیلهٔ یک منبع تغذیه جوشکاری، آماده شده، می‌تواند AC یا DC باشد. جوشکاری قوسی، به‌طور معمول به جریان بالا بین ۱۰۰ تا ۳۵۰ آمپر نیاز دارد. بعضی از انواع جوشکاری را می‌توانید به مقدار کم مثلاً از۱۰ آمپر استفاده کنید، در حالی که دربرخی از کاربردهای نقطه جوش، جریان را به مقدار بالا تا ۶۰٬۰۰۰ آمپر برای یک مدت بسیار کوتاه می‌توان به کار برد. منبع تغذیه جوشکاری قدیمی، ترانسفورماتور و ژنراتورموتورهای'ی که به یک موتور احتراق داخلی بنزینی یا گازوئیلی جفت شده' را شامل می‌شود. بیشتر منابع جدید از نیمه رساناها و میکروپروسسورها برای کاهش اندازه و وزنشان استفاده می‌کنند. منبع: ویکی‌پدیا انگلیسی[۱]

[ahmadfathi]

منابع تغذیه الکتریکی که در آزمایشگاه ها، اسباب بازی ها، دستگاه های صنعتی و… به کار میروند بر اساس ساختار داخلی و نحوه تبدیل ولتاژ به دو دسته منابع تغذیه خطی و منابع تغذیه سوییچینگ تقسیم میشوند. در ادامه هر کدام از این منابع از لحاظ ساختار داخلی، عملکرد و مشخصات بررسی و مقایسه میشوند.

[font=sans-serif]منابع تغذیه خطی

تا سال ۱۹۷۰ استفاده از منابع تغذیه خطی تنها راه تبدیل ولتاژ الکتریکی بود اما از سال ۱۹۷۰ به بعد با ارائه منابع تغذیه سوییچینگ، کاربرد منابع تغذیه خطی محدود شد. اساس کار منابع تغذیه خطی استفاده از یک ترانس برای تبدیل ولتاژ برق شهر به ولتاژ دیگر است. سپس ولتاژ خروجی ترانس توسط پل دیودی و خازن فیلتر به ولتاژ DC تبدیل شده و با استفاده از یک تثبیت کننده ولتاژ خطی یا رگولاتور به یک ولتاژ DC خیلی تمیز و با کیفیت تبدیل میشود.[/font]

[font=sans-serif]اجزای تشکیل دهنده منابع تغذیه خطی
[/font]
با ذکر یک مثال میتوان مطلب فوق را به خوبی منتقل کرد. فرض کنید میخواهیم یک منبع تغذیه با ولتاژ ۱۵ ولت ۳ آمپر طراحی کنیم با توجه به بلوک دیاگرام منبع تغذیه خطی اجزای زیر را نیاز داریم.

ترانس

این ترانس ولتاژ ۲۲۰ ولت ورودی را که از برق شهر میگیرد به ولتاژ ۱۵ ولت تبدیل میکند. خب اکنون یک ولتاژ سینوسی با دامنه موثر ۱۵ ولت داریم که البته پیک دامنه آن برابر است با ۱۵*۱٫۴۱ که برابر ۲۱ ولت خواهد شد.

پل دیود

پل دیود وظیفه دارد که موج سینوسی ورودی را به یک ولتاژ DC البته با ریپل بالا تبدیل کند. پیک این ولتاژ DC برابر با ۲۰ ولت خواهد شد چرا که پل دیود افت ولتاژ ۱ ولت را دارد.

خان صافی
این خازن ریپل ولتاژ بعد از پل دیود را کاهش میدهد معمولا طوری خارن را قرار میدهیم که ولتاژ بعد از پل دیود کمی کمتر از ۱۰ درصد ریپل داشته باشد.
رگولاتور خطی

ولتاژ که به ورودی رگولاتور میرسد یک ولتاژ DC است که در بازه ۱۷ تا ۲۱ ولت نوسان دارد. رگولاتور وظیفه دارد تا این ولتاژ نوسانی را به یک ولتاژ ۱۵ ولت بدون نوسان تبدیل کند. دقت کنید ولتاژ ورودی رگولاتور خطی حتما باید حداقل حدود ۲ ولت از ولتاژ خروجی آن بیشتر باشد تا رگولاتور درست کار کند.


[font=sans-serif]بازده

بازده منابع تغذیه خطی معمولا بین ۴۰ تا ۵۰ درصد است به همین دلیل این منابع تغذیه در توان های بالا که تلفات زیاد میشود بسیار گران هستند دلیل اینکه بازده منابع تغذیه خطی اینقدر پایین است در مثال فوق کاملا واضح است. در ورودی از یک ترانس استفاده شد که نهایتا بازده آن به ۶۰ درصد میرسد. بنابراین با توجه به توان نامی ترانس که ۴۵ وات است چیزی حدود ۱۸ وات تلفات دارد. سپس پل دیود جریان ۳ آمپر را عبور میدهد و میزان یک ولت نیز افت دارد پس ۳ وات تلف میکند. رگولاتور باید ولتاژ ۱۷ تا ۲۱ ولت را به ۱۵ ولت برساند پس چیزی حدود ۲ تا ۶ ولت افت دارد و چریان آن نیز ۳ آمپر است پس تلفات رگولاتور نیز به طور میانگین ۱۲ وات است یعنی در نهایت حدود ۳۳ وات تلفات داریم و بازده این مبدل برابر ۵۷ درصد میشود.[/font]

[font=sans-serif]کاربردها

امروزه منابع تغذیه خطی در کاربرهای توان پایین بیشترین استفاده را دارند چون هزینه ساخت آنها کم است و ساختار آنها بسیار ساده میباشد. همچنین در کاربردهایی که به نویز حساس هستند از منابع تغذیه خطی استفاده میشود زیرا در این منابع تغذیه به دلیل عدم وجود سوییچینگ، هیچ گونه نویز فرکانس بالا و EMI وجود ندارد.[/font]