منبع تغذیه چیست انواع آن Power Supply

منبع تغذیه دستگاهی است که از آن به عنوان منبع انرژی الکتریکی استفاده می شود که خروجی آن برای تغذیه و راه اندازی مدارات الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. منابع تغذیه دارای ویژگی هایی هستند که نیاز بار اعمالی (یعنی همان وسیله ای که توسط منبع تغذیه، تغذیه می شود) را تامین می کند. از این ویژگی ها می توان به ولتاژ خروجی، حداکثر جریان خروجی، شکل موج خروجی، دقت و در عین حال پایداری مشخصات خروجی اشاره کرد.

به طور کلی به واحدی که می تواند انرژی الکتریکی لازم یک سیستم الکتریکی را تامین نماید منبع تغذیه گفته می شود. منابع تغذیه می تواند به صورت یک واحد متصل به یک سیستم الکتریک باشد و یا می تواند به صورت یک سیستم جداگانه انرژی الکتریکی سیستم دیگر را تامین نماید . منابع تغذیه الکتریکی به دو دسته منابع تغذیه جریان مستقیم DC و جریان متناوب AC تقسیم می شوند . منبع تغذیه DC می تواند باتری و یا یک مدار الکتریکی باشد که ولتاژ متناوب برق شهر را به ولتاژ مستقیم DC تبدیل می نماید .

منابع تغذیه DC نوع دوم که برق شهر را به ولتاژ DC تبدیل می کنند از پرکاربرد ترین منابع موجود در جهان می باشند که بر روی بیشتر وسایل الکتریکی چه به صورت یک واحد یکپارجه و چه به صورت یک واحد مستقل دیده می شود. در مثال اول می توان به POWER کامپیوتر های رومیزی اشاره نمود که یک منبع تغذیه یکپارچه با سیستم کامپیوتر است و در مثال دوم می توان به شارژر لپ تاپ ها اشاره کرد که در اصل یک منبع تغذیه مستقل و جدا از سیستم است .

در کار های آزمایشگاهی و مهندسی برق و الکترونیک همیشه نیاز به وجود منابع تغذیه احساس می شود تا مهندسین بتوانند توسط آن تغذیه مدارات الکتریکی و الکترونیکی را تامین و با تغییر پارامتر های منابع تغذیه مدارات خود را تست نمایند. منابع تغذیه مورد نیاز در چنین محیط هایی ، همان منابع تغذیه DC با استفاده از برق شهر است که قابلیت تغییر پارامتر های منبع تغذیه مانند ولتاژ و جریان را دارا می باشد. به این منابع، منابع تغذیه DC متغیر گفته می شود. از این منابع در تمامی محیط های آزمایشگاهی و تعمیراتی استفاده می شود. برای مثال یک تعمیر کار موبایل به صورت مداوم از این منابع برای تست و روشن کردن مدارات موبایل استفاده می کند .

انواع منابع تغذیه

منابع تغذیه را با توجه به نوع نمایش مقادیر ولتاژ و جریان می توان به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم می نمایند که در نوع آنالوگ مقادیر ولتاژ و جریان توسط دو عقربه قرار گرفته بر روی صفحه مدرج نمایش داده می شود و در نوع دیجیتال مقادیر ولتاژ و جریان توسط Seven Segment و یا LCD نمایش داده می شود . به طور معمول خروجی این منابع دارای سیستم حفاظتی است و در صورتی که خروجی اتصال کوتاه شود، در بعضی منابع قابلیت جریان دهی وجود دارد و در برخی جریان خروجی صفر می شود.

منبع تغذیه DC

منابع تغذیه DC دارای خروجی متغیر یا ثابت میباشند. بدین معنی که در خروجی ثابت سیگنال DC با دامنه و جریان ثابت (مثلا 5V/3A) بدست می آید اما در خروجی متغیر میزان جریان یا ولتاژ در بازه ای متغیر بوده و توسط پیچی مقدار مطلوب حاصل میگردد. مانند منبع تغذیه متغیر 0-30V/0-3A

بسته به تعداد کانال های خروجی به پاور ساپلای های DC آزمایشگاهی، تک کانال و دوبل تراکینگ( دو کانال متغیر) می گویند.

بطور مثال در شکل فوق منبع تغذیه دوبل تراکینگ 30V/3A میباشد(شامل دو کانال متغیر 0-30V/0-3A به رنگ زرد و آبی و یک کانال خروجی ثابت 5V/3A به رنگ خاکستری). جهت تنظیم ولتاژ با استفاده از پیچ یا کیبورد مقدار مورد نظر را ست نموده و برای محدود کردن جریان دو سر پراب قرمز مشکی که به سر مثبت منفی پاور وصل شده، را اتصال کوتاه کنید و با پیچ جریان مقدار مطلوب را مشخص کنید. جریان بعد از قطع اتصال پراپ یا در مدار قراردادن منبع تغذیه، نشان داده نمیشود. فقط زمانی که منبع تغذیه جریانی بیش از حد تعریف شده بکشد، مقدار نشان میدهد که به معنی اینست که جریانی که تعیین کرده بودید کم بوده است که یا باید جریان را بیشتر کنید یا در طراحی مدار اشتباهی رخ داده. البته از زیاد کردن جریان بدون در نظر گرفتن شرایط مدار خودداری کنید که باعث صدمه زدن به بخشی از مدار نشود.

منبع تغذیه AC

منبع تغذیه AC، به طور معمول ولتاژ را از یک پریز برق می‌گیرد و آن را به ولتاژ مورد نظر کاهش می‌دهد. ممکن است مقداری فیلترینگ نیز انجام شود.

منبع تغذیه تنظیمی خطی

ولتاژ تولید شده توسط یک منبع تغذیه غیر تنظیمی، بسته به بار و تغییرات در ولتاژ تغذیه AC تغییر می‌کند. برای کاربردهای حساس الکترونیکی، برای تنظیم دقیق ولتاژ می‌توان از یک رگولاتور خطی (linear regulator) استفاده کرد و در مقابل نوسانات ولتاژ ورودی و بار آن را ثابت نگه داشت. همچنین رگولاتور تا حد زیادی نوسان و نویز جریان مستقیم خروجی را کاهش می‌دهد. رگولاتور خطی اغلب یک محدودیت جریان (current limiting) ایجاد می‌کند که از منبع تغذیه و مدار متصل به آن در برابر اضافه جریان حفاظت می‌کند.

یک منبع تغذیه سویچینگ

در یک منبع تغذیه سویچینگ (switched-mode power supply) یا SMPS، ورودی برق AC به طور مستقیم یکسو و سپس فیلتر می‌شود تا یک ولتاژ DC به دست آید. سپس ولتاژ DC به دست آمده توسط مدارات سویچینگ الکترونیکی با یک فرکانس بالا روشن و خاموش روشن می‌شود و در نتیجه یک جریان AC تولید می‌کند که از یک ترانسفورماتور فرکانس بالا و یا القاگر عبور می‌کند. سویچینگ در فرکانس بسیار بالا (معمولا 10 کیلو هرتز تا 1 مگاهرتز) انجام می‌شود و بدین وسیله امکان استفاده از ترانسفورماتور و فیلتر خازن‌های بسیار کوچک‌تر، سبک‌تر و ارزان‌تر از آن‌هایی که در منابع تغذیه خطی که با فرکانس برق کار می‌کنند، فراهم می‌شود. پس از سلف و یا سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور، برق AC فرکانس بالا یکسو و فیلتر می‌شود تا ولتاژ خروجی DC تولید شود. اگر SMPS از ترانسفورماتور فرکانس بالا با عایق کافی استفاده کند، خروجی آن از نظر الکتریکی از برق اصلی جدا می‌شود و این ویژگی اغلب برای ایمنی ضروری است.
منابع تغذیه سویچی معمولا تنظیمی هستند و برای ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی، منبع تغذیه از یک کنترلر فیدبکی (feedback controller) استفاده می‌کند که جریان کشیده شده توسط بار را پایش می‌کند.

منبع تغذیه ولتاژ بالا

یک منبع تغذیه ولتاژ بالا (high voltage power supply) دستگاهی است که خروجی آن صدها یا هزاران ولت است. برای جلوگیری از ایجاد قوس، خرابی عایق و یا تماس تصادفی انسان از اتصالات ویژه‌ای استفاده می‌شود.
ویژگی‌های اضافی موجود در منابع ولتاژ بالا ، توانایی معکوس کردن قطب خروجی همراه با استفاده از بریکرهای مدار (circuit breakers) و اتصالات ویژه (special connectors) برای به حداقل رساندن قوس و تماس تصادفی با دست انسان می‌باشد. برخی از منابع تغذیه برای کنترل ولتاژ خروجی، یک ورودی آنالوگ فراهم می‌کنند که باعث تبدیل آن‌ها به آمپلی‌فایرهای ولتاژ بالا و البته با پهنای باند بسیار محدود می‌شود.

منبع تغذیه قابل برنامه‌ریزی

منابع تغذیه قابل برنامه‌ریزی (programmable power supplies) امکان کنترل از راه دور ولتاژ خروجی را به وسیله یک سیگنال ورودی آنالوگ یا یک واسط کامپیوتری مانند RS232 یا GPIB فراهم می‌کنند. خواص متغیر شامل ولتاژ، جریان و فرکانس (برای دستگاه‌های با خروجی AC) هستند. این منابع تغذیه دارای مدارهای پردازنده، مدارهای برنامه‌ریزی ولتاژ/جریان، شنت جریان و خوانش مجدد ولتاژ/جریان هستند. ویژگی‌های اضافی می‌تواند شامل اضافه جریان، اضافه ولتاژ، حفاظت اتصال کوتاه و جبران دما باشد. منابع تغذیه قابل برنامه‌ریزی در شکل‌های از جمله ماژولار (modular)، بوردی (board-mounted)، دیواری (wall-mounted)، زمینی (floor-mounted) و یا چهارپایه‌ای (bench top) موجود هستند.
منابع تغذیه قابل برنامه‌ریزی می‌توانند DC، AC و یا AC با آفست DC را پوشش دهند. خروجی AC می‌تواند تک فاز یا سه فاز باشد. تک فاز معمولا برای ولتاژ کم استفاده می‌شود در حالی که سه فاز برای ولتاژهای بالاتر معمول است .
منابع تغذیه قابل برنامه‌ریزی در حال حاضر در کاربردهای بسیاری استفاده می‌شوند. برخی از نمونه‌ها عبارت‌اند از تست خودکار تجهیزات، پایش رشد بلور و آنالیز گرمایی تفاضلی.

کاربردهای منبع تغذیه

• آزمایشگاه های آموزشی و تحقیقاتی تمامی رشته های مهندسی
• تغذیه مدارات الکترونیکی
• کامپیوتر ها (پاور سیستم)
• جوشکاری
• استفاده بجای آداپتور های AC
• صنعت نور و لیزر
• سیستم های فتو ولتائیک
• باتری سازی(شبیه سازی باتری)

نوشته :خانم مهندس قاسمی نیا