معرفی انواع منابع تغذیه DC و عملکرد آن ها

منبع تغذیه جزء ضروری در هر سیستم الکتریکی یا الکترونیکی است. هنگام انتخاب منبع تغذیه دقیق، الزامات مختلفی وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند، مانند: نیازهای برق مدار یا بار عمدتاً شامل ولتاژ و جریان است. ویژگی ‌های ایمنی مدار منبع تغذیه مانند محدودیت‌ های جریان و ولتاژ برای محافظت از بار، کارایی، اندازه فیزیکی و ایمنی سیستم از نویز است. در این مقاله به تعریف منبع تغذیه، انواع مختلف منبع تغذیه و نحوه عملکرد آنها می پردازیم. این منابع تغذیه عمدتاً برای اندازه گیری، نگهداری، آزمایش و فعالیت های توسعه محصول استفاده می شود.

دوره های آموزش تعمیرات برد الکترونیکی ، آموزش طراحی برد الکترونیکی و آموزش آردوینو در آموزشگاه فن آموزان بصورت تخصصی و از پایه تا پیشرفته تحت نظارت سازمان فنی حرفه ای کشور برگزار می شود. جهت اطلاع از شرایط برگزاری دوره ها و نیز دریافت مشاوره رایگان با شماره 02191321001 تماس بگیرید.

فیلم معرفی انواع منابع DC

منبع تغذیه چیست؟

منبع تغذیه را می توان اینگونه تعریف کرد که یک وسیله الکتریکی است که برای تامین برق بارهای الکتریکی استفاده می شود. وظیفه اصلی این دستگاه تغییر جریان الکتریکی از منبع به ولتاژ، فرکانس و جریان دقیق برای تامین بار می باشد. گاهی اوقات می توان از این منابع تغذیه به عنوان مبدل برق نام برد. برخی از انواع لوازم، قطعات جداگانه بار هستند، در حالی که برخی دیگر در وسایلی که آن ها کنترل می کنند ساخته می شوند.

مدار منبع تغذیه

مدار منبع تغذیه در دستگاه های مختلف الکتریکی و الکترونیکی استفاده می شود. مدارهای منبع تغذیه بر اساس توانی که برای تامین مدارها یا دستگاه ها استفاده می کنند به انواع مختلفی طبقه بندی می شوند. به عنوان مثال، مدارهای مبتنی بر میکروکنترلر معمولاً مدارهای منبع تغذیه تنظیم‌شده 5 ولت DC (RPS) هستند که می‌توانند با کمک روش ‌های مختلف برای تغییر برق از 230 ولت AC به 5 ولت DC طراحی شوند.

مدار منبع تغذیه در بالا نشان داده شده است، و تبدیل مرحله به مرحله 230 ولت AC به 12 ولت DC در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

• یک ترانسفورماتور کاهنده جریان متناوب 230 ولت را به 12 ولت تبدیل می کند.
• یکسو کننده پل برای تغییر AC به DC استفاده می شود
• یک خازن برای فیلتر کردن امواج AC استفاده می شود و به تنظیم کننده ولتاژ می دهد.
• در نهایت رگولاتور ولتاژ ولتاژ را تا 5 ولت تنظیم می کند و در نهایت از یک دیود مسدود کننده برای گرفتن شکل موج ضربانی استفاده می شود.

برق DC چیست؟

جریان مستقیم (DC) از الکترون هایی استفاده می کند که در یک خط مستقیم حرکت می کنند. این حرکت خطی، برخلاف حرکت موجی AC، نام آن را به این جریان داده است. این شکل جریان از باتری‌ها، سلول‌های خورشیدی، سلول‌های سوختی، دینام‌های مجهز به کموتاتورهایی که انرژی مستقیم ایجاد می‌کنند، و یکسوکننده‌هایی که از برق AC به برق DC تبدیل می‌شوند، می‌آید.

از آنجایی که برق DC در ولتاژ تحویلی بسیار سازگار است، بیشتر وسایل الکترونیکی به این نوع توان نیاز دارند. به همین دلیل است که اکثر وسایل الکترونیکی دارای منابع تغذیه DC به شکل باتری هستند یا نیاز به تبدیل برق AC از پریزها به برق DC از طریق یکسوساز دارند. منبع تغذیه اغلب دارای یکسو کننده های تعبیه شده به همراه ترانسفورماتورها برای افزایش یا کاهش ولتاژ به سطح مناسب هستند.

ولتاژ ثابت برای برخی از دستگاه ها مانند رایانه های نوت بوک ترجیح داده می شود. برای چنین دستگاه هایی، اگر می خواهید این وسایل الکترونیکی را از پریز برق اجرا کنید، به یک مبدل برق AC-DC نیاز دارید. مبدل شکل موج را به یک خط ثابت و مستقیم تبدیل می کند. جریان مستقیم برای الکترونیک ترجیح داده می شود زیرا بالا و پایین بودن جریان متناوب می تواند به اجزای ظریف داخل دستگاه های الکترونیکی آسیب برساند.

انواع مختلف منبع تغذیه

بطور کلی، اینجا جدولی از انواع مختلف منبع تغذیه بر اساس ورودی/ خروجی آورده شده است.

Output=AC	Output=DC
·         ترانسفورماتور ایزولاسیون ·         منبع AC متغیر ·         تعویض کننده فرکانس	·         Wall Wart ·         منابع تغذیه میز ·         شارژر باطری	Input=AC
·         اینورتر ·         ژنراتور	·         مبدل DC-DC	Input=DC

انواع مختلف منبع تغذیه به شرح زیر طبقه بندی می شوند.

• منبع تغذیه حالت سوئیچ SMPS-

منبع تغذیه SMPS یا منبع تغذیه کامپیوتر یکی از انواع منبع تغذیه است که شامل یک تنظیم کننده سوئیچینگ برای تبدیل توان الکتریکی به صورت قدرتمند است. مانند سایر منابع تغذیه، این منبع تغذیه برق را از منبع DC یا منبع AC به بارهای DC مانند رایانه شخصی (کامپیوتر شخصی) منتقل می کند، در حالی که ویژگی های جریان و ولتاژ را تغییر می دهد.

• منبع تغذیه اضطراری (UPS)

یو پی اس یا منبع برق اضطراری (UPS) یک وسیله الکتریکی است که به کامپیوتر اجازه می دهد تا مدتی با قطع منبع تغذیه اصلی به کار خود ادامه دهد. این دستگاه همچنین در برابر جریان برق محافظت می شود.

یو پی اس شامل یک باتری است برای ذخیره انرژی هنگامی که دستگاه افت برق از منبع اصلی را تشخیص می دهد. به عنوان مثال، اگر از رایانه شخصی استفاده می کنید که منبع تغذیه اضطراری، کاهش برق را احساس می کند، باید قبل از تخلیه UPS  (منبع برق ثانویه) داده ها را ذخیره کنید.

هنگامی که هر دو منبع برق اولیه و ثانویه تمام می شوند، هر گونه اطلاعات موجود در RAM رایانه شخصی شما (حافظه دسترسی تصادفی) پاک می شود. هنگامی که قطع برق رخ می دهد، یک منبع برق ثانویه اتلاف برق را متوقف می کند تا به رایانه شخصی آسیبی نرسد.

• منبع تغذیه AC

به طور معمول، منبع تغذیه AC ولتاژ را از منبع تغذیه دریافت می کند و آن را می توان با استفاده از ترانسفورماتور به ولتاژ مورد نیاز افزایش یا کاهش داد و ممکن است مقداری فیلتر انجام شود. انواع مختلف منابع تغذیه AC برای ارائه یک جریان تقریباً پایدار طراحی شده‌اند و ولتاژ o/p ممکن است بر اساس امپدانس بار تغییر کند. در برخی موارد، از آنجایی که منبع تغذیه DC است، ممکن است از یک ترانسفورماتور افزایش دهنده و یک اینورتر برای تبدیل آن به برق AC استفاده شود. برخی از انواع تغییر برق AC از ترانسفورماتور استفاده نمی کنند.

اگر ولتاژ ورودی و خروجی مشابه باشد و وظیفه اصلی دستگاه فیلتر برق متناوب باشد، و همچنین اگر دستگاه برای تامین برق پشتیبان طراحی شده باشد، ممکن است به عنوان منبع تغذیه بدون وقفه (UPS)  نامگذاری شود. در حال حاضر منابع تغذیه متناوب به دو نوع سیستم های تک فاز و سه فاز طبقه بندی می شوند. تفاوت اصلی این دو در قابل اطمینان بودن تحویل برق است. این منابع می توانند برای تغییر ولتاژ و همچنین فرکانس نیز قابل استفاده باشند.

برخی دیگر از سایر دوره های تخصصی و ویژه بازار کار که در آموزشگاه فن آموزان ارائه می شود شامل آموزش plc ، آموزش تابلو برق صنعتی و آموزش هوشمند سازی ساختمان می باشد. برای دریافت اطلاعات بیشتر با شماره 02191321001 تماس بگیرید.

• منبع تغذیه DC

منبع تغذیه DC منبع تغذیه ای است که ولتاژ DC ثابتی را برای بار خود فراهم می کند. بر اساس طرح آن، منبع تغذیه DC ممکن است از منبع تغذیه DC یا از منبع AC مانند شبکه برق کنترل شود.

نحوه کار منبع تغذیه DC به طور کلی در شکل زیر آورده شده است. به این صورت عمل می کند که در ابتدا سیگنال AC پس از عبور از یک ترانسفورماتور دامنه اش کاهش می یابد پس از آن، از یکسوساز که مثلا می تواند پل دیودی باشد عبور کرده و یک سیگنال تمام موج تولید می شود. در نهایت آن را از یک فیلتر شکل موج دارای ریپل عبور می دهیم و پس از اینکه از یک رگولاتور عبور کرد، ولتاژ DC تولید می شود.

حذف کننده باتری

این نوع لوازم معمولا کم هزینه ترین هستند. این نام هدف اصلی آن ها را که عمل کردن به جای باتری است، توصیف می کند. این واحدها در مواقعی که نیاز به کار بر روی تجهیزات باتری دار دارند، ارزان و مفید هستند، زیرا به فرد اجازه می دهند بدون نیاز به یافتن باتری های لازم، روی تجهیزات کار کنند.

 یک نوع محبوب 13.8 ولت DC را تولید می کند و در نظر گرفته شده است تا برق DC را برای دستگاه هایی که معمولاً از باتری خودرو تغذیه می شوند، تامین کند. استفاده های معمولی سرویس رادیوهای CB و تجهیزات استریو خودرو است. مشخصات تنظیم خط آن ها معمولاً گسترده تر از تجهیزات آزمایشگاهی است، اما این خوب است، زیرا ولتاژ در خودروها به طور قابل توجهی متفاوت است.

نوع محبوب دیگر جایگزین آرایش های مختلف از باتری های 1.5 ولتی و باتری های 9 و 12 ولتی است. تنها کنترل ها یک کلید روشن و خاموش و یک کلید چرخشی است که به شما امکان می دهد ولتاژ خروجی مورد نظر را انتخاب کنید. از آنجایی که آنها منبع تغذیه واقعی هستند، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به‌طور مداوم در کوتاه‌ترین زمان ممکن کار کنند.

منبع تغذیه ولتاژ ثابت

این نوع منبع تغذیه که کمی پیچیده تر از حذف کننده باتری است، یک ولتاژ ثابت و قابل تنظیم را تامین می کند. از آنجایی که آنها قابل تنظیم هستند، معمولاً یک شاخص برای نشان دادن ولتاژی که منبع تغذیه روی آن تنظیم شده است ارائه می شود. برخی نیز شاخصی دارند که به شما امکان نظارت بر جریان را می دهد.

رفتار اصلی منبع تغذیه حفظ ولتاژی است که تنظیم کرده اید بدون توجه به مقاومت بار.

این مدل ها دارای یک دستگیره برای تنظیم ولتاژ خروجی هستند. برخی از مدل ها ممکن است تا صفر ولت قابل تنظیم نباشند و حداکثر جریان خروجی آنها ممکن است متناسب با ولتاژ خروجی باشد، نه اینکه جریان نامی را در هر ولتاژ خروجی تامین کند. این نوع لوازم به خوبی به عنوان حذف کننده باتری عمل می کنند و همچنین جریانی را که بار می کشد را به شما نشان می دهند.

ولتاژ ثابت / منبع جریان ثابت

احتمالاً محبوب ترین نوع منبع تغذیه آزمایشگاهی منبع تغذیه ولتاژ/جریان ثابت است. این منابع علاوه بر تامین ولتاژ ثابت، می توانند جریان ثابت را نیز تامین کنند. هنگامی که در حالت جریان ثابت است، منبع تغذیه بدون توجه به تغییر در مقاومت بار، جریان تنظیم شده را حفظ می کند.

این منبع تغذیه یک ولتاژ قابل تنظیم را خروجی می دهد که با یک مجموعه پایانه های جک نشان داده می شود. ترتیب بالا ترمینال های خروجی با ترمینال زمین بین پایانه های + و – رایج ترین است و اتصال هر یک از ترمینال ها به زمین را با استفاده از یک میله اتصال کوتاه فلزی بسیار راحت می کند. این زمانی مفید است که می خواهید یکی از پایانه ها به زمین ارجاع داده شود. البته همین کار را می توان با یک تکه سیم یا یک سیم جامپر با شاخه های موزی روی هم انجام داد.

منبع تغذیه فوق دارای کنترل های درشت و ریز برای جریان و ولتاژ است. در عوض برخی از منابع تغذیه از پیچ های 10 چرخشی برای تنظیم استفاده می کنند. برخی دیگر از سوئیچ های چرخش شستی یا کلیدهای دکمه ای استفاده می کنند. کلیدهای چرخشی شستی و دکمه فشاری (اگر تنظیمات آنها دقیق باشد) مفید هستند زیرا می توانند نیاز به شاخص را برطرف کنند.

این نوع از منابع تغذیه اغلب دارای ویژگی های مفید دیگری نیز هستند:

سنجش از دور: ورودی با امپدانس بالا که به شما امکان می دهد ولتاژ بار را اندازه گیری کنید. سپس منبع تغذیه افت ولتاژ در لیدهای اتصال منبع تغذیه را به بار تصحیح می کند.

اتصالات Master/Slave: روش‌های مختلفی وجود دارد که به شما امکان می‌دهد منابع تغذیه را از یک خانواده به صورت موازی یا سری وصل کنید تا ولتاژ یا جریان بالاتری دریافت کنید.

ترمینال برنامه ریزی از راه دور: برخی از منابع تغذیه دارای پایانه های ورودی برای ولتاژ یا مقاومت هستند که می توان از آن ها برای کنترل ولتاژ یا جریان خروجی استفاده کرد. توجه: به این می گویند برنامه نویسی آنالوگ، نه برنامه نویسی دیجیتال با استفاده از کامپیوتر.

منبع تغذیه چندگانه

منابع تغذیه چند خروجی دارای بیش از یک خروجی DC، اغلب دو یا سه خروجی هستند. اینها برای سیستم هایی که نیاز به ولتاژهای متعدد دارند مفید و مقرون به صرفه هستند. منبع تغذیه ای که اغلب برای توسعه مدار استفاده می شود منبع تغذیه سه گانه است. یک خروجی 0 تا 6 ولت را تامین می کند که برای منطق دیجیتال در نظر گرفته شده است. دو ولتاژ دیگر (معمولاً) 0 تا 20 ولت هستند که می توانند با مدارهای آنالوگ دوقطبی استفاده شوند. گاهی اوقات یک تنظیم ردیابی برای دو منبع 20 ولتی ارائه می شود تا منابع + و – 20 ولت با هم با چرخاندن یک دستگیره تنظیم شوند.

سه خروجی را می توان به طور مستقل یا با دستگیره یا صفحه کلید تنظیم کرد. خروجی کانال 1 و کانال 2، 31 ولت در 3.1 آمپر و کانال سوم 6 ولت در 3.1 آمپر است. بنابراین منبع تغذیه قادر است بیش از 200 وات را به طور مداوم تولید کند. خروجی ها را می توان به طور مستقل یا یکباره روشن و خاموش کرد (مفید برای تغذیه کل برد مدار چاپی).

خروجی ها را می توان روی عملکرد زمان بندی شده تنظیم کرد: پس از گذشت یک بازه زمانی، خروجی خود به خود خاموش می شود. محدودیت ‌های ولتاژ برای همه کانال ‌ها قابل تنظیم است، بنابراین نمونه اولیه طرح الکتریکی شما می ‌تواند از تنظیم ولتاژ بیش از حد تصادفی محافظت شود. دو کانال 30 ولتی را می توان به ترتیب برای ولتاژ یا جریان بالاتر به صورت سری یا موازی متصل کرد. همچنین رجیسترهای ذخیره سازی برای ذخیره حداکثر 50 حالت ابزار برای فراخوانی آسان در آینده وجود دارد (مفید برای آزمایش های تکراری).

یک ویژگی خوب برای عملکرد بدون مراقبت این است که منبع تغذیه را می توان طوری تنظیم کرد که خروجی آن در آخرین تنظیمات روشن شود. بنابراین، اگر مداری در حال کار باشد و برق AC از کار بیفتد، منبع تغذیه با روشن شدن مجدد برق AC دوباره شروع به تامین برق می کند. علاوه بر این، این منبع خاص از طریق رایانه نیز قابل برنامه ریزی است.

• منبع تغذیه تنظیم شده

RPS (منبع تغذیه تنظیم شده) مدار ثابتی است که برای تبدیل جریان متناوب تنظیم نشده به جریان مستقیم ثابت (DC) استفاده می شود.

در اینجا یکسو کننده برای تغییر منبع AC به DC استفاده می شود و وظیفه اصلی آن دادن ولتاژ پایدار به یک دستگاه یا مدار است که باید در یک محدوده خاص از منبع تغذیه کار کند. خروجی RPS ممکن است یک طرفه (یا) تغییر کند، اما همیشه جریان مستقیم   (DC) است.

نوع تثبیت مورد استفاده را می توان کنترل کرد تا اطمینان حاصل شود که o/p در محدودیت های خاصی در شرایط بار مختلف باقی می ماند.

• منبع تغذیه قابل برنامه ریزی (Programmable)

این نوع منبع تغذیه امکان کنترل از راه دور را برای عملکرد خود از طریق ورودی آنالوگ و در غیر این صورت رابط های دیجیتال مانند GPIB یا RS232 را می دهد. خواص کنترل شده این منبع تغذیه شامل جریان، ولتاژ و فرکانس است. این نوع لوازم در طیف گسترده ای از کاربردها مانند ساخت نیمه هادی ها، ژنراتورهای اشعه ایکس، نظارت بر رشد کریستال ها و تست دستگاه های خودکار استفاده می شود.

• منبع تغذیه کامپیوتر

واحد منبع تغذیه در کامپیوتر بخشی از سخت افزار است که برای تغییر برق تامین شده از پریز به برق قابل استفاده برای چندین قسمت کامپیوتر استفاده می شود. در واقع جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می کند.

همچنین گرمای بیش از حد را از طریق کنترل ولتاژ کنترل می کند، که ممکن است به صورت دستی یا خودکار بر اساس منبع تغذیه تغییر کند. PSU یا واحد منبع تغذیه به عنوان مبدل برق یا بسته برق نیز نامیده می شود.

در یک کامپیوتر، اجزای داخلی مانند کیس، مادربرد، و منابع تغذیه همگی در پیکربندی‌های مختلف موجود هستند، اندازه‌هایی که به عنوان فرم فاکتور شناخته می‌شوند. همه این سه جزء باید به خوبی با هم تطبیق داده شوند تا به درستی با هم کار کنند.

به طور کلی، این نوع از منابع تغذیه از یک میکرو کامپیوتر ضروری برای کنترل و همچنین نظارت بر عملکرد منبع تغذیه استفاده می کند. منبع تغذیه ارائه شده با رابط کامپیوتر از پروتکل های ارتباطی اختصاصی استاندارد (یا) و زبان کنترل دستگاه مانند SCPI (دستورهای استاندارد برای ابزارهای قابل برنامه ریزی) استفاده می کند.

• منبع تغذیه خطی

مدار LPS (منبع تغذیه خطی) یا LR  (رگولاتور خطی) در مدارهای مختلف الکتریکی و الکترونیکی برای تامین جریان DC به کل مدار استفاده می شود. منبع تغذیه خطی عمدتاً شامل یک ترانسفورماتور کاهنده، یکسو کننده، مدار فیلتر و تنظیم کننده ولتاژ است. عملکرد اصلی این مدار در ابتدا این است. ولتاژ جریان متناوب را کاهش داده و سپس آن را به جریان مستقیم تغییر می دهد. از ویژگی های اصلی این منبع تغذیه می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• راندمان این منبع تغذیه بین 20 تا 25 درصد است.
• مواد مغناطیسی مورد استفاده در این منبع تغذیه، هسته CRGO یا St Alloy می باشد.
• قابل اطمینان تر، کمتر پیچیده و حجیم است.
• سریعتر پاسخ می دهد.

از مزایای اصلی منبع تغذیه خطی می توان به قابلیت اطمینان، سادگی، هزینه کم و سطح نویز پایین اشاره کرد. در کنار این مزایا، معایبی از جمله

اینها برای چندین کاربرد کم مصرف، در نتیجه زمانی که به یک توان بالا نیاز است بهترین هستند. از معایب این منبع تغذیه می توان به اتلاف زیاد گرما، اندازه و سطح راندمان پایین اشاره کرد. هر زمان که منبع تغذیه خطی در کاربردهای توان بالا استفاده شود. برای مدیریت توان به اجزای بزرگ نیاز دارد.

کلام آخر: بنابراین، تقریبا همه چیز در مورد انواع مختلف منابع تغذیه، به ویژه منابع تغذیه DC توضیح داده شد، که از آن ها برای تامین کارآمد منبع تغذیه سیستم های مختلف استفاده می شود. منابع تغذیه اجزای ضروری هر سیستم به منظور دریافت انرژی الکتریکی برای عملیات هستند. بنابراین، برخی از ملاحظات منبع تغذیه مانند طراحی یا توسعه اهمیت بیشتری دارند. زیرا روز به روز اختراع فناوری و همچنین منابع تغذیه برای محافظت از وسایل الکتریکی و الکترونیکی افزایش می یابد. در ادامه خلاصه ای از مطالب آمده است.

• منبع تغذیه DC که به عنوان منبع تغذیه میزی نیز شناخته می شود، نوعی منبع تغذیه است که ولتاژ جریان مستقیم (DC) را برای تغذیه یک دستگاه تامین می کند.
• یک زیر سیستم مدیریت منبع تغذیه DC می تواند از AC، DC، باتری یا ولتاژ فوق العاده کم به عنوان ورودی استفاده کند.
• طرح های منبع تغذیه DC به دو نوع تقسیم می شوند: منبع تغذیه بدون تنظیم و منبع تغذیه تنظیم شده.
• منبع تغذیه تنظیم شده می تواند به صورت خطی تنظیم یا سوئیچ شود.
• حالت سوئیچ اولیه و حالت سوئیچ ثانویه، دو نوع منبع تغذیه تنظیم شده با حالت سوئیچ هستند.
• مبدل DC-DC نوعی منبع تغذیه DC است که از ولتاژ DC به عنوان ورودی استفاده می کند.
• دو نوع مبدل DC-DC، مبدل غیر ایزوله و مبدل ایزوله می باشد.

آموزشگاه فن آموزان مجری برگزاری دوره های تخصصی الکترونیک ، تعمیرات و کنترل ابزار دقیق از جمله دوره های آموزش تعمیرات لوازم خانگی ، آموزش تعمیرات موبایل ، آموزش برق ساختمان ، آموزش نصب دوربین مدار بسته و بیش از هشتاد دوره تخصصی دیگر با مجوز رسمی از سازمالنی فنی حرفه ای کشور و اعطای مدرک معتبر می باشد. جهت ثبت نام و اطلاع از نحوه برگزاری دوره ها با شماره 02191321001 تماس بگیرید.