منبع تغذیه

منبع تغذیه چیست ؟

 

منبع تغذیه یا پاور ساپلای ( به انگلیسی : Power Supply ) ، دستگاهی است که به عنوان منبع انرژی الکتریکی ، برای تأمین انرژی الکتریکی  یک یا چند بار الکتریکی بکار می رود . به بیان دیگر ، دستگاهی است که توان الکتریکی مورد نیاز را برای مصرف‌کننده الکتریکی یا بار الکتریکی تأمین می‌کند .

منبع تغذیه ممکن است یک دستگاه مجزا یا بخشی از یک دستگاه دیگر باشد. تمامی دستگاه‌های الکترونیکی که ما به صورت روزمره با آن‌ها سر و کار داریم به نوعی از منبع تغذیه استفاده می‌کنند. تلویزیون، کامپیوتر، لپ‌تاپ و … دستگاه‌هایی هستند که دائماً با آن‌ها سر و کار داریم در درون خود از منبع تغذیه استفاده می‌کنند. دلیل استفاده از منبع تغذیه برای هر دستگاه، تأمین ولتاژ و جریان مناسب برای همان دستگاه است.

 

 

منابع تغذیه ، 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 . به عبارتی عملکرد اولیه تمام منبع تغذیه ها ، تبدیل انرژی الکتریکی می باشد که خروجی آن برای تغذیه و راه اندازی مدارات الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد .

 

 

ویژگی‌های اصلی منبع تغذیه عبارتند از :

• نوع و دامنهٔ ولتاژ و جریانی که برای بار تأمین می‌کند .
• پایداری ولتاژ یا جریان خروجی به ازای بارهای الکتریکی مختلف .
• مدتی که می‌تواند انرژی را بدون سوخت‌گیری یا شارژ تأمین کند (در منابع تغذیه که منابع انرژی قابل حمل دارند ) .

 

 

منابع تغذیه الکتریکی را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم بندی نمود : 

منابع تغذیه را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم بندی نمود: 1- منابع خطی 2- منابع غیرخطی یا سوئیچینگ که هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند. منبع تغذیه خطی در توان های پایین به صرفه است و پیچیدگی مداری خاصی ندارند . اما در توان های بالا وزن و سایز این تجهیز افزایش می یابد . 

در مقابل منابع غیرخطی به علت آن که در فرکانس بالا کار می کنند ، سایز ترانس کاهش یافته و در نتیجه نسبت به منابع خطی ، کوچک تر و سبک تر (در توان یکسان) هستند . این منابع کاربرد زیادی در صنعت برق و الکترونیک از جمله: منبع تغذیه کامپیوتر ، شارژرها ، منبع تغذیه آزمایشگاهی ، اینورترها و… دارند و در دروس دانشگاهی کم تر به این منابع تغذیه پرکاربرد پرداخته شده است .

 

منابع تغذیه خطی 

تا قبل از سال 1970 ، از منابع تغذیه خطی ( به انگلیسی : Linear power supply ) ، برای تبدیل ولتاژ الکتریکی استفاده می شد که با ارائه منبع تغذیه سوئیچینگ ، کاربرد منابع تغذیه خطی محدود شد .

این نوع منبع تغذیه را به این دلیل که در آن کلیدزنی (سوییچینگ : قطع و وصل کردن جریان) صورت نمی‌گیرد ، خطی می‌گویند ، اگرچه در ساختار آن از عناصر مداریِ غیرخطی مانند دیود و ترانزیستور استفاده شده‌ است.

اساس عملکرد آن‌ها چنین است که پس از کاستن دامنه ولتاژ متناوب ( AC ) ورودی با یک ترانسفورمر کاهنده ، آن را با پُل دیودی ، یکسو ( DC ) می‌کنند (یکسوسازی تمام‌موج با ترانس سر وسط و یکسوسازی نیم‌موج به ندرت استفاده می‌شود ) و پس از حذف  ریپِل ( به انگلیسی : Ripple ) با یک فیلتر ساده خازنی ، خروجی را به بار می‌دهند . البته پیش از آن ، معمولاً از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خطی ( به انگلیسی: Linear Voltage Regulators ) نیز برای تثبیت هر چه بهتر خروجی استفاده می‌شود.

این نوع منابع تغذیه دارای محدودیت‌های ذاتی هستند که از آنها نمی‌توان برای تأمین جریان‌های زیاد استفاده کرد . اما از آنها همچنان در کاربردهای حساس به نویز استفاده می‌شود.

در این مقاله قصد داریم بیشتر به منابع تغذیه سوئیچینگ بپردازیم .

 

 

منابع تغذیه سوئیچینگ 

منبع تغذیه ( به انگلیسی : switching power supply ) یا SMPS ، نقش بسیار مهمی را در سیستم های الکتریکی ایفا می کند . منبع تغذیه را می توان به عنوان مادری برای سیستم تصور نمود که از طریق فراهم آوردن تغذیه پایدار و مداوم به آن جان می بخشد. در این سیستم ها منابع تغذیه به منظور فراهم آوردن ولتاژ مستقیم از ولتاژ متناوب به کار برده می شود.

طبق تعریف، یک منبع تغذیه سوئیچینگ ( SMPS ) نوعی منبع تغذیه است که از روش‌های سوئیچینگ مبتنی بر نیمه‌هادی برای رسیدن به ولتاژ خروجی مطلوب استفاده می‌کند. یک مبدل سوئیچینگ پایه از یک بخش سوئیچینگ توان و یک مدار کنترل تشکیل شده است. بخش سوئیچینگ توان، تبدیل توان را از ولتاژ ورودی vin مدار به ولتاژ خروجی vout انجام می‌دهد که فیلتر خروجی نیز دارد.

منابع تغذیه سوئیچینگ ، به طور کلی برای بهبود نقاط ضعف موجود در منابع تغذیه خطی ، از جمله وزن زیاد ، حجم بالا و بازده کم می باشد .

مزیت اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ بازده بالاتر آن در مقایسه با رگولاتورهای خطی استاندارد است. عنصر اصلی در رسیدن به این بازده یک ترانزیستور (یا ماسفت) است که بین دو وضعیت اشباع (ON) و قطع (OFF) سوئیچ می‌کند و موجب اتلاف توان کمتری می‌شود . وقتی ترانزیستور سوئیچینگ کاملاً ON باشد و جریان را هدایت کند ، افت ولتاژ آن حداقل خواهد بود و هنگامی که کاملاً OFF شود جریانی از آن عبور نخواهد کرد. بنابراین، ترانزیستور شبیه یک سوئیچ یا کلید ایده‌آل عمل می‌کند.

 

امروزه منابع تغذیه سوئیچینگ در کامپیوترها، تقویت کننده‌های توان ، تلویزیون‌ها ، درایو موتورهای dc و … مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

مصارف منبع تغذیه سوئیچینگ

 

• مصارف صنعتی :

سیستم های burn in test 

Burn-in فرایندی است که طی آن اجزای سیستم قبل از قرار گرفتن در سرویس و اغلب مدت زمان قبل از مونتاژ کامل سیستم ، اعمال می شوند. این فرایند آزمایش باعث می شود برخی از خرابی ها در شرایط تحت نظارت اتفاق بیفتد تا بتوان درک ظرفیت بار محصول را ایجاد کرد. هدف از انجام تست سوختن ، شناسایی آن دسته از اجزای خاصی است که در نتیجه قطعه اولیه و با شکست بالا در منحنی وانی ( منحنی شکست ) با قابلیت اطمینان ، از کار می افتند. اگر دوره سوختگی به اندازه کافی طولانی شود (و شاید استرس زا باشد) ، پس از اتمام فرآیند سوختن burn in test می توان به سیستم اطمینان داشت که بیشتر از خرابی های اولیه  ،خرابی نخواهد بود.

 

 

 

 

تجهیزات پخت UV

پخت اشعه ماورا بنفش فرایندی است که از نور ماورا بنفش و نور مرئی برای شروع یک واکنش فتوشیمیایی استفاده می شود که شبکه ای از پلیمرها را بهم پیوند می دهد. پخت اشعه ماورا بنفش بسیار سازگار است که به دلیل برخی از ویژگی های اصلی آن در برنامه های چاپ ، پوشش ، تزئینات ، لیتوگرافی استریو و مونتاژ انواع محصولات و مواد قابل اجرا است. این یک فرآیند در دمای پایین ، سرعت بالا و بدون حلال است. فرآیند پخت به جای تبخیر توسط پلیمریزاسیون انجام می شود. از فن آوری پخت UV برای خشک کردن جوهرها ، پوشش ها ، چسب ها و سایر مواد حساس به اشعه ماورا بنفش از طریق پلیمریزاسیون استفاده می شود. علاوه بر این ، UV LED با امکان پذیر ساختن لایه های نازک تر و حساس به حرارت ضمن کاهش محصولات جانبی مضر مانند ازن و بهبود ایمنی محل کار ، فرآیند موجود را بهبود می بخشد.

 

 

تجهیزات لیزر

در سالهای اخیر ، تجهیزات پردازش با دقت بالا بر پایه لیزر توسط صنایع جایگزین انرژی ، فناوری اطلاعات ، پزشکی ، علوم مواد و صنایع الکترونیک به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است. از لیزرها می توان در فرآیند های مختلف تولید مانند برش ، مارک ، جوش ، حفاری ، حکاکی ، فرسایش ، چاپ سه بعدی ، آنیل ، تمیز کردن و غیره استفاده کرد. از راه حل های منبع تغذیه سیستم MEAN WELL می توان به عنوان منبع اصلی AC به DC لیزر استفاده کرد برنامه های کاربردی ، از جمله لیزر CO2 ، لیزر فیبر ، لیزر دیود و غیره. منابع تغذیه ای مورد استفاده برای راه اندازی یا درایو لیزر باید به طور خاص برای پاسخگویی به نیازهای اصلی مانند سوئیچینگ پالس با سرعت بالا ، زمان پاسخ سریع ، بازده بالا ، سر و صدای کم و قابلیت کنترل بالا طراحی شوند. به منظور ارائه یک محصول استاندارد که بتواند بسیاری از نیازهای کاربرد لیزر را برآورده کند ، MEAN WELL مقدار قابل توجهی از منابع را برای تولید LDPC-50A اختصاص داده است ، که یک درایور دیود لیزری با عملکرد بالا با استفاده از توپولوژی سوئیچینگ PWM است . منبع تغذیه LDPC-50A ممکن است با منبع تغذیه های توان خروجی بالا موجود از MEANWELL جفت شود تا یک راه حل مناسب و کامل برای تأمین نیازهای برق برنامه های دیود لیزر برای سیستم فراهم کند.

 

 

• مصارف روشنایی :

روشنایی باغبانی

اخیراً ، نورپردازی باغبانی یکی از محبوب ترین کاربردهای روشنایی است. این نه تنها می تواند جایگزین لامپهای سدیم فشار قوی شود ، بلکه همچنین می تواند در تنظیم رنگ لازم در رنگهای مختلف LED مورد استفاده قرار گیرد ، بنابراین می توان طول موجهای مورد نیاز برای هر مرحله از رشد گیاهان را تأمین کرد. نورپردازی باغبانی را می توان به نورپردازی برتر و نورپردازی داخلی تقسیم کرد. نورپردازی بالا منبع نور اساسی گیاهان معمولی را برای فتوسنتز تأمین می کند در حالی که روشنایی داخلی نور اضافی را به منظور تسریع در رشد میوه تامین می کند. در حال حاضر ، MEAN WELL موارد مختلفی را در برنامه روشنایی باغبانی جمع آوری کرده و آماده راه اندازی سیستم متمرکز برای تأمین نیازهای برق روشنایی باغبانی در آینده نزدیک خواهد بود.

 

 

روشنایی ماهیگیری

روشنایی LED ماهیگیری یک بخش نسبتاً جدید بازار در کاربرد محصول است. MHL معمولی (لامپ متال-هالید) دارای مصرف برق زیاد و گرمای تابشی است و برای ماهیگیرانی که مدت طولانی کار می کنند و نزدیک چراغ ها هستند مضر است. علاوه بر این ، بحث در مصرف منابع برق متداول در مصرف برق منجر به بار مصرف سوخت برای یک مولد برق می شود. بیش از این ، چراغ های ماهیگیری سنتی در معرض محیط های حساس با درجه حرارت بالا / پایین ، رطوبت بالا و شوری زیاد قرار دارند. بنابراین ، منجر به کاهش عمر محصول درایورهای LED می شود و به طور حتم هزینه های کلی نگهداری را افزایش می دهد. با توجه به بهره مندی از هزینه کمتر در نگهداری ، استفاده از محلول متمرکز برق در طولانی مدت یک انتخاب است.انتخاب محصولاتانتخاب محصولات

 

 

نورپردازی نمای ساختمان

از نور تزئینی ساختمانها برای نورپردازی جزئی و تک رنگ ساختمانهای مسکونی استفاده شده است. تاکنون ، در نورپردازی با مساحت زیاد در آسمان خراش ها به طور گسترده ای استفاده می شود. کلانشهر بین المللی پر از ساختمان ها ، ساختمان های بزرگ عمومی و پل هایی است که روی آنها نور تزئینی پیش بینی شده است. از برلین ، نیویورک ، مسکو ، لندن ، تایپه ، شانگهای پودونگ ، هنگ کنگ ، بانکوک ، تا جاکارتا .. ، نمونه های زیادی از نور محلی تزئینی وجود دارد که کاملاً متفاوت از ساختمانهای مسکونی یا عمومی است. در مقابل با نور تزئینی جزئی ساختمان که در گذشته برای اقامت یا ساختمانهای عمومی استفاده می شد ، امروزه روشنایی تزئینی ساختمان باید فضای بسیار گسترده تری را پوشش دهد و دمای رنگ لامپ رنگارنگ است. بنابراین ، اگر روش سیم کشی سنتی را که با استفاده از درایورهای LED مستقل استفاده می شود ، هزینه های نصب و نگهداری بسیار بیشتر خواهد شد. با توجه به نقطه درد فوق ، صنعت شروع به تلاش برای استفاده از منبع تغذیه متمرکز برای هدایت روشنایی تزئینی بر روی ساختمان ها کرد. در حال حاضر ، همراه با کنترل کننده های روشنایی DMX و لامپ هایی که به ولتاژ کار 12-24 ولت نیاز دارند ، محلول منبع تغذیه سیستم 24 ولت DC MEAN WELL به راحتی کنترل دمای رنگ ساطع شده از لامپ ها و بهره مندی از کاهش هزینه های نگهداری را فراهم می کند.

• مصارف شارژر :

ایستگاه شارژ EV

ایستگاه شارژ وسایل نقلیه الکتریکی که ایستگاه شارژ EV نیز نامیده می شود ، عنصری در زیرساخت است که نیروی الکتریکی را برای شارژ مجدد وسایل نقلیه برقی مانند وسایل نقلیه الکتریکی پلاگین ، از جمله اتومبیل های برقی ، وسایل نقلیه برقی محله و هیبریدهای پلاگین تأمین می کند. در خانه یا محل کار ، برخی از وسایل نقلیه الکتریکی مبدلهای داخلی دارند که می توانند به یک پریز برق استاندارد یا یک پریز برق با ظرفیت بالا متصل شوند. دیگران یا به یک ایستگاه شارژ نیاز دارند یا می توانند از یک ایستگاه شارژ استفاده کنند که قابلیت تبدیل ، نظارت یا عملکرد ایمنی را دارد. این ایستگاه ها هنگام مسافرت نیز مورد نیاز هستند و بسیاری از آنها با ولتاژ و جریان بالاتر از شارژ سریعتر از آنچه در EVSE های مسکونی موجود است پشتیبانی می کنند. ایستگاه های شارژ عمومی معمولاً امکانات خیابانی است که توسط شرکت های برق ارائه می شود یا در مراکز خرید خرده فروشی واقع شده و توسط بسیاری از شرکت های خصوصی اداره می شود.

 

• مصارف فناوری اطلاعات و ارتباطات :

اطلاعات و ارتباطات 

در گذشته ، فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) به دو بخش مختلف تعلق داشت. با تکامل و توسعه فناوری ، این دو بخش به تدریج در یکی ادغام شدند. در گذشته ، سیستم های اطلاعاتی و سیستم های ارتباطی نیازهای متفاوتی دارند و به تدریج در مشخصات مشابه یا یکسان ادغام می شوند. علاوه بر افزایش تقاضای برق از محصولات ICT و نیازهای سختگیرانه تر به مشخصات الکتریکی توسط این صنعت ، Mean Well همچنان به تولید محصولات جدید و گسترش خطوط تولید برای برآوردن نیازهای برق برای کاربردهای مختلف در بخش بازار ICT ادامه می دهد.

 

• مصارف پزشکی :

کاربرد پزشکی

منابع تغذیه پزشکی مناسب باید بر اساس نیازهای الکتریکی سیستم نهایی ، مانند نیاز به انزوای 2 برابر MOPP ، تاسیسات داخلی یا خارجی ، جریان لمسی کم ، ولتاژهای خروجی چندگانه برای رانندگی در سیستم های مختلف و غیره راه حل های قدرت پزشکی با 3 ~ 55VDC و درجه بندی قدرت از 400 تا 1200 وات. در سری محصولات موجود ، سری های NMP و UMP همه برای سیستم های پزشکی دارای درجه بندی BF مناسب هستند که هر زمان که از آنها استفاده می شود ، در بیشتر موارد به طور معمول سنسورها باید از طریق سیم یا ابزار بسیار نزدیک به بدن انسان به بیماران متصل شوند. بنابراین ، یک راه حل مطمئن و قابل اعتماد برای برق مورد نیاز است. علاوه بر این ، در میان سناریوهای استفاده در دنیای پزشکی ، منبع تغذیه قابل تنظیم کاملاً متناسب با نیازهای برق برای سیستم تصویربرداری تشخیصی ، تجهیزات پزشکی ، دستگاه زیبایی پزشکی ، تجزیه و تحلیل بیوشیمی و ایمنی ، دستگاه کمکی الکتریکی و موارد دیگر است.

 

 

منبع تغذیه بدون وقفه (UPS)

افزایش ولتاژ برق یا قطعی برق در چنین تجهیزاتی می‌تواند باعث زیان‌هایی مانند اخلال در کسب و کار آنلاین، یا از بین رفتن اطلاعات مهم، یا اخلال در شبکه و اینترنت بشود. منبع تغذیه بدون وقفه برای محافظت از سخت‌افزار و تجهیزاتی مانند سرورها، سیستم‌های کامپیوتری، تجهیزات مخابراتی، یا سایر تجهیزات الکتریکی کاربرد دارد.

یوپی‌اس یا منبع تغذیهٔ بدون وقفه (به انگلیسی: Uninterruptible power supply یا UPS) وسیله‌ای است که در هنگام قطع یا تغییرات شدید ولتاژ ورودی، امکان ادامهٔ کار در حالت عادی را برای مصرف‌کننده فراهم می‌کند. وظایف اصلی یو پی اس:

• تأمین توان الکتریکی بدون وقفه
• جلوگیری از اختلالات و نوسان برق
• ثابت نگه داشتن سطح ولتاژ و فرکانس

در زمانی که برق دچار نوسانات ناگهانی می‌شود، سیستم UPS باعث جلوگیری از آسیب رسیدن به سیستم‌های الکترونیکی می‌شود و در برابر تغییر ولتاژ و قطعی برق از آن‌ها محافظت می‌کند. هدف اصلی یک دستگاه یو پی اس تهیه یک منبع بدون وقفه انرژی برای تجهیزاتی است که از آن محافظت می‌کند.

یوپی‌اس‌های کوچک معمولاً درون خود، یک باتری دارند که هنگام وجود برق در حالت عادی آن را شارژ می‌کنند. هنگام قطع برق یا افت ولتاژ زمانی که ولتاژ از یک مقدار کمتر شود یوپی‌اس به‌طور خودکار واحد منبع تغذیه را از برق شهری به باتری موجود درون خود تغییر می‌دهد این کار در مدت زمانی حدود یک یا ۲ میلی‌ثانیه انجام می‌پذیرد و در نتیجه رایانه متوجه قطع جریان الکتریکی نشده و به کار خود ادامه می‌دهد.

در صورت وجود نوسان یا بالازدگی ولتاژ یا پایین زدگی ولتاژ، یو پی اس برق خروجی را اصلاح می‌کند.

یو پی اس می‌توان برق خروجی را از لحاظ ولتاژ و فرکانس و وجود هارمونیک، اصلاح کند.