منبع تغذيه چيست ؟

هر وسيله الکترونيکي بنا به طراحي خاص خود ، به ولتاژ و آمپراژ مشخصي جهت راه اندازي و کارکرد
نياز دارد.منبع تغذيه دستگاهي است که قادر است از يک ورودي با ولتاژ و آمپراژ ثابت (بنا به طراحي داخلي خود) ولتاژ و آمپراژ مختلفي را توليد نمايد.

منبع تغذيه کامپيوتر چيست ؟

کامپيوترهاي شخصي نيز مانند هر وسيله الکترونيکي جهت کار به منبع تغذيه خاص خود نياز دارند منبع تغذيه اي که بتواند ولتاژهاي مورد نياز بخش هاي داخلي يک کامپيوتر را تامين نمايد.
ولتاژهاي مورد نياز يک PC، ثابت و شامل -5V ، -12V ، +5V ،+12V ، مي باشد . اما در منبع تغذيه کامپيوتر پارامتر متغييري مانند آمپراژ و بالاتس توان خروجي نيز وجود دارد. در مورد آمپراژ خروجي منبع تغذيه (که متناسب با توان آن مي باشد) مي توان گفت که منبع تغذيه هاي کامپيوتر بنا به موارد مصرف و سخت افزار هاي متصل به آن داراي توان هاي مختلفي مي باشند به طور مثال در گذشته اي نه چندان دور يک سيستم پنتيوم 4 معمولي جهت کارکرد به منبع تغذيه اي با قدرت 200 وات نياز داشت ولي اکنون يک سيستم پنتيوم 4 معمولي به منبع تغذيه اي با قدرت حداقل 400 وات نياز دارد و اين به دليل آن است که مصرف کليه قطعات سخت افزاري جديد به طرزچشمگيري افزايش يافته است .
متغيير ديگري که در منبع تغذيه کامپيوتري وجود دارد . بالانس توان خروجي بر روي شاخه هاي خروجي مي باشد .
ساختار داخلي منابع تغذيه کامپيوتري داراي چند ويرايش يا ورژن مختلف مي باشند. ويرايش 1.3 که هم اکنون نيز به اشتباه ،کاربرد دارد در بالانس خروجي خود+5 V پر قدرت تري به نسبت +12 V دارد حال آنکه اکثر قطعات سخت افزاري جديد ، توان مصرفي اصلي خود را از شاخه +12V تامين مي نمايند که تامين آمپراژ مورد نياز شاخه +12V اين قطعات تنها از عهده منبع تغذيه جديد با ويرايش 2.0 به بالاتر بر مي آيد چرا که در بالانس خروجي اين مدل ها ، +12 V پر قدرت تري به نسبت +5 V وجود دارد و گاها داراي دو يا سه شاخه مجزا در خروجي +12 V خود مي باشند .

آشنايي با ساختار داخلي منبع تغذيه رايانه

در اين قسمت به صورت مختصر با اجزاي داخلي منبع تغذيه و وظايف آن آشنا مي شويد .
بديهي است که اين ساختار، همگاني وعمومي نمي باشد بلکه حدود 75% ساختار داخلي منابع تغذيه استاندارد کنوني را در بر مي گيرد

1- (LINE FILTER (EMI :

با توجه به اينکه منابع تغذية سوئيچينگ به عنوان يك منبع توليد کننده نويز براي مدارات مخابراتي مي باشند، با فيلتر كردن ورودي و خروجي ،بايد ميزان اثر تداخل الكترومغناطيسي را تا حد امكان كاهش داد. چرا که با بالا رفتن فركانس در مدار داخلي پاور، هارمونيكهايي با فركانس بالاتر ازفركانس اصلي منبع ايجاد مي گردند وموجب تداخل درباندهاي راديويي و مخابراتي مي گردد. معمولا اين بخش از دو عنصر القاگرو خازن تشکيل شده است ، که وظيفه ممانعت از خروج نويز حاصل از سيستم سوئيچينگ منبع تغذيه به بيرون وهمچنين ممانعت از ورودفركانس هاي اضافي حاصل ازدوران موتورهاي الكتريكي وياسيستم هاي توليد كننده حرارت به داخل منبع تغذيه رابرعهده دارد.امروزه علاوه بر تقويت لاين فيلتر ، با تعبيه PFC در بخش ورودي ، پيشرفتهاي بيشتري صورت گرفته است.

INPUT CAPACITOR -2 :

به طور معمول در منابع تغذيه امروزي ابتدا ولتاژ AC ورودي، توسط چند يکسو کننده يا يک پل ديود تبديل به ولتاژ DC مي گردد. سپس اين ولتاژ DC در اختيار خازنهاي الکترليت ورودي با تحمل ولتاژ بالاتر از 200 ولت قرار داده مي شود تا انرژي مورد نظر براي کارکرد ترانزيستور هاي سوئيچ را فراهم آورند. اين قسمت معمولا از دو خازن الکتروليت با ظرفيت هاي متناسب با توان منبع تغذيه تشکيل شده است ، که وظيفه كنترل سطح ولتاژ ورودي در هنگام كاركرد وهمچنين ذخيره انرژي مورد نياز مدار سوئيچينگ به هنگام وقفه هاي كوتاه انرژي، رابرعهده دارد.ظرفيت و کيفيت خازنها در اين قسمت ازاهميت ويژه اي برخوردار مي باشند. چرا که ظرفيت انباره انرژي و پارامتر هاي کيفي اين خازنها مانند (ESR) در کارکرد بدون وقفه مدار وکاهش ريپل خروجي تاثير گذار مي باشد.

POWER SWITCHING -3 :

به طورمعمول ولتاژDC عرضه شده توسط خازنهاي ورودي در اين قسمت تبديل به ولتاژ AC با فرکانس بالا جهت کنترل سطح ولتاژ مي گردد. با اين کار عملا يک محيط کنترلي انعطاف پذير توسط Duty Cycle ، براي کاهش و افزايش ميزان ولتاژ و جريان ايجاد نموده ايم و از طرفي ريپل خروجي را با تعبيه خازنها و سلف هاي محدودتري مي توانيم کنترل نماييم . همچنين با بالا بردن فرکانس جريان AC ، نياز به ترانسفورماتور با ابعاد خيلي بزرگ نخواهيم داشت وازاتلاف انرژي بيشتر، جلوگيري نموده ايم. اين بخش معمولا ازدوترانزيستور قدرت (MOSFET) تشکيل شده است که وظيفه كنترل سطح ولتاژخروجي ازطريق زمان روشن وخاموش شدن (سوئيچ کردن) رابرعهده دارد . همچنين ترانزيستور سوئيچ ديگري نيز براي عمليات راه اندازي مدار استند باي پاور ، در اين قسمت وجود دارد ، که عموما تا زمان قطع کامل ولتاژ ورودي ، در گير مي باشد.

TRANSFORMER -4

زماني که پاور ساپلاي راه اندازي مي شود ويکي از ترانزيستورهاي سوئيچ در حالت اشباع قرار مي گيرد ، ترانزيستور بازشده و اولين پالس براي ترانس ارسال مي گردد. سپس جواب مثبت ترانس از بين مي رود و اورشوت (Overshoot) تحريکي در سيم پيچ ترانس درايو ايجاد مي نمايد که موجب بسته شدن سريع ترانزيستور مي گردد. اين اتفاق مجددا توسط ترانزيستور بعدي و پي در پي انجام مي پذيرد. از اين رو پيوسته ولتاژ مثبت و منفي به يکي از دوسر سيم پيچ ترانس درايو مي رسد و متعاقبا در اختيار سيم پيچ اوليه ترانس سوئيچ قرار مي گيرد. اين بخش بنا به نوع طراحي ، از دوتا سه ترانس با كاركرد مشخص( Switching TR, Drive TR, Stand By TR ) تشکيل شده است، که علاوه بر ايزولاسيون DC وظيفه تغييرسطح ولتاژ را برعهده دارد.طراحي در اين قسمت بسيار حساس مي باشد، زيرااگر تعداد دورهاي اوليه وثانويه متناسب باطراحي مدار PWM نباشد، پايداري مدار وضريب اطمينان نيمه هادي و درنهايت کارکرد منبع تغذيه با مشکل اساسي مواجه خواهد شد.

OUTPUT DIODES -5 :

اين قسمت از ديودهايSHUTKEY , FAST تشکيل شده است که وظيفه يکسوسازي ولتاژ دريافتي از ترانس سوئيچ را در حالات عادي بر عهده دارد. قطع کامل جريان خروجي در حالات خاص نيز از ديگر وظايف اين قسمت مي باشد . محاسبه و تعيين ميزان ولتاژ و تحمل آمپراژ عبوري يکي از شاخصه هاي اصلي براي انتخاب اين ديودها در مدار PWM مي باشند.

OUTPUT FILTER -6

اين قسمت ازچندخازن الکتروليت وسلفهاي چند لايه تشکيل شده است ، که وظيفه ذخيره انرژي درزمان روشن،وارائه آن بار درزمان خاموشي ترانزيستوررابرعهده دارد. همانطور که قبلا اشاره شد هر چه فرکانس در قسمت سوئيچ ها بالاتر در نظر گرفته شود، ميزان خلا ولتاژ کاهش يافته و نياز به تعبيه خازنهاي با ظرفيت بالاتر در اين قسمت کمتر مي شود. اين قضيه در کاهش ريپل خروجي پاور تاثيرات مثبتي خواهد گذاشت.

HEAT SINK -7

ميزان اتلاف انرژي به صورت گرمايشي و تشعشعات الکترو مغناطيسي در منابع تغذيه سوئيچينگ ، بالا مي باشد. انتقال اين حرارت به فضاي بيرون کيس از اهميت ويژه اي برخوردار است . به همين منظور، اين قسمت از آلياژهاي مختلف آلومينيوم و مس که هادي سريع گرما مي باشند، ساخته مي شود و به واسطه تعبيه شيارهايي برروي آن جهت عبورجريان هوا، وظيفه انتقال دما ازترانزيستورهاي سوئيچينگ وهمچنين ديود هاي SHUTKEY , FAST به محيط اطراف را بر عهده دارد . شکل ظاهري هيت سينکها متناسب با فضاي داخلي پاور و نوع سيستم کولينگ در نظر گرفته شده براي هدايت جريان هوا، متفاوت مي باشد.

FAN -8

اين قسمت علي رقم اينكه معمولا اهميتي براي آن ازطرف مصرف كنندگان قائل نمي شوند ، بسيار داراي اهميت مي باشد ، چرا كه رابطه مستقيمي با راندمان و طول عمر منبع تغذيه دارد . هر چقدر تهويه هواي گرم ازمحيط داخلي منبع تغذيه به فضاي بيروني ، بهتر انجام گيرد ، كاركرد منبع تغذيه افزايش مي يابد . جديدا توليد كنندگان از فنهاي 12*12cm در محصولات خود استفاده مي نمايند كه اين مورد باعث تهويه هواي گرم اطراف پردازشگر و همچنين بي صدا شدن منبع تغذيه گرديده است . ولي در اين روش ضعفهايي نيز وجود دارد که از آن جمله انتقال گرما به پشت برد اصلي پاور و سپس هدايت اين گرما از طريق شيارهاي پشت پاور به داخل سيستم مي باشد. طبق جديد ترين بررسي هاي انجام گرفته، بهترين روش تخليه گرماي داخلي پاور، تعبيه يک فن 8 سانتي متري يا دو فن 8 سانتي متري روبروي هم با قابليت کنترل ميزان دوران بر اساس حرارت فضاي داخلي پاور مي باشد.

PCB -9

برداصلي منبع تغذيه ميباشد و كليه قطعات برروي آن نصب ميشوند. رعايت استانداردها و معيار هاي مختلف ازجمله ايمني در برابر آتش سوزي درساخت برد،باعث افزايش ضريب اطمينان پاور و كاربر در مواردخاص مي گردد. امروزه در منابع تغذيه حرفه اي، از بردهاي دو لايه و سه لايه نيز استفاده مي گردد.

IC CONTROLLER -10

اين قسمت پيچيده ترين بخش مدار PWM مي باشد ودر سالهاي اخير تغييرات چشمگيري درطراحي اين قسمت بوجود آمده است.به طوري که امروزه آي سي هاي جديد چند نوع وظيفه مختلف رابرعهده دارند،که درنهايت باعث افزايش دقت درکارکردمنبع تغذيه گرديده است . در زير به مختصري از وظايف آي سي هاي جديد اشاره شده است :
الف ) کنترل خروجي ؛ که با توليد پالسهاي PULS WHIDH MODUTATION ،فرآيند تغيير پنهاني يک رشته پالس براساس تغييرات سيگنال هاي ديگر و اعمال بازخورد ولتاژ و جريان و راه اندازي نرم در کليه خروجي ها را برعهده دارد.
ب ) شبيه سازي ؛ ازطريق يک شبکه تقسيم مقاومتي ، کسري از ولتاژ خروجي به آي سي جهت مقايسه بايک ولتاژ مبنا، منتقل مي شود و درصورت بروز هرگونه تغيير در خروجي دستور DOWN ازطريق آي سي صادرمي شود.
ج ) نوسان ساز ؛ که در فرکانس پايه کار مي کند وموج مثلثي جهت استفاده در PWM راتوليد مي کند
د ) راه اندازخروجي ؛ که توان کافي راجهت به کارگيري درمقاصد کم وميانه، توليدمي کند .
ه ) ولتاژ مبنا ؛ که ولتاژ پايه را جهت مقايسه خروجي ها و همچنين يک ولتاژ پايدار براي ساير بخش ها توليد مي کند .
و ) مبدل خطا ؛ که عرض پالس DC خروجي رامتناسب باسطح ولتاژ ، تنظيم مي نمايد.

آشنايي با کانکتورهاي خروجي پاور:

امروزه کانکتورهاي خروجي در منابع تغذيه کامپيوتر ، داراي تنوع و تعداد خاصي شده اند و طبيعي مي باشد که اين تنوع کانکتورها بر روي تمامي پاورها قابل اجرا نمي باشد. بلکه بنا به شرايط خاص ، توان و ويرايش هر مدل پاور، مي توان شاهد وجود يا عدم وجود برخي از اين کانکتورها بود.

کانکتور ATX Main :

در شکل بالا نماي کلي يک کانکتور 24 پين مادربرد ، با قابليت تبديل به 20 پين را ملاحظه مي فرماييد. لازم به ذکر است که معمولا اينگونه کانکتورهاي 24 پين را به طور مجزا (20+4 پين) بر روي پاورها ملاحظه مي فرماييد و اين به دليل آن است که قابليت نصب برروي مادربردهاي 20 پين را داشته باشد.
توجه داشته باشيد که پاورهاي 24 پين را مي توان برروي مادربردهاي 20 پين نصب نمود ولي پاورهاي 20 پين را نبايد براي مادربردهاي 24 پين استفاده نمود. متاسفانه اغلب فروشندگان به صرف روشن شدن مادربردهاي 24 پين با پاورهاي 20 پين، اين کار را به کرات انجام مي دهند و يا از تبديل 20 به 24 استفاده مي نمايند. ولي آيا از خود سوال نموده اند که اگر قرار بر اين بود، چرا شکل ظاهري کانکتور مادر بردها و پاورهاي جديد 24 پين شده است؟ همانطور که در تعاريف استاندارهاي ATX عنوان شد، نوع مصرف مادربردها و قطعات سخت افزاري از يک مرحله خاص به بعد، تغيير يافت و پيرو آن سازندگان مادربرد و پاور تحت استانداردهاي جديد ، اقدام به طراحي و توليد محصولات خود نمودند. اين مورد تغيير شکل نيز به نوعي يک هشدار براي مصرف کنندگان بود!
حال اگر پاور 20 پين برروي يک مادربرد 24 پين نصب گردد ، چه اتفاقي مي افتد؟
به دليل فشار مضاعف و جريان بالايي که ديگر کانکتورهاي پاور براي تامين ولتاژ کانکتورهاي متصل نشده متحمل مي گردند ، پس از مدتي ( بستگي به نوع سخت افزار و ميزان توان مصرفي ايشان ) اين کانکتورها خاصيت اوليه خود را از دست مي دهند (تغيير رنگ و سولفاته شدن فسفر برنز کانکتورها ) و موجب افزايش غير طبيعي نويز در اين محل مي گردند و عملا کارآيي سيستم پايين آمده و درصد آسيب قطعات سخت افزاري به شدت بالا مي رود.

کانکتور EATX :

درشکل بالا نمونه اي ازکانکتورهاي جديد 8 پين ، معروف به EATX را ملاحظه مي فرماييد. اين کانکتور ها در گذشته براي تغذيه مادربردهاي سرور و پردازنده هاي سرور مانند Xeon ها استفاده مي گرديد . ولي اکنون با توجه به افزايش ميزان مصرف پردازنده هاي امروزي ، مي توان اين کانکتورها را بر روي مادربردهاي نيمه حرفه اي جديد نيز ملاحظه نمود و معمولا در اين کانکتورهاي 8 پين از دو خروجي مجزاي 12 ولت پاور استفاده مي گردد. لازم به ذکر است اين خروجي در پلات فرم جديد مادربرد ها ، مانند AMD4*4 ، تا 2 عدد افزايش يافته است و متناسب با آن اين کانکتور در پاورهاي EPS سال 2007 ، تا دو عدد مشاهده مي گردد

کانکتور Molex معروف به IDE :

اين کانکتور 4 پين مولکس را ملاحظه مي نماييد که اغلب جهت راه اندازي فنها، اپتيکال درايوها و هاردهاي قديمي معروف به IDE استفاده مي گردند.

کانکتور Serial ATA معروف به SATA :

اين نمونه کانکتورمخصوص هاردهاي SATA راملاحظه مي فرماييد. اگر دقت نماييد در اينگونه کانکتورها از سه خروجي اصلي پاور يعني خروجي هاي 3/3 و 5 و 12 با رنگهاي نارنجي، قرمز و زرد استفاده شده است. نکته مهم در اين بحث استفاده اشتباه از کانکتورهاي تبديل IDE به SATA مي باشد. در اين روش شما عملا ولتاژ نارنجي رنگ يعني همان 3/3 ولت خروجي پاور را به هار SATA خود نمي رسانيد. درست است که در اين حالت هم هارد SATA کار مي کند ولي با اين روش شما عملا قابليت هاي هارد SATAII خود را کاهش داده ايد و علاوه بر آن هارد خود را در معرض آسيب جدي قرار داده ايد.

کانکتور PCI Express معروف به PCIE :

شما نمونه کانکتور خروجي 6 پين مخصوص کارتهاي PCI E را ملاحظه مي کنيد. درست است که اين نوع کانکتور در همه کارتهاي گرافيکي PCI Express استفاده نمي شوند، ولي رده هاي بالاي اينگونه کارتها ، نياز مبرم به ورودي مجزاي ولتاژ مورد نياز خود دارند و به دليل مصرف بالاي آنها ، اينگونه کانکتورها فقط بر روي پاورهاي بالاتر از توان واقعي 380 وات تعبيه مي گردند. همچنين جهت ساپورت تکنولوژي هاي SLI, Cross Fire که از دو کارت به صورت همزمان استفاده مي گردد ، پاورهاي حرفه اي داراي 2 تا چهار خروجي 6 پين PCIE مي باشند.
همچنين در شکل بالا نمونه کانکتورهاي 8 پين PCI Express جديد را ملاحظه مي فرماييد. همانطور که شما هم مستحضر مي باشيد، هيولاهاي جديد گرافيکي که توسط کمپاني هاي NVIDIA, ATI به بازار عرضه شده اند ، مصرف انرژي فوق العاده بالايي دارند. مصرف از شاخه 12 ولت اينگونه کارتهاي گرافيکي به حدي بالا رفته است که به جهت عدم آسيب ديدگي کانکتورها ( که در بالا بحث شد ) ، اين کمپاني ها بر روي اينگونه کارتهاي خود اقدام به تعبيه دو کانکتور 6 پين و يا يک 8 پين و يک 6 پين در کنار يکديگر نموده اند
منبع:www.gteck.blogfa.com
/س