دانلود رایگان فایل pdf مقاله

منبع تغذیه

منبع تغذیه یا power supply (به انگلیسی) دیوایسی است، که تمام تجهیزات الکتریکی از جمله کامپیوتر برای راه اندازی به آن نیاز دارند. این دیوایس در سیستم کنترلی خانه هوشمند،نقش تامین کننده انرژی الکترونیکی، را ایفا می نماید. یکی از مهم ترین کارکردهای منبع تغذیه تبدیل ولتاژ متناوب برق شهر به ولتاژ مستقیم dc می باشد. به عبارت دیگر منبع تغذیه ولتاژ ورودی ۱۲۰ ولت تا ۲۲۰ ولت را به ولتاژ dc مورد نیاز تجهیزات تبدیل می کند.
در حالت کلی دو دسته منبع تغذیه وجود دارد که شامل منبع تغذیه خطی و سوییچینگ می گردد.

شیوه ی عملکرد منبع تغذیه خطی

مکانیزم عملکرد منبع تغذیه خطی به این صورت است که برق شهر را از ورودی دریافت کرده و سپس آن را توسط یک ترانسفورماتور،به ولتاژ سطح پایین تر مثلا ۱۲ ولت تبدیل می نماید.در سطوح توان پایین، منبع تغذیه خطی مناسب است، اما اشکال کار با آنها در توان های بالا آشکار می گردد. با کم شدن فرکانس اندازه تجهیزاتی مانند ترانسفورماتور یا خازن افزایش می یابد، روش مناسب در این حالت استفاده از منبع تغذیه سوییچینگ فرکانس بالاست.

شیوه ی عملکرد منبع تغذیه سوییچینگ

عملکرد منبع تغذیه سوییچینگ مبتنی بر زیاد شدن فرکانس ورودی تا چند کیلو هرتز است. از این روی در منبع تغذیه سوییچینگ فرکانس ولتاژ ورودی به مقدار بسیار زیادی افزایش می یابد، تا از اندازه ترانسفورماتور و خازن الکترولیت بکاهد.
یکی از تفاوت های عمده در منبع تغذیه خطی و سوییچینگ، در شیوه ی عملکرد بهینه ی آنها می باشد. منبع تغذیه خطی همیشه حداکثر توان را در قسمت خروجی تحویل می دهد، بنابراین کارکرد با حداکثر توان برای تمام تجهیزات موجب ایجاد گرمای زیادی می گردد. شیوه ی عملکرد منبع تغذیه ی سوییچینگ به صورت یک حلقه ی فید بک دار بوده و همواره سوییچینگ ترانزیستور وابسته به میزان مصرف خروجی می باشد، که با توجه به میزان مصرف توان، چرخه کاری کلیدزنی ترانزیستور افزایش یا کاهش می یابد.
یک منبع تغذیه سوئیچینگ که از نظر ویژگی دقیقا هم رده با مدل خطی باشد، از لحاظ اندازه بسیار کوچکتر بوده و بازده خوبی را تامین می نماید، اما به نسبت پیچیدگی آن بیشتر است.

عملکرد اولیه تمام منبع تغذیه های موجود، تبدیل انرژی الکتریکی می باشد. یک منبع تغذیه تنظیم شده، جهت کنترل ولتاژ خروجی یا جریان تا یک مقدار خاص، مقدار کنترل شده با وجود تغییرات در هر دو جریان بار یا ولتاژ تنظیم شده توسط منبع تغذیه ، تقریباً ثابت نگه داشته می‌شود.
منبع تغذیه، ممکن است با یک دستگاه مجزا، مستقل یا یک دستگاه جدایی ناپذیر که به بار خود متصل است، عمل نماید. منابع تغذیه با ولتاژ پایین DC نمونه مورد دوم هستند، که بسیاری از کامپیوترهای شخصی و دستگاه‌های الکترونیکی مصرف کننده ی آن هستند.

ویژگی های منبع تغذیه

ویژگی‌های مشخصی که معمولا منبع تغذیه دارای آن است، عبارتند از:
• مقدار ولتاژ و جریانی که برای بار خود می تواند تأمین نماید.
• بررسی پایداری و چگونگی ولتاژ خروجی یا جریان آن زیر خط‌های مختلف و شرایط بار.
• مدت زمانیکه می‌توان انرژی را بدون سوخت‌گیری یا شارژ تأمین نماید.
تامین ولتاژ DC از برق AC .
کاهش ولتاژ AC جهت رسیدن به دامنه مطلوب سیگنال AC و یا تبدیل به DC بطور مثال منابع تغذیه سوئیچینگ یا SMPS ها برق AC را یکسو نموده و با استفاده از متد سوئیچ جریان بار(ON/OFF) به ولتاژ دلخواه دست می یابد.

نقش منبع تغذیه در خانه هوشمند

منابع تغذیه DC دارای خروجی متغیر یا ثابت می باشند. بدین معنی که در خروجی ثابت سیگنال DC با دامنه و جریان ثابت (مثلا V 5/3A) بدست می آید. اما در خروجی متغیر میزان جریان یا ولتاژ در بازه ای متغیر بوده و توسط پیچی مقدار مطلوب آن حاصل می گردد. مانند منبع تغذیه متغیر ۰-۳۰V/0-3A
بسته به تعداد کانال های خروجی به منبع تغذیه های DC آزمایشگاهی، تک کانال و دوبل تراکینگ ( دو کانال متغیر) می گویند.

انواع منبع تغذیه

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 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. تبدیل از ولتاژ AC به DCهنگامی که یکسوکننده‌ها به منابع خازنی تغذیه می‌رسانند، ذاتاً غیر خطی است. تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خطی به وسیله یک تقسیم کننده ولتاژ فعال که انرژی را مصرف می‌کند، ولتاژ خروجی تنظیم شده را تولید می ‌نماید، در نتیجه دارای بازده پایین تری هستند. یک منبع تغییر حالت که امتیاز مشابه با منبع فرکانس خطی دارد، معمولاً کوچکتر، کارآمد تر، ولی پیچیده‌تر خواهد بود.

مزایا منبع تغذیه DC

• قابلیت تنظیم ولتاژ و جریان خروجی
• تنظیم مقدار ولتاژ جریان از طریق کیبورد یا پیچ تنظیم
• دارای نمایشگر مجزا
• قابلیت برنامه ریزی، امکان افزایش یا کاهش ولتاژ (طبق هر تابع دلخواه) در فواصل زمانی مختلف بصورت اتوماتیک. البته این مزیت شامل منبع تغذیه هایی می شود که، قابل برنامه ریزی باشند.
• قابلیت استفاده از هر کانال بطورکاملا مجزا، سری نمودن منابع (جهت افزایش دامنه ولتاژ)، موازی کردن ( افزایش محدوده جریان) و منفی- مثبت ( تولید سیگنال منفی بطور مثال V~030).

موارد کاربرد منبع تغذیه

برای انتخاب یک منبع تغذیه مناسب باید به ویژگی‎ها‎یی از قبیل ولتاژ خروجی، حداکثر جریان خروجی، شکل موج خروجی و در عین حال پایداری مشخصات خروجی دقت نمود.
یکی از انواع منبع تغذیه های موجود، منبع تغذیه قابل برنامه ریزی می باشد، که اصلی ترین کاربرد این نوع منبع تغذیه dc، در طراحی سیستم های الکترونیکی و کنترلی می باشد.

نقش منبع تغذیه در خانه هوشمند
این نوع منبع تغذیه ها توانایی محدود سازی ولتاژ، جریان و توان بین دو سطح را درکمترین و بیشترین حد دارند.
قیمت منبع تغذیه قابل برنامه ریزی به علت ویژگی های خاص آن از جمله ریپل و نویز کمتر، تفاوت قابل ملاحظه ای با انواع منبع تغذیه های معمولی دارد.

محل کاربرد منبع تغذیه

در 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 فتوولتائیک و باتری سازی (شبیه سازی باتری) می باشد.

عوامل مؤثر در طراحی یک منبع تغذیه مناسب

جهت انتخاب یک آرایش مناسب نیاز به شناخت آرایش های مختلف، قابلیتها و محدودیت های آنها وجود دارد. پنج عامل متمایز کننده در انتاب یک منبع تغذیه مناسب به قرار زیر می باشد:
۱- حداکثر جریان اولیه که تعیین کنندة حد تحمل قدرت نیمه هادی است.
۲- مقدار ولتاژی که باید روی ترانس اولیه بیفتد (یا ولتاژ ورودی).