موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الأربعاء، 18 مارس 2020

دارة المحول المفتاحي SMPS


شرح دارة المحول بحسب نظام SMPS

ماذا يعني مزود الطاقة في وضع التبديل SMPS؟

تعريف SMPS أو مصدر الطاقة في وضع التبديل SMPS، هي عبارة عن دائرة إلكترونية تقوم بتحويل مقدار وكمية الطاقة الكهربائية باستخدام أجهزة التبديل Switching Devices التي يتم تشغيلها وإيقاف تشغيلها بسرعة كبيرة جداً أي بترددات عالية، إضافة الى أدوات ومكونات التخزين مثل المحاثات Inductors أو المكثفات Capacitors لتوفير الطاقة عندما يكون جهاز التبديل في وضع وحالة عدم التوصيل أثناء التبديل المستمر والمتكرر.

تتمتع دارة محول الطاقة ذات خاصية التبديل التي تعمل بناءً على نظام SMPS بكفاءة عالية وتستخدم على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المعدات الإلكترونية، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر والمعدات الحساسة الأخرى التي تتطلب إمدادات طاقة ثابتة، مستقرة وفعالة. والشكل التالي يوضح بعض من أشكال المحولات الكهربائية التي تعمل بتقنية الـ SMPS

ما هو اختصار الكلمة SMPS؟

يُعرف اختصار محول الطاقة SMPS باسمين هما: Switch-Mode Power Supply أو Switching-mode Power Supply. وكلاهما يعني محول الطاقة في وضع التبديل.

أسماء أخرى للدارة SMPS

1- دارة البور أو الباور النبضية SMPS.
2- دارة الباور سبلاي SMPS.
3- دوائر القدرة المفتاحية SMPS.
4- المحول غير الخطي SMPS.
5- المحول SMPS.

أصناف وأنواع دارة الـ SMPS

يتم تصنيف محولات القدرة المفتاحية التي تعمل وفقاً لنظام SMPS بحسب نوع جهد الدخل والإخراج Input & Output Voltage وعددها أربعة تصنيفات. والفئات الرئيسية الأربع هي:
1- AC إلى DC
2- من DC إلى DC
3- DC إلى AC
4- من AC إلى AC

مكونات وأجزاء دارة SMPS من AC الى DC

يتكون مصدر الطاقة الأساسي المعزول SMPS والذي يستقبل التيار المتردد AC ويحوله إلى التيار المستمر DC من:
1- دارة مقوم موجة كاملة عند الإدخال مع مواسع (أي مكثف) للفلترة Input Rectifier and Filter.
2- انفرتر inverter (قلاب أو عاكس موجي) مكون من مجموعة من الموسفت MOSFET.
3- محول كهربائي Transformer.
4- دارة مقوم موجة كاملة عند المخرج مع مواسع للفلترة Output Rectifier and Filter.
5- دارة تحكم التغذية الراجعة والتحكم Feedback and Control Circuit.

مبدأ عمل دارة محول الـ SMPS

إن طريق عمل دارة الـ SMPS مبنية على تتابع وتسلسل الأجزاء الخمسة السابقة على نحو متكامل ومتكرر. لذلك، يتم تغذية العاكس بمصدر دخل التيار المستمر المعدل من القنطرة Full Bridge أو مصدر تيار مباشر مثل البطارية، حيث يتم تشغيله وإيقاف تشغيل العاكس بترددات عالية تتراوح بين 20 كيلوهرتز الى 200 كيلوهرتز عن طريق التبديل المستمر باستخدام الموسفتات MOSFETS أو ترانزستورات الطاقة Power Transistors.
بالمقابل، يتم تغذية الملف الابتدائي للمحول Primary Winding بتلك النبضات الصادرة من الانفرتر (العاكس)، ويتم تصحيح وتعديل تيار الخرج الصادر من الملف الثانوي للمحول Secondary Winding وتصفيته لإنتاج فولتية مباشرة DC والمطلوبة. ومن هنا، يأتي دور دارة التحكم والتغذية الراجعة؛ تراقب دائرة التغذية الراجعة جهد الخرج وتعطي الأوامر اللازمة الى دائرة التحكم وتوجهها لضبط دورة العمل للحفاظ على الإخراج الفولتي اللازم عند المستوى المطلوب. والشكل التالي يوضح مخطط وخطوات عمل دارة الـ SMPS


تقنيات مستخدمة في بناء دارة البور سبلاي SMPS

هناك تكوينات وتقنيات عديدة ومختلفة لبناء دائرة SMPS تعرف باسم الطوبولوجيا Topology، لكل منها خصائص ومزايا وأساليب تشغيل فريدة، والتي تحدد طريقة وكيفية نقل طاقة الإدخال إلى منطقة المخارج أو الإخراج الفولتي.
تتكون معظم الطوبولوجيا المستخدمة بشكل شائع مثل flyback و push-pull و half bridge و full bridge من محول كهربائي لتوفير العزلة التامة، قياس الجهد وفولتية الإخراج المتعددة. لا تحتوي التقنيات غير المعزولة على محول ويتم توفير خدمة تحويل الطاقة، عن طريق نقل الطاقة باستخدام تقنية الحث الكهربائي Inductive Energy Transfer عن طريق المحثات المختلفة.

مزايا وحسنات إمدادات الطاقة في وضع المحول SMPS

1- كفاءة أعلى من 68٪ من غيرها من المحولات، أي تصل إلى 90٪ من الدقة المطلوبة.
2- مخرجات فولتية Vout منظمة وموثوقة بغض النظر عن الاختلافات في جهد توريد المدخلات Vin.
3- حجم محولات الـ SMPS صغير نسبياً وذات وزن خفيف.
4- ذات تقنية وتكنولوجيا مرنة من حيث الأداء والاستخدام والوظيفة.
5- توفر كثافة طاقة عالية High Power Density.

سلبيات دارة SMPS

1- يتم توليد تداخل كهرومغناطيسي electromagnetic interference، أي في الموجات الكهرومغناطيسية.
2- تصميم الدوائر معقدة للغاية.
3- مكلفة وباهظة الثمن مقارنة بالإمدادات الخطية.

ما هي تطبيقات دارة محول الـ SMPS وأين يتم استخدام ذلك المحول؟

نجد استخدام محول مصدر طاقة وضع التبديل (SMPS) في العديد من الأجهزة التي تتطلب دقة وثبات في كمية التيار وفرق الجهد التي تعمل عليه، ومن تلك الاستعمالات هي:
1- أجهزة الكمبيوتر الشخصية PC، الخوادم Servers ومحطات العمل Workstations.
2- يتم استخدام SMPS في صناعات الأدوات الآلية.
3- يتم استخدام SMPS في نظام الأمان Safety System، فهي قادرة على إيقاف توريد التيار الكهربائي عند حدوث تماس أو شورت كهربائي عند الدارة المربوطة بالخرج الفولتي لدارة SMPS.
4- يتم استخدامه في نظام السكك الحديدية.
5- بشكل عام، يتم استخدام محول مصادر الطاقة ذات وضع التبديل SMPS لتشغيل مجموعة متنوعة من المعدات الالكترونية مثل أجهزة الحاسوب المركزية والإلكترونيات الحساسة والأجهزة التي تعمل بالبطارية وغيرها من المعدات التي تتطلب كفاءة عالية.

أسئلة شائعة عن دارة المحول غير الخطي SMPS

ما هي الوظيفة الرئيسية لـ SMPS؟

يشير SMPS إلى مصدر الطاقة في وضع التبديل. وتتمثل مهمتها في تحويل طاقة التيار المتردد AC إلى طاقة DC منخفضة الجهد. تتطلب معظم شرائح الكمبيوتر في أجهزة الكمبيوتر الحديثة طاقة ذات فولتية مباشرة ودقيقة تتراوح ما بين 1.2 الى 3.3 فولت. أما الأجهزة القديمة تتطلب ما جهداً ما بين 5 الى 12 فولت ذات تيار مستمر DC. لذلك، تهدف الى توفير فرق جهد وتيار ثابتان ومستقران للأجهزة الإلكترونية الدقيقة.

هل هنالك أي خطورة من العبث بمحول الحاسوب أو بور سبلاي الكمبيوتر؟

بالطبع هنالك خطر، وقد يؤدي الى الموت في بعض الأحيان. فعلى الرغم من أن محول الـ Power Supply الخاص بالحاسوب والذي هو من النوع SMPS يمتاز بالأمان في تنظيم التيار الكهربائي الصادر منه، إلا أن هنالك خطر تسريب الكهرباء الى جسم الانسان، فمقدار التيار الكهربائي الخارج من دارة الـ SMPS تصل الى أكثر من 40 أمبير عند فرق جهد 12 فولت. لذلك يجب الاحتياط والحذر.

ما فائدة الخط الأرضي (التأريض) المتصل بمحول الباور سبلاي SMPS؟

كما نعلم، فإن المحول الكهربائي قبل أن يخرج تياراً من المخرج الخاص به، يجب أن يكون متصلاً بمصدر فرق جهد كهربائي والذي في العادة يكون مصدراً متردداً. هذا المصدر المتناوب AC يكون في الغالب بمقدار 120 فولت أو 240 فولت، وهذه القيم من فرق الجهد كافية لتقتل أي شخص يلامس ذك المصدر. لذلك، إذا كان الغلاف الخارجي للمحول SMPS مصنوع من المعدن الحديدي الموصل كما في جهاز الحاسوب، فيجب وصل الطرف الأرضي أو الإرث Earth line مع المحول لضمان عدم حدوث تماس كهربائي بين خط الفاز والهيكل الخارجي المعدني للجهاز. أما إذا كان الغلاف الخارجي للمحول مصنوع من البلاستيك كما في شواحن أجهزة الحاسوب المحمولة Laptops، فلا يكون الأمر بغاية الضرورة وذلك بسبب العزل التام.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????