صيانة power Supply

صيانة power Supply

المهام التي يقوم بها أي power Supply
تحويل جهد التغذية المتردد (220 VAC) إلى جهد متردد ذو قيمة أقل تناسب التطبيق.
تقويم هذا الجهد المتردد المنخفض، وذلك بتحويله إلى جهد مستمر DC.
تنعيم Smoothing هذا الجهد المستمر بإزالة التموجات الغير مرغوبة منه.
تنظيم Regulation جهد الخرج Output Voltage بجعله لا يعتمد على التغير في جهد التغذية Input Voltage ولا على التغير في الحمل Load.
عزل Isolation جهد الخرج Output Voltage تماما عن جهد الدخل Input Voltage.

 

 

 

أنواع الـ power Supply

Linear power Supply (LPS).

وينتشر وجود هذا النوع في سماعات الكمبيوتر Speakers التي تعمل بدون موائم للجهد Voltage Adapter. كذلك فإن موائم الجهد Voltage Adapter نفسه هو عبارة عن Linear power Supply (LPS).

Switchmode power Supply (SMPS).

وينتشر وجود هذا النوع في شاشات الكمبيوتر، أجهزة الكمبيوتر المحمولة Laptop، الطابعات الليزرية، أجهزة الفاكس، وماكينات تصوير المستندات. كما أن الـ power Supply المستخدم في أجهزة الكمبيوتر هو من نوع SMPS.

المكونات الأساسية لـ Linear power Supply

محول خافض للجهد Step-down Transformer لخفض جهد التغذية (220) VAC إلى جهد أقل يناسب التطبيق. ويقوم هذا المحول كذلك بعزل الحمل Load عن مصدر التغذية Line Power.

1- دائرة تقويم لتحويل الجهد المتردد بين طرفي الملف الثانوي للمحول Secondary Coil إلى جهد مستمر DC.

2- دائرة تنعيم Smoothing باستخدام مكثفات كيميائية فقط أو بالاستعانة أيضا بلمفات Coils أو مقاومات Resistors بحيث يتم توصيلها مع المكثفات في دائرة تعرف باسم Low-pass Filter.

من أشهر طرق التوصيل للحصول على دائرة Low-pass Filter دائرة C-L-C (pi) أو دائرة C-R-C (pi). ويبين الشكل التالي طريقة توصيل كلا منهما.

 

 

 

 

دائرة تنظيم للجهد Voltage Regulation، وقد تأخذ أحد الصور التالية:

* ثنائي زنر Zener Diode.
* دائرة تنظيم للجهد مكونة من عدة ترانزستورات.
* دائرة متكاملة لتنظيم الجهد ذات ثلاثة أطراف، مثل LM317، 7805، أو 7912.
وتقوم دائرة تنظيم الجهد بأداء عملها عن طريق مقارنة جهد الخرج
بقيمة مرجعية ثابتة وضبط سريان التيار حتى يصبح جهد الخرج
أقرب ما يمكن للقيمة المطلوبة.

الـ Switchmode power Supply
يسمى أيضا Switching power Supply، وأحيانا أخرى يسمى Chopper Controlled power Supply.

يستخدم في هذا النوع من الـ power Supply مكونات الكترونية يمكنها القيام بعملية الـ Switching عند تردد عالي جدا مقارنة بتردد جهد التغذية 50 Hz. وتكون هذه المكونات الالكترونية دائرة الـ Switcher التي تقوم بتحويل جهد التغذية المتردد
(الذي تم تقويمه في مرحلة سابقة) إلى مجموعة من النبضات ذات تردد عالي.

من أشهر المكونات الالكترونية المستخدمة في دوائر الـ Switching:
= ترانزستورات من نوع BJT.
= ترانزستورات من نوع MOSFET.
= ترانزستورات من نوع IGBT.
= الثايرستورات Thyristors، وتشمل الـ SCR أو الترياك Triac.

فرق الجهد الداخل إلى دائرة الـ Switcher يكون ما بين 300-320 VDC، وينتج من تقويم فرق جهد التغذية (220-240 VAC ).

يقوم محول إشارات عالية التردد (ذو ملفات ثانوية متعددة) بخفض الجهد الخارج من دائرة الـ Switcher في صورة نبضات إلى قيم الخرج المطلوب الحصول عليها. ويقوم هذا المحول كذلك بعزل الحمل Load عن مصدر التغذية Line Power.

يتم تقويم الجهود الخارجة من محول الإشارات عالية التردد بواسطة دائرة تقويم، ثم يتم تنعيمها باستخدام دائرة تنعيم من نوع C-L-C (pi)، حيث يستخدم لبناء هذه الدائرة مكثفات كيميائية Electrolytic Capacitors وملف Coil صغير.

توجد تغذية مرتدة Feedback من ملف الخرج الثانوي الأساسي Primary Output إلى الملف الأولي Primary Coil للمحول. ويتم تحقيق هذه التغذية المرتدة إما باستخدام محول نبضات صغير أو باستخدام Opto-isolator.

تستخدم التغذية المرتدة Feedback للتحكم في عرض النبضة Pulse Width وبالتالي في تردد النبضة Pulse Frequency الخارجة من دائرة الـ Switcher وذلك بهدف إبقاء جهد الخرج عند قيمة ثابتة.

مغيرات الجهد DC-DC Converters هي في الأساس دوائر Switchmode power Supply ولكن بدون مرحلتي تقويم وتنعيم لجهد التغذية،
حيث تقوم بتغيير قيمة جهد البطارية المستمر DC إلى القيم المطلوبة في الخرج. وتستخدم مغيرات الجهد في الأجهزة التي تعمل بالبطاريات مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة Laptops.

وصف الـ Flyback Type SMPS

يزود هذا النوع من الـ SMPS بدوائر حماية ضد تداخل ترددات الراديو RFI
وكذلك ضد العلو المفاجىء في جهد التغذية
(وهو ما يعرف باسم Surge، ويستمر لفترات قصيرة جدا). وتكون هذه الدوائر هي أول دوائر يمر عليها جهد التغذية داخل الـ SMPS.

تظهر دوائر الحماية ضد التداخل RFI في صورة مجموعة من الملفات والمكثفات،
وتقوم بترشيح جهد التغذية من إشارات الشوشرة Noise Signals،
كما تقوم بمنع تسرب الإشارات عالية التردد المتولدة في دائرة الـ Switcher إلى خارج وحدة الـ SMPS تجنبا لحدوث شوشرة في الأجهزة الأخرى التي تعمل في نطاق ترددات الراديو مثل أجهزة الراديو والتليفزيون.

تظهر دوائر الحماية ضد حدوث Surge في صورة ما يعرف باسم MOV يتصل بأطراف الدخول H, N, G.
كذلك يستخدم فيوز لحماية أشباه الموصلات الموجودة في دائرة الـ SMPS ضد علو التيار.
وجدير بالذكر أن هذا الفيوز غير ذي فائدة في الحماية ضد علو التيار نتيجة للتحميل الزائد Overloading.

يتم تقويم جهد التغذية باستخدام دائرة تقويم من نوع القنطرة Bridge Rectifier وتعرف هذه الدائرة باسم الـ Line Rectifier.

 

 

 

 

تبين شريحة العرض التالية رسم مبسط لتركيب الـ Flyback Type SMPS.

عندما يكون Q1 في وضع التوصيل ON، يزداد التيار المار في الملف الأولي للمحول T1 خطيا. في هذه المرحلة ينتقل مقدار ضئيل جدا من الطاقة من الملف الأولي إلى الملف الثانوي للمحول.

عندما يصبح Q1 في الوضع OFF، تنتقل الطاقة الكهربية المختزنة في صورة مجال مغناطيسي من الملف الأولي إلى الملف الثانوي للمحول، فنحصل على جهد الخرج.

كلما زاد زمن بقاء Q1 في وضع التوصيل ON، كلما زادت كمية الطاقة المختزنة. ومعنى ذلك أن عرض النبضة Pulse Width المتولدة من Q1 هو عامل مهم جدا في تحديد كمية الطاقة المتاحة للاستخدام عند الخرج.

دائرة تقويم الجهد الخارج من الملف الثانوي للمحول يجب أن تكون عالية الكفاءة ويمكنها العمل عند ترددات عالية، لذلك لا تصلح ثنائيات التقويم Rectifying Diodes من نوع 1N400x لبناء هذه الدائرة.
وتكون هذه الدائرة موصلة في صورة دائرة تقويم موجة كاملة Full Wave Rectifier (FWR) من نوع Center-tapped
كالمبينة في الشكل التالي.

تستخدم دائرة الترشيح من نوع C-L-C (pi) Filter لتنعيم الجهد الخارج من دائرة تقويم الجهد الخارج من الملف الثانوي للمحول.

تجدر الإشارة إلى أن المحول T1 محول من نوع خاص مصمم للعمل في طور الـ Flyback، وهو يختلف في تركيبه عن المحولات العادية.