كل شئ عن وحدة إمداد القدرة Power Supply

حسين حبيب · #1 15 - 03 - 2008, 17:52

وللأمانة العلمية فهذا الموضوع منقول للامانة

صيانة الـ Power Supply
الجزء الأول

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.

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

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.

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.

يكون للمحول T1 عادة عدة ملفات ثانوية يمكن الحصول منها على مجموعة مختلفة من جهود الخرج. وتكون هذه الملفات الثانوية معزولة عن بعضها كهربيا، ويستخدم واحد منها فقط (يسمى ملف الخرج الأساسي Primary O/P Coil) لتحقيق عملية تنظيم جهد الخرج باستخدام التغذية المرتدة Feedback التي سبق الإشارة إليها.

يتم تحقيق عملية تنظيم الجهد Voltage Regulation باستخدام التغذية المرتدة Feedback بواسطة دائرة تقوم بمراقبة جهد الخرج على طرفي ملف الخرج الأساسي Primary O/P Coil ومقارنته بقيمة مرجعية ثابتة، ثم التحكم في عرض النبضة المتولدة من دائرة الـ Switcher لإبقاء جهد الخرج ثابتا.

المقاومة R1 تعرف باسم Startup Resistor. وعمليا فإن دوائر الـ Startup تكون أكثر تعقيدا من ذلك، ويستخدم فيها عدد كبير من المقاومات. وفائدة دائرة الـ Startup أنها تقوم بتغذية قاعدة ترانزستور الـ Switching بتيار بدء التشغيل Initial Current.

تستخدم دائرة متكاملة تعرف باسم PWM Controller للتحكم في عرض النبضة المتولدة من دائرة الـ Switcher.

أي خلل في عمل دائرة الــ PWM Controller قد يتسبب في إبقاء Q1 في وضع ON لفترة أطول من اللازم مما ينتج عنه وصول المحول T1 إلى حالة التشبع Saturation واحتراقه.

يستخدم الـ Opto-isolator في العديد من وحدات SMPS لتحقيق التغذية المرتدة Feedback. والـ Opto-isolator هو عبارة عن ثنائي ضوئي LED و Photodiode داخل قطعة الكترونية واحدة. ويفيد الـ Opto-isolator في تحقيق العزل الكهربي بين الجهد المنخفض على طرفي الملف الثانوي للمحول وبين الجهد العالي على طرفي الملف الأولي للمحول.

تقوم دائرة مرجعية Reference Circuit بمراقبة جهد الخرج على طرفي ملف الخرج الأساسي Primary O/P Coil، وتقوم بتشغيل الثنائي الضوئي LED الموجود في الـ Opto-isolator عندما تتخطى قيمة الخرج القيمة المطلوبة.

عندما يحس الـ Photodiode الموجود في الـ Opto-isolator بالضوء المتولد من الـ LED يقوم بتقليل عرض النبضة المتولدة من دائرة الـ Switcher لإعادة ضبط جهد الخرج عند القيمة المطلوبة. ويمكن تحقيق ذلك في بتوصيل طرفي الـ Photodiode في دائرة تغذية قاعدة Q1 بحيث يفصل التغذية عنها في حالة زيادة جهد الخرج عن القيمة المحددة.

عادة ما تقوم المتكاملة TL431 أو ما يكافئها من المتكاملات من نوع Shunt Regulators بدور الدائرة المرجعية، حيث تقوم بمراقبة نصف قيمة جهد الخرج الأساسي Primary Output Voltage، فإذا زادت قيمة جهد الخرج عن القيمة المحددة، تقوم متكاملة الـ Shunt Regulator بتشغيل الثنائي الضوئي LED الموجود في الـ Opto-isolator لتقليل عرض النبضة.

بعض وحدات SMPS تستخدم محول نبضات صغير كبديل للـ Opto-isolator لتحقيق التغذية المرتدة Feedback.

بعد تنعيم جهود الخرج باستخدام دوائر الترشيح C-L-C (pi) Filter تستخدم دوائر تنظيم لجهود الخرج.

معايير الأمان التي يجب مراعاتها عند صيانة الـ SMPS

مصدر الخطر الرئيسي هو جهد التغذية المتردد (220 VAC)، وكذلك الشحنة المختزنة في المكثفات الكيميائية الموجودة في دائرة الترشيح الرئيسية HV Main Filter، والتي غالبا ما يستمر احتفاظها بشحنتها حتى بعد فصل جهد التغذية عن الـ SMPS. لذلك ينصح بتفريغ شحنة هذه المكثفات قبل البدء في إجراءات الصيانة، وذلك باستخدام مقاومة 2W قيمتها توازي 5-50 أوم لكل 1V. فمثلا إذا كان المكثف 200V تستخدم لتفريغه مقاومة قيمتها ما بين 1K-10K. كذلك ينصح بقياس فرق الجهد على طرفي المكثف للتأكد من تمام تفريغه قبل البدء في إجراء الصيانة.

ينصح بارتداء القائم بالصيانة لحذاء ذو نعل مطاطي.

ينصح ألا يعمل القائم بالصيانة في مكان يكون هو الشخص الوحيد فيه، فوجود شخص آخر في المكان قد يكون حيويا خاصة في حالات الطوارئ.

ينصح بعدم ارتداء القائم بالصيانة لأي حلي معدنية كالخواتم أو الساعات المعدنية أثناء إجراء عملية الصيانة، حيث أن هذه الحلي يمكن أن تتسبب في حدوث صدمة كهربية للقائم بالصيانة إذا لامست أحد نقاط الجهد العالي.

ينصح بالقيام بأعمال الصيانة على مكتب أو طاولة ذات سطح عازل للكهرباء لتجنب حدوث قصر Short على أقسام الدائرة أثناء إجراء الصيانة لها.

لا تستخدم الشاسيه المعدني كأرضي لأجهزة الاختبار التي تقوم باستخدامها في تشخيص العطل.

يراعى عند توصيل أطراف أجهزة الاختبار أن تكون الدائرة مفصولة عن مصدر التغذية، وينصح باستخدام Crocodile Clips أو بلحام أسلاك مؤقتة في نقاط الاختبار لتسهيل عملية القياس وضمان إتمامها دون مخاطر.

عند الحاجة لإجراء عملية القياس أثناء تشغيل الدائرة، ينصح بتغطية الجزء المعدني المكشوف لأطراف مجسات جهاز القياس بشريط العزل الكهربي عدا آخر 2 mm منه. كما ينصح باستخدام Crocodile Clip لتوصيل الطرف المرجعي لجهاز القياس بالأرضي المناسب في الدائرة حتى يمكنك إجراء عملية القياس بيد واحدة.

ينصح بإجراء أكبر عدد ممكن من الاختبارات قبل اللجوء إلى توصيل الدائرة بمصدر التغذية وتشغيلها.

لا تقم بإجراء عملية الصيانة وأنت مرهق، لأنك في هذه الحالة ستكون أقل حرصا وتركيزا.

لا تقم بافتراض أي شيئ بدون أن تتأكد منه بنفسك.

طريقة الحمل المتتالي Series Load Method

تستخدم هذه الطريقة عند تشغيل الـ SMPS لأول مرة بعد الانتهاء من إجراء الصيانة له. وفائدة هذه الطريقة أنها تقلل من احتمال تلف القطع الالكترونية التي تم تغييرها أثناء إجراء الصيانة في حالة عدم حل المشكلة بصورة تامة. ويتم ذلك عن طريق توصيل حمل على التوالي مع الـ SMPS للحد من التيار المار في أشباه الموصلات الموجودة بداخل الـ SMPS ومن ثم حمايتها من التلف في حالة استمرار وجود سبب العطل.

عادة ما يستخدم مصباح كهربئي عادي ليلعب دور الحمل المتتالي Series Load.

توهج المصباح الكهربي بشدة في البداية ثم انخفاض درجة توهجه بعد ذلك يكون نتيجة لشحن مكثفات الترشيح، ثم انخفاض شدة التيار المار في باقي الدائرة، وهو ما يحدث عندما يكون الـ Power Supply سليما.

توهج المصباح الكهربي وانطفاؤه بصورة مستمرة (Pulsating) يشير إلى أن الـ Power Supply يبدأ في العمل ثم يتوقف نتيجة لوجود تيار زائد Overcurrent أو جهد زائد Overvoltage. وقد يكون ذلك بسبب وجود مشكلة في دوائر الـ Power Supply أو لأن المصباح الكهربي المستخدم كحمل متتالي قدرته صغيرة بالنسبة لقدرة الـ Power Supply.
توهج المصباح الكهربي بشدة Full brightness يشير إلى وجود قصر Short Circuit أو إلى تحميل الـ Power Supply بحمل زائد.

يعتبر مصباح كهربي ذو قدرة 40W مناسبا للاستخدام كحمل متتالي عند صيانة دائرة الـ Power Supply الخاصة بـ Laptop.

يعتبر مصباح كهربي ذو قدرة 100W مناسبا للاستخدام كحمل متتالي عند صيانة دائرة الـ Power Supply الخاصة بجهاز الكمبيوتر العادي.

يراعى استخدام حمل متتالي صغير في البداية ثم زيادته إذا لزم الأمر. ويحظر البدء بحمل متتالي كبير مباشرة.

المصدر: منتديات مدينة الاحلام

;g az uk ,p]m Yl]h] hgr]vm Power Supply

star · 25 - 03 - 2009, 03:12

مشكور علي الشرح