دارة المحول المفتاحي SMPS – الكترونيات للجميع

دارة المحول المفتاحي SMPS – الكترونيات للجميع

شرح دارة المحول بحسب نظام SMPS

ماذا يعني مزود الطاقة في وضع التبديل  SMPS والمسمى
سويتش مود باور سبلاي؟

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.

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:

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.

admin

اقراء ايضا