بررسی منبع تغذیه در مدار الکترونیکی و نقش و اهمیت  آن – علیرضا محمودی فرد

به گزارش کلام ماندگار، منبع تغذیه (اصطلاحا Power Supply)، یک عبارت عمومی برای توصیف مدارهایی است که از یک منبع ولتاژِ در دسترس، ولتاژ مستقیم (اصطلاحا ولتاژ DC) با اندازه‌ی ثابت یا کنترل شده، تولید می‌کنند؛ این ولتاژ DC خروجی، در بسیاری از مدارها کاربرد دارد و تأمین آن ضروری است؛ برای مثال، تراشه‌های مدار مجتمع (ICها) که در مدارهای الکترونیکی به کار می‌روند و برای عملکرد مدار ضروری هستند، به یک ولتاژ DC استاندارد با دامنه ثابت نیاز دارند و بدون چنین تغذیه‌ای، عمل نمی‌کنند.

منبع تغذیه به‌عنوان یک دستگاه برقی، دستگاهی است که توان الکتریکی مورد نیاز برای مصرف‌کننده الکتریکی را تأمین می‌کند و می‌تواند یک دستگاه مجزا یا بخشی از دستگاهی دیگر باشد. از آنجا که هر دستگاه، نیازمند ولتاژ و جریانی مناسب برای همان دستگاه است، از این ابزار، استفاده می‌شود و از این‌رو، خرید منبع تغذیه برای فعالان حوزه الکترونیک، امری مهم و نیازمند دانش برقی است.

وظیفه و کارکرد منبع تغذیه به بیان بهتر، دریافت انرژی الکتریکی از یک منبع برقی، مکانیکی، شیمیایی یا خورشیدی و تبدیل آن به ولتاژ، جریان و فرکانس مناسب برای مدارهای مدنظر است؛ یعنی، منبع تغذیه دستگاهی است که نوع و دامنه ولتاژ و جریان مناسب را برای بار تامین می‌کند و پایداری ولتاژ یا جریان خروجی را به‌ازای بارهای الکتریکی مختلف، تعیین می‌کند. منبع تغذیه در مدل‌های مختلف، در مدت‌های متفاوتی، انرژی را بدون سوخت‌گیری یا شارژ، تامین می‌کند. اگر منبع تغذیه، نزدیک به حالت ایده‌آل عمل کند، برد مدار و تمامی قطعاتی که از این ولتاژها استفاده می‌کنند، عملکرد بهتری داشته و عمر مفید بیشتری نیز خواهد داشت؛ لذا مطلوب و مخصوصا بهینه بودن منبع تغذیه، تاثیر زیادی روی صرفه‌جویی در مصرف انرژی، افزایش عمر قطعات و مدارها، عملکرد بهتر مدارها و دستگاه‌ها و رضایت مشتری خواهد داشت؛ استفاده از قطعات با کیفیت‌تر و دارای تولرانس کمتر، طراحی دقیق‌تر و نحوه‌ی استفاده‌ی صحیح‌تر، جزو مواردی است که روی عملکرد منبع تغذیه و موارد یاد شده، تاثیرگذار است. منبع تغذیه در دو نوعِ منبع تغذیه خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد که هر کدام از آن‌ها کاربردهای مشخصی دارند.

در حالت کلی، دو نوع منبع تغذیه وجود دارد که عبارتند از:

1. منبع تغذیه خطی (Linear Regulated Power Supply – LRPS)
2. منبع تغذیه سوئیچینگ (Switched Mode Power Supply – SMPS)

از قطعات مهم در داخل برد الکترونیکی منابع تغذیه، قطعه‌ای است تحت عنوان رگولاتور ولتاژ (تنظیم‌کننده‌ی اختلاف پتانسیل الکتریکی)، که کار تنظیم‌گری و تثبیت‌کنندگی اختلاف پتانسیل الکتریکی را بر عهده دارد و در واقع ولتاژی که برای قطعه‌ی مربوطه یا مدار مربوطه لازم است را تثبیت می‌کند؛ محبوب‌ترین انواع رگولاتورهای ولتاژ ثابت و خطی در دو نوع با ولتاژ خروجی مثبت و ولتاژ خروجی منفی، موجود هستند؛ ولتاژ خروجی این دو نوعِ مکمل، دقیق و پایدار بوده و در محدوده ۵ تا ۲۴ ولت است که در بسیاری از مدارهای الکترونیکی به‌عنوان همان تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ، به‌کار می‌رود.

استفاده از تنظیم کننده‌ها یا رگولاتورهای خطی ولتاژ نسبت به استفاده از مدارهای تنظیم‌کننده ولتاژی که از قطعات گسسته مانند دیود زنر و مقاومت الکتریکی یا ترانزیستور و حتی آپ‌امپ (Op Amp) ساخته شده‌اند، عموماً منطقی‌تر، کارآمدتر و ساده‌تر است. طیف گسترده‌ای از این رگولاتورهای ولتاژِ سه ترمیناله وجود دارند که درون آن‌ها مدارهای تنظیم ولتاژ و محدود کننده‌ی جریان، تعبیه شده است. رگولاتورهای خطی متغیری نیز در دسترس هستند که ولتاژ خروجی آن‌ها از صفر تا یک مقدار ماکزیمم مشخص، قابل تغییر است.

اغلب منابع تغذیه جریان مستقیم، از یک ترانسفورماتور بزرگ و سنگین کاهنده، یکسوساز دیودی نیم موج یا تمام موج، یک فیلتر برای حذف هرگونه ریپل سیگنال ولتاژ خروجی و تعدادی تنظیم‌کننده یا پایدارساز خطی یا سوئیچینگ، برای تضمین تنظیم صحیح ولتاژ خروجی در شرایط تغییر بار، تشکیل می‌شوند.

علیرضا محمودی فرد – مدرس دانشگاه فنی و حرفه‌ای