Power supply چیست؟

این قطعه در رایانه وظیفه برق رسانی به اجزای دیگر را به عهده دارد. بنابراین یکی از مهمترین اجزا یک رایانه منبع تغذیه ی آن می باشد، به این صورت که اگر توان مصرفی مورد نظر قطعات رایانه تامین نشود  ، آن قطعات ارزش چندانی نخواهد داشت. روش کار این قطعه تبدیل ولتاژAC  به ولتاژهای متفاوت DC می باشد.یعنی به روش سوئیچینگ عمل رگولاسیون انجام می پذیرد.

پاور

جهت ثابت نگه داشتن ولتاژ و جریان خروجی یک power supply ، دو روش رگولاتور وجود دارد که آن می پردازیم:

روش رگولاتور

  1. رگولاتور خطی:

در این رو ش ترانس ها نسبت به روش سوئیچینگ دارای اندازه و حجم بزرگتری هستند زیرا در محدوده فرکانس فعالیت آنها بین 50 تا 60 هرتز می باشد.همچنین یک منبع خطی به دلیل اتلاف میزان توان باعث رگوله شدن خروجی می شود.

  1. رگولاتور سوئیچینگ:

در این رگولاتورها محدوده فرکانس فعالیت ترانس ها بالای 50 تا 200 کیلوهرتز است. بنابراین نسبت به مدل خطی می توان حجم و وزن آنها را کاهش داد.بازده توان در رگولاتوروئیچینگ با توجه به اتلاف توان در روش خطی بیشتر است.به اینصورت که در روش سوئیچینگ کنترل ولتاژ و جریان خروجی به وسیله تغییر میزان دوره ی سیکل سوئیچ(duty cycle) انجام میگیرد.

مشکلاتسیستم ناشی از خرابی پاور:

چنانچه پاور سیستم دچار خرابی شود، ایرادهای زیر به سیستم وارد خواهد شد:

1. سیستم روشن نمی شود.

2. سیستم ریست می شود.

3. سیستم هنگ میکند.

4.کارایی سیستم کم می شود.

5. سیستم خود به خود روشن و خاموش می شود.

6. در اکثر مواقع صدای نابهنجار و مداوم از پشت کیس به گوش می رسد.

منابع تغذیه دارای مدل های مختلفی هستند که متناسب با مادربرد و کیس انتخاب می شود.

برخی از این مدل ها:

1.XT     2. ATX    3.SFX    4.WTX    5.BaByAT    6.باریک    7.رومیزی    8.ایستاده

  • پاورهای ATX کاربرد بیشتری دارند و دارای ویژگی های زیر می باشند:
  1. جهت جریان هوا از داخل کیس به قسمت عقبی پاور بوده و از آنجا به بیرون کیس منتقل می شود. بنابراین علاوه بر برق رسانی برد اصلی را نیز تا حدی خنک نگه می دارد.
  2. دارای رابط 3.3 ولتی بوده و دیگر نیاز به وجود تنظیم کننده ی ولتاژ بر روی برد اصلی نمی باشد.این رابط ولتاژ دارای ولتاژ ورودی 3.3 است.
  3. در پشت این مدل پاورها کلیدی (011) قرار گرفته است که برق سیستم را به طور کامل قطع خواهد کرد.زمانیکه این کلید بر روی صفر قرار داشته باشد،سیستم شروع به کار نخواهد کرد.
  • پاورهای STX مدل جدیدتری هستند که سوکت 5v ندارند.کاربرد این ولتاژ فقط در وسایلی با گذرگاه ISA می باشد که در مادربرد های جدید همگی PCI و AGP هستند.لذا این ولتاژ حذف شده است.
  • پاورهای WTX جهت سرورها طراحی شده است. در سیستم هایی که دارای چند پردازنده هستند،کاربرد دارند و دارای قدرت بین 460 تا 800 وات می باشند.

پاور دیاگرام

Line Filter :

    این سمت وظیفه فیلتر کردن ورودی و خروجی را به منظور کاهش دادن اثر تداخل الکترومغناطیس به عهده دارد.پاورهای سوئیچینگ به دلیل تولید نویز      باعث اختلال در مدارهای مخابراتی می شوند.به این صورت که با افزایش فرکانس در مدار داخلی پاور، نویزهایی با فرکانس های بالاتر از فرکانس اصلی منبع     تغذیه بوجود می آید ، و موجب اختلال و تداخل در باندهای رادیویی و مخابراتی می شوند.

  القاگر خازن عناصر تشکیل دهنده ی Line Filter هستند و همانطور که گفته شده از خروج نویزهای بوجد آمده توسط سیستم سوئیچینگ به بیرون پاور            نفوذ فرکانس های اضافی به وجود آمده از چرخش موتورهای الکتریکی و تولیدکننده های حرارت به داخل پاور ، جلوگیری می کند.

 در پاورهای جدیدPFC در بخش ورودی به کمک لاین فیلترها شناخته است.

line filter

Rectifier :

ولتاژ AC ورودی توسط یک چندسوکننده و یا یک پل دیود به ولتاژ DC تبدیل می شود.

rectifier

Capacitors :

دو خازن الکترولیت با ظرفیت های متناسب با توان پاور این قسمت را تشکیل می دهد. ولتاژDC تولد شده توسط Rectifier در اختیار این خازن ها قرار می گیرد که با تحمل ولتاژ بالای 200 ولت انرژی لازم جهت ترانزیستورهای سوئیچ را فراهم کند. این خازن های الکترولیت سطح ولتاژ ورودی را کنترل کرده و با ذخیره انرژی در هنگام وقفه های کوتاه قطع انرژی مدار سوئیچینگ را تامین می کند. اگر این خازن ها دارای ظرفیت و کیفیت مطلوب نباشند ، نمی توانند به طور مناسب انرژی لازم در هنگام قطع انرژی را ذخیره و باعث کارکرد بدون وقفه ی مدار باشند که در نهایت باعث افزایش ریپل خروجی می شوند.

capaciors

    پاور سوئیچینگ :

خازن های ورودی ولتاژ DC تولید می کنند که در این قسمت به ولتاژ AC تبدیل می شود که با فرکانس بالا سطح ولتاژ را کنترل میکند و در               نتیجه توسط duty cycle ، ولتاژ و جریان را کاهش یا افزایش می دهد.همچنین ریپل خروجی با استفاده از خازن ها و سلف های محدودتری کنترل می شود.در هنگام افزایش فرکانس جریان AC وجود ترانسفورماتورهای خیلی بزرگ الزامی نیست و از اتلاف انرژی جلوگیری خواهد شد. اجزای تشکیل دهنده ی این قسمت دو ترانزیستور قدرت یعنی ماسفت می باشد، و بوسیله ی روشن و خاموش کردن یعنی سوئیچ دادن سطح  ولتاژ خروجی را کنترل می کند. هنگامیکه مدار standby پاور، نیاز به راه اندازی داشته باشد این کار توسط ترانزیستور سوئیچ دیگری انجام  می پذیرد که تا زمان قطع کامل برق فعال است.

  Transformer:

 این قسمت ایزولاسیون DC و تغییر سطح ولتاژ را به عهده دارد.طراحی این مدار بسیار حساس است به این صورت که تعداد دورهای اولیه و ثانویه باید متناسب با طراح مدار PWM باشد.در غیر این صورت مداری خواهیم داشت که پایداری و ضریب اطمینان نیمه هادی و بطور کلی کارکرد منبع تغذیه مشکل خواهد داشت.مدار PWM مدار Plus Whidh Modutation می باشد. ترانسفورمرها با توجه به مدل طراحی از 2 تا 3 ترانس standby ، drive Tr ، switching Tr ، تشکیل شده اند.

transformer

دیودهای خروجی:

این دیودها از shut key و fast تشکیل می شوند. وظایف آنها به شرح زیر است:

–          یکسوسازی ولتاژ دریافتی از ترانس سوئیچ در حالت عادی

–          قطع کامل جریان خروجی در حالات خاص

در مدارهای PWM جهت انتخاب این دیودها باید به محاسبه و تعیین میزان ولتاژ و تحمل آمپر از عبوری توجه ویژه ای داشت.

دیود

فیلتر خروجی:

اجزای تشکیل دهنده ی این قسمت خازن های الکترولیت و سلف های چند لایه می باشد که در زمان روشن بودن دستگاه انرژی خود را ذخیره کرده و در زمان خاموشی بار مورد نیاز ترانزیستور را تامین می کند.لازم به توضیح است اگر فرکانس در قسمت سوئیچ بالاتر از در نظر گرفته می شود.میزان خلا ولتاژ کاهش یافته به وجود خازن های ظرفیت بالا نیاز نخواهد بود.به این ترتیب ریپل های خروجی پاور هم کاهش چشم گیری خواهد داشت.

فیلتر خروجی

هیت سینک:

همانطور که می دانیم منابع تغذیه سوئیچینگ غالبا انرژی را به صورت گرما و نیزهای الکترومغناطیسی تلف می کنند.جهت هدایت گرمای تولید شده از آلیاژهای مختلف آلومینیومی و مسی – که هادی گرما می باشند- استفاده می شود.این قطعات دارای شیارهایی بر روی خود هستندکه باعبور دادن هوا از بین خود گرما را از ترانزیستورهای سوئیچینگ و دیودهای خروجی به محیط اطراف هدایت می کنند و باعث کاهش دمای آن می شوند.طراحی و شکل ظاهر هیت سینک ها به دو عامل فضای داخلی پاور و سیستم سرمایشی جهت هدایت جریان هوا بستگی دارد.

هیت سینک

فن:

فن ها وظیفه ی تهویه هوای گرم داخل دستگاه را به عهده دارند. هرچه فن پاور بهتر گرما را به بیرون از منبع تغذیه منتقل کند،     و عمرپاورها طولانی تر می شود.با تعبیه ی یک فن 8 سانتی متری یا دو فن 8 سانتی متری روبروی هم ( با قابلیت کنترل میزان حرارت داخلی پاور ) بهترین روش انتقال گرمای داخلی به بیرون را خواهیم داشت.

فن

برد PCB :

بردی که کلیه قطعات منبع تغذیه بر روی آن قرار می گیرد، برد PCBاست. برای انتخاب پاور باید به مسائلی مانند استانداردها و ایمنی در برابر آتش سوزی و… دقت کرد. در پاورهای حرفه ای از بردهای دولایه و سه لایه استفاده می شود.

برد pcb

بخش کنترل:

IC های تشکیل دهنده ی پاور:

IC TL494 و IC های مشابه : وظیفه ی آنها تولید موج PWM و اعمال قدرت به بیس ترانزیستور می باشد.

IC LM399 و IC های مشابه : این ICها از نوع مقایسه کننده ها می باشند که از هر شاخه یک ولتاژ نمونه می گیرند و ولتاژ ورودی را با ولتاژ مرجع مقایسه می کنند. در صورت درست بودن ولتاژ IC TL494 را روشن می کند.اما اگر ولتاژ صحیح نباشد TL494 خاموش خواهد ماند.در صورت عبور جریان زیاد ( اتصال کوتاه خروجی) یا افزایش ولتاژ بیش از حد مشخص IC LM399 ، IC TL494 را خاموش می کند.

ICIC

PWM Controller :

مهمترین بخش مدار PWM می باشد که وظایف زیر را به عهده دارد:

  1. کنترل خروجی: پروسه ی تغییر پنهانی یک رشته پالس بر اساس تغییرات تغییرات سیگنال دیگر و اعمال فیزیک ولتاژ و جریان و راه اندازی نرم در خروجی ها با تولید پالس های PWM امکان پذیر است.
  2. شبیه ساز: بخشی از ولتاژ خروجی بوسیله یک شبکه تقسیم مقاومتی به ICجهت مقایسه با ولتاژ مبنا ، منتقل می شود و هنگامیکه در ولتاز خروجی تغییری حاصل شود فز طریق این IC دستور Down صادر خواهد شد.
  3. نوسان ساز:تولید موج مثلثی جهت استفاده در مدار PWM در فرکانس پایه.
  4. راه اندازی خروجی:تولید توان کافی جهت بکارگیری در مقاصد کم و میانه را به عهده دارد.
  5. ولتاژ مبنا: تولید ولتاژ پایه ( جهت مقایسه خروجی ها) و یک ولتاژ پایا( برای سایر بخش ها)
  6. مبدل خطا: تنظیم عرض پالس DCخروجی ، متناسب با سطح ولتاژ.

pwm

 

رابطهای خروجی پاور:

این قسمت دارای تنوع و تعدادی خاصی هستند که برای هر پاوری متفاوت است. رنگ ها در کابل های خروجی مشخص کننده ولتاژهای خاص هستند که در شکل زیر به طور کابل مشخص شده است.

رابط خروجی

رابط ATX Main ( Molex 20&24 pin ):

یکی از سوکت های خروجی و بزرگترین آنها سوکت24pin یا 20pin است که مربوط به برق برد اصلی می باشد. در همه ی پاورها سوکت به صورت20+4pin است.یعنی 20pin به هم پیوسته و 4pin دیگر هم به هم پیوسته می باشند که این دو بخش جدا از هم هستند، تا بتوانند بر روی مادربردهای 20pin هم نصب می شوند. لازم به توضیح است که سوکت های24pin قابلیت نصب بر روی مادربردهای 20pin را دارند.یعنی فقط20pin آنها مورد استفاده قرار می گیرد، اما امکان استفاده از سوکت های 20pin بر روی مادربردهای 24pin وجود ندارد.

رابط atx

در ادامه به بررسی سیگنال مختلف در این سوکت پاور می پردازیم:

  1. سیگنال روشن بودن یا ps-on : اگر بخواهیم پاور را بدون اتصال به مادربرد روشن کنیم، پین شماره ی 14 ( به کابل سبز رنگ متصل است) را به پین GND ( به کابل  مشکی متصل است) وصل می کنیم. در پاورهای جدید بوسیله ی نرم افزارها می توان منبع تغذیه را کنترل کرد.
  2. سیگنال های صحت ولتاژ(P-Good): پس از روشن شدن سیستم زمان کمی طول می کشد تا سیستم شروع بکار کند. این تاخیر به دلیل رسیدن پاور به سطح ولتاژ مفید می باشد.هنگامیکه این ولتاژ به سطح مطلوب رسید سیگنالی به نام power good ارسال می شود.تا زمانیکه این سیگنال ارسال نشودمادربرد کاری انجام نمی دهدو در صورت بروز مشکل در برق با تولید جرقه ای این سیگنال قطع می شود و مادربرد کار نخواهد کرد.رنگ کابل این قسمت خاکستری است.
  3. سیگنال +5vSB : ولتاژ5vدر حالت روشن یا خاموش بودن سیستم وجود دارد.این سیگنال به صورت نرم افزاری در حالت خاموش بودن رایانه آن را روشن خواهد کرد و رنگ این کابل نفش می باشد.

رابط ATX P4 (Molex 4pin p4) :

این سوکت جهت سستم های پنتیوم 4 می باشد. ولی در سیستم های جدید هم مادربردها به این سوکت نیاز دارند.این سوکت 4 پین ولتاژردازنده را تامین میکند.

رابط atx

رابطEATX  :

این نوع سوکت ها 8 پین دارند و سابقا جهت تغذیه ی مادربردهای سرور و پردازنده های سرور از آنها استفاده می شد. اما اکنون به دلیل افزایش میزان مصرف پردازنده ها ، این سوکت بر روی مادربردهای نیمه حرفه ای جدید نیز قابل مشاهده است.

رابط eatx

رابط SATA یاSerial ATA  :

سیستم هایی با پورتSATA مانند هارد دارای رابط برقی متفاوتی هستند. در این نوع ذسوکت ها از سه خروجی پاور ( خروجی 3.3 ولت،5 ولت و 12 ولت) به رنگ های ارنجی و قرمز و زرد استفاده شده است.

data powerdata power

ین سوکت دارای 15 پین است که در واقع 5 رشته سیم دارد(3*5)

سوکت

رابط Molex معروف به IDE :

این سوکت جهت هاردهای قدیمی و ODDهای قدیمی مورد استفاده قرار می گرفت.

همچین عکس زیر سوکتی را نشان می دهد که جهت فلاپی دیسک در سیستم های قدیمی کاربرد داشت.

کانکتورهای PCI Express(PCIE):

این سوکت ها 6 پین مخصوص کارت های گرافیک (VGA) PCI Express می باشد.اما در تمامی این کارت ها مورد استفاده قرار نمی گیرد. VGA های رده های بالا به دلیل مصرف بالای خود به یک ولتاژ مجزا نیاز دارند. پاورهایی با توان واقعی بالای380 وات دارای این رابط هستند. همچنین جهت استفاده از تکنولوژی های SLI و Cross Fire ( که از دوکارت به صورت همزمان بهره می برند.) پاورهایی که دارای 2 یا 4 سوکت 6پینPCIE  هستند طراحی شده

کمپانی های معروف ساخت VGA یعنی NVIDIA و ATI کارتهای گرافیک بسیار قوی را تولید کرده اند، که دارای مصرف برق بسیار بالایی هستند. از این رو پاورها رابط های 8پین نیز تعبیه شده است.لازم به توضیح است بر روی کارت های گرافیک این کمپانی ها دو رابط 6 و یا 8 پین در کنار هم وجود دارد که به دلیل مصرف بالای شاخه 12 ولت آن از آسیب دیدگی رابط ها جلوگیری می کند. این رابط ها در پاورهایی که توان بالای 800 وات دارد، وجود دارند.

رابط 6 پینEEB :

این سوکت ها بر روی مادربردهایی مانند Tayan Thunder جود دارد و شکل ظاهری آن بسیار شبیه به سوکت های 6 پینPCTE  است.اما دارای ولتاژی کاملا متفاوت می باشد. پاورهای SSI EPS 3.51 دارای این تکنولوژی می باشد.

رابط AUX 6pin :

این سوکت دارای کابل 5VDC و3.3V است ، که در پاورهای جدید ATX2 حذف شده است.پس از شناخت اجزای داخلی پاور و رابط های آن با توجه به شرایط زیر می توانیم پاور مناسب ا خریداری کنیم.جهت خرید پاور به موارد زیر توجه کنید:

  1. توان پاور :

توانی که پاور کامپیوتر در شرایط عادی بدون تحمل فشار قادر به تولید آن است، توان واقعی نام دارد. و این در صورتی است است که پاور فقط به مدت یک دقیقه با حداکثر توانش می تواند کار کند. به طور میانگین بین توان واقعی و توان حداکثر حدود 15 وات اختلاف وجود دارد. برای مثال منبع تغذیه یw 580  دارای توان حداکثر 730 وات می باشد و توانایی تحمل بیش از حد این عدد را ندارد.

بنابراین در هنگام خرید پاور باید به عدد توان واقعی توجه کرد و آن را ملاک اصلی خرید قرار داد. نکته بعدی در مورد توان واقعی این است که همیشه باید توان واقعی را حدود 200% بیشتر از توان مصرفی سیستم انتخاب کرد. این عامل باعث افزایش کارایی و طول عمر پاور سیستم در شرایط سخت خواهد بود.

  1. ورژن پاور :

پاورهای موجود در بازار امروز داری ورژن های 1.2 و 2.2 می باشند . تمامی آنها دارای قسمت های مشترکی مانند سوکت 24 پین (جهت تامین برق مادر برد)، سوکت PCIE و تعدادی فاکتورهای امنیتی جدید می باشند اما در پاورهای جدید علاوه بر رابط های مشترک فوق یک رابط برق 8 پین نیز وجود دارد که به جای رابط 4 پین جهت تامین انرژی پردازنده کنار پردازنده قرارداده شده است. بنابراین بهتر است به  این نکته توجه کنیم که پاور و مادربرد باید با ه هماهنگ باشند به عبارت دبگر مادر ردی تهیه نشود که دارای پورت 8 پین باشد اما پاور بدون این پورت باشد یا برعکس .(البته مورد عکس مسئله فوق خیلی در کارایی سیستم اثر ندارد فقط بار مالی بیشتری را به خریدار تحمیل می کند.)

  1. PFC

این فاکتور یکی از پارامترهای استاندارد جهت پاورهای حرفه ای می باشد . پاورهایی که دارای این مزیت هستند در مصرف برق آنها صرفه جویی بسیاری میشود به این صورت که با اصلاح و هماهنگی ولتاژ ورودی باعث استفاده بهینه از توان ورودی و در نتیجه کاهش توان مصرفی پاور خواهد شد.

  1. طراحی پاور :

در طول عمر پاور ها طراحی، پارمتر مهمی به شمار می رود. برای مثال اگر نحوه ی طراحی سیستم خنک کننده ی یک پاور مناسب نباشد گرمای تولید شده توسط پاور به طور مناسب به خارج منتقل نمی شود  و در شرایط سخت طول عمر پاور کاهش خواهد یافت . در پاورهای جدید یک فن 12*12 وجود دارد که  بهترین تسویه را جهت پاور انجام می دهد.

  1. راندمان پاور :

باید توجه شود که پاورهایی با بازدهی 80 درصد جهت خرید انتخاب شود . این نوع پاورها گرمای کمتری تولید می کنند و مقدار برق مصرفی آنها نسبت به دیگر انواع کمتر است.

چگونه یک پاور تعمیر کنیم؟

سوحختن فیوز پاور یکی از معمولیترین آسیب های پاور می باشد. اما با تعویض فیوز به تنهایی مشکل پاور مرتفع نخواهد شد. زیرا با نگاه کردن به محفظه شیشه ای فیوز در می یابید که علاوه بر تغییر رنگ آن، سیم نازکی که در آن قرار دارد نیز به دلیل عبور جریان برق زیاد دچار آسیب شده است . به این دلیل فیوزاز بین می رود ارتباط بین دیگر اعضای بعد الز فیوز قطع شود و جریان زیاد باعث آسیب های دیگر آن نگردد. در بیشتر موارد کارکرد زیاد پاور و گرمای بیش از حد  دیود ها در قسمت پل رکتیفایر باعث عبور جریان زیاد و سوختن فیوز میگردد که با رفع این ایرادها و تعویض فیوز و دیود ها (با انواع مشابه آن ) مشکل خل شده وپاور دوباره سالم کار خواهد کرد.

با چک کردن قسممت شیشه ای فیوز می توان از سالم بودن ن مطمئن شد ولی جهت اطمینان بیشتر بهتر است با اهم متر تست شود به این صورت که:

اهم متر را برروی رنج Ω یا بازر قرار دهید، پروپ های اهم متر را به پایه های فیوز متصل کنید . اگر فیوز سالم باشد صدای صوت ممتدی شنیده می شود و یا عقربه ی اهم متر تا آخر حرکت می کند . در غیر اینصورت فیوز خراب است.

جهت رفع ایراد، ابتدا به کمک هویه فیوز را جدا کرده و با فیوز مشابه خودش تعویض می کنیم . قبل از اتصال پاور به برق پل دیود و رکتیفایر را با اهم متر قسمت می کنیم . (مانند تست فیوز)  اما هنگام تست باید نتیجه ی عکس  تست فیوز دریافت کنید یعنی اگر در تست دیود با اتصال پروپ ها(در حالت بازر) صدای سوت شنیده شود دیود خراب است و باید با مشخصات دقیق خودش (IN4005) تعویض کرد . پل دیود از 4 دیود تشکیل شده که به صورت سری به هم متصل هستند و معمولا درسمت راست کنار خازن های بزرگ 330µ قرار دارد.تست دیودهای شکل 1 در پایین و تست دیود های بزرگ هم الزامی است.

چنانچه سیستم درحال کار کردن به صورت مداوم ریست شود، بیشتر مواقع به اشتباه ایراد از رم یا ضعیف بودن پاور تشخیص داده می شود. در صورتی که خازن الکترونیک پاور با گذشت زمان به دلیل بی کیفیت بودن دچار تورم شده و محتویات روغنی داخل آن با آزاد کردن گرمای زیاد باعث افزایش فشار داخل و متورم شدن قسمت آلومینیومی بالای خازن شده است. اگر با چک کردن خازن تمام خازن ها از لحاظ ظاهری سالم و فقط یک خازن دچار تورم شده باشد، لازم است که تمام خازن ها تعویض شود. خازن های الکترونیک دارای پایه های مثبت و مفی می باشند و موقع تعویض و نصب به روی برد باید به این نکته توجه کرد .

ایراد دیگری که بسیار معمول است، با استارت همان لحظه پاور خاموش می شود و نشان ظاهری حرکت یک لحظه ی فن پاور است. به طور معمول  در 95% اوقات ایراد از اتصال کوتاه یکی از سه قطعه رادیات خروجی است که ر این صورت با آزاد کردن پایه های آن با اهم متر قابل تست کردن است.

تعمیر پاور