مدار پاور کامپیوتر – تحلیل مدار منبع تغذیه (پاور) کامپیوتر

مدار پاور کامپیوتر

مدار منبع تغذیه (پاور) و تحلیل آن:

در ابتدا برق ٢٢٠ ولت AC وارد مدار پاور می شود.

خازن ضربه گیر:

به عنوان ضربه گیر بطور موازی با محل ورود برق ٢٢٠ ولت به پاور قرار دارد.

هنگامی که دو شاخه پاور را به پریز برق وصل می کنید یک جرقه زده می شود و ممکن است این جرقه به مدار آسیب بزند.

خازن ضربه گیر، ولتاژ اضافه موقع جرقه زدن را می گیرد و اجازه نمی دهد این ولتاژ اضافه وارد مدار پاور شود.

استفاده از فیوز:

تنها اجازه عبور مقدار مشخصی جریان داده می شود و اگر جریان بیشتری از آنچه روی فیوز نوشته شده است رد شود فیوز می سوزد و ولتاژ مدار قطع می شود.

مقاله پیشنهادی: پاور کامپیوتر و نکات تعمیراتی آن (1)

مقاومت NTC:

با دما نسبت عکس دارد.

در لحظه اول که پاور روشن می شود مقاومت NTC اجازه عبور جریان زیادی را نمی دهد

و با بالا رفتن دما در پاور مقاومت NTC کمتر می شود و جریان بیشتری وارد مدار پاور می شود

با توجه به اینکه منابع تغذیه سوئیچینگ به عنوان یک منبع تولید کننده نویز برای مدارات مخابراتی می باشند،

با فیلتر کردن ورودی و خروجی، باید میزان اثر تداخل الکترومغناطیسی را تا حد امکان کاهش داد.

چرا که با بالا رفتن فرکانس در مدار داخلی پاور، هارمونیک هایی با فرکانس بالاتر از فرکانس اصلی منبع ایجاد می گردند و موجب تداخل در باندهای رادیویی و مخابراتی می گردد.

معمولا این بخش از دو عنصر القاگر و خازن تشکیل شده است، که وظیفه ممانعت از خروج نویز حاصل از سیستم سوئیچینگ منبع تغذیه به بیرون و همچنین ممانعت از ورود فرکانس های اضافی حاصل از دوران موتورهای الکتریکی و یا سیستم های تولید کننده حرارت به داخل منبع تغذیه را بر عهده دارد.

امروزه علاوه بر تقویت لاین فیلتر، با تعبیه PFC در بخش ورودی پیشرفت های بیشتری صورت گرفته است.

خازنهای ورودی 1C و 2C:

ولتاژ ٢٢٠ ولت صاف شده توسط پل دیود در اختیار خازنهای الکترولیت ورودی 1C و 2C با تحمل ولتاژ بالاتر از ٢٠٠ ولت قرار داده می شود

تا انرژی مورد نظر برای کارکرد ترانزیستورهای مدار سوئیچینگ را فراهم آورند.

این قسمت معمولا از دو خازن الکترولیت با ظرفیت های متناسب با توان منبع تغذیه تشکیل شده است،

که وظیفه کنترل سطح ولتاژ ورودی در هنگام کارکرد پاور و همچنین ذخیره انرژی مورد نیاز مدار سوئیچینگ به هنگام وقفه های کوتاه انرژی، را برعهده دارد.

ظرفیت و کیفیت خازنها در این قسمت از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند.

چرا که ظرفیت انباره انرژی و پارامترهای کیفی این خازنها در کارکرد بدون وقفه مدار و کاهش ریپل خروجی تاثیر گذار می باشد.

خازنهای C2 و C1 در هنگام پر شدن دارای ولتاژی برابر ١۵٠ ولت یا بیشتر می شوند که در مجموع ٣٠٠ ولت برق در خود ذخیره می کنند.

مقاله پیشنهادی: پاور کامپیوتر و نکات تعمیراتی آن (2)

مدار ۵ ولت Standby یا vSB5:

مدار داخلی پاور برای عملکرد نیاز به یک ولتاژ ۵ ولتی DC دارد که وظیفه روشن کردن IC کنترل مدار پاور به عهده دارد.

در این مدار برای تامین ولتاژ ۵ ولت باید ولتاژ ٣٠٠ ولت DC و خازن های 1C و 2C را به یک ولتاژ AC با فرکانس بالا تبدیل کنیم.

(با استفاده از ترانزیستور MOSFET مدار سوئیچینگ یا IC M605 در این مدار)

سپس با استفاده از یک ترانس کاهنده، دیود و خازن ولتاژ ۵ ولت Standby فراهم می شود.

با استفاده از این IC یا نمونه های مشابه می توان ولتاژ ٣٠٠ ولت DC خازنهای 1C و 2C که با فرکانس۵٠ هرتز کار می کنند را به ولتاژ AC با فرکانس بالا تبدیل کرد.

ترانس کاهنده T3:

با استفاده از ترانس کاهنده T3 می توان ولتاژ ٣٠٠ ولت AC فرکانس بالا را به ولتاژ ۵ ولت AC با فرکانس بالا تبدیل کرد

با استفاده از این دیودها ولتاژ ۵ ولت AC فرکانس بالا یکسو می شود.

با استفاده از این خازن ها ولتاژ ۵ ولت AC فرکانس بالا به ولتاژ ۵ ولت DC تبدیل می شود که همان ولتاژ vSB5 می باشد.

رنگ این سیم در کانکتور خروجی بنفش می باشد و ولتاژ آن ۵ ولت می باشد.

این ولتاژ در هر دو حالت روشن و خاموش بودن سیستم وجود دارد، این سیگنال به صورت نرم افزاری در حالت خاموش بودن، سیستم را روشن می کند.

این IC یا نمونه های مشابه TL494 مهمترین IC در مدار پاور می باشد و وظیفه کنترل پاور را بر عهده دارد.

در اغلب پاورها از دو IC استفاده می شود.

یک IC که موج PWM تولید می کند و به بیس ترانزیستورهای قدرت اعمال می کند (OP1,OP2)

یک IC که عمل مقایسه کنندگی ولتاژ LM339 را انجام می دهد.

IC مقایسه کننده ولتاژ ورودی را با ولتاژ مرجع مقایسه کرده و در صورت صحت، IC SG6105 یا TL494 روشن می شود در غیر این صورت IC  تا رفع اشکال خاموش می ماند.

در صورتی که خروجی ها اتصال کوتاه شوند (جریان زیاد از آنها کشیده شود)، یا ولتاژ آنها از حد تعریف شده بالاتر رود، IC SG6105 یا TL494 توسط این IC LM339 خاموش می شود.

ولتاژ ایجاد شده در خروجی IC SG6105 وارد مدار تفاضلی می شود سپس در مدار تفاضلی بعد از تبدیل شدن به یک ولتاژ AC با فرکانس بالا وارد ترانس افزاینده T2 می شود

سپس با استفاده از دیود یکسو می شود و با استفاده از خازن تبدیل به یک ولتاژ DC با فرکانس بالا می شود و به پایه های بیس (Gate) ترانزیستورهای مدار سوئیچینگ اعمال می شود.

برای مطالعه: بررسی و رفع خرابیهای ﻣﺪار رﯾﺴﺖ

برای روشن کردن منبع تغذیه بدون اتصال به مادر بورد:

بایستی پین شماره ١۴ که به رنگ سبز رنگ می باشد و به PS_ON موسوم است را به یکی از شاخه های بدنه GND یا همان سیم مشکی وصل کنید.

پس از روشن شدن سیستم، منبع تغذیه به مقداری زمان احتیاج دارد تا به سطح ولتاژ مفید و مطلوب برسد و سیستم شروع به کار کند و منبع تغذیه بعد از آن به کار افتد اتفاقات بدی رخ خواهد داد.

برای درستی ولتاژ و یا قدرت مطلوب برای اینکه سیستم قبل از آمادگی منبع تغذیه روشن نگردد سیگنالی به نام (Power Good) ارسال می شود و تا قبل از رسیدن آن، مادربرد کاری انجام ندهد و در صورتی که مشکلی در برق به وجود بیاید و جرقه ای تولید شود منبع تغذیه این سیگنال را قطع می کند و مادربرد کار نخواهد کرد.

رنگ سیم آن خاکستری است.

مدار تفاضلی یا Pre and Amplifier:

وظیفه مدار تفاضل ایجاد ولتاژی مناسب برای پایه بیس (Gate) ترانزیستور های مدار سوئیچینگ می باشد.

ورودی OP1: ولتاژ DC فرکانس بالا در خروجی OP1 و OP2 از IC SG6105 وارد ورودی مدار تفاضل یا Pre and Amplifier می شود

ترانزیستور Q3 و Q4: با استفاده از این ترانزیستورها ولتاژ DC فرکانس بالا (۵ ولت) تبدیل به ولتاژ AC فرکانس بالا می شود.

با استفاده از ترانس افزاینده T2 ولتاژ AC فرکانس بالا (۵ ولت) تبدیل به یک ولتاژ AC بالاتر و با فرکانس بالا می شود.

با استفاده از دیودها و خازنهای این بخش از مدار، ولتاژ AC فرکانس بالا ایجاد شده در خروجی ترانس T2 تبدیل به دو ولتاژ DC فرکانس بالا می شود

و به پایه های بیس (Gate) ترانزیستور های MOSFET مدار سوئیچینگ Q1 و Q2 اعمال می شود.

ترانزیستور Q1 و Q2:

دو ترانزیستور مدار سوئیچینگ می باشد و پایه Gate آنها توسط مدار تفاضلی تحریک می شود و پایه Drain آن توسط ولتاژ ٣٠٠ ولت DC خازنهای ورودی C1 و C2 تغذیه می شود.

• در اینجا دو کار صورت می گیرد:

  • اگر ولتاژ پایه Gate صفر بود ترانزیستور ولتاژ ٣٠٠ ولت DC را رد می کند.
  • و اگر ولتاژ پایه Gate صفر نبود ولتاژ در پایه Source برابر صفر می شود.

بنابراین یک جریان AC بصورت پالسی بین ٣٠٠ ولت و صفر در فرکانس بالا ایجاد می شود

(هرچه قدر فرکانس Gate بیشتر باشد در نتیجه فرکانس ولتاژ خروجی از مدار سوئیچینگ نیز بیشتر است)

و این ولتاژ AC پالسی فرکانس بالا به ترانس خروجی T1 ارسال می شود.

ترانس خروجی T1 ولتاژ های لازم برای مدار خروجی را تامین می کند.

در مدار خروجی ولتاژهای خروجی مدار پاور برای استفاده در مادربورد و دیگر بورد ها را فراهم می شود.

ترانس T1:

ولتاژ ورودی ترانس کاهنده T1 یک ولتاژ AC فرکانس بالا می باشد

و در خروجی ترانس ولتاژ های زیر باید وجود داشته باشد.

در خروجی ترانس T1 ولتاژ های بدست آمده AC و در فرکانس بالا می باشند.

برای مطالعه: بررسی مدار IC) SIO ورودی و ﺧﺮوﺟﯽ)

دیودهای شاتکی:

با استفاده از دیودهای شاتکی ولتاژهای AC فرکانس بالا یکسو می شوند.

دیود شاتکی، یک دیود نیمه هادی با افت ولتاژ پایین در حالت بایاس مستقیم و سرعت کلید زنی بسیار بالا می باشد.

در دیودهای معمولی هنگام عبور جریان الکتریکی مقدار افت ولتاژ در حدود ٠.۶ تا ١.٧ ولت می باشد

در حالی که در دیود شاتکی افت ولتاژ در حدود ٠.١۵ تا ٠.۴۵ ولت می باشد.

دیود شاتکی ترکیب دو دیود معمولی می باشد

با استفاده از خازن های الکترولیتی این بخش از مدار ولتاژ AC یکسویه تبدیل به ولتاژ DC می شود.

بررسی مدار استندبای:

در حالت عادی زمانی که پاور به برق وصل باشد ولی روشن نباشد، در واقع پاور به حالت آماده به کار باشد حالت استندبای می گویند.

ولتاژ استندبای در پاور نباید کمتر از 4.7 و بیشتر از 5.3 ولت باشد در غیر این صورت اگر به مادربرد وصل شود ممکن است سیستم استارت نشود

دقت کنید ولتاژ استندبای توسط IC ساخته نمی شود و توسط مدار استندبای ساخته می شود

از ولتاژ استندبای برای تغذیه PWM استفاده می شود.

سیگنال تولید شده توسط این دو ترانزیستور Q1 و Q2 از طریق چوک T2 به ترانزیستورهای قدرت ما اعمال می شود

حال سیگنال PWM ما آماده برای راه ‌اندازی ترانزیستورهای قدرت و تولید ولتاژهای مورد نیاز خروجی می باشد.

برای تولید ولتاژ استندبای، ولتاژ ۳۱۰ ولت صاف شده توسط خازنهای C33 و C34 وارد ترانس T3 می شود.

عملیات سوئیچینگ مدار استندبای را ترانزیستور Q10 بر عهده دارد.

ولتاژ القا شده توسط چوک T3 توسط دیود D26 و خازنهای C36 و C37 و چوک L10 یکسو می شود

(دیود D26 یک دیود سوئیچینگ با فرکانس بالاست، در صورت سوختن حتما از دیود سوئیچینگ استفاده نمایید

چرا که دیودهای معمولی قادر به یکسو سازی جریان های فرکانس بالا نیستند.)

علت استفاده ترکیبی از سلف و خازن در فرکانس بالا اینست که تنها با یک خازن نمی‌توان این فرکانس بالا را به ولتاژ DC تبدیل کرد و حتما باید از 3 جهت یکسو سازی و صاف نمود، تا حذف ریپل اعمال گردد.

دیود D14 یک دیود زنر می باشد. که به نوعی محافظ ولتاژ و IC ما محسوب می‌شود چرا که ولتاژ زنر برابر با 3.6 ولت می باشد و در صورت زیاد شدن ولتاژ خروجی، زنر ولتاژ را در 3.6 ثابت نگه میدارد و از افزایش ولتاژ تغذیه IC PWM ما جلوگیری می کند.

برای مطالعه: بررسی مدار LCD و رفع ایرادات مانیتور LCD

وظیفه اپتوکوپلر:

از اپتوکوپلر برای ایزوله کردن مدار دیجیتال از مدارات آنالوگ استفاده می شود.

از مزایایش این است که اگر در مدارات قدرت و جریان بالا اتصالی یا اشکالی به وجود آید دیگر به مدارات دیجیتال و ولتاژ پایین و حساس‌تر صدمه ای وارد نمی شود.

چرا که هیچ گونه ارتباطی با یکدیگر ندارند و زمین آنها از یکدیگر جدا می باشد اپتوکوپلر متشکل از یک دیود نورانی و یک ترانزیستور است زمانی که نور دیود بیشتر شود.

نور تابیده شده به بیس ترانزیستور بیشتر شده، در نتیجه ولتاژ امیتر ترانزیستور بیشتر می شود.

به همین ترتیب می توان به راحتی مدارات جریان بالا را با یک ولتاژ و جریان بسیار پایین کنترل نمود و هم از نظر الکتریکی ایزوله نمود.

بررسی مدارات یکسو سازی خروجی:

در منابع تغذیه خطی برای صاف کردن ولتاژ، ولتاژ را توسط یک یا چند دیود یکسو کرده و ولتاژ یکسو شده را به یک خازن صافی ظرفیت بالا اعمال می کردیم

و می دیدیم که در دو سر خازن یک ولتاژ صاف با ریپل بسیار پایین می توانیم دریافت کنیم.

در صورتی ما می توانیم خروجی صاف با ریپل بسیار پایین دریافت کنیم که فرکانس ما بسیار پایین باشد که در اینجا فرکانس ما ۵۰ هرتز برق شهر می باشد.

ولی وقتی که فرکانس کاری ما بالا می رود دیگر مدار شکل بالا، قادر به یکسو سازی آن نخواهد بود و ما برای یکسو کردن این جریان فرکانس بالا، مجبوریم از مدارات سلفی خازنی استفاده کنیم تا بتوانیم فرکانس این جریان را به صفر برسانیم.

برای یکسو سازی این ولتاژ نیازمند دیودهای قدرت و جریان بالا و فرکانس بالا هستیم تا بتواند این جریان و ولتاژ یکسو کند.

چون فرکانس کاری منابع تغذیه سوئیچینگ در حد کیلو هرتز است در نتیجه از یکسو سازهای معمولی نمی توان برای یکسو سازی استفاده کرد

ولتاژ یکسو شده توسط دیود‌ها به فیلترهای سلفی خازنی اعمال می‌شود و از ریپل آن کاسته می‌شود و ولتاژ DC را در خروجی تحویل ما می‌دهد

برای مطالعه: تعمیرات پاور مانیتور و تلویزیون های LCD قسمت اول

مدارات فیدبک و کنترل ولتاژ خروجی:

برای اینکه ولتاژ خروجی تنظیم شده و قابل کنترل باشد باید همیشه مقدار جریان و ولتاژ خروجی مانیتور شده و کنترل شود.

از مدارات فیدبک برای کنترل و مشاهده خروجی های متفاوت استفاده می شود تا در صورت لزوم مقدار ولتاژ خروجی را کاهش یا افزایش دهد تا همیشه مقدار ولتاژ خروجی برابر با مقدار مورد نظر ما باشد و در صورتی که اتصالی در خروجی رخ دهد مقدار ولتاژ خروجی را صفر و پاور را خاموش کنیم تا از آسیب به مصرف کننده و مدارات پاور جلوگیری شود.

فیدبک هایی که از قسمت های مختلف برای کنترل ولتاژ استفاده می شود را در شکل پایین مشخص کردیم

مدارات فیدبک بسیار ساده بوده و معمولا از یک یا چند مقاومت و خازن برای یک تقسیم ولتاژ ساده برای کنترل ولتاژ و جریان استفاده می شود.

در صورتی که مدارات فیدبک شما مشکلی داشته باشد ممکن است ولتاژ خروجی کم یا زیاد شود و یا در مواردی ممکن است حتی پاور شما روشن نشود.

در مدارات فیدبک نکته خاصی وجود ندارد مگر یک نکته که در این نقشه وجود نداشته و آن اینکه در بعضی از پاورها برای مدارات فیدبک برای کنترل بهتر و دقیق تر خروجی از IC TL431 استفاده می کند که این IC در واقع یک تقویت کننده خطا می باشد

یعنی اگر ولتاژ خروجی نمونه برداری شده برابر با ۱۰ میلی بار باشد این IC آن را 100 برابر تقویت می کند و در خروجی 1 ولت تحویل می‌دهد

مزیت این کار این است که تغییرات بسیار ناچیز خروجی قابل دریافت و کنترل می باشد.

محل قرار گیری هر کدام از اجزا بر روی برد و نقشه مشاهده می کنید:

برای ساختن ولتاژ منفی ۱۲ ولت از یک خازن با پلاریته منفی استفاده شده است که به راحتی این ولتاژ قابل دریافت خواهد بود

برای تولید ولتاژ منفی ۵ ولت از یک رگولاتور ۷۹۰۵ استفاده شده است

که این رگولاتور در خروجی یک ولتاژ رگوله شده ی منفی ۵ ولت در اختیار ما قرار می دهد.

برای ساختن ولتاژ 3.3 ولت از یکسری خازن و سلف استفاده شده است

کنترلر IC PWM

این IC در واقع کنترل کننده اصلی پاور می باشد که دستور روشن و خاموش شدن و کم و زیاد شدن خروجی و پروتکت و… را انجام می دهد.

پایه 1: این پایه همان سیم سبز پاور می باشد که برای روشن کردن پاور از آن استفاده می شود.

پایه 2: تغذیه 3.3 ولتی می باشد که بعد از روشن شدن پاور از مسیر 3.3 ولت دریافت می‌کند.

پایه 3: تغذیه ۵ ولتی می باشد که از مسیر ۵ ولتی دریافت می کند.

پایه 4: یک ولتاژ فیدبک چوک درایور چوک اصلی دریافت می‌کند تا فرکانس خروجی IC قابل تنظیم باشد.

پایه 5: یک ولتاژ فیدبک از ولتاژ یکسو شده مسیر ۵ ولت دریافت می‌کند تا فرکانس خروجی IC  قابل تنظیم باشد.

پایه های ۸ و ۹:  این پایه ها پالس های خروجی PWM می باشد که به ترانزیستورهای درایور ترانزیستورهای سوئیچ اصلی ارسال می شود.

پایه 10: POWER GOOD (پاور گود) می باشد که مستقیما ازIC  دریافت می‌کند این پایه از ۵ ولت یک ولتاژ نمونه دریافت می‌کند.

پایه های ۱۱ و ۱۴: این پایه ها ، پایه های فیدبک خروجی می باشد.

پایه های ۱۲ و ۱۳: این پایه ها یک ولتاژ رفرنس برای مدارات فیدبک ارسال می کند و ولتاژ دریافت شده را طبق این ولتاژ می‌سنجند.

جهت مشاهده فیلم های آموزشی دوره های مختلف تعمیرات بر روی این لینک کلیک نمایید.

نویسنده: مهندس عیسی رشوند