مصدر طاقة الحاسوب

 

 

 

تفكيك مصدر طاقة الحاسوب :

هل تساءلت يومًا عما يوجد بداخل مصدر طاقة حاسوبك؟ تتمثل مهمة مزود طاقة الحاسوب في تحويل الطاقة القادمة من الحائط (120 أو 240 فولت تيار متردد) إلى طاقة مستقرة عند مستويات الجهد المستمر الذي يحتاجه الحاسوب. يجب أن يكون مصدر الطاقة صغير الحجم ومنخفض التكلفة، مع تحويل الطاقة بكفاءة وأمان. ولتحقيق هذه الأهداف، تستخدم مصادر الطاقة مجموعة متنوعة من التقنيات وتكون من الداخل أكثر تعقيدًا مما قد تتوقع. 

 

يستخدم مصدر الطاقة الذي فحصته، مثل معظم مصادر الطاقة الحديثة، تصميمًا يُعرف باسم "مزود الطاقة المبدّل" (switching power supply). أصبحت مصادر الطاقة المبدّلة الآن رخيصة جدًا، ولكن لم يكن هذا هو الحال دائمًا. في الخمسينيات من القرن الماضي، كانت مصادر الطاقة المبدّلة معقدة ومكلفة، وتُستخدم في تطبيقات الفضاء والأقمار الصناعية التي تحتاج إلى مصادر طاقة صغيرة وخفيفة الوزن. ولكن بحلول أوائل السبعينيات، جعلت الترانزستورات الجديدة عالية الجهد والتحسينات التكنولوجية الأخرى مصادر الطاقة المبدّلة أرخص بكثير وأصبحت تستخدم على نطاق واسع في الحواسيب. يمكنك الآن شراء شاحن هاتف ببضعة دولارات يحتوي على مصدر طاقة مبدّل.

كان مصدر الطاقة من نوع ATX الذي فحصته معبأً في صندوق معدني بحجم الطوبة، وتخرج منه عدد كبير بشكل لافت من الكابلات الملونة. عند إزالة الغطاء، تظهر المكونات الداخلية المعبأة بإحكام للحفاظ على حجم مصدر الطاقة صغيرًا. تخفي المشتتات الحرارية التي تحافظ على برودة أشباه موصلات الطاقة الكثير من المكونات، بالإضافة إلى المروحة الموجودة على اليمين. يظهر مصدر الطاقة وقد تمت إزالته من الصندوق. حزمة الأسلاك الكبيرة على اليسار موصولة بالحاسوب.

 

المكون الكبير في المنتصف الذي يشبه المحول هو ملف خانق (ملف حث) مُرشّح. سأبدأ بلمحة سريعة عن كيفية عمل مصدر الطاقة الكهربائية المزود بـ "التبديل"، ثم أصف المكونات بالتفصيل.

 

بداية من اليمين، يستقبل مزود الطاقة التيار المتردد (AC). يتم تحويل التيار المتردد الداخل إلى تيار مستمر (DC) عالي الجهد، بمساعدة بعض مكونات الترشيح الكبيرة. يتم تشغيل وإيقاف هذا التيار المستمر آلاف المرات في الثانية لإنتاج نبضات يتم تغذيتها إلى محول، والذي يقوم بتحويل النبضات عالية الجهد إلى نبضات منخفضة الجهد وعالية التيار. يتم تحويل هذه النبضات إلى تيار مستمر وتصفيتها لتوفير طاقة نظيفة وجيدة، والتي يتم تغذيتها إلى اللوحة الأم للكمبيوتر ومحركات الأقراص من خلال حزمة الأسلاك الموجودة على اليسار.

قد تبدو هذه العملية معقدة بشكل مفرط، ولكن معظم الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، من هاتفك المحمول إلى تلفزيونك، تستخدم مصدر طاقة مزود بـ التبديل. تسمح الترددات العالية باستخدام محول صغير وخفيف الوزن. بالإضافة إلى ذلك، فإن مصادر الطاقة المزودة بـ "التبديل" ذات كفاءة عالية؛ حيث يتم تعديل النبضات لتوفير الطاقة اللازمة فقط، بدلاً من تحويل الطاقة الزائدة إلى حرارة مهدرة كما هو الحال في مزود الطاقة "الخطي".

ترشيح المدخلات

الخطوة الأولى هي مرور التيار المتردد الداخل عبر دائرة مرشح للمدخلات تمنع الضوضاء الكهربائية من الخروج من مزود الطاقة. يتكون المرشح أدناه من ملفات حث (الملفات الحلقية) ومكثفات. هذه المكثفات الرمادية الصندوقية هي مكثفات خاصة من الفئة X، مصممة ليتم توصيلها بأمان عبر خطوط التيار المتردد.

التقويم: تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر

التيار المتردد الذي يأتي من الحائط يتردد 60 مرة في الثانية، ولكن مزود الطاقة يحتاج إلى تيار مستمر ثابت يتدفق في اتجاه واحد. يقوم مقوم الجسر الكامل أدناه بتحويل التيار المتردد.

تحويل التيار المتردد (AC) إلى تيار مستمر (DC)

المُقوِّم (Rectifier) أدناه مُعلَّم بعلامتي "_" و"+" لمخرجات التيار المستمر (DC)، بينما الدبوسان في المنتصف هما مدخل التيار المتردد (AC). داخليًا، يحتوي المُقوِّم على أربعة صمامات ثنائية (Diodes). يسمح الصمام الثنائي بمرور التيار في اتجاه واحد ويمنعه في الاتجاه الآخر. النتيجة هي أن التيار المتردد يتم تحويله إلى تيار مستمر، يتدفق في الاتجاه المرغوب. المُقوِّم الجسري (Bridge rectifier) المسمى "GBU606" يوجد على يساره دائرة الترشيح (Filter circuitry). على يمينه، الأسطوانة السوداء الكبيرة هي أحد مكثفات مضاعف الجهد. المكثف الأصفر الصغير هو مكثف Y خاص، مصمم لأغراض السلامة.

كيف يعمل المُقوِّم الجسري؟

الرسم التخطيطي أدناه يوضح كيفية عمل المُقوِّم الجسري. في الرسم الأول، يكون الجانب العلوي من مدخل التيار المتردد (AC) موجبًا. تمرر الصمامات الثنائية الجهد إلى مخرج التيار المستمر (DC). في الرسم التخطيطي الثاني، انعكس اتجاه مدخل التيار المتردد (AC). ومع ذلك، فإن تكوين الصمامات الثنائية يضمن بقاء جهد مخرج التيار المستمر (DC) كما هو (موجب في الأعلى). تقوم المكثفات بتنعيم المخرج. يوضح الرسمان التخطيطيان تدفق التيار مع تذبذب مدخل التيار المتردد. تُجبر الصمامات الثنائية التيار على التدفق في الاتجاه الذي يشير إليه شكل السهم الخاص بها.

إمدادات الطاقة القديمة مقابل الحديثة

تقبل مصادر الطاقة الحديثة جهد دخل "عالميًا" يتراوح من 85 إلى 264 فولت من التيار المتردد، مما يجعلها قابلة للاستخدام في بلدان مختلفة بغض النظر عن الجهد الكهربائي للبلد.

 

ومع ذلك، فإن دوائر مصدر الطاقة الأقدم هذه لم تكن تستطيع التعامل مع نطاق دخل واسع كهذا. بدلاً من ذلك، كان عليك تحريك مفتاح (أدناه) للاختيار بين 115 فولت و230 فولت. مفتاح اختيار الجهد 115/230 فولت. استخدم مفتاح اختيار الجهد دائرة ذكية، وهي مضاعف الجهد (voltage doubler). الفكرة هي أنه عند إغلاق المفتاح (لـ 115 فولت)، يتجاوز مدخل التيار المتردد الصمامين الثنائيين السفليين في المُقوِّم الجسري ويرتبط مباشرة بالمكثفين. عندما يكون مدخل التيار المتردد موجبًا في الأعلى، يتم شحن المكثف العلوي بالجهد الكامل. وعندما يكون مدخل التيار المتردد موجبًا في الأسفل، يتم شحن المكثف السفلي بالجهد الكامل. بما أن مخرج التيار المستمر يقع عبر كلا المكثفين، فإن مخرج التيار المستمر يضاعف الجهد، 

 

لديه ضعف الجهد. الهدف من ذلك هو أن باقي مكونات مصدر الطاقة تتلقى نفس الجهد، سواء كان الإدخال 115 فولت أو 230 فولت، مما يبسط تصميمه. من سلبيات مضاعف الجهد أنه يجب على المستخدم وضع المفتاح في الموضع الصحيح (وإلا فإنه يخاطر بإتلاف مصدر الطاقة)، كما يتطلب مصدر الطاقة مكثفين كبيرين. ولهذه الأسباب، لم يعد مضاعف الجهد مستخدمًا بشكل شائع في مصادر الطاقة الحديثة.

دائرة مضاعف الجهد: يتم شحن كل مكثف بالجهد الكامل، لذا فإن خرج التيار المستمر (DC) يكون بضعف الجهد. لا يتم استخدام الصمامات الثنائية (الدايودات) التي باللون الرمادي عندما يكون المضاعف نشطًا.

الجانب الأولي والثانوي (Primary and Secondary)

لأسباب تتعلق بالسلامة، يتم فصل المكونات عالية الجهد عن المكونات منخفضة الجهد، سواء ميكانيكيًا أو كهربائيًا. يحتوي الجانب الأولي (Primary side) على جميع الدوائر المتصلة بخط التيار المتردد (AC). أما الجانب الثانوي (Secondary side) فيحتوي على دوائر الجهد المنخفض. يفصل بين الجانبين "حد العزل" (isolation boundary) (الموضح باللون الأخضر)، ولا توجد أي وصلات كهربائية عبر هذا الحد.

كيفية عمل المحولات

تنقل المحولات (Transformers) الطاقة عبر هذا الحد عن طريق المجالات المغناطيسية، دون وجود اتصال كهربائي مباشر. يتم إرسال إشارات التغذية الراجعة (Feedback signals) من الجانب الثانوي إلى الجانب الأولي بواسطة العوازل الضوئية (opto-isolators)، التي تنقل الإشارات بصريًا. هذا الفصل هو عامل أساسي في تصميم مصادر الطاقة الآمنة: فالاتصال الكهربائي المباشر بين خط التيار المتردد (AC) والخرج من شأنه أن يخلق خطرًا كبيرًا للصدمة الكهربائية.

 

النبضات إلى المحول (Pulses to the Transformer)

في هذه المرحلة، تم تحويل التيار المتردد الداخل (AC) إلى تيار مستمر عالي الجهد (DC)، حوالي 320 فولت. يتم تقطيع التيار المستمر إلى نبضات بواسطة ترانزستور التبديل (switching transistor) أعلاه، وهو نوع من الترانزستورات يسمى "الموسفيت" (power MOSFET).

 

نظرًا لأن هذا الترانزستور يسخن أثناء الاستخدام، فقد تم تثبيته على مشتت حراري كبير. يتم تغذية هذه النبضات ،

إلى المحول الرئيسي مبين في صورة، والذي يعتبر بطريقة ما قلب مصدر الطاقة. يتكون المحول من عدة ملفات سلكية ملفوفة حول قلب قابل للمغنطة. تنتج نبضات الجهد العالي التي تدخل إلى الملف الابتدائي للمحول مجالًا مغناطيسيًا. يوجه القلب هذا المجال المغناطيسي إلى الملفات الثانوية الأخرى، مما يؤدي إلى إنتاج جهود كهربائية في هذه الملفات. هذه هي الطريقة التي ينتج بها مصدر الطاقة جهود الخرج بأمان: لا يوجد اتصال كهربائي بين جانبي المحول، بل مجرد اتصال بالمجال المغناطيسي. الجانب المهم الآخر للمحول هو أن الملف الابتدائي يحتوي على السلك ملفوفًا حول القلب عددًا كبيرًا من المرات، بينما الملفات الثانوية ملفوفة عددًا أقل بكثير من المرات. والنتيجة هي محول خافض للجهد: يكون جهد الخرج أصغر بكثير من جهد الدخل، ولكن بتيار أعلى بكثير.

 

يتم التحكم في الترانزستور التبديل3 بواسطة دائرة متكاملة، "UC3842B current mode PWM controller". يمكن اعتبار هذه الشريحة هي العقل المدبر لمصدر الطاقة. إنها تولد نبضات بتردد عالٍ يبلغ 250 كيلو هرتز. يتم تعديل عرض كل نبضة لتوفير جهد الخرج اللازم: إذا بدأ الجهد في الانخفاض، تنتج الشريحة نبضات أوسع لتمرير المزيد من الطاقة عبر المحول.4 الجانب الثانوي الآن يمكننا أن ننظر إلى الجانب الثانوي من مصدر الطاقة، الذي يستقبل المخرجات ذات الجهد المنخفض من المحول. تنتج الدوائر الثانوية جهود الخرج الأربعة: 5 فولت، 12 فولت، -12 فولت، و 3.3 فولت. كل جهد خرج له ملف محول منفصل ودائرة منفصلة لإنتاج هذا الجهد. تقوم صمامات الثنائية للطاقة (بالأسفل) بتحويل مخرجات المحول إلى تيار مستمر (DC)، ثم تقوم المحاثات والمكثفات بترشيح الخرج للحفاظ عليه سلسًا. يجب أن ينظم مصدر الطاقة جهود الخرج للحفاظ عليها عند المستوى المناسب حتى مع زيادة أو نقصان الحمل. المثير للاهتمام، أن الطاقة

تستخدم إمدادات الطاقة عدة تقنيات تنظيم مختلفة.

 

لقطة مقربة لصمامات الإخراج. على اليسار توجد صمامات أسطوانية مثبتة عموديًا. وفي المنتصف توجد أزواج من صمامات شوتكي (Schottky) الطاقة المربعة؛ تحتوي كل حزمة على صمامين. تم توصيل هذه الصمامات بمبدد حرارة (heat sink) للتبريد. على اليمين، لاحظ سلكي النحاس على شكل دباسة المستخدمين كمقاومات استشعار التيار. المخرجات الرئيسية هي مخرجات 5 فولت و 12 فولت. يتم تنظيمها معًا بواسطة شريحة التحكم في الجانب الأساسي. إذا كان الجهد منخفضًا جدًا، فإن شريحة التحكم تزيد من عرض النبضات، مما يمرر المزيد من الطاقة عبر المحول ويسبب زيادة الجهد في الجانب الثانوي.

 

وإذا كان الجهد مرتفعًا جدًا، فإن الشريحة تقلل من عرض النبضة. (نفس دائرة التغذية الراجعة تتحكم في كل من مخرج 5 فولت و 12 فولت، لذا يمكن أن يؤثر الحمل على أحد المخرجات على الجهد في المخرج الآخر. إمدادات الطاقة الأفضل تنظم المخرجين بشكل منفصل.) الجانب السفلي لإمداد الطاقة، يظهر آثار لوحة الدوائر المطبوعة. لاحظ الفصل الواسع بين آثار الجانب الثانوي على اليسار وآثار الجانب الأساسي على اليمين. لاحظ أيضًا الآثار المعدنية الواسعة المستخدمة لإمداد التيار العالي والآثار الرقيقة لدوائر التحكم. قد تتساءل كيف تتلقى شريحة التحكم في الجانب الأساسي تغذية راجعة حول مستويات الجهد في الجانب الثانوي، بما أنه لا يوجد اتصال كهربائي بين الجانبين. (في الصورة اسفل ، يمكنك رؤية الفجوة الواسعة التي تفصل بين الجانبين.) الحيلة هي شريحة ذكية تسمى العازل الضوئي (opto-isolator). داخليًا، يحتوي أحد جانبي الشريحة على صمام ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (infra-red LED). الجانب الآخر من الشريحة يحتوي على ترانزستور ضوئي حساس للضوء.

 

يتم إرسال إشارة التغذية الراجعة على الجانب الثانوي إلى الصمام الثنائي الباعث للضوء، ويتم اكتشاف الإشارة بواسطة الترانزستور الضوئي على الجانب الأساسي. وبالتالي، يوفر العازل الضوئي جسرًا بين الجانب الثانوي والجانب الأساسي.

الجانب الأولي، الذي يتواصل بالضوء بدلاً من الكهرباء. كما يزود مصدر الطاقة بجهد خرج سالب (-12 فولت). هذا الجهد قديم إلى حد كبير، ولكنه كان يستخدم لتشغيل المنافذ التسلسلية وفتحات PCI.

 

يختلف تنظيم مصدر الطاقة -12 فولت تمامًا عن تنظيم 5 فولت و12 فولت. يتم التحكم في خرج -12 فولت بواسطة صمام زينر (Zener diode)، وهو نوع خاص من الصمامات الثنائية التي تمنع الجهد العكسي حتى يصل إلى جهد معين، ثم تبدأ في التوصيل. يتم تبديد الجهد الزائد في شكل حرارة من خلال مقاوم طاقة (وردي)، يتحكم فيه ترانزستور وصمام زينر.

 

(نظرًا لأن هذا الأسلوب يهدر الطاقة، فإن مصادر الطاقة الحديثة عالية الكفاءة لا تستخدم تقنية التنظيم هذه.) يتم تنظيم مصدر -12 فولت بواسطة صمام زينر صغير جدًا "ZD6"، يبلغ طوله حوالي 3.6 ملم، ويقع على الجانب السفلي من لوحة الدائرة. بينما يوجد مقاوم الطاقة المرتبط به والترانزستور "A1015" على الجانب العلوي من اللوحة. لعل دائرة التنظيم الأكثر إثارة للاهتمام هي لخرج 3.3 فولت، والذي يتم تنظيمه بواسطة مضخم مغناطيسي (magnetic amplifier).

 

المضخم المغناطيسي هو ملف حث (inductor) له خصائص مغناطيسية خاصة تجعله يتصرف كالمفتاح. عندما يتم تغذية تيار في ملف الحث الخاص بالمضخم المغناطيسي، يقوم الملف في البداية بصد التيار بالكامل تقريبًا أثناء تمغنطه وزيادة المجال المغناطيسي. عندما يصل الملف إلى تمغنطه الكامل (أي يصل إلى حالة التشبع)، يتغير سلوكه فجأة ويسمح للتيار بالتدفق دون عائق. في مصدر الطاقة، يستقبل المضخم المغناطيسي نبضات من المحول. يصد الملف جزءًا متغيرًا من النبضة؛ وبتغيير عرض النبضة، يتم تنظيم خرج 3.3 فولت. المضخم المغناطيسي عبارة عن حلقة مصنوعة من مادة الفريت (ferrite) ذات خصائص مغناطيسية خاصة. وتحيط بالحلقة بضعة لفات من الأسلاك.

لوحة التحكم

يحتوي مصدر الطاقة على لوحة صغيرة تحمل دوائر التحكم.

يُقارن الجهد الكهربائي بجهد مرجعي لتوليد إشارات التغذية الراجعة. كما يراقب الجهد الكهربائي لتوليد إشارة "الطاقة جيدة" (power good). توجد هذه الدائرة مُثبتة على لوحة منفصلة وعمودية بحيث لا تشغل مساحة كبيرة في مزود الطاقة. تحتوي لوحة التحكم على مكونات من النوع "through-hole" على السطح العلوي، أما السطح السفلي فمغطى بمكونات صغيرة من النوع "surface-mount". لاحظ وجود المقاومات ذات "المقاومة الصفرية" (zero-ohm) المميزة بالرقم 0، والتي تُستخدم كموصلات.

مزود طاقة وضع الاستعداد

يحتوي مزود الطاقة على دائرة ثانية مخصصة لطاقة وضع الاستعداد. حتى عندما يكون الكمبيوتر مُطفئًا، يظل مزود طاقة وضع الاستعداد بقدرة 5 فولت يوفر 10 واط. تُستخدم هذه الطاقة لميزات تتطلب طاقة عندما يكون الكمبيوتر "مُطفئًا"، مثل ساعة الوقت الحقيقي (real-time clock)، وزر الطاقة، وتشغيل الجهاز عبر الشبكة ("Wake on LAN"). تُعد دائرة طاقة وضع الاستعداد تقريبًا مزود طاقة مستقلًا ثانيًا: فهي تستخدم شريحة تحكم (IC) منفصلة، ومحولًا منفصلًا، ومكونات على الجانب الثانوي، على الرغم من أنها تستخدم نفس دائرة تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر على الجانب الأساسي. توفر دائرة طاقة وضع الاستعداد طاقة أقل بكثير من الدائرة الرئيسية، لذا يمكنها استخدام محول أصغر.

 

المحولات السوداء والصفراء: محول طاقة وضع الاستعداد على اليسار والمحول الرئيسي على اليمين. شريحة التحكم الخاصة بطاقة وضع الاستعداد موجودة أمام المحول. المكثف الأسطواني الكبير على اليمين هو جزء من مضاعف الجهد الكهربائي (voltage doubler). الكتل البيضاء هي مادة السيليكون التي تُستخدم لعزل المكونات وتثبيتها في مكانها.

الخلاصة

تُعد مزودات الطاقة من نوع ATX معقدة من الداخل، وتحتوي على عدد كبير من المكونات التي تتراوح بين الملفات الحثية والمكثفات الضخمة إلى الأجهزة الصغيرة المثبتة على السطح. ومع ذلك، تؤدي هذه التعقيدات إلى مزودات طاقة فعالة، وخفيفة الوزن، وآمنة. وبالمقارنة، عن مزود طاقة من أربعينيات القرن الماضي كان ينتج 85 واط فقط من التيار المستمر، ولكنه كان بحجم حقيبة سفر ويزن أكثر من 100 باوند.

 

قدمت شركة إنتل معيار ATX لأجهزة الكمبيوتر الشخصية في عام 1995. لا يزال معيار ATX (مع بعض التحديثات) يحدد اللوحة الأم، والعلبة، وتكوين مصدر الطاقة لمعظم أجهزة الكمبيوتر. مصدر الطاقة الذي فحصته هو من عام 2005، لذا فإن مصادر الطاقة الأحدث أكثر تقدمًا وكفاءة. المبادئ الأساسية هي نفسها، ولكن هناك بعض التغييرات. على سبيل المثال، حل التنظيم باستخدام محولات DC-to-DC محل المضخم المغناطيسي إلى حد كبير. الملصق الموجود على مصدر الطاقة. يوفر الملصق معلومات حول مصدر الطاقة الذي فحصته. تم تصنيعه بواسطة Bestec لـ Hewlett-Packard's Dx5150 سطح المكتب. لا يتوافق مصدر الطاقة هذا مع أبعاد ATX؛ إنه أطول وأكثر استطالة.

 

قد تتساءل لماذا ينتج عن مدخل تيار متردد بقوة 230 فولت 320 فولت تيار مستمر. السبب هو أن جهد التيار المتردد يُقاس عادةً كجذر متوسط التربيع (root-mean-square) الذي (نوعًا ما) يوسط شكل الموجة المتغير. ونتيجة لذلك، فإن إشارة تيار متردد بقوة 230 فولت لها قمم تبلغ 320 فولت. تقوم مكثفات مصدر الطاقة بالشحن من خلال الثنائيات إلى الجهد الأقصى، لذا سيكون الجهد المستمر حوالي 320 فولت (على الرغم من أنه سينخفض إلى حد ما خلال الدورة).

 

الترانزستور الكهربائي هو FQA9N90C power MOSFET. يمكنه التعامل مع 9 أمبير و 900 فولت.

يتم تشغيل الدائرة المتكاملة بواسطة ملف منفصل على المحول يوفر 34 فولت لتشغيل الشريحة. قد تلاحظ مشكلة "البيضة والدجاجة": الدائرة المتكاملة للتحكم (control IC) تنشئ النبضات للمحول، ولكن يزود المحول الدائرة المتكاملة للتحكم (IC) بالطاقة. يتكون الحل من دائرة بدء تشغيل تتضمن مقاومًا بقيمة 100 كيلو أوم بين الدائرة المتكاملة والتيار المستمر عالي الجهد. يوفر هذا تيارًا صغيرًا يكفي لبدء تشغيل الدائرة المتكاملة. وبمجرد أن تبدأ الدائرة المتكاملة في إرسال النبضات إلى المحول، يتم تزويدها بالطاقة من المحول نفسه.

 

تسمى تقنية استخدام حلقة تنظيم واحدة لمخرجين التنظيم المتقاطع (cross-regulation). إذا كان الحمل على أحد المخرجين أعلى بكثير من الحمل على المخرج الآخر، قد تنحرف الفولتية عن قيمها الصحيحة. لهذا السبب، تتطلب العديد من مصادر الطاقة حدًا أدنى من الحمل على كل مخرج. تستخدم مصادر الطاقة الأكثر تقدمًا محولات من تيار مستمر إلى تيار مستمر (DC-to-DC converters) لجميع المخارج لضمان دقتها. لمزيد من المعلومات حول التنظيم المتقاطع، يمكنك الاطلاع على هذا العرض وهذا العرض. إحدى التقنيات التي تمت مناقشتها هي تكديس التيار المستمر (DC-stacking) لملفات الخرج، وهي تقنية مستخدمة في مصدر الطاقة هذا. على وجه التحديد، يتم تنفيذ مخرج الـ 12 فولت عن طريق "تكديس" مخرج بـ 7 فولت فوق مخرج الـ 5 فولت، مما ينتج عنه 12 فولت. مع هذا التكوين، سيكون الخطأ بنسبة 10% (على سبيل المثال) في دائرة الـ 12 فولت هو 0.7 فولت فقط بدلًا من 1.2 فولت.

 

المعزولات الضوئية (opto-isolators) هي مكونات من نوع PC817، وتوفر عزلًا بجهد 5000 فولت بين الجانبين. لاحظ الشق الموجود في لوحة الدائرة أسفل المعزولات الضوئية. يوفر هذا أمانًا إضافيًا، مما يضمن أن الفولتية الخطيرة لا يمكنها المرور بين جانبي المعزول الضوئي على سطح لوحة الدائرة، على سبيل المثال في حالة وجود تلوث أو تكثف على اللوحة. (على وجه التحديد، يزيد الشق من مسافة التسرب السطحي).

 

يتم تحديد عرض النبضة عبر المكبر المغناطيسي (magnetic amplifier) بواسطة دائرة تحكم بسيطة.

خلال الجزء العكسي من كل نبضة، يتم إزالة مغنطة المحث جزئيًا. تقوم دائرة التحكم بضبط جهد إزالة المغنطة. وينتج عن الجهد العالي لإزالة المغنطة إزالة مغنطة أكبر. هذا

 

يستغرق المحث وقتًا أطول لإعادة التمغنط، وبالتالي فإنه يحجب النبضة المدخلة لفترة أطول. مع مرور نبضة أقصر عبر الدائرة، ينخفض جهد الخرج. وعلى العكس من ذلك، ينتج جهد إزالة مغنطة أقل إزالة مغنطة أقل، وبالتالي يتم حجب النبضة المدخلة لفترة أقصر. وهكذا، يتم تنظيم جهد الخرج عن طريق تغيير جهد إزالة المغنطة. لاحظ أن عرض النبضة الداخلة إلى مكبر الصوت المغناطيسي يتم التحكم فيه بواسطة دائرة التحكم المتكاملة (IC)؛ يقوم مكبر الصوت المغناطيسي بتقصير هذه النبضات حسب الحاجة لتنظيم جهد الخرج 3.3 فولت.

لوحة التحكم

 

تحتوي لوحة التحكم على دوائر متكاملة متعددة، بما في ذلك مضخم العمليات LM358NA، وشريحة المشرف/إعادة الضبط TPS3510P، ومقارن تفاضلي رباعي LM339N، ومرجع دقيق AZ431. شريحة المشرف مثيرة للاهتمام؛ فهي مصممة خصيصًا لمصادر الطاقة وتراقب المخرجات للتأكد من أنها ليست مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا. يعد AZ431 نوعًا مختلفًا من شريحة مرجع فجوة النطاق TL431، والتي تستخدم بشكل شائع جدًا في مصادر الطاقة لتوفير جهد مرجعي.

مصدر الطاقة الاحتياطية

 

يستخدم مصدر الطاقة الاحتياطية تكوين محول مختلف، يسمى محول الارتداد (flyback transformer). دائرة التحكم المتكاملة هي A6151، والتي تتضمن ترانزستور التبديل في الدائرة المتكاملة، مما يبسط التصميم. هذا الرسم البياني مأخوذ من ورقة البيانات، لذا فهو قريب من الدائرة الموجودة في مصدر الطاقة الذي فحصته، ولكنه ليس مطابقًا.