منبع تغذیه آزمایشگاهی

منبع تغذیه آزمایشگاه‌ها برای تامین انرژی الکتریکی می باشد و در آزمایشگاه‌های الکترونیک صنعتی و راه اندازی الکترونیک کاربرد دارد. در اصل وجود منبع انرژی در آزمایشگاه های مهندسی الکترونیک و مهندسی برق برای تغذیه مدارهای  الکتریکی و الکترونیکی ضروری و واجب است تا مهندسین بتوانند با تغییر پارامترهای منابع تغذیه مدارهای خود را مورد بررسی قرار دهند. منابع تغذیه آزمایشگاهی انرژی خود را از راه‌های مختلفی تامین می کنند.

 برای مثال: سیستم های انتقال انرژی الکتریکی، سیستم های الکترومکانیکی مثلا ژنراتور و آلترناتور، مبدل انرژی خورشیدی و یا دیگر منابع تغذیه.

انواع منبع تغذیه آزمایشگاهی برای استفاده مهندسین و تعمیرکاران در آزمایشگاه کاربرد دارد. این دستگاه از لحاظ عملکرد به نوع ساده و قابل برنامه پذیر یا دارای قابلیت برنامه ریزی تقسیم می شوند و از لحاظ ساختار دو نوع ترانسی و سوئیچینگ دارند.

قطعا اهمیت یک منبع تغذیه‌ دقیق و با نویز کم هنگام بررسی و تحلیل مدارات الکترونیک به شدت احساس می‌شود. دانشجویان رشته‌های مربوط به مهندسی الکترونیک و همینطور صنعت‌گران به خوبی از حساسیت منابع تغذیه به عنوان ورودی و اولین بلوک اصلی مدار خود مطلع هستند. این بلوک می‌تواند با تولید کردن یک جریان با نوسانات کم و بدون تغییرات ناگهانی و شدید، نقش یک ورودی مناسب و منطبق با تحلیل‌های مداری را ایفا کند و یا با ایجاد کردن نویز(Noise)، تقویت و قوی کردن آن و همچنین نوسان دادن جریان (ولتاژ) و جریان بیش از حد مطلوب، نتایج یک پروژه دانشگاهی یا صنعتی را تحت تاثیر قرار داده و به مدار صدمه جدی وارد کند.

برای انتخاب منبع تغذیه dc متغیر آزمایشگاهی ، باید به ویژگی‎ها‎یی از قبیل ولتاژ خروجی، حداکثر جریان خروجی، شکل موج خروجی و در عین حال پایداری مشخصات خروجی دقت کرد. در کار های آزمایشگاهی و مهندسی برق و الکترونیک همیشه نیاز به وجود منبع انرژی و پاور آنالایزر احساس می­شود تا مهندسین بتوانند توسط آن تغذیه مدارات الکترونیکی را تامین و با تغییر دادن  پارامترهای منابع تغذیه مدارات خود را بررسی نمایند. منابع تغذیه مورد نیاز در چنین محیط هایی ، همان منبع تغذیه DC با استفاده از برق شهر است که قابلیت تغییر پارامتر های این وسیله را مانند ولتاژ و جریان را دارا می­باشد. به این منابع، منابع تغذیه DC متغیر گفته می­شود. از این منابع در تمامی محیط های تعمیراتی و آزمایشگاهی استفاده می­شود.

اصول عملکرد منابع تغذیه آزمایشگاهی

خروجی‎های متغیر منبع انرژی آزمایشگاهی علاوه بر اینکه باید بتوانند ولتاژ خروجی را تنظیم کنند ، باید توانایی جریان خروجی را هم داشته باشند. تنظیم ولتاژ خروجی به منظور استفاده از منبع ولتاژ تثبیت شده و توانایی محدود کردن جریان خروجی صورت می‎گیرد ، به این شکل که با قرار دادن منبع تغذیه در حالت ولتاژ ماکزیمم و محدود کردن جریان خروجی، میشود از آن به عنوان منبع جریان استفاده کرد.

از آنجا که خروجی منبع تغذیه تراکینگ آزمایشگاهی به ندرت ممکن است در حالت جریان بالا مورد استفاده قرار گیرد، در نهایت نمی‎توان از ترانسفورماتور (Transformator‌) دو سر، با در نظر گرفتن ولتاژ ماکزیمم (max) منبع مورد استفاده قرار داد. به عنوان مثال برای تولید یک منبع تغذیه صفر ولت تا ۴۰ ولت، باید از ترانسفورماتور ۴۵ ولت استفاده کرد زیرا استفاده از منابع تغذیه در ولتاژ‎های پایین و جریان های بالا، تلفات ترانزیستورهای قدرت را زیاد می­کند که این عمل باعث آسیب دیدن آنها می‎شود.

نمایشگر دقیق ولتاژ و جریان خروجی یکی از ویژگی های دیگری است که در طراحی منابع انرژی سوئیچینگ و تراکینگ باید مورد توجه متخصصین قرار گیرد. همچنین باید هنگام محدود شدن جریان خروجی، به کاربر اطلاع داده شود که این کار اغلب توسط یک نمایشگر LED صورت می‎گیرد.

در نظر گرفتن میزان توانائی تولید ولتاژهای ثابت نیز در طراحی منبع تغذیه الزامی است. این ولتاژها اکثرا در مدارهای کوچک با جریان پایین کاربرد دارند لذا حداکثر جریان خروجی آنها می‎تواند یک آمپر تلقی شود.

انواع منابع تغذیه آزمایشگاهی

منابع تغذیه به طور کلی به دو دسته AC و DC طبقه بندی می‌شوند:

منبع تغذیه AC: 

این نوع منبع، انرژی به دست آورده را از یک منبع برق دریافت می کند و ولتاژ را کاهش می دهد.

منبع تغذیه DC:

 منبعی است که ولتاژ دائمی را به حالت dc به باری که به آن متصل است ارائه منتقل می‌کند، منبع های DC خود به دو دسته طبقه بندی می‌شود. 

منبع آنالوگ:

 این نوع از دقت بالایی برخوردار نیست و تنها برای کارهای ساده و پیش پا افتاده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

منبع دیجیتال:

 این نوع منبع دقت بسیار بالایی دارد و امروزه بیشتر از این نوع استفاده می‌شود.

ویژگی های یک منبع تغذیه آزمایشگاهی خوب چیست؟

همۀ مهندسین برق از اهمیت بالای منابع تغذیه آگاهی دارند. یک منبع توان الکتریکی بی کیفیت در آزمایشگاه احتمال دارد خطرات زیادی را به همراه داشته باشد. منبع انرژی  به عنوان وسیله ای برای تامین انرژی دستگاه های الکتریکی، ویژگی‌ های خاصی دارد.

• توجه به نوع بازه ی خروجی ولتاژ
• فراهم کردن ولتاژهای منفی جهت انجام امور آزمایشگاهی
• امکان کنترل جریان خروجی و وجود خروجی با ولتاژ ثابت
• داشتن نمایشگر دیجیتال و آنالوگ جهت نمایش ولتاژ خروجی و جریان مصرفی
• داشتن قابلیت ولوم کنترل با تفکیک پذیری کم یا زیاد و ولوم محدود کننده جریان
• قابلیت حفاظت ولتاژ و جریان خروجی بیش از توان دستگاه محافظت در برابر اتصال کوتاه
• قابلیت برنامه ریزی و وجود خروجی دوبل نکته ای حائز اهمیت است.
• داشتن بدنۀ فلزی جهت دفع حرارت و داشتن فن برای تنظیم دمای دستگاه
• در نهایت کاربردپذیری متنوع و…

چگونه کیفیت یک منبع تغذیه را بررسی کنیم؟

تشخیص کیفیت یک دستگاه پاورساپلای کار چندان سختی نیست. تنها لازم است اطلاعات و تجربیاتی در این زمینه داشته باشید. در هر صورت می توانید از روش های زیر برای سنجش کیفیت دستگاهتان استفاده کنید:

تست  ریپل نویز و هارمونیک ها : مشاهده مقدار هارمونیک ها و ریپل نویز توسط اسیلوسکوپ در قسمت خروجی دستگاه به ما در بررسی کیفیت منبع تغذیه کمک می کند. هر چه مقدار هارمونیک و نویز کمتر باشد منبع توان الکترونیک دارای کیفیت بالاتری است.

تست اتصال کوتاه: ابتدا باید خروجی منبع را اتصال کوتاه کنید. اگر ولتاژ و جریان دستگاه هر دو صفر شدند، از خرید منبع تغذیه خودداری کنید یا می‌توانید دستگاه منبع تغذیه را به یک لامپ خودرو متناسب با ولتاژ خروجی اتصال دهید. اگر دستگاه دچار افت ولتاژ نشد پس کیفیت خوبی دارد.

قطعات یک منبع تغذیه آزمایشگاهی

1. فیلتری که جریان DC صاف و مستقیم از یکسو ساز عبور دهد.
2. یکسو کننده که جریان AC را به DC تبدیل کند.
3. ترانسفورماتور برای آن که ولتاژ ورودی را تحت کنترل قرار دهد.
4. تنظیم کننده ولتاژ که خروجی DC را کنترل کند.

طرز کار منبع تغذیه آزمایشگاهی چگونه است؟

دستگاه های پاور ساپلای را معمولا با روش کار بسیار ساده طراحی می نمایند تا بتوان به آسانی از آن استفاده کرد. با وجود همین سادگی، احتمال اشتباه هم وجود دارد. پس بهتر است پیش از کار با آن به خوبی با دستگاه آشنا شوید. منابع تغدیه دارای قابلیت ولتاژ ثابت و جریان ثابت هستند و در مدل های پیشرفته تر حالت های مقاومت ثابت و توان ثابت را نیزمی‌توان یافت.

شما می توانید برای جریان خروجی مقدار محدودیتی را تعیین کنید. بر روی این دستگاه، پیچی تعبیه شده است به نام current limiter با استفاده از آن میتوانید جریان خود را محدود کنید.

انواع مدارهای منابع تغذیه آزمایشگاهی

مدارهای منابع تغذیه به چهار دسته مستقل، وابسته، ایده آل و غیر ایده آل طبقه بندی میشود که هر کدام دارای منابع و جریان های گوناگونی می باشد.

منابع مستقل مدار منبع تغذیه آزمایشگاهی

منابع مستقل به دودسته‌ی منبع جریان و منبع ولتاژ تقسیم می شوند.

منبع ولتاژ مستقل:

 این منبع به معنی آن است که مستقل از جریان کار می‌کند و به جریانی که به ولتاژ دو سر آن وارد می شود وابستگی ند‌ارد.

منبع جریان مستقل: 

این منبع مستقل از ولتاژ است و ولتاژ دو سر آن، به جریانی که از آن کشیده می شود، وابستگی  ند‌ارد.

منابع وابسته مدار منبع تغذیه آزمایشگاهی

 منابع وابسته به دو نوع منبع جریان و ولتاژ تقسیم میشوند.

 منبع جریان کنترل شده با ولتاژ:

 که منبع جریانی است وابسته به ولتاژ های شاخه ی n ام

 منبع جریان کنترل شده با جریان: 

که منبع جریانی است وابسته به جریان های شاخه ی n ام

منبع ولتاژ وابسته

منبع ولتاژ کنترل شده با ولتاژ: 

که منبع ولتاژی ست وابسته به ولتاژ شاخه ی n ام

منبع ولتاژ کنترل شده با جریان: 

منبع ولتاژی ست وابسته به جریان شاخه ی n ام

منابع ایده آل مدار منبع آزمایشگاهی

منابعی هستند که هر چقدر می خواهیم، می توانیم به آن جریان دهیم، بدون آنکه ولتاژ خروجی آن تغییر کند به زبانی دیگر با اندک ولتاژ مثبت شروع به کار می‌کند همچنین در حالت روشن هیچ افت ولتاژی ندارد. این مدل یکی از دستگاه های پرکاربرد در منابع تغذیه آزمایشگاهی می باشد.

بررسی مدار منبع انرژی آزمایشگاهی غیر ایده آل

احتمالا تصور می کنید که تفاوت عملکرد با نوع ایده ال دارد در حالتی که منبع غیر ایده آل، منبع ایده آلی ست که یک مقاومت سری شده با آن باعث محدود شدن جریان‌دهی می‌شود و به این مقاومت، مقاومت داخلی منبع می گویند اما خروجی ولتاژ تغییری پیدا نمیکند.