Güc Mənbəyi

Heç düşündünüzmü, kompüterinizin enerji təchizatının içində nə var? Kompüterin enerji təchizatının işi mənbədən gələn enerjini (120 və ya 240 Volt AC) kompüterin tələb etdiyi sabit DC gərginliyə çevirməkdir. Enerji təchizatı həm kiçik və ucuz olmalı, həm də enerjini effektiv və təhlükəsiz şəkildə çevirməlidir. Bu məqsədlərə çatmaq üçün enerji təchizatları müxtəlif texnikalardan istifadə edir və içərisi düşündüyünüzdən daha mürəkkəbdir. Bu bloq yazısında mən bir PC enerji təchizatını açıb, onun necə işlədiyini izah edirəm. Mənim yoxladığım enerji təchizatı, əksər müasir enerji təchizatları kimi, “switching power supply” (açma-bağlama prinsipi ilə işləyən enerji təchizatı) dizaynından istifadə edir. Switching power supply-lar indi çox ucuzdur, amma hər zaman bu belə olmayıb.

1950-ci illərdə bu cür enerji təchizatları mürəkkəb və bahalı idi, əsasən kiçik və yüngül enerji təchizatı tələb edən aerokosmik və peyk tətbiqlərində istifadə olunurdu. Amma 1970-ci illərin əvvəllərində yeni yüksək gərginlikli tranzistorlar və digər texnoloji inkişaflar switching power supply-ları çox ucuzlaşdırdı və onlar kompüterlərdə geniş yayılmağa başladı. İndi isə bir neçə dollara telefon şarj cihazı ala bilərsiniz ki, içində switching power supply mövcuddur. Yoxladığım ATX enerji təchizatı metal qutu şəklində, daş ölçüsündə idi və ondan çoxlu rəngli kabellər çıxırdı. Qutunun qapağını açanda aşağıdakı komponentlər göründü, sıx şəkildə yerləşdirilmişdilər ki, enerji təchizatı kompakt olsun. Komponentlərin çoxu isə sağdakı fanla birlikdə enerji yarımkeçiricilərini soyudmaq üçün nəzərdə tutulmuş istilik yayıcılar (heat sink) ilə örtülmüşdü. Mən əvvəlcə switching power supply-ın necə işlədiyinə qısa ümumi baxış verəcəyəm, sonra isə komponentləri ətraflı təsvir edəcəyəm. Sağdan başlayaraq, enerji təchizatı AC gücünü qəbul edir. Girişdəki AC, bəzi böyük filtrasiya komponentlərinin köməyi ilə yüksək gərginlikli DC-ə çevrilir. Bu DC saniyədə minlərlə dəfə açılıb bağlanaraq transformatora daxil edilən impulslar əmələ gətirir. Transformator yüksək gərginlikli impulsları aşağı gərginlikli, yüksək cərəyanlı impulslara çevirir.

Qutudan çıxarılmış enerji təchizatı. Soldakı qalın kabel dəstəsi kompüterə qoşulur. Ortadakı böyük transformatorabənzər komponent isə əslində filtrasiya induktorudur (səs-küyü boğmaq üçün istifadə olunur). Bu şəkilə (və ya digər şəkillərə) klikləməklə böyük ölçüdə baxmaq mümkündür.

Bu impulslar DC-ə çevrilir və filtrasiya edilərək təmiz, stabil enerji təmin olunur. Bu enerji soldakı kabel dəstəsi vasitəsilə kompüterin ana kartına və disk sürücülərinə ötürülür. Bu proses çox mürəkkəb görünə bilər, amma sizin mobil telefonunuzdan televizorunuza qədər əksər istehlakçı elektronikası switching power supply-dan istifadə edir. Yüksək tezliklər kiçik və yüngül transformatorların istifadəsinə imkan verir. Bundan əlavə, switching power supply-lar çox effektivdir. İmpulslar lazım olan enerjini təmin etmək üçün tənzimlənir, artıq enerjini isə “linear” enerji təchizatı kimi istiliyə çevirmir və israf etmirlər.

Giriş filtrasiyası:

Birinci addım, girişdəki AC gərginliyinin giriş filtr dövrəsindən keçməsidir. Bu filtr dövrəsi enerji təchizatından çıxan elektrik səs-küyünün (interferensiyanın) xaricə yayılmasının qarşısını alır. Aşağıdakı filtr induktorlardan (toroid formalı sarğılardan) və kondensatorlardan ibarətdir. Buradakı boz, qutu şəklində olan kondensatorlar X sinifli (Class-X) xüsusi kondensatorlardır və AC xətləri arasında birbaşa qoşulmaq üçün təhlükəsiz şəkildə dizayn edilmişdir.

Giriş filtri komponentləri

Düzləndirmə: AC-nin DC-yə çevrilməsi;

Mənbədən gələn 60 Hz-lik AC (dəyişən cərəyan) saniyədə 60 dəfə fazasını dəyişir (yəni yönünü dəyişir), lakin enerji təchizatının ehtiyacı olan DC (sabit cərəyan) isə yalnız bir istiqamətdə axmalıdır. Aşağıda göstərilən tam körpü düzləndirici (full-bridge rectifier) bu AC siqnalını DC-yə çevirir. Düzləndiricinin üzərində “–” və “+” işarələri DC çıxışını göstərir, ortadakı iki pin isə AC giriş üçündür. Daxildə bu düzləndirici dörd dioddan ibarətdir. Diod — cərəyanı yalnız bir istiqamətdə keçirən və əks istiqamətdə bloklayan komponentdir. Bu səbəbdən, dəyişən cərəyan (AC) bu dörd diodun köməyi ilə sabit cərəyana (DC) çevrilir və nəticədə yalnız bir istiqamətdə axan enerji əldə olunur.

Körpü düzləndiricisinin üzərində “GBU606” yazılıb. Onun sol tərəfində filtrasiya dövrəsi yerləşir. Sağ tərəfdəki iri qara silindr isə gərginliyi ikiqat artıran (voltage doubler) kondensatorlardan biridir. Kiçik sarı kondensator isə Xüsusi Y sinifli kondensatordur, təhlükəsizlik məqsədi ilə istifadə olunur.

Aşağıdakı diaqram körpü düzləndiricisinin necə işlədiyini göstərir.

Birinci sxemdə, AC giriş siqnalının yuxarı tərəfi müsbətdir. Bu zaman diodlar gərginliyi DC çıxışına ötürür. İkinci sxemdə isə AC siqnalın istiqaməti dəyişib, yəni aşağı tərəf müsbətdir. Lakin diodların yerləşmə konfiqurasiyası elə qurulub ki, DC çıxışında gərginliyin istiqaməti dəyişmir — yəni çıxışda yuxarı hissə həmişə müsbət qalır. Çıxışdakı kondensatorlar isə bu gərginliyi hamarlayır, yəni impulsvari (dalğalı) siqnalı sabit və təmiz DC gərginliyinə çevirir.

Bu iki sxem, AC giriş siqnalı dəyişərkən cərəyanın necə axdığını göstərir. Diodlar, cərəyanı yalnız öz ox formasında göstərilən istiqamətdə keçməyə məcbur edir. Yəni, diodlar cərəyanın bir istiqamətdə axmasına icazə verir, digər istiqamətdə isə onu bloklayır. Nəticədə, AC siqnalın istiqaməti dəyişsə belə, çıxışdakı DC cərəyan həmişə eyni istiqamətdə axır.

Müasir enerji təchizatları 85-dən 264 voltadək olan “universal” AC giriş gərginliyini qəbul edir, buna görə də ölkədən asılı olmayaraq fərqli gərginliklərdə işləyə bilirlər. Lakin bu köhnə enerji təchizatının dövrəsi bu qədər geniş giriş aralığını qəbul edə bilmirdi. Bunun əvəzinə, aşağıda göstərilən şəkildə olduğu kimi, 115 V ilə 230 V arasında əl ilə keçid etmək üçün xüsusi bir düyməni çevirmək lazım gəlirdi.

115/230 V keçid düyməsi (switch).

Gərginlik seçimi keçidində ağıllı bir dövrə — gərginlik ikiqat artırıcı (voltage doubler) istifadə olunurdu. Fikir belədir ki, keçid bağlandıqda (115 voltda) AC girişi körpü düzləndiricidəki aşağıdakı iki diodu keçərək, birbaşa iki kondensatora qoşulur. AC girişi yuxarı tərəfdə müsbət olduqda, yuxarı kondensator tam gərginliklə doldurulur. AC girişi aşağı tərəfdə müsbət olduqda isə aşağı kondensator tam gərginliklə doldurulur. Çünki DC çıxış hər iki kondensatorun üzərində olduğundan, çıxış gərginliyi iki kondensatorun cəmi qədər, yəni ikiqat gərginlikdə olur. Bu üsulun məqsədi budur ki, enerji təchizatının qalan hissəsi, giriş 115 volt ya da 230 volt olsun, eyni gərginliklə işləsin, bu da dizaynı sadələşdirir. Lakin gərginlik ikiqat artırıcının mənfi cəhətləri də var: İstifadəçi keçidi düzgün mövqeyə qoymalıdır, əks halda enerji təchizatı zərər görə bilər. Enerji təchizatı iki böyük kondensator tələb edir. Buna görə də, son zamanlarda bu üsul müasir enerji təchizatlarında az istifadə olunur.

Gərginlik ikiqat artırıcı dövrəsi. Hər bir kondensator tam gərginliklə doldurulur, buna görə DC çıxış gərginliyi ikiqat olur. Boz rənglə işarələnmiş diodlar isə ikiqat artırıcı işləyərkən istifadə olunmur.

Birinci və ikinci tərəf:

Təhlükəsizlik üçün yüksək gərginlikli və aşağı gərginlikli komponentlər həm mexaniki, həm də elektrik cəhətdən ayrılır. Aşağıda göstərilən birinci tərəf (primary side) bütün AC xəttinə qoşulan dövrələri əhatə edir. İkinci tərəf (secondary side) isə aşağı gərginlikli dövrələri əhatə edir. Birinci və ikinci tərəflər arasında “izolyasiya sərhədi” (isolation boundary) var (yaşıl rənglə göstərilib) və bu sərhəd boyunca heç bir birbaşa elektrik əlaqəsi yoxdur. Transformatorlar bu sərhəd boyunca enerjini maqnit sahələri vasitəsilə ötürür, yəni birbaşa elektrik əlaqəsi olmadan güc ötürülür. Əks əlaqə siqnalları (feedback signals) isə optoizolyatorlar (opto-isolators) vasitəsilə ikinci tərəfdən birinci tərəfə ötürülür. Bu, optik yolla siqnalın keçirilməsidir. Bu ayrılma enerji təchizatının təhlükəsizliyi üçün çox önəmlidir. Əgər AC xətti ilə çıxış arasında birbaşa elektrik əlaqəsi olsaydı, yüksək elektrik cərəyanı təhlükəsi yaranardı.

Enerji təchizatı əsas hissələri ilə işarələnmiş şəkildə. İstilik yayıcılar (heat sinks), kondensatorlar, idarəetmə lövhəsi və çıxış kabelləri çıxarılıb ki, daha yaxşı görünüş təmin edilsin. (SB — standby (gözləmə) enerji təchizatı deməkdir.)

Transformatora impulslar:

Bu nöqtədə, girişdəki AC gərginlik artıq yüksək gərginlikli DC-yə çevrilib, təxminən 320 volt. Bu DC siqnalı yuxarıda yerləşən switching tranzistoru — güclü MOSFET vasitəsilə impulslara (chop) bölünür.

Bu tranzistor işləyərkən çox isti olur, ona görə də böyük bir istilik yayıcıya (heat sink) quraşdırılıb. Bu impulslar yuxarıdakı əsas transformatora ötürülür və transformator enerji təchizatının ürəyi hesab olunur. Transformator, maqnitləşdirilə bilən nüvənin ətrafına sarılmış çoxsaylı naqillərdən ibarətdir. Transformatorun birinci sarğısına daxil olan yüksək gərginlikli impulslar maqnit sahəsi yaradır. Bu nüvə maqnit sahəsini digər, ikinci sarğıya yönəldir və orada gərginlik əmələ gəlir. Beləcə, enerji təchizatı təhlükəsiz şəkildə çıxış gərginliklərini təmin edir. Transformatorun iki tərəfi arasında birbaşa elektrik əlaqəsi yoxdur, yalnız maqnit sahəsi vasitəsilə əlaqə mövcuddur. Transformatorun digər vacib xüsusiyyəti odur ki, birinci sarğı nüvənin ətrafına çoxsaylı sarılmışdır, ikinci sarğılarda isə naqil dövrələri daha azdır. Nəticədə, bu azaldıcı (step-down) transformator olur. Çıxış gərginliyi girişdən çox aşağıdır, amma cərəyan isə daha yüksək olur. Switching tranzistor isə inteqrasiya olunmuş dövrə — “UC3842B cərəyan rejimli PWM kontrolçusu” tərəfindən idarə olunur. Bu çip enerji təchizatının “beyni” kimi qəbul edilə bilər. O, 250 kHz yüksək tezlikdə impulslar yaradır. Hər impulsun eni (width) çıxış gərginliyinin tələb olunan səviyyədə qalması üçün tənzimlənir. Əgər gərginlik düşməyə başlayarsa, çip daha geniş impulslar yaradır ki, transformator vasitəsilə daha çox enerji ötürülsün.

İkinci tərəf:

İndi enerji təchizatının ikinci tərəfinə baxa bilərik, yəni transformatorun aşağı gərginlikli çıxışlarını qəbul edən hissəsinə. İkinci dövrə dörd çıxış gərginliyi yaradır: 5 Volt, 12 Volt, -12 Volt və 3.3 Volt. Hər çıxış gərginliyi üçün ayrıca transformator sarğısı və həmin gərginliyi təmin edən ayrıca dövrə mövcuddur. Aşağıda göstərilən güc diodları transformatorun çıxışındakı siqnalları DC-yə çevirir, sonra isə induktorlar və kondensatorlar çıxışı filtrasiya edərək onun hamar qalmasını təmin edir. Enerji təchizatı çıxış gərginliklərini düzgün səviyyədə saxlamaq üçün onları yük artdıqca və ya azaldıqca tənzimləməlidir. Maraqlıdır ki, enerji təchizatı bu məqsəd üçün bir neçə fərqli tənzimləmə texnikasından istifadə edir.

Çıxış diodlarının yaxın plan görüntüsü. Solda şaquli yerləşdirilmiş silindrik diodlar var. Ortada isə iki diodlu paketlərdə olan düzbucaqlı güc Şottki diodları yerləşir. Bu diodlar soyutma üçün istilik yayıcıya (heat sink) quraşdırılıb. Sağ tərəfdə isə cərəyanın ölçülməsi üçün istifadə olunan iki sancağa bənzər mis naqillər (current-sensing resistors kimi) görünür.

Əsas çıxışlar 5 Volt və 12 Volt çıxışlarıdır. Bu gərginliklər birgə olaraq birinci tərəfdəki idarəetmə çipi tərəfindən tənzimlənir. Əgər gərginlik çox aşağıdırsa, idarəetmə çipi impulsların enini artırır, beləliklə transformator vasitəsilə daha çox enerji ötürülür və ikinci tərəfdə gərginlik artır. Əgər gərginlik çox yüksəkdirsə, çip impulsların enini azaldır. (Eyni əks əlaqə dövrəsi həm 5 Volt, həm də 12 Volt çıxışları idarə edir, buna görə də bir çıxışdakı yük digər çıxışdakı gərginliyə təsir göstərə bilər. Daha yaxşı enerji təchizatları isə bu iki çıxışı ayrı-ayrılıqda tənzimləyir.)

Enerji təchizatının alt tərəfi, çap olunmuş dövrə lövhəsinin (PCB) izləri görünür. Solda ikincil tərəfin izləri, sağda isə birinci tərəfin izləri arasında geniş boşluq olduğu diqqət çəkir. Həmçinin, yüksək cərəyanlı enerji təchizatı üçün istifadə olunan geniş metal izlər və idarəetmə dövrəsi üçün olan nazik izlər də fərqlənir.

Siz düşünə bilərsiniz ki, birinci tərəfdəki idarəetmə çipi ikincil tərəfdəki gərginlik səviyyələri haqqında necə məlumat alır, halbuki iki tərəf arasında birbaşa elektrik əlaqəsi yoxdur. (Yuxarıdakı şəkildə, iki tərəfi ayıran geniş boşluğu görə bilərsiniz.) Bu sirr optoizolyator adlı ağıllı çipdədir. Çipin daxilində bir tərəfdə infraqırmızı LED, digər tərəfdə isə işığa həssas foto-transistor yerləşir. İkinci tərəfdəki əks əlaqə siqnalı LED-ə göndərilir, və bu işıq foto-transistor tərəfindən birinci tərəfdə qəbul edilir. Beləliklə, optoizolyator ikinci və birinci tərəflər arasında körpü yaradır, lakin əlaqə elektrik deyil, işıq vasitəsilə həyata keçirilir. Enerji təchizatı həmçinin mənfi gərginlik çıxışı (-12 V) də təmin edir. Bu gərginlik artıq əsasən köhnəlib, amma əvvəllər serial portlar və PCI slotları üçün istifadə olunurdu.

-12 V çıxışının tənzimlənməsi 5 Volt və 12 Volt çıxışlarının tənzimlənməsindən tamamilə fərqlidir.

-12 V çıxışı Zener diodu ilə idarə olunur. Zener diodu xüsusi növ dioddur ki, o, tərs gərginliyi bloklayır, müəyyən bir gərginlik səviyyəsinə çatdıqda isə keçid verir. Artıq gərginlik isə güclü rezistor (çəhrayı rəngdə göstərilib) vasitəsilə istiliyə çevrilərək sərf olunur. Bu rezistor, tranzistor və Zener diodu ilə birlikdə tənzimlənir. (Bu üsul enerji itkisidir, buna görə də müasir yüksək səmərəlilikli enerji təchizatları bu tənzimləmə metodundan istifadə etmir.)

-12 V çıxışı lövhənin alt tərəfində yerləşən, təxminən 3.6 mm uzunluğunda olan kiçik ZD6 adlı Zener diodu ilə tənzimlənir. Əlaqəli güc rezistoru və A1015 adlı tranzistor isə lövhənin yuxarı tərəfində yerləşir.

Bəlkə də ən maraqlı tənzimləmə dövrəsi 3.3 Volt çıxış üçün olan dövrədir, hansı ki, maqnit amplifikatoru (magnetic amplifier) ilə tənzimlənir. Maqnit amplifikatoru, xüsusi maqnit xüsusiyyətlərinə malik bir induktordur və bu induktor sanki bir açar kimi davranır.

İnduktora cərəyan verildikdə, əvvəlcə induktor dəmir nüvəsini maqnitləşdirərək və maqnit sahəsini artıraraq cərəyanın axınına demək olar ki, tam mane olur. İnduktor tam maqnitləşdiyi (yəni saturasiya vəziyyətinə çatdığı) anda isə davranışı birdən dəyişir və cərəyanın maneəsiz axmasına icazə verir. Enerji təchizatında maqnit amplifikatoru transformatordan gələn impulsları qəbul edir. İnduktor impulsun dəyişkən bir hissəsini bloklayır. İmpulsun enini dəyişdirərək 3.3 Volt çıxış gərginliyi tənzimlənir.

Maqnit amplifikatoru xüsusi maqnit xüsusiyyətlərinə malik ferrit materialından hazırlanmış bir halqadır. Bu halqanın ətrafına bir neçə sarğı naqil sarılıb.

İdarəetmə lövhəsi:

Enerji təchizatında idarəetmə dövrəsini saxlayan kiçik bir lövhə mövcuddur. Bu lövhə, çıxış gərginliklərini referens gərginliklə müqayisə edərək əks əlaqə siqnalları (feedback) yaradır.

Həmçinin, bu lövhə "power good" (yəni enerji sabit və istifadə üçün yararlıdır) siqnalı yaratmaq üçün gərginlikləri daimi nəzarətdə saxlayır. Bu idarəetmə dövrəsi ayrıca, şaquli şəkildə yerləşdirilmiş kiçik bir lövhə üzərində quraşdırılıb ki, enerji təchizatında çox yer tutmasın.

İdarəetmə lövhəsinin yuxarı tərəfində "through-hole" (delikli montajlı) komponentlər, alt tərəfində isə kiçik "surface-mount" (səthə montajlı) komponentlər yerləşir. “0” ilə işarələnmiş sıfır-ohmlu rezistorlara diqqət yetirin — bunlar keçid (jumper) kimi istifadə olunur.

Gözləmə rejimli enerji təchizatı:

Enerji təchizatında gözləmə (standby) enerjisi üçün ikinci bir dövrə mövcuddur. Kompüter söndürülmüş görünsə belə, 5V-luq standby çıxışı təxminən 10 vatt enerji verir. Bu enerji, kompüter “sönülü” vəziyyətdə olsa belə işləməli olan funksiyalar üçün istifadə olunur — məsələn: real-time saat (RTC – tarix və vaxt yaddaşı), açma/söndürmə düyməsi, və şəbəkə vasitəsilə işə düşmə (Wake on LAN). Standby enerji dövrəsi demək olar ki, ayrıca bir enerji təchizatı kimi işləyir. Ayrıca idarəetmə mikrosxemi (IC), ayrıca transformator, və ikincil tərəfdə ayrıca komponentlər istifadə olunur. Lakin bu dövrə, birinci tərəfdəki AC-dən DC-yə çevirmə sxemini əsas enerji təchizatı ilə paylaşır. Standby dövrəsi əsas enerji təchizatından qat-qat az güc verdiyinə görə, kiçik ölçülü transformatorla kifayətlənə bilir.

Qara və sarı transformatorlar: Sol tərəfdəki transformator — standby (gözləmə) enerjisi üçün olan transformatordur, sağdakı isə — əsas enerji təchizatının transformatorudur.

Standby enerji üçün olan idarəetmə mikrosxemi (IC) transformatorun ön tərəfində yerləşir. Sağda yerləşən böyük silindrik kondensator, gərginlik ikiqat artırıcı (voltage doubler) dövrəsinin bir hissəsidir. Ağ ləkələr isə komponentləri izolyasiya etmək və sabit saxlamaq üçün istifadə olunan silikon qatıdır.

Nəticə:

ATX enerji təchizatı daxildə mürəkkəb quruluşa malikdir — iri həcmli induktor və kondensatorlardan tutmuş, çox kiçik səthə montajlı (SMD) komponentlərə qədər müxtəlif hissələrdən ibarətdir.

Lakin bu mürəkkəblik nəticə etibarilə səmərəli, yüngül və təhlükəsiz enerji təchizatları ilə nəticələnir. Müqayisə üçün: mən 1940-cı illərə aid bir enerji təchizatı haqqında yazmışdım — o cihaz cəmi 85 Vatt DC çıxış verirdi, lakin baqaj çantası ölçüsündə idi və 100 funtdan (təxminən 45 kq-dan) çox çəkisi vardı. İndi isə, inkişaf etmiş yarımkeçirici texnologiyalar sayəsində 50 dollardan aşağı qiymətə, ovuc içinə sığacaq qədər kiçik, lakin çox daha güclü enerji təchizatları əldə etmək mümkündür. Mən enerji təchizatları haqqında daha əvvəl də yazmışam, məsələn IEEE Spectrum jurnalında onların tarixi ilə bağlı bir məqaləm var. Həmçinin Macbook şarj cihazı və iPhone şarj cihazı söküntülərim də maraqlı ola bilər. Ən son blog yazılarımı Twitter hesabımda elan edirəm — məni @kenshirriff ünvanında izləyə bilərsiniz. Bundan əlavə RSS lentim də mövcuddur.

Qeydlər və istinadlar:

Intel 1995-ci ildə şəxsi kompüterlər üçün ATX standartını təqdim etdi.

ATX standartı (bəzi yenilənmiş versiyalarla birlikdə) bu gün də əksər kompüterlər üçün ana platanın (motherboard), korpusun və enerji təchizatının quruluşunu müəyyənləşdirir. Mənim təhlil etdiyim enerji təchizatı 2005-ci ilə aiddir, yəni müasir enerji təchizatları daha inkişaf etmiş və daha səmərəlidir. Əsas işləmə prinsipləri eyni qalsa da, bəzi dəyişikliklər mövcuddur. Məsələn, maqnit amplifikatoru ilə tənzimləmə artıq demək olar ki, istifadədən çıxıb və DC-DC çeviricilərlə tənzimləmə onu əvəz edib.

Enerji təchizatının üzərindəki etiket

Etiket, mənim təhlil etdiyim enerji təchizatı haqqında məlumat verir.

Bu enerji təchizatı Bestec tərəfindən, Hewlett-Packard şirkətinin Dx5150 masaüstü kompüteri üçün hazırlanıb. Bu enerji təchizatı ATX ölçülərinə uyğun gəlmir. O daha uzun və daha düzbucaqlı formadadır.

Siz düşünə bilərsiniz ki, niyə 230 volt AC giriş gərginliyi təxminən 320 volt DC-yə çevrilir. Səbəb odur ki, AC gərginliyi adətən köklü orta kvadrat (root-mean-square, RMS) dəyəri ilə ölçülür, bu da dəyişkən dalğa formasının ortalama dəyərinə bənzəyir. Nəticədə, 230 volt RMS AC siqnalının pik gərginliyi təxminən 320 volt olur. Enerji təchizatındakı kondensatorlar bu diodlar vasitəsilə pikin gərginliyinə qədər yüklənir, buna görə DC gərginliyi təxminən 320 volt olur (amma dövr ərzində müəyyən qədər düşmə ola bilər). Güc tranzistoru FQA9N90C modelli güc MOSFET-dir. O, 9 amper cərəyanı və 900 Volt gərginliyi idarə edə bilir. İnteqrasiya olunmuş dövrə (IC) transformatorun ayrıca bir sarğısından 34 Volt enerji alır ki, bu da çipi işə salmaq üçün kifayətdir. İdarəetmə IC-si transformatora impulslar göndərir, amma transformator isə idarəetmə IC-sini enerji ilə təmin edir. Bu problemin həlli üçün IC ilə yüksək gərginlikli DC arasında yerləşdirilmiş 100 kΩ-luq bir başlanğıc (startup) rezistoru istifadə olunur. Bu rezistor vasitəsilə kiçik bir cərəyan axını təmin olunur və bu, IC-nin işə başlaması üçün kifayətdir. IC impuls göndərməyə başlayandan sonra isə o, transformator tərəfindən enerji ilə təmin olunur. İki çıxış üçün tək bir tənzimləmə dövrəsinin istifadə edilməsinə kros-tənzimləmə (cross-regulation) deyilir. Əgər bir çıxışdakı yük digər çıxışdakından xeyli yüksəkdirsə, çıxış gərginlikləri öz düzgün dəyərlərindən sapma göstərə bilər. Bu səbəbdən, bir çox enerji təchizatlarında hər çıxış üçün minimum yük tələbi olur. Daha inkişaf etmiş enerji təchizatları isə bütün çıxışlar üçün DC-DC çeviricilərdən istifadə edərək çıxış gərginliklərinin dəqiq olmasını təmin edirlər. Kros-tənzimləmə haqqında daha ətraflı məlumat üçün bu təqdimata 1 və bu təqdimata nəzər yetirə bilərsiniz 2.

Müzakirə edilən üsullardan biri çıxış sarğılarının DC-üst-üstə qoyulması (DC-stacking)-dir, hansı ki, bu enerji təchizatında istifadə olunub. Xüsusilə, 12 Volt çıxışı 5 Volt çıxışının üzərinə “üst-üstə qoyulmuş” 7 Volt çıxışı kimi həyata keçirilir, beləliklə nəticədə 12 Volt əldə olunur. Bu konfiqurasiya ilə, məsələn, 12 Volt dövrəsində 10% səhv olsa, bu, 1.2 Volt əvəzinə yalnız 0.7 Volt səhv deməkdir. Optoizolyatorlar PC817 komponentləridir və iki tərəf arasında 5000 Volt izolyasiya təmin edirlər. Optoizolyatorların altındakı dövrə lövhəsində kəsilmiş yarığa diqqət yetirin. Bu yarıq əlavə təhlükəsizlik təmin edir və təhlükəli gərginliklərin, məsələn, lövhədə yaranan çirklənmə və ya kondensasiya səbəbindən, optoizolyatorun iki tərəfi arasında lövhə səthi boyunca keçməsinin qarşısını alır. (Xüsusilə, bu yarıq sızma məsafəsini (creepage distance) artırır.) Maqnit amplifikatoru vasitəsilə keçən impulsun eni sadə idarəetmə dövrəsi ilə tənzimlənir. Hər impulsun tərs (invers) hissəsində induktor qismən demaqnitləşir. İdarəetmə dövrəsi demaqnitləşmə gərginliyini tənzimləyir. Daha yüksək demaqnitləşmə gərginliyi induktorun daha çox demaqnitləşməsinə səbəb olur. Bu isə induktorun yenidən maqnitləşməsi üçün daha uzun vaxt lazım olmasına gətirib çıxarır və nəticədə giriş impulsunu daha uzun müddət bloklayır. Dövrədən keçən impulsun daha qısa olması isə çıxış gərginliyinin azalmasına səbəb olur. Əksinə, daha aşağı demaqnitləşmə gərginliyi induktorun daha az demaqnitləşməsini təmin edir, beləliklə giriş impulsu daha qısa müddət bloklanır. Beləliklə, çıxış gərginliyi demaqnitləşmə gərginliyini dəyişməklə tənzimlənir. Qeyd etmək lazımdır ki, maqnit amplifikatoruna daxil olan impulsun eni idarəetmə IC tərəfindən tənzimlənir. Maqnit amplifikatoru isə bu impulsları 3.3 Volt çıxışı tənzimləmək üçün lazım olduqca qısaldır. İdarəetmə lövhəsində bir neçə inteqrasiya olunmuş sxem (IC) var, o cümlədən: LM358NA əməliyyat gücləndiricisi (op-amp), TPS3510P nəzarətçi/reset çipi, LM339N dörd kanallı fərqli müqayisəçi (quad differential comparator), və AZ431 dəqiq referans çipi. Xüsusilə nəzarətçi (supervisor) çip maraqlıdır; o, enerji təchizatları üçün xüsusi hazırlanıb və çıxışları izləyərək onların çox yüksək və ya çox aşağı olmamasını təmin edir. AZ431 isə çox geniş istifadə olunan TL431 bandgap referans çipinin bir variantıdır və enerji təchizatlarında referans gərginliyi təmin etmək üçün istifadə olunur. Mən TL431 haqqında burada yazmışam. Standby enerji təchizatı fərqli transformator konfiqurasiyasından istifadə edir, ona “flyback transformatoru” deyilir. Standby idarəetmə IC-si isə A6151-dir və bu çipdə switch tranzistoru da daxildir, bu da dizaynı sadələşdirir.

A6151 istifadə edilən enerji təchizatı dövrəsi. Bu sxem datashetdən götürülüb, ona görə də mən təhlil etdiyim enerji təchizatındakı dövrəyə yaxındır, amma tamamilə eyni deyil.

Əgər müxtəlif ATX enerji təchizatlarının detallı sxemlərini görmək istəyirsinizsə, danyk.cz saytına baxa bilərsiniz. Enerji təchizatlarında çoxsaylı fərqli tətbiqlərin olduğunu görmək olduqca maraqlıdır. Müxtəlif topologiyalar (məsələn, yarım körpü — half-bridge və ya irəli — forward), güc faktoru düzəldici (PFC) olub-olmaması, fərqli idarəetmə, tənzimləmə və monitorinq sistemləri.

Mənim təhlil etdiyim enerji təchizatı isə səhifənin aşağı hissəsindəki PFC olmayan, irəli (forward) topologiyasına malik ATX enerji təchizatlarına orta səviyyədə oxşardır.

Ən sonda bu gözəl mətnə görə Ken Shirriff-ə xüsusi minnətdarlığımı bildirirəm. Paylaşımı çox diqqətimi çəkdiyi üçün sadəcə tərcümə edib bu ünvanda yerləşdirdim və yəqin ki, bu paylaşım çoxları üçün çox gərəkli olar. Diqqətiniz üçün təşəkkürlər!