صيانة Power Supply الكومبيوتر

صيانة

Power Supply

الكومبيوتر



المهام التي يقوم بها أي Power Supply



تحويل جهد التغذية المتردد (220 VAC) إلى جهد متردد ذو قيمة أقل تناسب
التطبيق.

تقويم هذا الجهد المتردد المنخفض، وذلك بتحويله إلى جهد
مستمر DC.

تنعيم
Smoothing هذا الجهد المستمر بإزالة التموجات الغير
مرغوبة منه.

تنظيم
Regulation جهد الخرج Output Voltage بجعله لا يعتمد على
التغير في جهد التغذية Input
Voltage ولا على التغير في الحمل Load.

عزل
Isolation جهد الخرج Output Voltage تماما عن جهد الدخل Input Voltage.





أنواع الـ
Power Supply



Linear Power Supply (LPS).



وينتشر وجود هذا النوع في سماعات الكمبيوتر Speakers التي
تعمل بدون موائم للجهد Voltage
Adapter. كذلك فإن موائم الجهد Voltage Adapter نفسه هو عبارة عن Linear Power Supply (LPS).



Switchmode Power Supply (SMPS).



وينتشر وجود هذا النوع في شاشات الكمبيوتر، أجهزة
الكمبيوتر المحمولة Laptop، الطابعات الليزرية، أجهزة الفاكس، وماكينات تصوير المستندات. كما
أن الـ Power Supply المستخدم في أجهزة الكمبيوتر هو من نوع SMPS.



المكونات الأساسية لـ Linear Power Supply



محول خافض للجهد Step-down Transformer لخفض جهد التغذية
(220) VAC إلى جهد أقل يناسب التطبيق. ويقوم هذا المحول كذلك بعزل الحمل Load عن مصدر
التغذية Line Power.







1- دائرة تقويم لتحويل الجهد المتردد بين طرفي الملف
الثانوي للمحول Secondary Coil إلى جهد مستمر
DC.



2- دائرة تنعيم Smoothing باستخدام مكثفات كيميائية فقط
أو بالاستعانة أيضا بلمفات
Coils أو مقاومات Resistors بحيث يتم توصيلها مع المكثفات
في دائرة تعرف باسم Low-pass
Filter.



من أشهر طرق التوصيل للحصول على دائرة Low-pass Filter دائرة C-L-C (pi) أو
دائرة C-R-C (pi). ويبين الشكل التالي طريقة توصيل كلا منهما.









دائرة تنظيم للجهد Voltage Regulation، وقد تأخذ أحد الصور التالية:



* ثنائي زنر
Zener Diode.

* دائرة تنظيم للجهد مكونة من عدة ترانزستورات.

* دائرة متكاملة لتنظيم الجهد ذات ثلاثة أطراف، مثل LM317، 7805،
أو 7912.

وتقوم دائرة تنظيم الجهد بأداء عملها عن طريق مقارنة جهد
الخرج

بقيمة مرجعية ثابتة وضبط سريان التيار حتى يصبح جهد
الخرج

أقرب ما يمكن للقيمة المطلوبة.







الـ
Switchmode Power Supply



يسمى أيضا
Switching Power Supply، وأحيانا أخرى يسمى
Chopper Controlled Power Supply.



يستخدم في هذا النوع من الـ Power Supply مكونات الكترونية يمكنها
القيام بعملية الـ Switching عند تردد عالي جدا مقارنة بتردد جهد التغذية 50 Hz. وتكون هذه
المكونات الالكترونية دائرة الـ
Switcher التي تقوم بتحويل جهد التغذية المتردد

(الذي تم تقويمه في مرحلة سابقة) إلى مجموعة من النبضات
ذات تردد عالي.



من أشهر المكونات الالكترونية المستخدمة في دوائر الـ Switching:

= ترانزستورات من نوع BJT.

= ترانزستورات من نوع MOSFET.

= ترانزستورات من نوع IGBT.

= الثايرستورات Thyristors، وتشمل الـ SCR
أو الترياك
Triac.



فرق الجهد الداخل إلى دائرة الـ Switcher يكون ما بين 300-320 VDC، وينتج من تقويم فرق جهد التغذية (220-240 VAC ).



يقوم محول إشارات عالية التردد (ذو ملفات ثانوية متعددة)
بخفض الجهد الخارج من دائرة الـ
Switcher في صورة نبضات إلى قيم الخرج المطلوب الحصول
عليها. ويقوم هذا المحول كذلك بعزل الحمل Load عن مصدر التغذية Line Power.



يتم تقويم الجهود الخارجة من محول الإشارات عالية التردد
بواسطة دائرة تقويم، ثم يتم تنعيمها باستخدام دائرة تنعيم من نوع C-L-C (pi)، حيث يستخدم لبناء هذه الدائرة مكثفات
كيميائية Electrolytic
Capacitors وملف Coil صغير.



توجد تغذية مرتدة Feedback من ملف الخرج الثانوي الأساسي Primary Output إلى
الملف الأولي Primary Coil للمحول. ويتم تحقيق هذه التغذية المرتدة إما باستخدام محول
نبضات صغير أو باستخدام
Opto-isolator.



تستخدم التغذية المرتدة Feedback للتحكم في عرض النبضة Pulse Width وبالتالي
في تردد النبضة Pulse Frequency
الخارجة من دائرة الـ Switcher وذلك بهدف إبقاء جهد الخرج عند
قيمة ثابتة.









مغيرات الجهد
DC-DC Converters هي في الأساس دوائر Switchmode Power Supply ولكن بدون مرحلتي تقويم وتنعيم لجهد التغذية،

حيث تقوم بتغيير قيمة جهد البطارية المستمر DC إلى القيم
المطلوبة في الخرج. وتستخدم مغيرات الجهد في الأجهزة التي تعمل بالبطاريات مثل
أجهزة الكمبيوتر المحمولة
Laptops.





وصف الـ
Flyback Type SMPS



يزود هذا النوع من الـ SMPS بدوائر حماية ضد تداخل ترددات
الراديو RFI

وكذلك ضد العلو المفاجىء في جهد التغذية

(وهو ما يعرف باسم Surge، ويستمر لفترات قصيرة جدا). وتكون هذه الدوائر هي أول دوائر يمر
عليها جهد التغذية داخل الـ
SMPS.





تظهر دوائر الحماية ضد التداخل RFI في صورة مجموعة من الملفات والمكثفات،

وتقوم بترشيح جهد التغذية من إشارات الشوشرة Noise Signals،

كما تقوم بمنع تسرب الإشارات عالية التردد المتولدة في
دائرة الـ Switcher إلى خارج وحدة الـ
SMPS تجنبا لحدوث شوشرة في الأجهزة الأخرى التي تعمل في
نطاق ترددات الراديو مثل أجهزة الراديو والتليفزيون.





تظهر دوائر الحماية ضد حدوث Surge في صورة ما يعرف باسم MOV يتصل بأطراف
الدخول H, N, G.

كذلك يستخدم فيوز لحماية أشباه الموصلات الموجودة في
دائرة الـ SMPS ضد علو التيار.


وجدير بالذكر أن هذا الفيوز غير ذي فائدة في الحماية ضد
علو التيار نتيجة للتحميل الزائد
Overloading.



يتم تقويم جهد التغذية باستخدام دائرة تقويم من نوع
القنطرة Bridge Rectifier وتعرف هذه الدائرة باسم الـ Line Rectifier.









تبين شريحة العرض التالية رسم مبسط لتركيب الـ Flyback Type SMPS.







عندما يكون
Q1 في وضع التوصيل ON،
يزداد التيار المار في الملف الأولي للمحول T1 خطيا. في هذه المرحلة ينتقل مقدار
ضئيل جدا من الطاقة من الملف الأولي إلى الملف الثانوي للمحول.



عندما يصبح
Q1 في الوضع
OFF، تنتقل
الطاقة الكهربية المختزنة في صورة مجال مغناطيسي من الملف الأولي إلى الملف
الثانوي للمحول، فنحصل على جهد الخرج.



كلما زاد زمن بقاء Q1 في وضع التوصيل ON،
كلما زادت كمية الطاقة المختزنة.
ومعنى ذلك أن عرض النبضة Pulse Width المتولدة من Q1 هو عامل مهم
جدا في تحديد كمية الطاقة المتاحة للاستخدام عند الخرج.





دائرة تقويم الجهد الخارج من الملف الثانوي للمحول يجب
أن تكون عالية الكفاءة ويمكنها العمل عند ترددات عالية، لذلك لا تصلح ثنائيات
التقويم Rectifying Diodes من نوع 1N400x لبناء هذه الدائرة.


وتكون هذه الدائرة موصلة في صورة دائرة تقويم موجة كاملة Full Wave Rectifier (FWR) من نوع
Center-tapped

كالمبينة في الشكل التالي.









تستخدم دائرة الترشيح من نوع C-L-C (pi) Filter لتنعيم الجهد الخارج
من دائرة تقويم الجهد الخارج من الملف الثانوي للمحول.



تجدر الإشارة إلى أن المحول T1 محول من نوع خاص مصمم للعمل في طور
الـ Flyback، وهو يختلف في تركيبه عن المحولات
العادية.





يكون للمحول
T1 عادة عدة ملفات ثانوية يمكن الحصول منها على مجموعة
مختلفة من جهود الخرج.

وتكون هذه الملفات الثانوية معزولة عن بعضها كهربيا،
ويستخدم واحد منها فقط

يسمى ملف الخرج الأساسي Primary O/P Coil

لتحقيق عملية تنظيم جهد الخرج باستخدام التغذية المرتدة Feedback التي سبق
الإشارة إليها.



يتم تحقيق عملية تنظيم الجهد Voltage Regulation باستخدام التغذية
المرتدة Feedback بواسطة دائرة تقوم بمراقبة جهد
الخرج على طرفي ملف الخرج الأساسي Primary O/P Coil ومقارنته بقيمة مرجعية ثابتة، ثم التحكم في عرض النبضة المتولدة من دائرة
الـ Switcher لإبقاء جهد الخرج ثابتا.



المقاومة
R1 تعرف باسم
Startup Resistor. وعمليا فإن دوائر الـ Startup تكون أكثر
تعقيدا من ذلك، ويستخدم فيها عدد كبير من المقاومات.

وفائدة دائرة الـ Startup أنها تقوم بتغذية قاعدة
ترانزستور الـ Switching بتيار بدء التشغيل
Initial Current.



تستخدم دائرة متكاملة تعرف باسم PWM Controller للتحكم في عرض النبضة
المتولدة من دائرة الـ
Switcher.



أي خلل في عمل دائرة الــ PWM Controller قد يتسبب في إبقاء Q1 في وضع ON لفترة أطول من
اللازم مما ينتج عنه وصول المحول
T1 إلى حالة التشبع Saturation واحتراقه.



يستخدم الـ
Opto-isolator في العديد من وحدات SMPS لتحقيق التغذية المرتدة Feedback.
والـ
Opto-isolator هو عبارة عن ثنائي ضوئي LED

و
Photodiode داخل قطعة الكترونية واحدة.

ويفيد الـ
Opto-isolator في تحقيق العزل الكهربي بين الجهد المنخفض
على طرفي الملف الثانوي للمحول وبين الجهد العالي على طرفي الملف الأولي للمحول.



تقوم دائرة مرجعية Reference Circuit بمراقبة جهد الخرج
على طرفي ملف الخرج الأساسي Primary O/P Coil،

وتقوم بتشغيل الثنائي الضوئي LED الموجود في الـ Opto-isolator عندما
تتخطى قيمة الخرج القيمة المطلوبة.







عندما يحس الـ Photodiode الموجود في الـ Opto-isolator

بالضوء المتولد من الـ LED يقوم بتقليل عرض النبضة المتولدة من
دائرة الـ Switcher لإعادة ضبط جهد الخرج عند القيمة المطلوبة.

ويمكن تحقيق ذلك في بتوصيل طرفي الـ Photodiode في
دائرة تغذية قاعدة Q1 بحيث يفصل التغذية عنها في حالة زيادة جهد الخرج عن القيمة
المحددة.



عادة ما تقوم المتكاملة TL431 أو ما يكافئها من المتكاملات من
نوع Shunt Regulators بدور الدائرة المرجعية، حيث تقوم بمراقبة نصف قيمة جهد الخرج
الأساسي Primary Output Voltage،

فإذا زادت قيمة جهد الخرج عن القيمة المحددة، تقوم
متكاملة الـ Shunt Regulator بتشغيل الثنائي الضوئي LED الموجود في الـ Opto-isolator لتقليل
عرض النبضة.



بعض وحدات
SMPS تستخدم محول نبضات صغير كبديل للـ Opto-isolator لتحقيق
التغذية المرتدة Feedback.



بعد تنعيم جهود الخرج باستخدام دوائر الترشيح C-L-C (pi) Filter تستخدم دوائر تنظيم لجهود الخرج.



معايير الأمان التي يجب مراعاتها عند صيانة الـ SMPS



مصدر الخطر الرئيسي هو جهد التغذية المتردد 220 VAC

وكذلك الشحنة المختزنة في المكثفات الكيميائية الموجودة
في دائرة الترشيح الرئيسية HV
Main Filter0



والتي غالبا ما يستمر احتفاظها بشحنتها حتى بعد فصل جهد
التغذية عن الـ SMPS. لذلك ينصح بتفريغ شحنة هذه
المكثفات قبل البدء في إجراءات الصيانة0

وذلك باستخدام مقاومة 2W قيمتها توازي 5الى 50 أوم لكل 1 V) )

فمثلا إذا كان المكثف 200V



تستخدم لتفريغه مقاومة قيمتها ما بين 1K-10K. كذلك ينصح بقياس فرق الجهد على طرفي المكثف للتأكد من تمام
تفريغه قبل البدء في إجراء الصيانة.







ينصح بارتداء القائم بالصيانة لحذاء ذو نعل مطاطي.



ينصح ألا يعمل القائم بالصيانة في مكان يكون هو الشخص
الوحيد فيه0

فوجود شخص آخر في المكان قد يكون حيويا خاصة في حالات
الطوارئ.



ينصح بعدم ارتداء القائم بالصيانة لأي حلي معدنية
كالخواتم أو الساعات المعدنية أثناء إجراء عملية الصيانة0

حيث أن هذه الحلي يمكن أن تتسبب في حدوث صدمة كهربية
للقائم بالصيانة إذا لامست أحد نقاط الجهد العالي.



ينصح بالقيام بأعمال الصيانة على مكتب أو طاولة ذات سطح
عازل للكهرباء لتجنب حدوث قصر
Short على أقسام الدائرة أثناء إجراء الصيانة لها.



لا تستخدم الشاسيه المعدني كأرضي لأجهزة الاختبار التي
تقوم باستخدامها في تشخيص العطل.



يراعى عند توصيل أطراف أجهزة الاختبار أن تكون الدائرة
مفصولة عن مصدر التغذية، وينصح باستخدام Crocodile Clips أو بلحام أسلاك مؤقتة
في نقاط الاختبار لتسهيل عملية القياس وضمان إتمامها دون مخاطر.



عند الحاجة لإجراء عملية القياس أثناء تشغيل الدائرة0

ينصح بتغطية الجزء المعدني المكشوف لأطراف مجسات جهاز
القياس بشريط العزل الكهربي عدا آخر 2
mm منه. كما ينصح باستخدام Crocodile Clip لتوصيل الطرف المرجعي
لجهاز القياس بالأرضي المناسب في الدائرة حتى يمكنك إجراء عملية القياس بيد واحدة.



ينصح بإجراء أكبر عدد ممكن من الاختبارات قبل اللجوء إلى
توصيل الدائرة بمصدر التغذية وتشغيلها.



لا تقم بإجراء عملية الصيانة وأنت مرهق، لأنك في هذه
الحالة ستكون أقل حرصا وتركيزا.



لا تقم بافتراض أي شيئ بدون أن تتأكد منه بنفسك.