آموزش: آشنایی با مدارهای محافظ در پاورهای کامپیوتر، مفاهیم و شیوه عملکرد آنها

منابع تغذیه که در بین سخت افزاری‌ها عمدتاً با نام «پاور» شناخته شده و با نام رسمی‌تر PSU هم خطاب می‌گردد، نیروی مورد نیاز کامپیوترهای ما را تأمین می‌کند. در حین خرید یک منبع تغذیه به چه نکاتی توجه می‌کنیم؟ به سادگی در ابتدا توان مورد نیاز قطعات را جمع بندی کرده، سپس با توجه به مدل‌های متعدد از برندهای گوناگون، مدل مورد نظر خود را انتخاب می‌کنیم. قطعاً در این مقاله به سراغ شیوه‌های انتخاب یک منبع تغذیه نخواهیم رفت؛ هدف اصلی ما در این مطلب آشنایی شما با یک مسئله بسیار مهم در پاورها است.

منابع تغذیه ترکیبی از دو مدار الکترونیکی هستند؛ بخش «آنالوگ» و «دیجیتال». همچنین ریل و ریل‌های مبدل و DC-DC هم قسمت‌های دیگری از مجموعه سیستم‌های یک پاور به شمار می‌روند. این مکعب کوچک در دستان شما، به خودی خود سخت افزاری پیچیده و بسیار حیاتی است. می دانیم که تجمع و ارتباط چنین مدارهایی در یک دستگاه الکترونیکی، نیازمند مدارهای پیشرفته به منظور حفاظت در برابر مشکلات است. همچنین گیت‌های خروجی که مستقیماً به سخت افزارها متصل می‌شوند نیز باید به خوبی در برابر مشکلات الکترونیکی ایزوله باشند.

با ورود کوچک‌ترین ایراد الکترونیکی به قطعات، احتمال از دست رفتن سخت افزار و یا حتی سخت افزارهای شما به طرفت العینی وجود دارد! سازندگان منابع تغذیه برای جلوگیری از آسیب‌های احتمالی به قطعات سخت افزاری و حتی خود منبع تغذیه، از مدارهای حفاظتی متفاوتی استفاده می‌کنند؛ هر کمپانی بسته به اهمیتی که به این بخش می‌دهد، و یا کیفیت و سطح منابع تغذیه، از مدارهایی متفاوت استفاده کرده اما بسیاری از آنها کاملاً شبیه به یکدیگر هستند. به طور حتم در حین معرفی یک منبع تعذیه جدید و یا مطالعه مشخصات آن، با گزینه‌های حفاظتی آن روبرو شده‌اید.

این گزینه‌ها غالباً به صورت اختصار نوشته می‌شوند؛ به عنوان مثال OCP، SCP و OVP. در این مطلب قصد داریم تا شما را با مدارهای فوق آشنا ساخته و با مفاهیم حفاظت در منابع تغذیه آشنا شویم. با ما همراه باشید.

محافظ افزایش جریان (OCP)
یکی از مهمترین مدارهای حفاظتی، Over-Current Protection، به اختصار OCP است. وظیفه اصلی OCP حفاظت در برابر افزایش جریان آنی، در ریل‌های خروجی است. این پروتکشن را می‌توان یکی از رایج‌ترین حفاظت‌های پاورها دانست که عمدتاً برای ریل‌های 12 ولت استفاده شده اما در برخی موارد در ریل‌های جزئی‌تر نیز دیده می‌شود.

فعال شدن OCP زمانی آغاز می‌شود که جریان در ریل از حد معین فراتر رفته و طبق مشخصات ATX 2.2، اگر بار در هر ریل خروجی بیش از 240VA بالاتر برود، OCP وارد عمل خواهد شد. البته در اینجا ذکر یک نکته الزامی به نظر می‌رسد؛ OCP نه فقط برای افزایش جریان احتمالی از سوی پاور، بلکه از سوی قطعات سخت افزاری هم کاربرد داشته و مهم است. یکی از قطعاتی که امکان کشیدن جریان ناگهانی بالا را دارد، کارت گرافیک است. در این شرایط هم OCP یا همان محافظ در برابر افزایش جریان‌های آنی وارد عمل شده و نیروی خروجی را مدیریت می‌کند.

برای پیاده سازی مدار محافظ جریان (OCP) دو بخش مهم و ضروری وجود دارد؛ نخست «مقاومت‌های Shunt» و سپس «IC مدیریت». مقاومت‌های Shunt در مدل‌های Low-Resistance و High- Resistance هستند که با هدف اندازه گیری جریان در خروجی‌های پاور مورد استفاده قرار می‌گیرند. با تغییر قطره‌ای ولتاژ، هر چند کم یا زیاد، مقاومت‌ها وارد عمل می‌شوند. جالب است بدانید که برخی از سازندگان منابع تغذیه، گاها از ریل‌های مجازی و نه واقعی 12+ ولت استفاده می‌کنند؛ از این رو با شمردن تعداد مقاومت‌های Shunt بر روی مدار می‌توانید تعداد واقعی ریل‌های 12 ولت را پیدا کنید.

محافظ افزایش/کاهش ولتاژ (OVP/UVP)
دومین سامانه حفاظتی در پاورها که بسیار حیاتی و مهم است، Over Voltage/Under Voltage Protection، به اختصار OVP/UVP است. طبق قوانین و مؤلفه های ATX، پاورهای استاندارد باید در برابر افزایش و یا کاهش ولتاژ مقاوم باشند. البته منظور از افزایش و یا کاهش، ولتاژهای بسیار جزئی نیست. هر مدار باید به صورت مجزا از پروتکشن های افزایش/کاهش ولتاژ برخوردار باشد. این پروتکشن ها، مستقل از یکدیگر عمل خواهند کرد.

به عبارت دیگر، کلیه پاورها باید دارای مدار مستقل در گیت‌های خروجی بوده و به منظور کنترل ولتاژ خروجی، تنها بر روی کنترلر PWM حساب نکنند. هرچند که استفاده از OVP ضروری است، اما UVP یک استاندارد اختیاری است که اگر سازنده منبع تغذیه از آن استفاده کند، پس به سخت افزارهای شما اهمیت بیشتری داده است. OVP/UVP همواره در حال مانیتور ولتاژهای خروجی هستند؛ هنگامی که ولتاژ آنها از حد معین فراتر رفته و یا زیر یک رقم خاص قرار گیرد، این دو مدار وارد عمل شده و جریان را متوقف خواهند کرد.

ما در خروجی منابع تغذیه، سه ولتاژ اصلی و یک ولتاژ اختیاری داریم که در برخی مدل‌ها موجود است. حال در جدول زیر مقادیر ولتاژها را خواهیم گفت. همچنین حداقل و حداکثر ولتاژ و ولتاژ استاندارد نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

محافظ افزایش توان (OPP)
سومین مدار محافظ در پاورهای استاندارد، Over Power Protection، به اختصار OPP است. این مدار که نه ربطی به ولتاژ و نه جریان ریل‌ها دارد، پس وظیفه آن چیست؟ به طور حتم در بسیاری از مواقع سخت افزار خود را ارتقاء داده و یا پاوری که برای سیستم انتخاب کرده‌اید، متناسب با توانایی‌های آن نبوده است. در اینجا است که OPP باید پاور و کامپیوتر شما را از بروز یک آسیب جدی محافظت کند!

OPP زمانی وارد عمل خواهد شد که توانی که از پاور درخواست می‌شود، بیش از چیزی است که برای آن تعریف شده است. به عنوان مثال منبع تغذیه شما دارای توان 500 وات است؛ حالا کامپیوتر شما نیازمند توان 600 وات است، در این صورت منبع تغذیه امکان ارائه چنین قدرتی را نداشته و باید به سرعت از مدار خارج شود. OPP در این وضعیت وارد عمل خواهد شد.

آستانه تعریف شده برای OPP توسط سازندگان معمولاً 50~100 وات است. در برخی موارد، مقادیر بیشتر هم دیده شده‌اند. OPP در صورت فعال شدن، پاور را خاموش خواهد کرد. یکی از موارد فنی خاموش که پیدا کردن آن هم کار ساده‌ای نخواهد بود، همین خاموش شدن سیستم در اثر افزایش توان بالا است.

حفاظت در برابر دمای بیش از حد (OTP)
اکوسیستم‌های حفاظتی در مدارهای الکترونیکی، تنها به بخش‌های جریان و ولتاژ ختم نمی‌شود؛ یکی از مدارهای مورد استفاده در پاورها، Over Temperature Protection، به اختصار OTP است. قطعات گرم و قطعاتی که جریان بالایی از آنها عبور می‌کنند، به هیت سینک و خنک کننده‌هایی متصل هستند که در نهایت یک فن بر روی پاور، وظیفه تهویه را ایفا می‌کند.

اما در صورت از کار افتادن فن، عملکرد نه چندان مناسب تهویه و در نهایت بالا رفتن به هر دلیلی، چطور می‌توان منبع تغذیه را از خطر نابودی نجات داد؟ مدار محافظ OTP ناجی سیستم در این مواقع است. برخی از پاورها دارای محافظ OTP هستند که آنها را در برابر افزایش دمای بیش از حد مصون می‌دارد. این مدار چطور کار می‌کند؟

یک «ترمیستور» به هیت سینک و یا هیت سینک‌ها متصل می‌شود؛ در صورت افزایش دما از مقدار تعریف شده، ترمیستور فعال شده و مدار محافظ را مطلع می‌کند. سپس مدار محافظ جریان منبع تغذیه را قطع کرده و پاور خاموش می‌شود. دمای بیش از حد ممکن است در نتیجه اضافه بار یا خرابی فن خنک کننده باشد، بنابراین OTP از آسیب به PSU جلوگیری می‌کند. متاسفانه بسیاری از منابع تغذیه موجود فاقد OTP هستند.

حفاظت در برابر اتصال کوتاه (SCP)
و در پایان هم به سامانه Short Circuit Protection، به اختصار SCP می‌رسیم. SCP هم می‌تواند به مانند دیگر مدارهای حفاظتی، و حتی بیشتر، مهم باشد. SCP برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه طراحی شده است. این مدار به صورت آنی و همواره در حال رصد کردن ریل‌های خروجی است. در صورتی که در هر خروجی مقاومتی کمتر از 0.1Ω مشاهده شود، به سرعت منبع تغذیه را خاموش خواهد کرد.

البته SCP نه فقط در مدارهای داخلی منبع تغذیه، بلکه در بخش‌های داخلی کامپیوتر هم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورتی که اتصال کوتاه از داخل کامپیوتر بوده و یکی از بخش‌های پاور یا سخت افزارهای متصل به آن درگیر باشند، پاور فوراً خاموش می‌شود. در پاورهای مطرح و استاندارد، برای تک ریل‌های 12+ ولت یک SCP مجزا تعبیه می‌شود.

در صورتی که در این زمینه سؤالی داشته باشید، با مطرح کردن در بخش نظرات پاسخ آن را خواهیم داد.