مشخصات مهم و کلیدی که در یک منبع تغذیه سوئیچینگ می بایست به منظور ایمنی هر چه بیشتر برای خود و مصرف کننده های متصل به آن در نظر گرفت عبارتند از :

• محدوده مورد قبول ولتاژ ورودی (Input Range Voltage)
• حفاظت افت ولتاژ ورودی (Brownout Voltage Protection)
• حفاظت اتصال کوتاه (Short Circuit Protection)
• حفاظت اضافه جریان خروجی (Over load Protection)
• حفاظت اضافه ولتاژ خروجی (Overload Protection)
• قابلیت شروع نرم (Soft Start)
• قابلیت شروع با وقفه (Delay Start)
• میزان ریپل خروجی (Ripple)
• نویز تداخل فرکانسی یا EMI (Electromagnetic interference)
• بازدهی بالا (Efficiency)

در زیر به توضیح این ویژگی‌ها می‌پردازیم.

 

1-1- محدوده مورد قبول ولتاژ ورودی

محدوده مورد قبول ولتاژ ورودی به محدوده ای که منبع تغذیه در آن به درستی کار می‌کند گفته می شود که در دستگاه های مختلف متفاوت است و در کل به دوگروه اصلی تقسیم بندی می شوند.

گروه اول که بیشتر در منابع تغذیه کتابی (که در بازار با نام های کف خواب، کفی یا سوراخ دار فلزی نیز معروف اند) دیده می شود معمولا دارای کلیدی است که کاربر به وسیله ی آن می تواند متناسب با ولتاژ برق شهری 220 ولت یا 110 ولت را انتخاب نماید. (در ایران این کلید برای استفاده از برق شهری می بایست در حالت 220 ولت باشد وگرنه با اتصال به برق در حالت 110 ولت منبع تغذیه خواهد سوخت. ) بنابراین در ایران رنج قابل قبول ورودی در محدوده 220 ولت خواهد بود. (معمولا طراح این محدوده را با 15 درصد بالاتر و پایین تر از این ولتاژ در نظر می گیرد. بدین معنا که محدوده ولتاژ ورودی می تواند از حدود 187 ولت تا 253 ولت تغییر کند و خارج از این بازه منبع تغذیه نمی تواند ولتاژ خروجی را پایدار و ثابت نگه دارد. توجه فرمایید که روی برچسب دستگاه علائم ولتاژ ورودی به صورت زیر آورده شده است:

Input voltage: 110v/220v +-15%

 

علامت اسلش/ بیانگر وجود کلید در دستگاه و رنج ولتاژ ورودی در محدوده 220 ولت است.

شکل 1 منبع تغذیه کف خواب (کفی)

در این نوع تغذیه ها در صورتی که به هر دلیل ولتاژ ورودی از 187 ولت کمتر شود منبع تغذیه دیگر قادر به یکسو سازی (تثبیت کنندگی) کامل برای مصرف کننده نمی باشد.

گروه دوم که بیشتر در منابع تغذیه ریلی دیده می شود دارای رنج بسیار وسیع تری نسبت گروه اول هستند و به طور معمول از محدوده‌ی ولتاژی 100 ولت را تا 240 ولت به خوبی کار می‌کنند. (حتما روی محصول به مشخصات ولتاژ ورودی V_i یا input Voltage توجه فرمایید.) بدین ترتیب حتی با افت‌های شدیدی که ممکن است در شبکه رخ دهد به ویژه در محیط‌های صنعتی این گونه تغذیه‌ها به خوبی به کار خود ادامه می دهند.

شکل 2 چند نمونه منبع تغذیه ریلی و ولتاژ قابل قبول منبع تغذیه سوئیچینگ

 

1-2- افت شدید در ولتاژ ورودی یا Brownout Voltage Protection

همان طور که می‌دانید منابع تغذیه، ولتاژ و جریان را از یک سطح گرفته و به سطح دیگر تبدیل می‌کنند و تنها به صورت یک تبدیل کننده سطح ولتاژ و جریان عمل می‌کنند. بنابراین در صورتی که یک منبع تغذیه را به صورت ایده آل بدون تلفات در نظر بگیریم همواره توان ورودی با توان خروجی برابر است.

شکل 3 برابری توان ورودی و توان خروجی در حالت ایده ال

در صورتی که در ولتاژ ورودی منبع تغذیه در حال کار افت شدیدی رخ دهد به منظور برابری توان های ورودی از ورودی دستگاه جریان بسیار بیشتری کشیده می‌شود و در صورت نداشتن حفاظت افت ولتاژ غیر مجاز، این جریان شدید و شدیدتر شده تا منبع تغذیه را ناک اوت کند. دستگاه‌های مجهز به این حفاظت جریان ورودی را تا مقدار مجاز محدود می‌کنند و بالا رفتن بی رویه جریان ورودی می‌شوند.

 

1-3- حفاظت اتصال کوتاه

گاهی اوقات دلایلی چون اتصال سیم های خروجی (اتصال مستقیم مثبت و منفی) به هم و یا نقص فنی دستگاه های مصرف کننده متصل به خروجی، مسیر خروجی را به اصطلاح اتصال کوتاه می‌کنند. در این مواقع هیچ انرژی نمی تواند به مصرف کننده های دیگر برسد و دستگاه های متصل به منبع تغذیه اتصال کوتاه شده همه خاموش خواهند شد. مطلوب است در این حالت منبع تغذیه به حالت خاموش رفته تا نه به مصرف کننده آسیبی وارد شود و هم منبع تغذیه سالم بماند. اتفاقی که پس از اتصال کوتاه می‌افتد وابسته به طراحی و کاربرد در دستگاه‌های مختلف متفاوت است:

• در حالت اول منبع تغذیه موقتا خاموش شده و با برطرف شدن اتصال کوتاه مجددا به کار خود ادامه می‌دهد.
• در خروجی منبع تغذیه یک فیوز تعبیه شده است که با گذشتن جریان غیر مجاز از آن، فیوز سوخته و به منظور کارکردن مجدد منبع تغذیه نیاز به تعویض فیوز می‌باشد.
• دستگاه به کلی خاموش شده و برای به کار افتاده دوباره دستگاه نیاز است که برق ورودی برای چند ثانیه از ورودی دستگاه جدا شده و مجددا وصل شود.

بستگی به حساسیت و کارایی مصرف کننده یکی از گزینه های فوق در دستگاه استفاده می شود.

 

1-4- حفاظت اضافه جریان خروجی یا Over load Protection

همانند حفاظت اتصال کوتاه گاهی لازم است جریان مصرف کننده از مقداری خاص فراتر نرود. در حفاظت اضافه جریان اگر جریان خروجی از میزان مجاز خود بیشتر شود منبع تغذیه به سمت خاموشی سوق می کند تا جریان خروجی را در محدوده امن نگه دارد. این حفاظت معمولا برای مصرف کننده هایی استفاده می شود که دارای مشخصه ولتاژ و جریانی لحظه ای غیر خطی بزرگی هستند (مثل باتری ها و لامپ ها و پروژکتورهای LED). به بیان دیگر در این مصرف کننده ها با تغییر جزئی در منحنی مشخصه ولتاژ، جریان مصرف کننده به شدت تغییر می کند و می تواند باعث آسیب های جدی به مصرف کننده شود.

 

1-5- حفاظت اضافه ولتاژ خروجی

مواقعی که ولتاژ خروجی به مقدار غیر مجاز خود می رسد ولتاژ خروجی توسط حفاظت اضافه ولتاژ با کاهش پالس های ورودی ولتاژ خروجی را کاهش می دهد. در بعضی از دستگاه های حساس در صورتی که همچنان خروجی افزایش یابد (مثلا با از کار افتاده بخش حفاظت اضافه ولتاژ) خروجی منبع تغذیه توسط یک تریستور اتصال کوتاه شده تا آسیبی به مصرف کننده های متصل وارد نشود.

 

1-6- شروع نرم یا سافت استارت (Soft start)

سافت استارت یا همان شروع نرم سبب می‌شود وقتی ولتاژ ورودی به حد مجاز خود رسید ولتاژ خروجی را تثبیت کرده و وصل نماید. در صورتی که این ویژگی در منبع تغذیه نباشد سبب آسیب‌های جدی به منبع تغذیه و دیگر تجهیزات متصل به آن می‌شود. این ویژگی در تجهیزاتی که نسبت به ولتاژ ورودی خود حساس هستند اهمیت دوچندانی پیدا می‌کند.

همچنین نوعی دیگر از سافت استارت در خروجی وجود دارد که سبب می‌شود جریان خروجی منبع تغذیه به تدریج افزایش یافته تا از جریان فراجهش جلوگیری کند. این خصوصیت باعث می‌گردد عمر منبع تغذیه و تجهیزات متصل به آن کاهش نیابد. این نوع از سافت استارت نیز در منابع تغذیه زیتون الکترونیک وجود دارد.

دستگاه هایی که مجهز به تکنولوژی سافت استارت هستند دارای عمر طولانی‌تر و ثبات بیشتر نسبت به دستگاه های فاقد سافت استارت می‌باشند. حتی در هنگاه اتصال کوتاه وجود سافت استارت در منبع تغذیه قابلیت و امنیت دستگاه های متصل شده به منبع تغذیه را به مراتب افزایش می دهد.

 

1-7- قابلیت شروع با وقفه (Delay Start)

این قابلیت شبیه حالت افت ولتاژ ورودی خارج از محدوده مجاز است که در آن منبع تغذیه به منظور کاهش جریان ورودی می بایست خاموش باشد. به بیان دیگر هنگامی که اولین بار منبع تغذیه به برق متصل می شود زمانی هر چند کوتاه نیاز است تا ولتاژ ورودی خط روی ورودی منبع تغذیه بالا آمده و ورودی به ثبات برسد. در صورتی که منبع تغذیه این قابلیت را نداشته باشد به محض اتصال برق به دستگاه، جریان زیادی (به خاطر کم بودن ولتاژ ورودی) از ورودی گذشته که در دراز مدت می تواند باعث خرابی منبع تغذیه شود.

 

1-8- ریپل خروجی (Ripple)

ریپل خروجی به تغییرات ولتاژ خروجی حول ولتاژ DC خروجی اطلاق می شود. این مفهوم در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4- ریپل خروجی

به بیان دیگر در عمل ولتاژ خروجی یک منبع تغذیه همواره در حال بالا و پایین رفتن حول ولتاژ نامی خروجی است و به این بالا و پایین آمدن یا تغیرات در ولتاژ خروجی ریپل ولتاژ خروجی می‌گویند. به طور کلی ریپل مورد قبول و مطلوب وابسته به مصرف کنند متغیر است اما به طور معمول ریپل بالای 250 میلی ولت (250 mv) مطلوب نمی باشد.

 

1-9- نویز خروجی و تداخل الکترومغناطیسی

در اصطلاح، به سیگنال نخواسته نویز گفته می‌شود. در صورتی که در طراحی، ملاحظات لازم به منظور حذف نویز و ایمنی از انتشار امواج الکترومغناطیسی در نظر گرفته نشده باشد منبع تغذیه می تواند یک منبع بسیار قوی و خوبی برای تولید و انتشار نویز باشد. نویز و تداخل الکترومغناطیسی از این جنبه مورد اهیمت است که می توان عملکرد کل سیستم الکتریکی را تحت شعاع خود قرار داده و حتی آن را مختل کند. انتشار این نویز هم می‌تواند از طریق سیم های شبکه برق و یا حتی بدون سیم از طریق ارسال امواج صورت گیرد.

به منظور جلوگیری از ورود نویز به شبکه برق شهری معمولا از فیلترهای پایین گذر در ورودی و خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنند. این کار باعث محبوس ماندن نویز درون منبع تغذیه شده و از انتشار آن جلوگیری می کند. در صورتی که منبع تغذیه شما امواج الکترومغناطیسی زیادی در اطراف خود ایجاد می کند که باعث تداخل در دستگاه های اطراف خود شده است برای حل مشکل می‌توانید از یک شیلد یا حصار الکترومغناطیسی برای جلوگیری از انتشار امواج از طریق فضا استفاده کنید. بدین صورت که دور منبع را با یک فویل مسی یا آلومینیومی پوشانده (به طوری که هیچ اتصالی با ورودی دستگاه نداشته باشد (وگرنه باعث ایجاد برق گرفتگی یا سوختن دستگاه می شود) سپس فویل را به منفی خروجی متصل می کنیم. این کار باعث ایجاد یک حصار بین تغذیه و دستگاه های برق اطراف می شود. البته اگر نویز منبع تغذیه از طریق کابل های ورودی و خروجی انتقال می یابد برای حذف آن از مهره های فریتی پر تلف در خروجی سیم ها می توان استفاده نمود.

 

1-10- بازدهی

یک راه ساده برای فهمیدن بازدهی بالای یک منبع در بار کامل و مقایسه آن با منابع دیگر، اندازه گیری گرمای ایجاد شده توسط دستگاه می باشد. بدین ترتیب هر چقدر دمای ایجاد شده توسط منبع بیشتر باشد تلفات منبع بیشتر خواهد بود و نشان دهنده تلفات بیشتر و بازدهی کمتر آن است. توجه داشته باشید که گرما دشمن سر سخت و خاموش قطعات الکترونیکی است و باعث کاهش عمر مفید دستگاه ها می شود.

 

2- مقایسه دو سری منبع تغذیه در بازار

دو نمونه پر کاربرد از منابع تغذیه سوئیچینگ که در بازار به وفور یافت می شود منبع تغذیه ریلی و منبع تغذیه کتابی یا به اصطلاح کف خواب (کفی) است. تفاوت‌های عمده این دو تغذیه در رنج متفاوت ولتاژ ورودی، حفاظت اتصال کوتاه به کار رفته در آن، چینش و نوع ترمنیال های مورد استفاده و ساختار ظاهری آنها با هم است.

در منبع تغذیه های ریلی معمولا محدوده قابل قبول ولتاژ ورودی بسیار وسیع تر از منابع تغذیه کتابی است. به طور معمول در منابع تغذیه ریلی ولتاژ ورودی از 100 ولت تا 240 ولت بدون ایجاد مشکل در کارایی منبع می تواند تغییر کند اما محدوده ولتاژ ورودی منابع تغذیه کتابی برای حالت 220 ولت تنها به اندازه 33 ولت بالا و پایین تر از مقدار 220 ولت می‌باشد. با اتصال کوتاه شدن خروجی یا ایجاد اضافه جریان در خروجی منابع تغذیه کتابی به کلی قطع شده و برای شروع مجدد نیاز به قطع برق از ورودی و اتصال مجدد آن به تغذیه است در حالی که در منابع ریلی پس از برطرف شدن اتصال کوتاه به طور اتومات به کار خود باز می‌گردد. درون منابع کتابی یک سوئیچ یا کلید وجود دارد که در صورتی که با ولتاژ برق ورودی متناسب تنظیم نشده باشد می تواند باعث سوختن دستگاه شود یا خروجی نامناسبی داشته باشد.

نکته حائز اهمیتی که باید به آن توجه داشت نحوه برگشتن از حالت‌های اضطرای به حالت عادی است. در منابع تغذیه کفی در صورت وجود حفاظت مورد نظر، پس از رفع شدن آن حالت اضطراری برای بازگشت به حالت عادی و نرمال باید برق ورودی دستگاه قطع شده و پس از چند ثانیه مجددا برق ورودی وصل شود. به عنوان مثال وقتی که خروجی دستگاه اتصال کوتاه شود منابع تغذیه کف خواب (در صورت داشتن حفاظت اتصال کوتاه) خاموش می‌شود. پس از بر طرف شدن مشکل اتصال کوتاه برای بازگشت به حالت عادی باید ورودی منبع تغذیه قطع شده و مجددا پس از چند ثانیه وصل گردد تا دستگاه روشن شود.

اما در منابع تغذیه ریلی این فرایند به طور خودکار انجام می‌شود و پس از رفع شدن مشکل، دستگاه به صورت اتومات به مدار باز می‌گردد.

از آنجا که در منابع تغذیه کتابی (کف خواب) ترمینال‌های ورودی برق شهر و خروجی کنار هم چیده شده است خطر اتصالی کوتاه ورودی و خروجی یا اشتباه در نصب و راه اندازی بیشتر است. اصولا پیشنهاد می‌شود به منظور زیبایی و سادگی نصب و ایمنی بیشتر از منابع تغذیه‌ای استفاده کنید که ترمینال‌های ورودی از هم با فاصله ی مطمئنی قرار گرفته باشند. از نقطه نظر هزینه، قیمت منابع تغذیه ریلی بیشتر از منابع تغذیه کتابی است که این امر به نوبه ی خود می‌تواند یک فاکتور موثر در انتخاب منبع تغذیه به حساب آید.

در پایان اگر از تابلو برق برای راه انداز اتوماسیون برق صنعتی استفاده می کنید نصب منبع تغذیه روی ریل های تابلو می تواند حس زیباتری نسبت به منابع تغذیه کتابی به شما دهد.

برای مقایسه بهتر این دو نوع منبع تغذیه، جدول زیر آورده شده است. توجه داشته باشید که مقایسه‌ها بین منابع تغذیه ریلی و کف خواب معتبر موجود در بازار مثل زیتون الکترونیک (ZE)، دلتا (Delta) و مین ول (MW) صورت گرفته است.

 

 

جدول 2 مقایسه منبع تغذیه کف خواب با ریلی*

انواع آیتم	توضیحات	منبع تغذیه سوئیچنگ کف خواب (کفی) صنعتی	منبع تغذیه سوئیچنگ ریلی صنعتی
محدوده مورد قبول ولتاژ ورودی (Input Range Voltage)	محدوده ولتاژی که دستگاه در آن می‌تواند به درستی کار کند	110 یا 220 ولت (با تلرانس 15 درصد) که توسط کاربر انتخاب می شود	به طور معمول در بازه وسیعی از 100 تا 2۴۰ ولت
حفاظت افت ولتاژ ورودی (Brownout Voltage Protection)	حفاظت خود منبع تغذیه از افت ولتاژ ورودی	ممکن است در برخی مدل‌ها وجود داشته باشد	وجود دارد
حفاظت اتصال کوتاه (Short Circuit Protection)	در صورت اتصال کوتاه سیم‌های خروجی منبع تغذیه خاموش شود	در برخی مدل‌ها	وجود دارد
حفاظت اضافه جریان خروجی (Over load Protection)	وقتی که جریان خروجی به مقدار غیر مجاز خود برسد جریان خروجی به اندازه مجاز خود بر می‌گردد.	در برخی مدل‌ها	در برخی مدل‌ها
حفاظت اضافه ولتاژ خروجی (Overload Protection)	وقتی که ولتاژ خروجی به مقدار غیر مجاز خود رسید ولتاژ خروجی کاهش می‌یابد.	وجود دارد	وجود دارد
قابلیت شروع نرم (Soft Start)	سافت استارت	در برخی مدل‌ها	وجود دارد
قابلیت شروع با وقفه (Delay Start)	در لحظه شروع خروجی وقتی متصل می‌شود که ولتاژ ثابت شده باشد	در برخی مدل‌ها	در برخی مدل‌ها
میزان ریپل خروجی (Ripple)	میزان نوسانات ولتاژ خروجی	کمتر از 250 میلی ولت	کمتر از 250 میلی ولت
نحوه بازگشت به حالت نرمال	نحوه بازگشت منبع تغذیه به حالت عادی پس از رفع مشکل (در صورت وجود محاظت مورد نظر)	باید برق ورودی قطع و مجددا پس از چند ثانیه وصل شود	به طور خودکار انجام می شود
ایمنی نصب و راه اندازی	احتمال اتصال ورودی ها با خروجی هنگام نصب و استفاده	ایمنی پایین‌تر	ایمنی بالاتر
جایگاه ترمینال‌ها		ترمینال های ورودی و خروجی در یک سمت دستگاه	در برخی مدل های به جهت ایمنی بیشتر ترمینال‌های ورودی و خروجی جدا از هم قرار دارد
تعداد ترمینال‌ها		بسته به مدل از 5 ترمینال به بالا (فاز – نول – ارت – مثبت – منفی )	بسته به مدل از 5 ترمینال به بالا (فاز – نول – ارت – مثبت – منفی )
ابعاد		متوسط و بزرگ	کوچک و متوسط
راحتی نصب و کاربرد		سخت‌تر	راحت‌تر
طول عمر		کمتر	بیشتر
قیمت		کم تا متوسط	متوسط تا بالا
کاربرد		وسایل غیر حساس مانند تابلوهای LED،	تجهیزات حساس مانند PLC، HMI، سنسور

*لازم به ذکر است موارد فوق بر اساس منابع تغذیه رایج در بازار است و ممکن است در برخی از مدل‌های خاص با آنچه که در این مقاله اشاره شده کمی متفاوت باشد.

در پایان توصیه می‌گردد به لحاظ اهمیت منبع تغذیه، منبع تغذیه را متناسب با نیاز خود انتخاب نماید.

از خواننده محترم دعوت می‌شود در صورت تمایل نظرات و پیشنهادات خود را با نویسنده مقاله از طریق ایمیل (info@zeytonelectronic.com) یا تلگرام (@zeytonelectronic_info) در میان بگذارد.