بهترین راه‌های محافظت از پاور سوئیچینگ

پاور سوئیچینگ یا Switch Mode Power Supply (به اختصار SMPS) نوعی منبع تغذیه است که در حالت نارسانا برق دستگاه را تامین می‌کند. ابزارهایی از قبیل قطعات سودهی که در فرکانس بالا روشن و خاموش می‌شوند، و وسایل ذخیره انرژی مانند خازن‌ها و سلف‌ها، برای انجام این فرآیند ضروری هستند.

پاور سوئیچینگ در بسیاری از وسایل برقی پرمصرف یافت می‌شود و بخش مهمی از زندگی الکترونیکی مدرن ما را می‌سازد. این دستگاه‌ها امپدانس بسیار کمی دارند و برخلاف منابع خطی قدیمی، در برابر مخرب‌هایی از قبیل جریان هجومی به شدت آسیب‌پذیرند. با این حال کارآمدی، سبکی و قیمت پایین، SMPSها را در میان محبوب‌ترین و پرکاربردترین گروه‌های منبع تغذیه جای داده است.

حفاظت از پاور سوئیچینگ مانند بیمه است؛ برای تهیه بهترین سیستم‌های ایمنی هزینه می‌کنیم، اما امیدواریم هرگز به آن‌ها نیازی نداشته باشیم.

ممکن است بپرسید سیستم‌های ایمنی قرار است از چه چیزی و در برابر چه خطراتی محافظت کنند؟ این سوال را می‌توان به دو شکل پاسخ داد:

1) ایمن‌سازی منبع تغذیه و اجزای آن نسبت به خطاهای بار

2) مقاوم‌سازی بار در برابر تهدیدهای ناشی از خطاهای عرضه 

در این مقاله سعی کرده‌ایم پنج راه موثر برای حفاظت از پاور سوئیچینگ را به شما آموزش دهیم.

 

 

پنج راه موثر برای حفاظت از پاور سوئیچینگ

1) فیوز: جریان‌های اضافی چه در نتیجه یک اتصال کوتاه خارجی به منبع تغذیه ایجاد شوند و چه در اثر فرآیندهای درونی رخ دهند، می‌توانند زنجیره‌ای از خرابی‌ها را رقم بزنند. قدیمی‌ترین راه حل این مشکل، استفاده از فیوز است.

فیوزهای موجود در بازار از کمتر از یک آمپر شروع می‌شوند و تا صدها آمپر می‌رسند. ممکن است روی این قطعات یک درجه‌ی ولتاژ نیز ببینید که در واقع رتبه‌بندی اتصالات و فاصله فیزیکی را نشان می‌دهد، اما خود فیوز صرفا به وسیله جریان عبوری راه‌اندازی می‌شود.

فیوزها علی‌رغم قیمت پایین، ایمن و قابل اعتماد هستند، مقاومت کم و بازدهی بالایی دارند و به راحتی در مدار جای می‌گیرند. تمامی این مزایا این ابزارها را به یکی از در دسترس‌ترین راه‌ها برای محافظت از SMPS و منبع تغذیه تبدیل کرده‌‌اند.

2) دیودهای سرکوب‌کننده ولتاژ گذرا (Transient Voltage Suppression Diodes به اختصار TVS): دیودهای TVS از پاور سوئیچینگ در برابر ولتاژهای گذرایی محافظت می‌کنند که به وسیله بارهای القایی، صاعقه یا الکتریسیته استاتیک ساده ایجاد می‌شوند.

 

 

• الکتریسیته ساکن یا استاتیک که به طور کلی با عنوان تخلیه الکترواستاتیک (ESD) توصیف می‌شود، مقوله رایجی است. حتی حرکت‌هایی مثل راه رفتن روی فرش هم با تولید ولتاژهای ناشی از ESD، می‌توانند به پاور سوئیچینگ آسیب برسانند.
• سیستم‌های نورپردازی که امروزه جزء ثابت بسیاری از ساختمان‌ها هستند، گاهی تا هزاران ولت افزایش می‌یابند و منبع تغذیه را در معرض خطر قرار می‌دهند.
• تجهیزات حاوی القاگرهای مغناطیسی (Inductor) از منابع مهم تولید ولتاژ گذرا به شما می‌روند. ترانسفورماتورها و فرآیندهای انتقال جریان که در ژنراتورهای حاوی Inductor اتفاق می‌افتند، ایمنی منبع تغذیه را تهدید می‌کنند.

بنابراین دیودهای سرکوب‌کننده ولتاژ گذرا در محافظت از سیستم نقشی حیاتی برعهده دارند.

 

3) واریستورهای اکسید فلز (Metal Oxide Varistors به اختصار MOVs) : MOVها از مدار در برابر عوامل گذرایی مانند آذرخش، سوئیچینگ بار القایی و تخلیه خازن محافظت می‌کنند. این واریستورها برای پاور سوئیچینگ هایی با سطح خط AC (AC line level) یا سطوح DC بالا به کار می‌روند که در مقایسه با دیودهای TVS، ولتاژ بیشتری دارند.

مهم‌ترین نقطه ضعف واریستورهای اکسید فلز، آسیب‌پذیری آن‌ها در برابر رویدادهای طولانی‌مدت است که حفاظت منبع تغذیه را تهدید می‌کنند.

 

4) قفل ولتاژ پایین (Undervoltage Lockout به اختصار UVLO) : UVLO مبدل و منبع تغذیه (یا DC-DC) را در ولتاژهای پایین از کار می‌اندازد. این کار با حذف دو عامل مخرب، سیستم را ایمن می‌کند: 

• اگر ولتاژ DC ورودی از حد مشخصی پایین‌تر باشد، مدار داخلیِ منبع تغذیه یا مبدل را دچار مشکل کرده و به برخی از قطعات با توان بالاتر آسیب می‌زند.
• اگر منبع/مبدل نتواند توان خروجی معتبری فراهم سازد، مانع از مصرف برق اولیه می‌شود.

 

5) بازدارنده یا Choke فرکانس‌های رادیویی (Radio-Frequency Interference Choke) : القاگرهای Choke، که به عنوان سلف آن‌ها را می‌شناسیم، در حین عبور جریان مستقیم (DC) فرکانس‌های بالاتر را مسدود می‌کنند، و در جریان متناوب (AC) مانع از عبور فرکانس‌های پایین‌تر می‌شوند. نقش این بازدارنده‌ها، محافظت از پاور سوئیچینگ در برابر فرکانس‌های مداخله‌گر خارجی مانند امواج فرستنده‌های رادیویی، موتورها، شراره‌های خورشیدی و... است. خازن‌ها نیز با مکانیسمی شبیه به Choke، نویزها و ورودی‌های آسیب‌زا را حذف می‌کنند و سطح ایمنی منبع تغذیه را بالا می‌برند. اما متاسفانه این گروه در برابر اتصالات کوتاه و جریان‌های جهشی، کارایی خود را از دست می‌دهند.

 

 

 

از محافظت گرمایی غافل نشوید!

وقتی از ایمنی پاور سوئیچینگ صحبت می‌کنیم، نمی‌توانیم محافظت گرمایی را نادیده بگیریم. روشن است که حتی بهترین انواع منبع تغذیه نیز بازدهی صددرصد ندارند و مقداری از انرژی دریافتی خود را در اثر تولید گرما از دست می‌دهند. به همین دلیل ابزارهای خنک‌کننده مثل فن‌ها، جزء جدایی‌ناپذیر هر مدار حاوی پاور سوئیچینگ هستند.

سوال مهم این است که اگر فن از کار بی افتد، مسیر جریان هوا مسدود شود یا منبع گرمایی دیگری در محفظه به وجود آید، چه اختلالی رخ خواهد داد؟ پاسخ روشن است‌. حرارت بالا عمر پاور سوئیچینگ را کاهش می‌دهد و کارآیی آن را از بین می‌برد. برای جلوگیری از این مشکل، سنسورهای حرارتی را به مدار اضافه می‌کنیم. اگر دمای سیستم از حد ایمن بالاتر برود، سنسور تحریک شده و منبع تغذیه را از کار می‌اندازد.

 

احتمالا تا اینجا متوجه شده‌اید که حفاظت از منبع تغذیه موضوع چندان پیچیده‌ای نیست. عوامل مشخصی از قبیل جریان، ولتاژ، جابجایی توان، مقاومت مدار یا ابزارهای ایمنی، مدت زمان خطا، و در نهایت نوع و محل قرارگیری قطعات حفاظتی می‌توانند سلامت سیستم را تحت تاثیر قرار دهند. پیروی از استانداردهای نظارتی و متدهای نوین مهندسی الکترونیک، آسیب‌های جدی ناشی از این متغیرها را به حداقل می‌رساند. کافی است با درنظر گرفتن تمامی جوانب، مناسب‌ترین سیستم حفاظتی را انتخاب کنید و کارایی پاور سوئیچینگ خود را بهبود ببخشید.

سوالات متدوال

---

 

 

مدیر ۱۴۰۱/۰۵/۱۹