SMPS هو اختصار لعبارة «مصدر طاقة ذو وضع التبديل» (Switched-Mode Power Supply)، ويُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات التحكم الصناعي لتشغيل أحمال التيار المستمر. وهو قادر على تحويل جهد التيار المتردد (AC) إلى جهد التيار المستمر (DC) بفعالية.
تعد مزودات الطاقة التبديلية واحدة من أهم 10 مكونات شائعة الاستخدام في الأتمتة الصناعية, ، حيث توفر الطاقة لمختلف الأجهزة مثل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأجهزة استشعار درجة الحرارة،, مستشعرات القرب, ستائر الإضاءة الآمنة, ، مصابيح الإشارة،, أجهزة إرسال درجة الحرارة, ، الصمامات اللولبية،, أجهزة التحكم في درجة الحرارة, مرحلات الحالة الصلبة وعدد من شرائط الإضاءة LED المختلفة.
ستتعلم في هذه المدونة ما يلي:
- ما هو SMPS؟
- كيف يعمل.
- ما هي الأحمال التي يمكنها سحبها؟
- أنواع محولات الطاقة ذات التغذية المحددة (SMPS).
- دليل اختيار محولات الطاقة ذات التبديل السريع (SMPS).
والآن دعونا نتعمق أكثر في الموضوع.
ما هو SMPS؟
باختصار، إن مزود الطاقة التبديلي (SMPS) هو محول جهد يقوم بتحويل جهد التيار المتردد (AC) إلى جهد تيار مستمر (DC) بقيمة ثابتة. ولذلك، يمكن اعتبار محولات أجهزة الكمبيوتر المحمولة وشواحن الهواتف المحمولة ومحركات مصابيح LED مزودات طاقة تبديلية.
يمكن أن يكون جهد الدخل تيارًا مترددًا أحادي الطور بجهد 110 فولت أو 220 فولت، أو تيارًا مترددًا ثلاثي الأطوار بجهد 380 فولت. ويتم تحويل هذه المدخلات إلى تيار مستمر بجهد 5 فولت أو 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت من خلال الدوائر الداخلية لمزود الطاقة شبه المفتوح (SMPS)، وفقًا لتصميم المنتج.
في القسم التالي، سنشرح بالتفصيل مبدأ عمل مزود الطاقة التبديلي.
كيف يعمل مزود الطاقة شبه المستمر (SMPS)؟
يتألف مسار عمل نظام التغذية الكهربائية المحددة الوتيرة (SMPS) من 6 مراحل: طاقة التيار المتردد من شبكة الكهرباء → مرشح التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) → جسر المقوم + المكثف الإلكتروليتي (ناقل تيار مستمر 310 فولت أو 150 فولت) → مفتاح PWM + محول عالي التردد → عملية المقوم والتصفية في الجانب الثانوي → خرج جهد تيار مستمر مستقر.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل مرحلة.
1. مدخل طاقة التيار المتردد من الشبكة الكهربائية
يجب توصيل التيار المتردد 110 فولت أو 220 فولت أو 380 فولت بأطراف الدخل لمصدر الطاقة ذي وضع التبديل.
2. مرشح EMI
خلال هذه المرحلة، سيتم تصفية الجهد المتردد للحصول على مصدر طاقة تيار متردد نقي، في حين سيتم تصفية وامتصاص الإشارات التداخلية الأخرى (مثل الضوضاء الكهرومغناطيسية عالية التردد).
3. جسر المقوم + المكثف الإلكتروليتي (ناقل تيار مستمر 310 فولت أو 150 فولت)
في هذا القسم، يبلغ جهد الدخل 220 فولت تيار متردد (ملاحظة: الجهد المذكور هنا هو 220 فولت تيار متردد، وهو القيمة الفعالة لمصدر التيار الكهربائي. وتبلغ قيمته القصوى 220 × √2 = 310 فولت). ويتم تحويل جهد التيار المتردد هذا إلى 310 فولت تيار مستمر.
ينقسم شكل الموجة المعني إلى مرحلتين كما هو موضح وموصوف أدناه:
- يمر التيار المتردد عبر مقوم جسر كامل، حيث يحول التيار المتردد الموجب والسالب المتناوبين إلى تيار مستمر نابض أحادي الاتجاه؛;
- بعد الترشيح بواسطة مكثف كهربائي ذي سعة كبيرة، يتم الحصول على تيار مستمر عالي الجهد وسلس بقيمة 310 فولت.
4. مفتاح PWM + محول عالي التردد
لدينا الآن جهد تيار مستمر يبلغ 310 فولت. وهذا ليس الجهد الناتج المستهدف، لذا نحتاج إلى محول لتخفيضه إلى 12 فولت أو 24 فولت أو 5 فولت تيار مستمر.
ومع ذلك، لا يمكن لأي محول تحويل التيار المستمر المستقر بشكل مباشر. ويرجع ذلك إلى أن التيار المستمر يولد تدفقًا ثابتًا داخل المحول، مما يمنع توليد الجهد على الجانب الثانوي من أجل تحويل الجهد.
كيف يمكن حل هذه المشكلة؟
يكمن الحل في استخدام ترانزستور MOSFET عالي التردد لتحويل التيار المستمر الثابت إلى نبضات تيار مستمر عالية التردد، ويمكنك رؤية هذه النبضات أدناه:
باستخدام هذه الطريقة، يمكن تحويل الجهد العالي للتيار المستمر إلى جهد منخفض. ومع ذلك، لا يزال من الضروري تحويل النبضات المتناوبة الصادرة عن المحول إلى تيار مستمر موجب أحادي الاتجاه.
والآن ننتقل إلى المرحلة التالية: عملية التصحيح والتصفية في الجانب الثانوي.
5. تصحيح التيار وتصفيته في الجانب الثانوي
تسمح هذه الدائرة بتحويل الجهد من موجة مربعة عالية الجهد تبلغ 310 فولت تيار مستمر إلى موجة مربعة منخفضة الجهد تبلغ 5 فولت تيار مستمر أو 12 فولت تيار مستمر أو 24 فولت تيار مستمر.
تتمثل الخطوة التالية في تحويل النصف الدورية السالبة للموجة المربعة إلى النصف الدورية الموجبة، بحيث يصبح الناتج بأكمله جهدًا تيارًا مستمرًا. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام دائرة مقوم أخرى.
بعد تصفية الضوضاء الأخرى، سيكون الناتج جهدًا مستمرًا منخفضًا ومستقرًا.
أنواع محولات الطاقة ذات التغذية المباشرة (SMPS)
بناءً على خبرتنا، يمكن تقسيم مزودات الطاقة التبديلية بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع: مزودات الطاقة التبديلية ذات المخرجات المتغيرة، ومزودات الطاقة التبديلية المثبتة على سكة DIN، ومزودات الطاقة التبديلية القياسية المثبتة بالبراغي. وسنقدم كل نوع منها في القسم التالي.
مصدر طاقة مبدل رقمي (SMPS) ذو خرج متغير
تتيح لك مزودات الطاقة ذات التبديل المتغير (SMPS)، والمعروفة أيضًا باسم مزودات الطاقة ذات التيار المستمر المتغير، الحصول على الجهد الكهربائي المستمر المطلوب من خلال ضبط مقبض موجود على الجهاز.
تسهل خصائص خرج التيار المستمر المتغيرة لهذه الوحدات على المستخدمين الحصول على الجهد المطلوب، ولكن لهذا السبب، فإن سعرها أعلى بكثير من سعري نوعي مزودات الطاقة التبديلية اللذين سنقدمهما أدناه.
لذلك، تُستخدم مزودات الطاقة ذات التبديل المتغير في المقام الأول في المختبرات وأجهزة الاختبار، ونادرًا ما تُستخدم في خطوط الإنتاج الفعلية.
مصدر طاقة مبدل (SMPS) على سكة DIN
تتميز مزودات الطاقة ذات التبديل المثبتة على سكة DIN بهيكل تثبيت على سكة DIN في الجزء الخلفي، مما يتيح للمستخدمين تركيبها بسهولة على سكك DIN مقاس 35 مم.
ومن بينها، تُعدُّ سلسلة DR وسلسلة NDR من أكثر الطرازات شيوعًا.
بمقارنة سلسلتي مزودات الطاقة التبديلية اللتين تتمتعان بنفس قوة الخرج، يتبين أن سلسلة NDR أرق من سلسلة DR.
مصدر طاقة مبدل ديجيتالي (SMPS) مثبت بمسامير
وهناك نوع آخر من مزودات الطاقة التبديلية يشيع استخدامه، وهو مزود الطاقة التبديلي المثبت بالبراغي، الذي سُمي بهذا الاسم بسبب طريقة تثبيته بالبراغي.
تشمل مزودات الطاقة التبديلية المثبتة بمسامير سلسلة S وسلسلة D وسلسلة SP وسلسلة MS. يمكنك النقر على هذا الرابط لتنزيل كتالوج منتجات مزودات الطاقة التبديلية الخاصة بنا: كتالوج منتجات مزودات الطاقة التبديلية من Lorentzzi.
تُستخدم مزودات الطاقة التبديلية المثبتة بمسامير بشكل شائع في أنظمة التحكم في إضاءة LED، حيث تُستخدم لتشغيل شرائط الإضاءة LED ومصابيح الشوارع، وما إلى ذلك.
ما هي الأجهزة التي يمكن تشغيلها بواسطة مزود الطاقة شبه الثابت (SMPS)؟
تُزوِّد مصادر الطاقة ذات الوضع التبديلي (SMPS) الطاقة لمجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية التي تعمل بالتيار المستمر، بما في ذلك:
1. معدات الأتمتة الصناعية
مثل مستشعرات القرب المختلفة, ستائر الإضاءة الآمنة, ، أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)،, مرحلات الأغراض العامة (مرحلات وسيطة), ، الصمامات اللولبية،, مفاتيح التوصيل ذات الملفات التي تعمل بالتيار المستمر, ، ووحدات التحكم المؤازرة، وواجهات المستخدم (HMI) التي تعمل بالتيار المستمر.
2. الإضاءة
شرائط LED ومصابيح LED ذات الجهد الثابت.
3. أجهزة الاتصالات والشبكات
أجهزة التوجيه، والمحولات، وأنظمة المراقبة بالكاميرات (CCTV)، ومعدات أطراف الشبكة.
4. الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والتجارية
شاحن البطارية، وشاحن الهاتف، ومحولات أجهزة الكمبيوتر المحمول، وما إلى ذلك.
كيف تختار مزود الطاقة شبه الثابت (SMPS) المناسب لتطبيقك؟
يمكن أن يؤدي اختيار مزود الطاقة التبديلي المناسب لحمل جهازك إلى تجنب الكثير من المشاكل.
ببساطة، يمكن تقسيم عملية اختيار مزود الطاقة التبديلي المناسب إلى 4 خطوات: 1. تحديد القدرة المقدرة للحمل، 2. تحديد الجهد المقنن للحمل، 3. ترك هامش أمان للحمل، 4. تحديد طريقة التركيب.
في القسم التالي، سنشرح لك الأمر خطوة بخطوة.
1. تأكد من القوة المقدرة للحمل
يمكنك تحديد القدرة المقدرة لحمل التيار المستمر من خلال قراءة اللوحة التعريفية الخاصة به؛ وإذا لم تكن تعرف ذلك، فيمكننا تزويدك ببعض المعلومات: بالنسبة لمعظم أجهزة الاستشعار، عادةً ما تكون الطاقة المقدرة أقل من 10 واط؛ أما بالنسبة للأحمال السعوية مثل الصمامات اللولبية، فعادةً ما تكون الطاقة المقدرة أقل من 30 واط، لكن طاقة بدء التشغيل عادةً ما تبلغ 2-3 أضعاف الطاقة المقدرة، لذا يُفضل استخدام مزود طاقة تبديلي بقدرة 100 واط.
2. تأكد من الجهد المقنن للحمل
يمكنك أيضًا تحديد الجهد المقنن للحمل من خلال قراءة اللوحة التعريفية. على سبيل المثال، إذا كان الحمل 24 فولت تيار مستمر، فيجب عليك اختيار مزود طاقة التبديل الذي يوفر خرجًا بقدرة 24 فولت تيار مستمر.
قد يؤدي اختيار جهد خرج غير مناسب إلى ارتفاع درجة حرارة ملفات الحمل الذي يعمل بالتيار المستمر وحرقها.
3. اترك بعض الهامش للحمولة
بالنسبة للأحمال المستقرة غير الحثية (أجهزة الاستشعار، ستائر الضوء الأمنية، أجهزة التحكم في درجة الحرارة): يجب تخصيص هامش طاقة يتراوح بين 20% و30%.
بالنسبة للأحمال الحثية (الصمامات الكهرومغناطيسية، المرحلات): يجب توفير هامش طاقة يتراوح بين 40% و50%
4. تأكيد طريقة التثبيت
وأخيرًا، تأكد من خطة تركيب وحدة تزويد الطاقة SMPS في الحامل.
إذا كنت ترغب في تركيب سريع وسهل، فاختر مزود طاقة SMPS مزود بقضيب DIN؛ أما إذا كان الرف الخاص بك لا يحتوي على قضبان DIN، فاختر مزود طاقة SMPS يُثبَّت بالبراغي وقم بتثبيته بإحكام في الرف باستخدام أربعة براغي.
الخاتمة
باختصار، تُستخدم مزودات الطاقة ذات الوضع المتبدل على نطاق واسع في مجال التحكم الصناعي، مما يتيح لها توفير طاقة تيار مستمر مستقرة للأحمال التي تعمل بالتيار المستمر باستخدام طاقة التيار المتردد.
إذا كانت لا تزال لديك أسئلة حول مزودات الطاقة التبديلية (SMPS)، أو كنت تبحث عن مورد صيني قادر على إنتاج مزودات طاقة تبديلية عالية الجودة، فيمكنك إرسال أسئلتك أو استفساراتك إلى shonxu@lorentzzi.com, ، وقسم المبيعات في لورينتزي إلكتريك سنتصل بك قريبًا.
