SMPS, endüstriyel kontrol uygulamalarında DC yüklerini çalıştırmak için yaygın olarak kullanılan “Switched-Mode Power Supply” (Anahtarlamalı Güç Kaynağı) ifadesinin kısaltmasıdır. Bu sistem, alternatif akım (AC) gerilimini doğru akım (DC) gerilimine etkili bir şekilde dönüştürebilir.
Anahtarlamalı güç kaynakları, en Endüstriyel otomasyonda en yaygın olarak kullanılan ilk 10 bileşen, PLC’ler, sıcaklık sensörleri gibi çeşitli cihazlara güç sağlayarak, yakınlık sensörleri, güvenlik ışık perdeleri, gösterge ışıkları, sıcaklık transmiterleri, solenoid valfler, sıcaklık kontrolörleri, katı hal röleleri ve çeşitli LED ışık şeritleri.
Bu blog yazısında şunları öğreneceksiniz:
- SMPS nedir?
- Nasıl çalışır?.
- Hangi yükleri taşıyabilir?
- SMPS Türleri.
- SMPS seçim kılavuzu.
Şimdi bu konuyu daha derinlemesine inceleyelim.
SMPS nedir?
Kısacası, anahtarlamalı güç kaynağı (SMPS), alternatif akım (AC) gerilimini sabit bir değerde doğru akım (DC) gerilimine dönüştüren bir gerilim dönüştürücüdür. Bu nedenle dizüstü bilgisayar adaptörleri, cep telefonu şarj cihazları ve LED sürücüleri, hepsi anahtarlamalı güç kaynağı olarak kabul edilebilir.
Giriş gerilimi tek fazlı 110 V veya 220 V AC ya da üç fazlı 380 V AC olabilir. Bu girişler, ürün tasarımına göre SMPS’nin dahili devreleri aracılığıyla 5 V, 12 V, 24 V veya 48 V DC’ye dönüştürülür.
Bir sonraki bölümde, anahtarlamalı güç kaynağının çalışma prensibini ayrıntılı olarak açıklayacağız.
Bir SMPS nasıl çalışır?
SMPS iş akışı 6 aşamadan oluşur: AC şebeke gücü → EMI filtresi → doğrultucu köprü + elektrolitik kondansatör (DC310V veya DC150V barası) → PWM anahtarı + yüksek frekanslı transformatör → ikincil tarafta doğrultma ve filtreleme → kararlı DC gerilim çıkışı.
Her aşamayı biraz daha yakından inceleyelim.
1. AC şebeke güç girişi
Anahtarlamalı güç kaynağının giriş terminallerine 110 V AC, 220 V AC veya 380 V AC gerilimini bağlamamız gerekir.
2. EMI filtresi
Bu aşamada, temiz bir alternatif akım güç kaynağı elde etmek için alternatif akım gerilimi filtrelenecek; diğer parazit sinyalleri (yüksek frekanslı elektromanyetik gürültü gibi) ise filtrelenerek ortadan kaldırılacaktır.
3. Doğrultucu köprüsü + elektrolitik kondansatör (DC 310 V veya DC 150 V barası)
Bu bölümde, giriş gerilimi 220 V AC’dir (Not: Burada belirtilen gerilim, şebeke beslemesinin RMS değeri olan 220 V AC’dir. Tepe değeri ise 220 × √2 = 310 V’tur.). Bu AC gerilimi, 310 V DC’ye dönüştürülür.
İlgili dalga formu, aşağıda gösterildiği ve açıklandığı gibi iki aşamaya ayrılır:
- Alternatif akım, bir tam köprü düzelticiden geçerek, sırayla pozitif ve negatif olan alternatif akımı tek yönlü, dalgalı doğru akıma dönüştürür;
- Büyük kapasiteli bir elektrolitik kondansatörle filtrelendikten sonra, düzgün bir 310 V yüksek gerilim doğru akım elde edilir.
4. PWM anahtarı + yüksek frekanslı transformatör
Şu anda 310 V DC gerilimimiz var. Bu, hedeflediğimiz çıkış gerilimi olmadığı için, gerilimi 12 V, 24 V veya 5 V DC’ye düşürmek için bir transformatöre ihtiyacımız var.
Ancak hiçbir transformatör, sabit doğru akımı doğrudan dönüştüremez. Bunun nedeni, doğru akımın transformatörün içinde statik manyetik akı oluşturması ve bu durumun, gerilim dönüşümü için ikincil tarafta gerilim indüklenmesini engellemesidir.
Bu sorun nasıl çözülür?
Çözüm, statik doğru akımı yüksek frekanslı doğru akım darbelerine dönüştürmek için yüksek frekanslı bir MOSFET kullanmaktır; bu doğru akım darbelerini aşağıda görebilirsiniz:
Bu yöntemle, yüksek doğru akım gerilimi düşük gerilime dönüştürülebilir. Bununla birlikte, transformatörden gelen alternatif darbelerin tek yönlü pozitif doğru akıma dönüştürülmesi gerekir.
Şimdi bir sonraki aşamaya geçiyoruz: ikincil tarafta düzeltme ve filtreleme.
5. İkincil tarafta doğrultma ve filtreleme
Bu devre, gerilimin yüksek gerilimli 310 VDC kare dalgadan düşük gerilimli DC5V, DC12V veya DC24V kare dalgaya dönüştürülmesini sağlar.
Bir sonraki adım, kare dalganın negatif yarım periyodunu pozitif yarım periyoda çevirmektir; böylece çıkışın tamamı bir doğru akım gerilimi haline gelir. Bu, başka bir doğrultucu devresi kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Diğer parazitler filtrelendikten sonra, çıkışta sabit ve düşük bir doğru akım gerilimi elde edilecektir.
SMPS Türleri
Deneyimlerimize göre, anahtarlamalı güç kaynakları temel olarak üç türe ayrılabilir: değişken çıkışlı anahtarlamalı güç kaynakları, DIN rayına monte edilen anahtarlamalı güç kaynakları ve standart vidalı montajlı anahtarlamalı güç kaynakları. Bir sonraki bölümde bunların her birini tanıtacağız.
Değişken çıkışlı SMPS
Değişken çıkışlı anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS), diğer adıyla değişken DC güç kaynakları, ürün üzerindeki bir düğmeyi ayarlayarak istenen DC gerilimini elde etmenizi sağlar.
Değişken DC çıkış özelliği sayesinde kullanıcılar ihtiyaç duydukları gerilimi kolayca elde edebilirler; ancak bu nedenle fiyatları, aşağıda tanıtacağımız iki tür anahtarlamalı güç kaynağından çok daha yüksektir.
Bu nedenle, değişken çıkışlı anahtarlamalı güç kaynakları çoğunlukla laboratuvarlarda ve test cihazlarında kullanılır; gerçek üretim hatlarında ise nadiren görülür.
DIN rayı SMPS
DIN rayı üzerine monte edilen anahtarlamalı güç kaynakları, arka tarafında bir DIN rayı montaj yapısına sahiptir; bu sayede kullanıcılar bunları 35 mm’lik DIN raylarına kolayca monte edebilirler.
Bunlar arasında en popüler modeller arasında DR serisi ve NDR serisi yer almaktadır.
Aynı çıkış gücüne sahip bu iki anahtarlamalı güç kaynağı serisini karşılaştırdığımızda, NDR serisinin DR serisinden daha ince olduğu görülmektedir.
Vidalı sabitlemeli SMPS
Daha yaygın olarak kullanılan bir başka anahtarlamalı güç kaynağı türü ise, adını vida ile sabitleme yönteminden alan vida ile sabitlenen anahtarlamalı güç kaynağıdır.
Vidalı montajlı anahtarlamalı güç kaynakları arasında S serisi, D serisi, SP serisi ve MS serisi yer almaktadır. Anahtarlamalı güç kaynağı ürün kataloğumuzu indirmek için bu bağlantıya tıklayabilirsiniz: Lorentzzi Anahtarlamalı Güç Kaynağı Ürün Kataloğu.
Vida ile monte edilen anahtarlamalı güç kaynakları, LED aydınlatma kontrol sistemlerinde yaygın olarak bulunur ve LED ışık şeritlerini, sokak lambalarını vb. çalıştırmak için kullanılır.
SMPS ile hangi cihazlar çalıştırılabilir?
Anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS), aşağıdakiler de dahil olmak üzere çok çeşitli DC elektronik cihazlara güç sağlar:
1. Endüstriyel otomasyon ekipmanları
Örneğin çeşitli yakınlık sensörleri, güvenlik ışık perdeleri, PLC'ler, genel amaçlı röleler (ara röleler), solenoid valfler, DC bobinli kontaktörler, servo kontrol modülleri ve DC HMI.
2. Aydınlatma
LED şeritler ve sabit gerilimli LED armatürler.
3. İletişim ve ağ donanımı
Yönlendiriciler, anahtarlar, CCTV ve ağ terminal ekipmanları.
4. Tüketici ve ticari elektronik ürünleri
Pil şarj cihazı, telefon şarj cihazı, dizüstü bilgisayar adaptörleri vb.
Uygulamanız için doğru SMPS’yi nasıl seçersiniz?
Yükünüz için doğru anahtarlamalı güç kaynağını seçmek, pek çok sorunun önlenmesini sağlayabilir.
Basitçe ifade etmek gerekirse, doğru anahtarlamalı güç kaynağını seçme süreci 4 adıma ayrılabilir: 1. Yükün nominal gücünü belirleyin, 2. Yükün nominal gerilimini belirleyin, 3. Yük için bir miktar marj bırakın, 4. Kurulum yöntemini belirleyin.
Aşağıdaki bölümde size adım adım anlatacağız.
1. Yükün nominal gücünü doğrulayın
Bir DC yükünün nominal gücünü, üzerindeki etiket bilgisini inceleyerek belirleyebilirsiniz; eğer bilmiyorsanız, size bazı bilgiler verebiliriz: Çoğu sensör için nominal güç genellikle 10 W'tan azdır; solenoid valfler gibi kapasitif yükler için nominal güç genellikle 30 W'tan azdır, ancak bu yüklerin başlangıç gücü genellikle nominal güçlerinin 2-3 katıdır; bu nedenle 100 W'lık bir anahtarlamalı güç kaynağı kullanılması en uygunudur.
2. Yükün nominal gerilimini doğrulayın
Ayrıca, tip plakasını inceleyerek yükün nominal gerilimini de belirleyebilirsiniz. Örneğin, yükünüz 24 VDC ise, 24 VDC çıkışlı bir anahtarlamalı güç kaynağı seçmelisiniz.
Yanlış çıkış gerilimi seçilmesi, DC yükünüzün bobinlerinin aşırı ısınmasına ve yanmasına neden olabilir.
3. Yük için biraz boşluk bırakın
Kararlı, endüktif olmayan yükler için (sensörler, güvenlik ışık perdeleri, sıcaklık kontrol cihazları): 20%~30% arasında bir güç marjı ayırın.
Endüktif yükler için (solenoid valfler, röleler): 40%~50% arasında bir güç marjı ayırın
4. Kurulum yöntemini onaylayın
Son olarak, SMPS güç kaynağını rafa monte etme planınızı onaylayın.
Hızlı ve kolay kurulum istiyorsanız, DIN rayı tipi SMPS güç kaynağını tercih edin; rafınızda DIN rayları yoksa, vida montajlı SMPS güç kaynağını seçin ve dört vida kullanarak rafa sıkıca sabitleyin.
Sonuç
Özetle, anahtarlamalı güç kaynakları endüstriyel kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu sayede alternatif akım (AC) kullanarak doğru akım (DC) yüklerine kararlı doğru akım gücü sağlamaktadır.
Anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS) hakkında hâlâ sorularınız varsa veya yüksek kaliteli anahtarlamalı güç kaynakları üretebilen bir Çinli tedarikçi arıyorsanız, sorularınızı veya taleplerinizi şu adrese gönderebilirsiniz: shonxu@lorentzzi.com, ve satış departmanı Lorentzzi Elektrik Kısa bir süre içinde sizinle iletişime geçeceğiz.
