Güç kaynakları
Böyle bir soru geldiğinde, genel yanıt, bir güç kaynağı modülünü, diğer cihazlara enerji veren şebekeye bağlı bir cihaz olarak tanımlama etrafında döner. Özünde, birincil işlevi, ham alternatif akımı (yani 230 VAC) şebekeden – genellikle küresel besleme voltajlarıyla uyumlu, toleransları, düşüşleri ve ani yükselmeleri hesaba katan – daha düşük bir DC veya AC voltajına dönüştürmenin karmaşık sürecini içerir.
Basitçe söylemek gerekirse, güç kaynakları, şebeke voltajının (elektrik şebekesinden gelen voltaj (DC veya AC)) elektronik cihazlara güç sağlamak için diğer sınıfların voltajlarına dönüştürülmesi amaçlanan cihazlardır. Güç kaynakları harici olabilir (ayrı modüller şeklinde) veya elektronik cihazlara entegre edilebilir ve bunların ayrılmaz bir parçası olabilir.
İyi tasarlanmış bir güç kaynağı modülünün temel özellikleri, giriş voltajı ve yük akımındaki değişikliklere rağmen sabit bir çıkış voltajını koruma yeteneğini içerir. Hızlı yük değişimleri, tasarlanan kontrol döngüsü tepki süresi içinde hızla giderilir ve sonuçta ortaya çıkan çıkış voltajı geçişlerini en aza indirir. Ayrıca modül, standart şebeke gerilimleri için en yüksek yasal düzeyde güvenlik yalıtımı sağlayarak, tek bileşen arızası durumunda bile güvenli bir eşiği korur.
Yüksek kaliteli bir tasarım, kontrollü yayılan ve iletilen gürültü emisyonları, yasal seviyelere bağlı kalma ve dış gürültü kaynaklarına karşı bağışıklık gibi faktörleri de dikkate alır. Ayrıca modül, dahili arızalara karşı çoklu koruma katmanları içerir ve çıkış aşırı voltajı, bileşen arızaları, aşırı sıcaklıklar, elektrik çarpması veya potansiyel yangın tehlikeleri risklerini azaltır. Sentera, Sentera'nın sensörleri, vericileri ve denetleyicileri gibi düşük giriş voltajına ihtiyaç duyan cihazlara güç sağlamak için ayrı modüller olarak güç kaynakları sunar.
Bir güç kaynağı ünitesinin sıradan tasarımına rağmen, dahili bileşenlerini ve potansiyel olarak hayati tehlikeye sebep olan şebeke voltajını kullanıcı tarafından erişilebilen bağlantılardan izole etmede oynadıkları önemli rolü anlamada önem vardır. Bir güç kaynağının inceliklerini takdir etmek, arızaların olası sonuçları göz önüne alındığında özellikle önem arz eder, çünkü hatalar bağlı ekipman hasarlarından ve potansiyel insan hayatı kayıplarını içeren risklere kadar uzanır.
Bir güç kaynağı ünitesinin dahili çalışma yapısı, kullanıcıları tehlikeli şebeke voltajına doğrudan maruz kalmaktan koruyan kritik bir koruyucu görevi görür. Bu iç yalıtımın takdir edilmesi, güç kaynağı içindeki güvenilir tasarımın ve kaliteli bileşenlerin öneminin altını çizer. Bir arıza durumunda, sonuçlar sadece anlık bir sıkıntının ötesine geçebilir. Arızalı bir güç kaynağı, bağlı ekipmanın bütünlüğünü tehlikeye atma potansiyeli bulunur ve bu da özellikle pahalı alıcı-vericiler söz konusu olduğunda önemli mali kayıplara yol açar. Ayrıca, yeri doldurulamaz bir varlık olan insan operatörün güvenliği her şeyden önemlidir ve güç kaynağı arızası durumunda o da tehlikeye girebilir.
Güç kaynağı tipleri
Merkez iki tür güç kaynağı modülü sunar: anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS) ve doğrusal güç kaynakları (LPS) veya güvenlik transformatörleri.
Doğrusal VS anahtar modlu güç kaynakları
Uzun yıllardır teknik ekipmanlarda her yerde yaygın olarak uygulanan LPS'ler oldukça basit ve hatta ilkel cihazlardır. LPS'lerin aksine, SMPS’ler yüksek frekansta çalışan ve çok sayıda aktif ve pasif elemandan oluşan çok daha karmaşık cihazlardır.
İlk anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS) 1960'ların sonlarında piyasaya sürüldü ve o zamandan beri bu cihazlar bugüne kadar yoğun bir şekilde geliştirildi. SMPS, teknolojinin çoğu alanındaki eski doğrusal güç kaynağının (LPS) neredeyse tamamen yerini almıştır. Hem doğrusal hem de anahtarlamalı güç kaynakları, kararlı bir çıkış sağlamak için elektrik enerjisini dönüştüren cihazlardır.
Şebekeyle çalışan güç kaynakları bağlamında, ‘doğrusal' bir tip, AC şebeke voltajını izole etmek ve daha düşük bir seviyeye indirmek için 50 – 60 Hz'lik bir transformatör kullanır. Bir transformatör, manyetik bir çekirdeğin etrafına sarılmış telli iki bobinden oluşan bir bileşendir. Bir AC akımı birincil sargıdan aktığında, ikincil sargıda bir akımı indükleyen değişen bir manyetik alan oluşturur. Her sargıdaki tel dönüş sayısı, zayıflama veya amplifikasyon faktörünü belirler. Örneğin, doğru transformatörü seçerek 230 vac'yi 12 vac'ye dönüştürebilirsiniz. Bir transformatör oldukça ağır bir bileşendir ve bunun kullanım amacına bağlı olarak dikkate alınması gerekir.
Bir ’anahtarlamalı mod' şebeke güç kaynağı (SMPS) normalde yüksek voltajlı DC üretmek için şebekeyi doğrudan düzeltir. Bu daha sonra ’doğranır' ve daha düşük bir voltaj seviyesine kadar izolasyon ve dönüşüm sağlayan, düzeltildiği ve filtrelendiği yüksek frekanslı bir transformatörden geçirilir. Düzenleme tipik olarak doğrama eyleminin görev döngüsünü değiştirerek elde edilir.
Anahtarlamalı güç kaynakları doğrusal muadillerinden üstün mü?
Optimize edilmiş teknolojiyi kullanarak, anahtarlama güç kaynakları çoğu uygulama için uygundur. Doğrusal bir güç kaynağı yalnızca giriş voltajından daha düşük bir voltaj üretebilir. Tüm doğrusal regülatörler, giriş voltajının çıkış voltajının en az minimum bir miktar üzerinde olmasını gerektirir. Buna çıkış voltajı denir. Çıkış voltajı, verimlilik ve en kötü durumdaki güç dağılımı için hesaplamaları yönlendiren parametredir.
Ancak, anahtarlama kaynakları her zaman en iyi çözüm değildir. Her ne kadar anahtarlamalı bir besleme doğrusal olandan çok daha verimli olsa da, dezavantajı ürettiği gürültüdür. Yüksek frekanslı gürültü, bir anahtarlama güç kaynağının çıkışının doğal bir parçasıdır. Doğrusal besleme, SMPS'lerden birçok kez daha sessiz olabilir. Doğrusal bir besleme genellikle çok gürültüye duyarlı analog devreler için bir gerekliliktir. Maksimum verimliliğin gerekli olduğu yerlerde, modern sistemler genellikle bir anahtarlama modu beslemeli bir voltajı, çıkış voltajının hemen üzerindeki bir değere önceden düzenler ve analog devrelere düşük gürültülü gücü sağlamak için doğrusal bir besleme kullanır. Anahtarlama kaynaklarının bir diğer dezavantajı, doğrusal beslemelerle karşılaştırıldığında, yük akımındaki büyük bir adım değişikliğinden veya giriş voltajındaki bir adım değişikliğinden tipik olarak daha uzun geri kazanım süresine ihtiyaç duymalarıdır. Doğrusal besleme genellikle çok düşük güç uygulamaları için daha iyi bir çözümdür.
Anahtarlamalı güç kaynağı, anahtarı yüksek hızda tekrar tekrar açıp kapatır. Bu, anahtarlama nedeniyle gürültüye neden olur. Doğrusal güç kaynakları, kullanılan transformatör teknolojisi sayesinde anahtarlama güç kaynaklarından daha az gürültü üretir.
Doğrusal bir güç kaynağında, bir prizden veya başka bir kaynaktan gelen frekans girişi doğrudan transformatöre girilirken, bir anahtarlama güç kaynağında, düzeltmeden sonraki akım transformatöre yüksek frekanslı bir darbe olarak gönderilir. Enerji verimliliği söz konusu olduğunda, SMPS'ler yüksek enerji verimliliği sağlar. Bir anahtarlama güç kaynağı ünitesi daha verimlidir çünkü doğrusal bir güç kaynağı ısı olarak daha fazla enerji kaybeder. Öte yandan, doğrusal güç kaynakları, anahtarlama güç kaynaklarının çıkışından farklı olarak regülatör devresinin tepkisi ile kontrol edildikleri için yük dalgalanmalarına daha hızlı tepki verir. Bu nedenle, güç tüketimi arttıkça, anahtarlamalı güç kaynağının toplam maliyeti doğrusal bir güç kaynağınınkinden daha az olur.
Özetle, doğrusal ve anahtarlamalı güç kaynakları arasındaki seçim, uygulamanın özel gereksinimlerine bağlıdır. Doğrusal güç kaynakları hassasiyetleri ve düşük gürültüleri nedeniyle tercih edilirken, anahtarlamalı güç kaynakları verimlilik, kompaktlık ve ağırlık tasarrufu açısından üstündür. Karar genellikle bu faktörlerin kullanım amacının önceliklerine göre dengelenmesini içerir.