کاربردهای منبع تغذیه با کنترل دیجیتال

برای ارزیابی ارزشمند بودن یک منبع تغذیه فاکتورهای مختلفی وجود دارد که از جمله آنها می توان به بازدهی، توان، یکسوسازی ولتاژ، قابلیت اطمینان، نسیت قیمت به توان تولیدی، تداخل الکترومغناطیسی و … اشاره کرد.

کنترل منابع تغذیه رایج عمدتاً از طریق روشهای  آنالوگ بوده که مزایایی مانند هزینه پایین، طراحی ساده و پاسخ دهی سریع را دارا هستند. هر چند کاربردهای محدود و یا خاص منظوره بودن یک منبع تغذیه آنالوگ چالشی بزرگ است که بخاطر واسط ارتباطی ساده برای قرار گرفتن در یک سیستم پیچیده چندان مناسب نبوده و علاوه بر این در فاز طراحی نیز قدرت لازم برای ایفای نقش در حلقه های کنترلی و تنظیم دقیق پروسه را نخواهند داشت.

راه حل مناسب برای حل مشکلات ذکر شده در بالا، وجود یک منبع تغیه قابل برنامه ریزی که به صورت دیجیتالی طراحی شده باشد و دارای حالات مختلف کنترلی بوده و پارامترهای کنترلی آن بتواند از طریق نرم افزار تنظیم شود تا بتوان نیازهای مختلف موجود در کاربردهای متفاوت را برآورده سازد.

هدف اصلی در مدیریت منبع تغذیه ، رسیدن به بهینه ترین حالت عملکردی هنگام تغییرات سریع بارها و تقاضای مختلف می باشد. برای رسیدن به این هدف، میکروپروسسوری در منبع تغذیه تعبیه شده که وظیفه تشخیص نیازهای دینامیکی مدیریت توان از طریق نرم افزار را بر عهده دارد.

بنابراین، امروزه منابع تغذیه طراحی شده با قابلیت کنترل دیجیتال مورد استقبال واقع شده اند. شرکت Mean Well اخیرا انواع منابع تغذیه با قابلیت کنترل دیجیتال طراحی و تولید نموده است.

انواع مختلف منابع تغذیه دیجیتال و تعاریف آنها

منابع تغذیه دیجیتال به دو دسته تقسیم بندی می شوند.

دسته اول، منابع تغذیه آنالوگ با رابط دیجیتال می باشند. برای مثال PMBus ها و I2Cها از این دسته می باشند (Power Management ). این دسته دارای توابع دیجیتالی بر اساس الزامات کاربر می باشد. توابع دیجیتالی پایه از خواندن ولتاژ/جریان/دما

تا دستورالعمل های پیچیده را شامل شده که می تواند باعث تغییر توان خروجی در منبع تغذیه شود.

دسته دوم به صورت کاملا دیجیتال طراحی شده است. این دسته از منابع تغذیه به سه نوع تقسیم بندی می شوند:

• طراحی منبع تغذیه دیجیتال با استفاده از DSP ( پردازنده سیگنال دیجیتال )
• استفاده از میکروکنترلر (MCU) به عنوان هسته اصلی منبع تغذیه دیجیتال
• بکار بردن FPGA برای طراحی منبع تغذیه دیجیتال

تنظیمات جریان و ولتاژ خروجی منبع تغذیه با استفاده از کنترل سیگنال PWM  توسط DSP، MCU و FPGA تعبیه شده در منبع تغذیه انجام می شود.

پیکربندی های مختلف مداری مانند full bridge, half bridge, forward, flyback و … بسته به سطح توان می توانند در مبدل های AC به DC پیاده سازی شوند. همچنین اصلاح ضریب توان در مواردی که سطح توان خروجی بالا می باشدو تحت استاندارد خاصی تعریف می شود، مورد نیاز می باشد. برای اینگونه طراحی ها، پیشنهاد می شود که بخاطر محاسبات سریعتر و رسیدن به انعطاف پذیری مدنظر منبع تغذیه ، از پلتفرم DSP استفاده شود.

برای کاربردهای مبدل های DC-DC ، بیشتر بر روی بازدهی تبدیل توان و مانیتورینگ بلادرنگ تمرکز شده است.

برای این گونه طراحی ها، پیشنهاد می شود که از MCU برای کاهش هزینه استفاده شود.

از FPGA هم در کاربردهای AC-DC و هم DC-DC استفاده می شود. در موارد DC-DC بیشتر بر روی پردازش داده تمرکز می شود و در مواردی که FPGA برای کاربردهای AC-DC مورد استفاده قرار بگیرد، نیاز به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال اضافی بوده که این امر موجب محدودیت در انعطاف پذیری آن می شود.

چشم انداز محصولات دیجیتال MeanWell

بر اساس تقاضای بازار، شرکت Mean Well از سال  2007 به مدت 11 سال است که منابع تغذیه با کنترل دیجیتال را تولید می نماید.دسته بندی محصولات شامل مبدل های AC-DC ، اینورترهای DC به AC ، شارژرهای باتری، درایورهای LED و سایر محصولات می باشد.

محصولات کنترل روشنایی LED قابل برنامه ریزی (DALI)

DALI یک رابط Dimming آدرس پذیر دیجیتال شده است. اخیرا شرکت Mean Well سری کاملی از محصولاتی که DALI را پشتیبانی می کند، تولید نموده است.

یک سیستم روشنایی مطابق با استاندارد DALI، فرمان را به واحد مرکزی ECG ارسال می کند. این فرامین شامل Dimming، تنظیم پارامترها و … می باشد. کاربران می توانند بر اساس کاربرد و نیازشان، میزان روشنایی را کنترل کنند.

شارژر باتری هوشمند

شرکت Mean Well سری هوشمند شارژر باتری با ویژگی های تشخیص اتصال ولتاژ نامناسب، محافظت در برابر پلاریته معکوس باتری، تشخیص عدم وجود باتری و تشخیص معیوب بودن باتری را تولید کرده است. MCU استفاده شده در منبع تغذیه می تواند عمل شارژ را به صورت دو مرحله ای (Simple fast charging)، سه مرحله ای (Floatind after fast charging)  و یا هشت مرحله ای (Optimized charging) انجام دهد. کاربر می تواند بر اساس نیاز منحنی شارژ مناسب را انتخاب نماید.

برای انواع مختلف باتری با برندهای مختلف ( باتری های سرب اسید همچون flooded cells, gelled electrolyte, absorbed glass mat (AGM), باتری های لیتیومی مانند lithium iron phosphate, lithium ion manganese  ) منحنی های شارژ متفاوتی مورد نیاز می باشد. منحنی ها و پارامترهای مرتبط قابل تغییر توسط کاربر می توانند با تغییر firmware داخلی بدست بیایند .

همچنین این قابلیت وجود دارد که بتوان مراحل شارژ از قبیل ولتاژ شارژ، جریان شارژ، جریان/ولتاژ قطع و پارامترهای دیگر را اصلاح نمود.

اینورتر سینوسی کامل
از MCU برای کنترل دیجیتال اینورترهای سینوسی کامل DC-AC استفاده شده است. ولتاژ خروجی، فرکانس، روشن/خاموش کردن حالت ذخیره سازی انرژی، سوئیچ کردن بین حالت تواندهی بدون وقفه و حالت ذخیره سازی انرژی، قابل پارامتردهی از طریق کلیدهای پنل یا نرم افزار می باشند.
بعضی از این محصولات هم با برق AC و هم با صفحات خورشیدی کار می کنند. هنگامی که یک باتری اکسترنال و صفحه خورشیدی به این محصولات متصل شود می تواند بدون نیاز به منبع تولید برق و به صورت مستقل نیاز انرژی الکتریکی پاک تولید کند.

Mean Well همچنین کانورتر انرژی خورشیدی تکفاز متصل به شبکه را طراحی کرده که می تواند به طور موثر انرژی جذب شده در صفحات خورشیدی را به شبکه انتقال دهد. این راه حل بهترین بازدهی را در تولید توان و ذخیره سازی انرژی فراهم می سازد.
این نوع از اینورترها از DSP به عنوان پردازنده داخلی استفاده کرده که برای بهبود بازده تبدیل انرژی و فراهم کردن ویژگی های دیگر، از روش های کنترلی پیشرفته و پردازش اطلاعات بهره می برد.
نرم افزار مربوطه می تواند بدون نیاز به دستگاه مانیتورینگ مجزا ، عمل جمع آوری داده ها و مانیتورینگ از راه دور را برای کاربر فراهم می سازد.

محصول جدید از منابع تغذیه ( high power density)
این سری از منابع تغذیه به صورت کاملا دیجیتال و بر پایه پروسسور DSP طراحی شده است. ویژگی هایی چون توزیع گرمایی، توابع برنامه ریزی و ذخیره انرژی می تواند نیازها و کاربردهای مختلف ناشی از انتظارات کاربران را برآورده سازد. برای مثال توابع تنظیمات ولتاژ و جریان خروجی قابل برنامه ریزی برای کاربردهای مختلف یکی از مواردی است که توسط طراحی کاملا دیجیتال امکان پذیر شده است.
علاوه بر این، برای تقاضای توان بالا با استفاده از کنترل دیجیتال و موازی کردن منابع تغذیه می توان به توان پایداری دست یافت. ویژگی های ترکیب شده از تنظیم جریان و ولتاژ خروجی امکان انتخاب منابع تغذیه متنوع برای کاربردهای مختلف را فراهم ساخته است.

منابع تغذیه و اینورترهای قدرت با طراحی دیجیتال امکان مانیتورینگ کامل پارامترها و کنترل جریان و ولتاژ صحیح خروجی و انعطاف پذیری بالا در کنترل و Energy Sharing فراهم ساخته است. MEAN WELL رنج کاملی از محصولات دیجیتال با کاربردهای مختلف را فراهم ساخته است. این شرکت با تمرکز بر روی منابع تغذیه و سیستم روشنایی هوشمند و اتوماسیون ساختمان چشم اندازی بلند برای رقابت در بازار جهانی دارد.