منبع تغذیه یا همان power supply وسیلهای است که تمام تجهیزات الکتریکی از جمله کامپیوتر برای راه اندازی به آن نیازمند هستند. این وسیله در سیستم کنترلی خانه هوشمند نیز نقش تامین کننده انرژی الکترونیکی را بر عهده دارد. تبدیل ولتاژ متناوب برق شهر به ولتاژ مستقیم dc یکی از مهم ترین کارکردهای منبع است؛ یعنی منبع تغذیه ولتاژ ورودی 120 ولت تا 220 ولت را به ولتاژ dc مورد نیاز تجهیزات تبدیل میکند. در حالت کلی دو دسته منبع تغذیه وجود دارد که شامل منبع تغذیه خطی و سوییچینگ است.
برای نصب و راه اندازی منبع تغذیه در خانههای هوشمند موارد بسیار ویژهای نیاز است. به جز به صرفه بودن، منبع تغذیه در خانه هوشمند باید بسیار فشرده باشد؛ در غیر این صورت، نمیتوان آن را در وسایل هوشمند جای داد و با آنها ادغام کرد. علاوه بر این، منبع تغذیه در خانه هوشمند باید در برابر تغییرات مکرر شرایط بار الکتریکی مقاوم باشد؛ چون همه وسایل هوشمند به طور دائم بین حالتهای فعال و آماده به کار در تغییر هستند. با توجه به اینکه بیشتر تجهیزات هوشمند اغلب در حالت آماده به کار قرار دارند، میزان مصرف انرژی در این حالت باید کمترین مقدار ممکن باشد. منبع تامین انرژی در خانه هوشمند باید برای مصارف انبوه و استفاده در صنعت و مصارف تجاری و خانگی تاییدیه داشته باشد.
سایز سنسورهای مدرن و ماژولهای بیسیم بسیار فشرده و کوچک است و به همین دلیل، منبع تامین انرژی مدرن محسوب میشوند. تا همین چند سال پیش سایز متوسط یک منبع انرژی پنج واتی ۲.۵ سانتی متر در ۵ سانتی متر بود. امروز همان منبع انرژی در اندازه های ۲.۵ × ۲.۵ سانتی متر پیدا میشود؛ بنابراین منابع تغذیه مدرن به راحتی در وسایل هوشمند فوق العاده کوچک نیز جای میگیرند. به عبارت سادهتر امروزه منبع تغذیه، در خود سنسور هوشمند تعبیه میشود، اما سایز این سنسورها نه تنها بزرگتر نشده، بلکه شاهد کوچکتر شدن اندازه آنها هستیم.
منبع تغذیه در خانه هوشمند باید ایمنتر و قابل اعتمادتر از نسلهای پیشین خود باشد؛ به همین دلیل این منابع باید در برابر مدارهای کوتاه و ولتاژهای اضافه مقاوم و محافظت شده باشند. همچنین باید برای مناطق مسکونی، استانداردهای سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) را رعایت کنند. برای تولید منبع تغذیه با قیمت پایین تولیدکنندگان، فیلترهای سازگاری الکترومغناطیسی را از آن ها حذف کردند. در نهایت، این فیلترها درون وسایل هوشمند تعبیه می شوند که نه تنها اندازه ی آن ها را کمی بزرگ کرده، بلکه باعث افزایش قیمت آن ها نیز شده است.
منبع تغذیه متعلق به خانه هوشمند در معرض تغییرات مکرر شرایط بار الکتریکی قرار دارد. به عنوان مثال، یک ماژول (GSM سیستم جهانی برای ارتباط موبایلی) تعبیه شده در سنسور در و پنجره برای ارسال یک SMS به ساکنین خانه در هنگام بروز خطر، به دو آمپر نیاز دارد. در حالت آماده به کار، این میزان به یک و نیم آمپر کاهش مییابد؛ یعنی منبع تغذیه در خانه هوشمند باید توانایی اداره و مدیریت کردن تغییرات ناگهانی بار الکتریکی را داشته باشد و در این میان، منجر به شدت ولتاژ نشود. در این شرایط، رفتار گذرا و لحظهای نیز حائز اهمیت است. بیشتر ورقههای آماری جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC)، حالت کنترل را تنها در نوسان بار الکتریکی از ۵۰% تا ۷۵% مشخص می کنند. این برگههای اطلاعاتی برای خانه هوشمند مناسب نیستند؛ زیرا در آن نوسانات صفر تا 25 درصد محاسبه میشوند. در شرایط ایدهآل، زمان همپاشدن با نوسانات بار الکتریکی (میکرو ثانیه µs 50) یا حتی کمتر است.
وسایل سنسوری معمولی در حالت متناوب کار میکنند؛ بر همین اساس در بیشتر مواقع در حالت ذخیره انرژی یا حالت خواب قرار دارند. با توجه به محبوبیت فزاینده خانه هوشمند، وسایل مجهز به اینترنت اشیا و تعداد بیشمار منابع تغذیه مورد نیاز این وسایل، میزان برقی که وسایل هوشمند در حالت آماده به کار مصرف میکنند هنوز زیاد است. ترجیحا منبع تغذیه باید مصرف برق در حالت آماده به کار را تا ۵۰۰ میلی وات کاهش دهد.
شیوه عملکرد منبع تغذیه خطی به این صورت است که برق شهر را از ورودی دریافت میکند، سپس آن را توسط یک ترانسفورماتور به ولتاژ سطح پایین تر مثلا 12 ولت تبدیل میکند. در سطوح توان پایین، منبع تغذیه خطی مناسب است، اما اشکال کار با آنها در توانهای بالا آشکار میشود. با کم شدن فرکانس، اندازه تجهیزاتی مانند ترانسفورماتور یا خازن افزایش پیدا میکند. روش مناسب در این حالت استفاده از منبع تغذیه سوییچینگ فرکانس بالاست.
عملکرد منبع تغذیه سوییچینگ مبتنی بر زیاد شدن فرکانس ورودی تا چند کیلو هرتز است. به این ترتیب در منبع تغذیه سوییچینگ فرکانس ولتاژ ورودی به مقدار بسیار زیادی افزایش می یابد، تا از اندازه ترانسفورماتور و خازن الکترولیت بکاهد.
یکی از تفاوت های عمده در منبع تغذیه خطی و سوییچینگ، در شیوه عملکرد بهینه آنهاست. منبعتغذیه خطی همیشه حداکثر توان را در قسمت خروجی تحویل میدهد؛ بنابراین کارکرد با حداکثر توان برای تمام تجهیزات باعث ایجاد گرمای زیادی میشود. شیوه عملکرد منبع تغذیه سوییچینگ به صورت یک حلقه فیدبکدار است. همیشه سوییچینگ ترانزیستور وابسته به میزان مصرف خروجی است که با توجه به میزان مصرف توان، چرخه کاری کلیدزنی ترانزیستور افزایش یا کاهش پیدا میکند. یک منبع تغذیه سوئیچینگ که از نظر ویژگی دقیقا هم رده با مدل خطی است، از لحاظ اندازه بسیار کوچکتر بوده و بازده خوبی را تامین میکند، اما پیچیدگی بیشتری دارد.
عملکرد اولیه تمام منبع تغذیههای موجود، تبدیل انرژی الکتریکی است. یک منبع تغذیه تنظیم شده، برای کنترل ولتاژ خروجی یا جریان تا یک مقدار خاص، مقدار کنترل شده با وجود تغییرات در هر دو جریان بار یا ولتاژ تنظیم شده توسط منبع تغذیه ، تقریباً ثابت نگه داشته میشود.
ممکن است منبع تغذیه با یک دستگاه مجزا، مستقل یا یک دستگاه جدایی ناپذیر که به بار خود متصل است، عمل کند. منابع تغذیه با ولتاژ پایین DC نمونه مورد دوم هستند که بسیاری از کامپیوترهای شخصی و دستگاههای الکترونیکی مصرف کننده آن هستند.
ویژگیهای مشخصی که معمولا منبعتغذیه دارای آن است، عبارتند از:
برای مثال منابع تغذیه سوئیچینگ یا SMPS ها برق AC را یکسو کرده و با استفاده از متد سوئیچ جریان بار(ON/OFF) به ولتاژ دلخواه دست مییابد.
منابع تغذیه DC دارای خروجی متغیر یا ثابت است؛ یعنی در خروجی ثابت سیگنال DC با دامنه و جریان ثابت (مثلا V 5/3A) بدست می آید. اما در خروجی متغیر میزان جریان یا ولتاژ در بازه ای متغیر بوده و توسط پیچی مقدار مطلوب آن به دست میآید. مانند منبع تغذیه متغیر 0-30V/0-3A
بسته به تعداد کانال های خروجی به منبع تغذیه های DC آزمایشگاهی، تک کانال و دوبل تراکینگ (دو کانال متغیر) میگویند.
منابع تغذیه برای دستگاههای الکترونیکی را میتوان بطور گسترده به خط فرکانس بزرگ یا معمولی و منابع تغذیه سوئیچینگ تقسیم کرد. خط فرکانس بزرگ معمولاً یک طرح نسبتاً ساده است، اما برای تجهیزات جریان بالا، به دلیل نیاز به ترانسفورماتور خط فرکانس بزرگ و مدار تنظیم الکترونیکی حرارت مخزن، بهطور فزایندهای بزرگ و سنگین میشود.
گاهی اوقات منابع تغذیه فرکانس خط متعارف «خطی» نامیده میشوند. تبدیل از ولتاژ AC به DC هنگامی که یکسوکنندهها به منابع خازنی تغذیه میرسانند، ذاتاً غیر خطی است. تنظیمکنندههای ولتاژ خطی به وسیله یک تقسیم کننده ولتاژ فعال که انرژی را مصرف میکند، ولتاژ خروجی تنظیم شده را تولید می نماید، در نتیجه دارای بازده پایین تری هستند. یک منبع تغییر حالت که امتیاز مشابه با منبع فرکانس خطی دارد، معمولاً کوچکتر، کارآمد تر، ولی پیچیدهتر خواهد بود.
قابلیت تنظیم ولتاژ و جریان خروجی
تنظیم مقدار ولتاژ جریان از طریق کیبورد یا پیچ تنظیم
دارای نمایشگر مجزا
قابلیت برنامه ریزی، امکان افزایش یا کاهش ولتاژ (طبق هر تابع دلخواه) در فواصل زمانی مختلف بصورت اتوماتیک. البته این مزیت شامل منابع تغذیهای میشود که قابل برنامه ریزی باشند.
قابلیت استفاده از هر کانال بطور کاملا مجزا، سری کردن منابع برای افزایش دامنه ولتاژ، موازی کردن( افزایش محدوده جریان و منفی- مثبت تولید سیگنال منفی بطور مثال V~030).
برای انتخاب یک منبعتغذیه مناسب باید به ویژگیهایی از قبیل ولتاژ خروجی، حداکثر جریان خروجی، شکل موج خروجی و در عین حال پایداری مشخصات خروجی دقت نمود.
یکی از انواع منبع تغذیه های موجود، منبع تغذیه قابل برنامه ریزی می باشد، که اصلی ترین کاربرد این نوع منبع تغذیه dc، در طراحی سیستم های الکترونیکی و کنترلی می باشد.
این نوع منبع تغذیه ها توانایی محدود سازی ولتاژ، جریان و توان بین دو سطح را درکمترین و بیشترین حد دارند. قیمت منبع تغذیه قابل برنامه ریزی به علت ویژگی های خاص آن از جمله ریپل و نویز کمتر، تفاوت قابل ملاحظه ای با انواع منبع تغذیه های معمولی دارد.
برای آشنایی بیشتر با نقش منبع تغذیه در خانه هوشمند و تجهیزات هوشمندسازی رهنما فردا از وب سایت فروشگاهی دونالیز دیدن فرمایید.
همچنین می توانید از مطلب معماری هوشمند ساختمان چیست؟ برای کسب اطلاعات بیشتر در راه اندازی و طراحی خانه هوشمند دیدن فرمائید.