موضوعات علمی

MTBF (Mean Time Between Failure) و Life Cycle هر دو نمایانگر میزان قابلیت اطمینان است. MTBF می تواند به دو روش محاسبه شود، روش اول Part Count  و روش دوم  Stress analysis.

آیین نامه MIL-HDBK-217F  به هر دو موضوع بالا پرداخته و TELCORDIA SR/TR-332(Bellcore) برای محاسبه MTBF بکار می رود. MIL-HDBK-217F مربوط به استاندارد ارتش آمریکا و TELCORDIA SR/TR-332(Bellcore) از مقررات تجاری می باشد. MEAN WELL  از استاندارد MIL-HDBK-217F (آنالیز استرس) به عنوان هسته اصلی MTBF استفاده می کند. مفهوم اصلی MTBF به این صورت بیان می شود که بعد ازاستفاده مستمر از منبع تغذیه برای یک مدت مشخص، متوسط زمانی که احتمال عملکرد صحیح منبع تغذیه به پایین تر از % 8/36  (e^-1=0.368 ) می رسد مقدار MTBF را نشان می دهد. د رحال حاضر MEAN WELL براساس استاندارد MIL-HDBK-217F قابلیت اطمینان مورد نیاز را با روش آنالیز استرس (البته به استثنای فن ها) پیش بینی می کند. Life Cycle با افزایش دمای خازن های الکترولیتی به اندازه ماکزیمم دمای کاری آنها، به تخمین عمر منابع تغذیه می پردازد. برای مثال در مدل RSP-750-12 مقدار MTBF=109.1k hours در 25 درجه سانتی گراد است. و برای خازن الکترولیتی C110 مقدار Life Cycle=213k hours در (Ta=50℃) است.

DMTBF (Demonstration Mean Time Between Failure) روشی برای ارزیابی MTBF می باشد. برای محاسبه MTBF از فرمول های زیر استفاده می شود:

که در فرمول های بالا:

MTBF：Life time determine by specification.
X²：Can be found in chi-square distribution
N：Number of sampling
AF：Acceleration factor, which can be derived from acceleration factor equation.
Ae=0.6
K(Boltzmann Constant)=(eV/k)
T1：Rated temperature of specification. Note: Kelvin will be the unit use for calculation
T2：The temperature that is used in the meaning of acceleration, and the chosen temperature could not result in physical change in materials. Note: Kelvin will be the unit use for  calculation.

با استفاده از تست Hi-Pot  یا تست Electric Strength محاسبه می شود. قبل از انجام تست ورودی و خروجی همچون شکل زیر اتصال کوتاه می شود. این تست تحت شرایط حلقه بسته خاص همچون I/P-O/P, I/P-FG  و  O/P-FGدر مدت زمان یک دقیقه انجام می شود. ( مقدار عادی جریان نشتی در تست AC برابر 25 میلی آمپر است)

• تست Hi-Pot راهی برای اطمینان از ایزوله بودن بین اولیه و ثانویه است که اگر این تست به درستی انجام شود، هنگامی که ولتاژ بزرگی بین ورودی و خروجی برقرار شود از آسیب به منبع تغذیه جلوگیری می شود. ولتاژ تست باید به آرامی از صفر ولت تا سطح معینی بالا رود و در این سطح ولتاژ به مدت 60 ثانیه با زمان صعود بالاتر از یک ثانیه باقی بماند. در تولیدات با حجم بالا، زمان تست به یک ثانیه کاهش می یابد. اگر هنگام تست ولتاژ، جریان نشتی در موادی که جهت ایزوله سازی بکار رفته به سرعت افزایش یابد این موضوع  بیانگر این است که ایزوله سازی بدرستی انجام نشده است(شکست عایقی رخ داده است). پدیده اثر کرونا و یا تخلیه الکتریکی گذرا نمی تواند علت شکست تست به حساب بیاید.
• زمانی که تست ولتاژ AC انجام می شود، علت اصلی جریان نشتی خازن های Y هستند. یک خازن 7nF می تواند باعث 5 میلی آمپر جریان نشتی شود. بر اساس آیین نامه UL-554 خازن های Y برای تست Hi-Pot باید خارج شوند که این موضوع در تولیدات انبوه امکان پذیر نیست. تنها راه حل افزایش جریان نشتی، معمولا به مقدار 25 میلی آمپر درهنگام تست می باشد. در حال حاضر شاخص نشتی جریان در آیین نامه های ایمنی تعریف نشده است.
• بر طبق آیین نامه IEC60950-1 در جاهایی که اولیه و ثانویه توسط پل خازنی به هم متصل شده است می توان از ولتاژ تست DC برای حل مشکل جریان نشتی استفاده کرد.

منابع تغذیه MEAN WELL میتوانند در این رنج فرکانسی کار کنند. اما اگر فرکانس کاری خیلی پایین باشد راندمان هم کاهش می یابد. برای مثال زمانی که منبع تغذیه از نوع SP-200-24 تحت ولتاژ 230 ولت و بار مجاز کار می کند اگر فرکانس کاری 60 هرتز باشد راندمان در حدود 84 درصد خواهد بود، ولی اگر فرکانس 50 هرتز باشد راندمان مقدار 3/83 درصد خواهد شد. اگر فرکانس کاری خیلی بالا باشد، مقدار ضریب توان در منابع تغذیه دارای قابلیت اصلاح ضریب توان کاهش می یابدو این موضوع باعث افزایش جریان نشتی نیز خواهد شد. برای مثال زمانی که یک منبع تغذیه SP-200-24 تحت ولتاژ 230 ولت و بار مجاز کار می کند، اگر فرکانس ورودی 60 هرتز و ضریب توان 93/0 باشد مقدار جریان نشتی در حدود 7/0 میلی آمپر خواهد بود. ولی اگر فرکانس ورودی به مقدار 440 هرتز افزایش یابد مقدار ضریب توان به 75/0 کاهش یافته و جریان نشتی به مقدار 3/4 میلی آمپر افزایش می یابد.

با استفاده از جدول مقایسه درایورهای LED مین‌ول، میتوانید محصولاتی را بیابید که قابلیت تغییر ولتاژ/جریان را دارند. از این طریق میتوانید محصول مناسب و مورد نظر خودتان را پیدا کنید. همچنین برای اینکه متوجه این موضوع بشوید که یک LED درایور قابلیت تغییر ولتاژ/جریان خروجی را دارد به دیتاشیت یا همان برگه مشخصات فنی آن مراجعه کنید. روی درایورهای LED یک یا چندین پتانسیومتر قرار داده شده است که از این طریق میتوانید ولتاژ و جریان مد نظرتان را با چرخاندن آن، تنظیم کنید. در سری‌های PLN/ELN لازم است که کاور بالایی آن را جدا کنید تا به پتانسیومترهای آن یعنی SVR1 و SVR2 دسترسی پیدا کنید.(مطابق شکل زیر) برای سایر سری‌ها پتانسیومترهای IoADJ , VoADJ از سوراخی که روی کیس قابل دسترس اند و نیازی به جدا کردن هیچ کاور و زحمت زیادی نیست. بعد از اینکه تغییرات مد نظرتان را اعمال کردید، این نکته را در نظر بگیرید که توان تنظیم شده بیشتر از سقف توانی درایور نباشد و نگهدارنده لاستیگی به درستی در جای خود نصب شده است. 

هنگامی که جریان کشیده شده بیش از نرخ تعیین شده در منبع تغذیه باشد، مدار حفاظتی برای مقابله با Overload/Overcurrent فعال خواهد شد. محافظت از Overload/Overcurrent به انواع زیر تقسیم بندی می شود:

• FOLDBACK CURRENT LIMITING

در این حالت جریان خروجی به مقدار 20 درصد از نرخ تعیین شده کاهش می­یابد. (شکل زیر، منحنی a)

• CONSTANT CURRENT LIMITING

در این حالت جریان خروجی در یک سطح ثابت و در محدوده مشخص باقی می ماند تا وقتی که ولتاژ خروجی به پایین ترین سطح آن افت کند. (شکل زیر، منحنی b )

• OVER POWER LIMITING

در این حالت توان خروجی ثابت باقی می ماند. هنگامی که بار خروجی افزایش می یابد، ولتاژ خروجی به همان نسبت کاهش می یابد. (شکل زیر، منحنی c)

• HICCUP CURRENT LIMITING

در این حالت با فعال شدن محافظت، ولتاژ و جریان خروجی مکررا به صورت پالسی روشن و خاموش می شوند. با از بین رفتن شرایط خطا این بخش به صورت خودکار ترمیم می شود.

• SHUT OFF

در این حالت هنگام افزایش بار به بیش از نرخ حفاظتی، ولتاژ و جریان خروجی قطع می شوند. توجه: مد حفاظتی در بعضی از محصولات شامل ترکیبی از موارد اشاره شده در بالاست، همچون constant current limiting + shut down. روش های  بازیابی

• Auto Recovery: منبع تغذیه به صورت خودکار با از بین رفتن شرایط خطا، بازیابی می گردد.
• Re-power on: بعد از وقوع خطا در منبع تغذیه ، باید یکبار به صورت دستی برق ورودی آن قطع و وصل شود تا به حالت نرمال بازگردد.

توجه: نباید منبع تغذیه را در شرایط اضافه جریان یا اتصال کوتاه در مدت زمان طولانی بکار برد، زیرا باعث کوتاه شدن طول عمر و صدمه دیدن آن می شود.

معمولا در مشخصات محصولات LED مین‌ول، منحنی ولتاژ-جریان(V-I) را نمایش داده است. هر مشخصه مربوط به یک نوع از درایورهای جریان ثابت(CC) یا جریان ثابت + ولتاژ ثابت(CC+CV) مربوط است.
درایورهای جریان ثابت(CC) تنها برای راه اندازی LED ها مناسب است.
در حالی که درایورهای جریان ثابت + ولتاژ ثابت(CC+CV) را میتوان هم برای راه اندازی LED و هم به عنوان منبع تغذیه سوئیچینگ معمولی استفاده نمود.
قسمتی از منحنی که برای راه‌اندازی و استفاده برای LED مناسب نیست را با نقطه چین نشان داده شده است و با توجه به نوع حفاظتی که برای آن در نظر گرفته شده یا به مد هیکاپ و یا به مد جریان ثابت میرود.
در این بخش تلارنس جریان تعریف نشده است، اما تنها مشخصه آن را نمایش میدهد.
اگر مشتریان میخواهند که به هنگام اتصال کوتاه(SHORT CIRCUIT) با جریان کشی زیادی مواحه نشوند، از منبع تغذیه هایی استفاده کنند که در مد حفاظتی به حالت هیکاپ میروند.
اما اگر میخواهند از منبع تغذیه برای بارهای خازنی و موتوری استفاده نمایند بهتر است مد حفاظتی آن جریان ثابت انتخاب شود.

پریودی که جریان از یک جهت به جهت دیگر شارش میکند به شرطی که ولتاژ خروچی Vo کمتر از 5 درصد تغییرات داشته باشد را زمان سویچینگ میگوییم. لطفا به نمودار های زیر مراجعه کنید تا معنی دقیق آن را متوجه شوید.  نتیجه ازمایش :

تغییر مسیر جریان و محاسبه زمان

الف) بر اساس توان مصرفی مورد نیاز و روش کاربری آن انتخاب کنید. همچنن همواره درصدی توان تولیدی را بیش از توان مورد نیاز در نظر بگیرید.

• نقطه کلیدی در هنگام اتصال مستقیم درایو LED به لامپ به نکات نصب و اتصالات LED مورد نظر توجه کنید.
• نقطه کلیدی در هنگام استفاده از پاور LED در کنار آی سی IC ها برای کنترل دقیق تر جریان لطفا به نکات نصب و اتصالات LED درایو ها توجه فرماید.

ب) بر اساس محیط نصب پاور LED رنج درجه حفاظت فیزیکی مناسب و نوع قالب ( انکلوزر فلزی، انکلوزر پلاستیکی یا PCB فریم) آن را در نظر بگیرید. ج) آیا نیاز به کنترل کننده ضریب توان یا PFC دارید؟ کنترل کننده ضریب توان یک طبقه ای برای بارهای LED مناسب اند و کنترل کننده های ضریب توان دو طبقه ای برای بارهای معمول بهتر عملکرد دارند. د) اکر سیستم LED به گونه ای طرح شده است که به صورت مستقیم راه اندازی شده است. از کننرل جریان و ولتاژ برای تعییر میزان درخشش به صورت دستی برای کنترل بهتر ارجحیت دارد. جدول مقایسه : دانلود کاتالوگ LED های مین ول : meanwell_LED اگر میخواهید از پاور های استفاده کنید که کنترل کننده توان تک مرحله ای استفاده کنید لطفا به تفاوت منبع تغدیه هایی که کنترل ضریب توان PFC تک طبقه و دو طبقه مراجعه کنید.

الف) سیستم روشنایی که به صورت درایو مستقیم طراحی شده :

• محدوده ولتاژ مستقیم ترکیب LED ها باید در محوده ولتاژ منبع تغذیه جریان ثابت (CC) باشد. برای مثال اگر Vf LED های مورد نظرما 3.6 الی 3.4 ولت باشد و 6 عدد از آنها را به صورت سری با یکدیگر قرار بدهیم ولتاژ Vf نهایی در رنج 20.4 الی 21.6 ولت میشود. در این مورد یک واحد 24 ولتی جریان ثابت (CC) در رنج متغییر 18 الی 24 ولت انتخاب شود.
• برای مدل های هایی که دارای PFC قعال هستند و سیستم ضریب توان بالاتر از 0.9 هستند، استفاده از بار باید بالاتر از آنچه که در مشخصات PFC مشخص شده باشد. رابطه بین PF و بار خروجی در شکل انتهایی نمایش داده شده است، معمولا نیازمند 75 درصد به بالاتر هستیم. دوباره مشخصات مدلی که استفاده میکنید را چک کنید تا تایید شود که نیازمندی های لازم پیاده شده است.
• در محدوده هایی که ولتاژ AC ناپایدار است مثل محدوده های صنعتی یا واحد های ژنراتوری وجود دارد لطفا از سری های LED کاربری عادی موجود در جدول یک استفاده کنید.

ب)سیستم های روشنایی که با آی سی درایو ها طراحی شده و کار میکند:

• ولتاژ راه اندازی آی سی میبایست نزدیک ولتاژ خروجی درایو ما باشد.
• آی سی های درایور نیازمند ولتاژ پایداری هستند که به خوبی کار کنند. پس بشدت توصیه میشود که از کاربری های معمولی سری های موجود در جدول یک استفاده شود.
• برای مدل های هایی که دارای PFC قعال هستند و سیستم ضریب توان بالاتر از 0.9 هستند، استفاده از بار باید بالاتر از آنچه که در مشخصات PFC مشخص شده باشد. رابطه بین PF و بار خروجی در شکل انتهایی نمایش داده شده است، معمولا نیازمند 75 درصد به بالاتر هستیم. دوباره مشخصات مدلی که استفاده میکنید را چک کنید تا تایید شود که نیازمندی های لازم پیاده شده است.
• دوباره مشخصات را چک کنید و تایید کنید که نیازمندهای لازم را پیاده کرده اید. هنگامی که از آی سی درایو ها استفاده میکنید، میتواند مشکلات EMI در سیستم افزایش یابد. بعد از این که سیستم  را روشنایی را طراحی کردید، مسئله EMI باید دوباره چک شود.

نمودار مشخصه ولتاژ در مقابل ضریب توان

براساس طراحی های مختلف مدارات منابع تغذیه MEAN WELL ورودی می تواند به سه صورت زیر باشد:

a.85~264VAC;120~370VDC
b.176~264VAC;250~370VDC
c.85~132VAC/176~264VAC by Switch; 250~370VDC

در مدل های a,b  منبع تغذیه می تواند بدون هیچ گونه ایرادی با هر دو ورودی AC  وDC کار کند. بعضی مدل ها از منابع تغذیه نیاز دارند که اتصال ورودی قطب ها به صورت صحیح انجام شود، یعنی قطب مثبت به پایه AC/L و قطب منفی به پایه AC/N   متصل شود. در بعضی دیگر از منابع تغذیه اتصال قطب ها باید به صورت معکوس انجام شود، یعنی قطب مثبت به پایه  AC/N  و قطب منفی به پایه AC/L متصل گردد. اگر به هر دلیلی پایه های ورودی به صورت نادرست متصل شود، منبع تغذیه خراب نمی شود، با تعویض پایه های ورودی منبع تغذیه شروع به کار می کند.

در مدل c باید دقت شود که سوئیچ تغییر مقدار ولتاژ ورودی به درستی انتخاب شود (115/230V). وقتی سوئیچ بر روی 115 ولت تنظیم شده و ولتاژ ورودی 230 ولت باشد، منبع تغذیه دچار صدمه می شود.

در کشورهای مختلف سطح ولتاژ متفاوت است، خروجی اینورتر TN-1500 در ورژن 110V AC می تواند به صورت 100/110/115/120VAC و به همین ترتیب خروجی اینورتر در ورژن  220VAC می تواند به صورت 200/220/230/240VAC متغیر باشد. زمانی که اینورتر در مد UPS تنظیم شده باشد و ولتاژ اصلی، نوسانی بالاتر از 5 درصد ولتاژ خروجی تنظیم شده، داشته باشد، اینورتر تغذیه خود را از باتری به جای برق شهر تامین میکند تا دقت خروجی تنظیم شده حفظ شود. در این حالت نمایشگر AC IN در پنل جلوی اینورتر خاموش می شود.

یک پدیده ناخواسته است که به صورت یک سیگنال متناوب با دامنه کوچک بر روی خروجی DC ایجاد شده که از ورودی AC منشا می­گیرد. شکل موج به صورت زیر نشان داده می شود:

در شکل موج نشان داده شده دو جز وجود دارد که یکی ریپل و دیگری نویز می باشد. ریپل در هنگام یکسوسازی (Rectification ) موج سینوسی ایجاد می شود که فرکانسی معادل دو برابر فرکانس ورودی را داراست. نویز در فرکانسهای بالا ایجاد می شود که در واقع هنگام سوچینگ با فرکانس بالا ایجاد می شود. برای اندازه گیری نویز فرکانس بالا، یک اسیلوسکوپ با پهنای باند 20مگاهرتز، یک پروب با کمترین سیم اتصال زمین و یک خازن 1/0 میکروفاراد که بصورت موازی با خروجی بسته شده است، نیاز می باشد.

بعضی از منابع تغذیه سیگنالی تحت عنوان Power Good در هنگام روشن شدن و Power Fail در هنگام خاموش شدن ایجاد می کنند. این سیگنال ها برای کنترل و مانیتورینگ استفاده می شود. Power Good طبق نمودار زیر، زمانی که ولتاژ خروجی یک منبع تغذیه به 90% ولتاژ نامی می رسد، یک سیگنال TTL ( 5 ولت) در بازه زمانی بین 10تا500 میلی ثانیه ارسال میگردد. Power Fail طبق نمودار زیر، یک میلی ثانیه قبل از اینکه ولتاژ خروجی به زیر 90% ولتاژ نامی برسد، سیگنال Power Good خاموش می شود.

توضیح مد های CC – CV – CV+CC در منبع تغذیه های LED

فن های خنک ساز طول عمر کوتاه تری نسبت به سایر اجزای سازنده منبع تغذیه دارند. با تغییر نحوه عملکرد فن ها میتوان ساعت های کارکرد منابع تغذیه را افزایش داد. رایجترین منطق کنترلی در ادامه توضیح داده می شود:

• کنترل دما : اگر دمای داخلی یک منبع تغذیه که بوسیله یک سنسور دما اندازه گیری می شود، بالاتر از مقدار آستانه تعیین شده (Threshold) باشد، فن با سرعت ماکزییم شروع به خنک کردن منبع تغذیه می کند. حال اگر دمای داخلی منبع تغذیه کمتر از مقدار آستانه تعیین شده باشد، فن متوقف شده یا با نصف سرعت ماکزیمم شروع به خنک کاری منبع تغذیه خواهد نمود. علاوه بر این، فن های خنک ساز در برخی منابع تغذیه بوسیله یک الگوریتم غیرخطی کنترل می شوند، بصورتی که می توانند با توجه به دمای داخل منبع تغذیه، سرعتهای متفاوتی داشته باشند.
• کنترل بار: اگر میزان بار متصل به منبع تغذیه بیش از مقدار آستانه تغیین شده باشد، فن با سرعت ماکزیمم شروع به کار خواهد کرد و اگر میزان بار کمتر از مقدار آستانه تعیین شده باشد، فن متوقف شده یا با نصف سرعت ماکزیمم شروع به کار خواهد کرد.

1. برای افزایش قابلیت اطمینان درانتخاب یک منبع تغذیه سوئچینگ پیشنهاد می شود که 30 درصد بالاتر از توان مصرفی مورد نیاز در نظر گرفته شود. برای مثال اگر سیستم نیاز به 100 وات توان مصرفی داشته باشد، منبع تغذیه ای با حداقل توان 130 وات تهیه شود. با این کار، قابلیت اطمینان منبع تغذیه در سیستم موجود، بطور قابل ملاحظه ای بالا می رود.
2. یکی دیگر از مواردی که باید به آن توجه شود دمای محیطی است که منبع تغذیه در آنجا نصب می شود. به همین منظور باید دستگاههای اطراف منبع تغذیه که تلفات گرمایی دارند نیز مد نظر قرار گیرند. اگر منبع تغذیه در محیطی با دمای بالا کار کند، توان خروجی آن افت می کند. نمودار تغییرات توان خروجی بر حسب دمای محیط در دیتاشیت منابع تغذیه آورده شده است.
3. انتخاب ویژگی های عملکردی منبع تغذیه بر اساس کاربرد مورد نیاز:
   • قابلیت های حفاظتی مانند حفاظت در برابر اضافه ولتاژ (OVP) ، حفاظت در برابر دمای بالا (OTP)، حفاظت در برابر اضافه بار (OLP) و … .
   • قابلیت های کاربردی مانند قابلیت Signaling (Power Good, Power Fail) ، Remote Control، Remote Sensing و … .
   • کاربردهای خاص مانند اصلاح ضریب توان (PFC) ، منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) .
4. مدل انتخابی از نظر استاندارد ایمنی و سازگازی الکترومغناطیسی (EMC) نیز بایستی مد نظر قرار بگیرد.