Журнал "Новости Электроники", номер 4, 2009 год.

Журнал "Новости Электроники", номер 4, 2009 год.Источники питания для жестких условий эксплуатацииДмитрий Еськин Компания TDK-Lambda═√ один из ведущих производителей источников питания для жестких климатических условий. В статье описываются линейки AC/DC-преобразователей HWS, HWS-HD и PFE с рабочим температурным диапазоном от -40 до 100╟С, выходным напряжением от 3,3 до 60═В и выходным током до 300═А.

Основная масса источников питания, выпускаемых европейскими, американскими и азиатскими производителями, рассчитана на температуру выше -10°С. В силу низкого спроса на основных рынках сбыта (Юго-Восточная Азия, Европа, Северная Америка), источники питания для жестких условий эксплуатации не являются массовой продукцией, и их разработка и производство для большинства фирм-изготовителей является экономически невыгодными.

Но если для стран Азии, большей части Европы и Америки температуры ниже -10°С являются экстремальными, то даже для средней полосы России, не говоря уже про районы Крайнего Севера, такие условия являются нормой жизни. Поиск и выбор источника питания для жестких условий эксплуатации – насущная проблема для любого российского разработчика, когда-либо занимавшегося проектированием аппаратуры для использования в неотапливаемых помещениях и на улице.

К источнику питания в таких условиях предъявляются более серьезные требования, чем к другим элементам электронного устройства. Отдельной проблемой является включение импульсного источника питания при отрицательных температурах, что связано с особенностями его схемотехники.

В состав любого типового контроллера импульсного источника питания входит компаратор, служащий для управления током на выходе преобразователя. Он имеет время невосприимчивости, рассчитываемое для нормальных условий эксплуатации (обычно около 100 нс). Оно необходимо для полноценного открытия МОП-транзистора с момента подачи на него управляющего сигнала и до момента измерения тока. Однако при низких рабочих температурах (ниже -20°С), МОП-транзистор не успевает полностью открыться за это время, это явление связано с уменьшением подвижности носителей заряда в полупроводнике. Поскольку величина падения напряжения на МОП–транзисторе имеет тенденцию изменяться при различной температуре, может наблюдаться неточность в ограничении тока, вплоть до полного отсутствия тока.

Ситуация усугубляется тем, что многие современные источники питания имеют системы «мягкого старта». Как правило, эти системы построены на термисторе с обратным температурным коэффициентом, включаемым во входную цепь. Такая схема способна вполне эффективно ограничивать пусковой ток, но при низких температурах термистор ограничивает ток сверх меры. При достаточно низкой температуре ток через термистор будет ничтожно мал. В этом случае систему вообще невозможно включить.

Для того, чтобы запустить источник питания при отрицательных температурах, необходимо дать прибору прогреться. Это может быть сделано посредством локального обогрева преобразователя до необходимой температуры при помощи внешнего источника тепла (мощного резистора), однако, эта мера может существенно снизить КПД устройства в целом при низкой мощности источника питания. Кроме того, это отрицательно сказывается на надежности устройства.

Можно также попытаться запустить такой источник «вручную» – последовательно включить и выключить прибор несколько раз с интервалом в 2-3 секунды, попытаться запустить его при минимально возможной нагрузке, но эти меры, конечно же, не подходят для промышленного использования.

В итоге наилучшим решением является использование приборов, параметры которых изначально предусматривают эксплуатацию при низких температурах.

Например, режим мягкого запуска, для которого используется термистор, служит большей частью для защиты от перенапряжения самого источника питания в момент включения, в частности, емкостей на входе преобразователя, не рассчитанных на перенапряжения, возникающие при включении. Решением может являться полный отказ от использования термистора на входе и замена конденсаторов на более устойчивые к перенапряжению, но при этом – более дорогие.

Введение в схему дополнительных элементов термоконтроля и термокомпенсации также поможет решить возникающие при запуске и эксплуатации проблемы.

Все эти задачи уже решены в специализированных источниках питания, разработанных с учетом эксплуатации в условиях низких температур.

Многие источники питания одного из ведущих мировых производителей, компании TDK-Lambda, разработаны специально для эксплуатации в условиях с низкой температурой окружающей среды. Серия источников питания HWS вполне подойдет для использования в центральной полосе России – производитель гарантирует их запуск и работу при температурах от -10°С. Для более жестких условий крайнего Севера предназначена серия HWS-HD, диапазон рабочих температур которой начинается от -40°С.

Но к жестким условиям относится не только холод, но и излишнее тепло. Источники питания серии PFE способны гарантированно работать при температурах основания модуля до 100°С.

 

Источники питания для монтажа на шасси или DIN-рейку

Источники электропитания серии HWS/HD (рис. 1) выпускаются в широком диапазоне мощностей (15...1500 Вт) и напряжений (3,3...48 В) (табл. 1, 2). 

 

 

Рис. 1. Внешний вид источников электропитания серии HWS 

Рассматриваемые приборы являются очень неприхотливыми в отношении требований к качеству питающей сети. Допустимое входное напряжение лежит в диапазоне от 85 до 265 В переменного тока и 120...370 В при питании от сети постоянного тока. В случае если входное напряжение является переменным, его частота должна лежать в границах 47...63 Гц.

Таблица 1. Параметры источников электропитания серии HWS

Модель Номинальное выходное напряжение, В Диапазон регулировки выходного напряжения, В Максимальный
выходной ток, А
Уровень пульсаций на выходе, мВ КПД, % HWS15-3/A 3,3 2,97...3,96 3 120 68 HWS30-3/A 3,3 2,97...3,96 6 120 70 HWS50-3/A 3,3 2,97...3,96 10 120 76 HWS100-3/A 3,3 2,97...3,96 20 120 78 HWS150-3/A 3,3 2,97...3,96 30 120 78 HWS15-5/A 5 4,0...6,0 3 120 77 HWS30-5/A 5 4,0...6,0 6 120 77 HWS50-5/A 5 4,0...6,0 10 120 82 HWS100-5/A 5 4,0...6,0 20 120 83 HWS150-5/A 5 4,0...6,0 30 120 83 HWS15-12/A 12 9,6...14,4 1,3 150 80 HWS30-12/A 12 9,6...14,4 2,5 150 81 HWS50-12/A 12 9,6...14,4 4,3 150 81 HWS100-12/A 12 9,6...14,4 8,5 150 83 HWS150-12/A 12 9,6...14,4 13 150 83 HWS15-15/A 15 12,0...18,0 1 150 80 HWS30-15/A 15 12,0...18,0 2 150 81 HWS50-15/A 15 12,0...18,0 3,5 150 81 HWS100-15/A 15 12,0...18,0 7 150 83 HWS150-15/A 15 12,0...18,0 10 150 83 HWS15-24/A 24 19,2...28,8 0,65 200 82 HWS30-24/A 24 19,2...28,8 1,3 200 83 HWS50-24/A 24 19,2...28,8 2,2 150 82 HWS100-24/A 24 19,2...28,8 4,5 150 84 HWS150-24/A 24 19,2...28,8 6,5 150 85 HWS15-48/A 48 38,4...52,8 0,33 200 80 HWS30-48/A 48 38,4...52,8 0,65 200 82 HWS50-48/A 48 38,4...52,8 1,1 200 83 HWS100-48/A 48 38,4...52,8 2,1 200 84 HWS150-48/A 48 38,4...52,8 3,3 200 85  

Таблица 2. Параметры источников электропитания серии HWS-HD 

Модель Номинальное выходное напряжение, В Диапазон регулировки
выходного напряжения, В
Максимальный
выходной ток, А
Уровень пульсаций
на выходе, мВ
КПД, % HWS50-3/HD 3,3 2,97...3,96 10 120 76 HWS100-3/HD 3,3 2,97...3,96 20 120 78 HWS150-3/HD 3,3 2,97...3,96 30 120 78 HWS300-3/HD 3,3 2,64...3,96 60 120 74 HWS600-3/HD 3,3 2,64...3,96 120 120 75 HWS1000-3/HD 3,3 2,64...3,96 200 120 71 HWS1500-3/HD 3,3 2,4...3,96 300 150 72 HWS50-5/HD 5 4,0...6,0 10 120 82 HWS100-5/HD 5 4,0...6,0 20 120 83 HWS150-5/HD 5 4,0...6,0 30 120 83 HWS300-5/HD 5 4,0...6,0 60 120 79 HWS600-5/HD 5 4,0...6,0 120 120 80 HWS1000-5/HD 5 4,0...6,0 200 120 76 HWS1500-5/HD 5 4,0...6,0 300 150 77 HWS1000-6/HD 6 4,8...7,2 167 150 79 HWS1500-6/HD 6 4,8...7,2 250 150 79 HWS1000-7/HD 6 6,0...9,0 134 150 80 HWS1500-7/HD 6 6,0...9,0 200 150 81 HWS50-12/HD 12 9,6...14,4 4,3 150 81 HWS100-12/HD 12 9,6...14,4 8,5 150 83 HWS150-12/HD 12 9,6...14,4 13 150 83 HWS300-12/HD 12 9,6...14,4 27 150 80 HWS600-12/HD 12 9,6...14,4 53 150 80 HWS1000-12/HD 12 9,6...14,4 88 150 82 HWS1500-12/HD 12 9,6...14,4 125 150 82 HWS50-15/HD 15 12,0...18,0 3,5 150 81 HWS100-15/HD 15 12,0...18,0 7 150 83 HWS150-15/HD 15 12,0...18,0 10 150 83 HWS300-15/HD 15 12,0...18,0 22 150 80 HWS600-15/HD 15 12,0...18,0 43 150 81 HWS1000-15/HD 15 12,0...18,0 70 150 83 HWS1500-15/HD 15 12,0...18,0 100 150 83 HWS50-24/HD 24 19,2...28,8 2,2 150 82 HWS100-24/HD 24 19,2...28,8 4,5 150 84 HWS150-24/HD 24 19,2...28,8 6,5 150 85 HWS300-24/HD 24 19,2...28,8 14 150 82 HWS600-24/HD 24 19,2...28,8 27 150 82 HWS1000-24/HD 24 19,2...28,8 46 150 85 HWS1500-24/HD 24 19,2...28,8 65 200 84 HWS1000-36/HD 36 28,8...43,2 30,7 200 85 HWS1500-36/HD 36 28,8...43,2 42 200 84 HWS50-48/HD 48 38.4...52,8 1,1 200 83 HWS100-48/HD 48 38,4...52,8 2,1 200 84 HWS150-48/HD 48 38,4...52,8 3,3 200 85 HWS300-48/HD 48 38,4...52,8 7 350 82 HWS600-48/HD 48 38,4...52,8 13 350 83 HWS1000-48/HD 48 38,4...52,8 28 200 86 HWS1500-48/HD 48 38,4...52,8 32 200 86 HWS1000-60/HD 60 48,0...66,0 18,4 400 85 HWS1500-60/HD 60 48,0...66,0 25,6 400 86

Способность выдерживать воздействие неблагоприятных внешних факторов обеспечивается защитным покрытием обеих сторон печатной платы. Модули соответствуют требованиям военного стандарта MIL-STD-810F (Military Standard, Environmental Test Methods and Engineering Guidelines) по устойчивости аппаратуры к воздействию вибрации и механических ударов.

Источники серии HWS могут использоваться в любом оборудовании, требующем высоконадежного электропитания, но особенно актуальны для применения в оборудовании автоматизации производственных процессов, испытательном и измерительном оборудовании, медицинской аппаратуре, аппаратуре средств связи и уличных большеформатных системах отображения информации.

Все приборы этой серии без каких-либо трудностей могут быть установлены на шасси. Для установки на DIN-рейку требуется специальные держатели (DIN rail bracket). Предлагаются держатели трех типоразмеров. Для крепления приборов серий HWS15 и HWS30 применяется держатель типоразмера DIN-01; HWS50 – DIN-02; HWS80, HWS100 и HWS150 – DIN-03. Устанавливаемый прибор жестко закрепляется в держателе, а затем устанавливается на DIN-рейку (рис. 2). 

 

 

Рис. 2. Схема установки источника электропитания серии HWS на DIN-рейку при помощи DIN rail bracket 

 

Модули питания для создания высоконадежных источников

Серия источников электропитания PFE (рис. 3) представляет собой AC/DC-преобразователь в формате full-brick. Номинал выходных мощностей лежит в диапазоне от 300 до 1000 Вт. 

 

 

Рис. 3. Внешний вид источника электропитания серии PFE

Ряд выходных напряжений составляет 12, 28, 48 или 51 В, имеется возможность регулировки в диапазоне более чем ±20% от номинального значения выходного напряжения.

Нестабильность по напряжению и току составляет не более 0,4%. Диапазон входных напряжений лежит в пределах от 85 до 265 В переменного тока частотой 47...440 Гц. Благодаря встроенной функции активного распределения тока нагрузки возможно параллельное подключение до шести модулей, что позволяет увеличить суммарную мощность и обеспечить резервирование питания. Также допускается последовательное включение модулей.

Модули PFE имеют активную коррекцию коэффициента мощности, электрическую прочность гальванической развязки «вход-выход» 3 кВ и защиту от импульсного перенапряжения до 6 кВ, снабжены защитой от перенапряжения, перегрузки по току и перегреву.

Приборы данной серии обладают малыми габаритами и очень высокой удельной мощностью. Низкий профиль приборов позволяет устанавливать их прямо на печатную плату и использовать в малогабаритной аппаратуре. Для обеспечения необходимого отвода тепла достаточно установить прибор на радиатор. Максимальная выходная мощность в 700 Вт модулей PFE700 может быть обеспечена при температуре окружающей среды до 100°С, что делает прибор незаменимым там, где обычные источники электропитания оказываются неработоспособными.

Все рассмотренные приборы соответствуют требованиям стандарта SEMI F47, определяющего уровень чувствительности прибора к качеству питающего напряжения, в частности, – к его кратковременным провалам.

Таблица 3. Параметры источников электропитания серии PFE

Модель Номинальное выходное напряжение, В Диапазон регулировки
выходного напряжения, В
Максимальный
выходной ток, А
КПД, % PFE300-12 12 9,6...14,4 25 81 PFE500-12 12 9,6...14,4 33 82 PFE500-12 12 9,6...14,4 42 81 PFE1000-12 12 9,6...14,4 60 80 PFE300-28 28 22,4...33,6 10,8 83 PFE500-28 28 22,4...33,6 18 84 PFE500-28 28 22,4...33,6 18 84 PFE1000-28 28 22,4...33,6 36 84 PFE300-48 48 38,4...57,6 6,3 84 PFE500-48 48 38,4...57,6 10,5 84 PFE500-48 48 38,4...57,6 10,5 84 PFE1000-48 48 38,4...57,6 21 84 PFE700-48 51 - 14 86

 

Заключение

Подводя итоги, можно смело сказать, что источники электропитания TDK-Lambda являются надежными изделиями с высокими показателями удельной мощности и КПД, и могут найти широкое применение в российских климатических условиях. Гарантия на приборы серии PFE составляет два года, серии HWS-HD – пять лет, а для серии HWS гарантия и вовсе пожизненная.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript  

 

 

Вернуться к содержанию номера







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.