Б. Дмитриенко Источники питания фирмы Mean Well и их применениеИсточники питания производства фирмы MEAN WELL становятся вс╦ более популярными как среди разработчиков, так и изготовителей электронной техники. Объясняется это, прежде всего, высоким качеством и действительно низкими ценами (средняя цена источников питания в открытом исполнении 0,3 $/Вт). Фирма предлагает широкий выбор источников питания для различных применений. В статье приводятся сведения о фирме, е╦ продукции (AC-DC- конверторы) и рекомендации по применению. Надеемся, что статья будет полезна всем, кто применяет источники питания фирмы MEAN WELL. О фирмеФирма MEAN WELL Enterprises Co. Ltd. - одна из крупнейших тайваньских производителей источников питания. Основана в 1982 году. Успешная деятельность фирмы на рынке производителей источников питания характеризуется постоянным ростом объемов производства и продаж. Объем продаж продукции фирмы по всему миру вырос более, чем в три раза за последние четыре года. Причем основные потребители - Европа и Северная Америка (более 50% от общих продаж). Номенклатура изделий фирмы включает широкую гамму источников питания - конверторы AC-DC, конверторы DC-DC и инверторы DC-AC. Продукция фирмы соответствует международным требованиям безопасности, что подтверждено сертификатами CE/UL/CSA/TUV. Норма возвращения изделий для исправления дефектов, действующая на фирме, менее 0,1% в течение года. Ведется постоянная работа по снижению и этого, весьма низкого, показателя. Фирма MEAN WELL прошла сертификацию и соответствует требованиям ISO-9001, начиная с 1994 года. MEAN WELL постоянно обновляет ассортимент своей продукции. Каждый год на рынок предлагается 5√6 новых серий конверторов с наиболее популярными параметрами. Сетевые источники питания (AC-DC-конверторы)Размеры статьи не позволяют сделать полный обзор всей продукции фирмы MEAN WELL, в связи с этим она посвящена только AC-DC-конверторам. Фирма Mean Well производит широкую гамму сетевых источников питания со стандартными входными и выходными характеристиками. Диапазон изменения входного напряжения источников обычно составляет 85√264 В переменного тока. В отдельных случаях этот диапазон разбит на два - 88√132 и 176√264 В. При этом необходимое значение входного напряжения выбирается с помощью специального переключателя. Начиная с мощности в 75 Вт, источники питания большинства серий имеют встроенный корректор мощности. Mean Well выпускает 10 основных групп AC-DC-конверторов:
Выходные напряжения источников имеют стандартные значения - от 3,3 до 48 В. Почти все источники питания позволяют производить подстройку выходного напряжения основных каналов в пределах ╠10% от номинала. В источниках питания с функциями подзарядки батарей имеются специальные напряжения 13,5, 26,5 и 53,5 В, имеющие подстройку для установки оптимального режима подзарядки. Источники с мощностью более 280 Вт имеют специальные опции для параллельного соединения. Входное напряжениеОсновная задача источников питания (ИП) - преобразовать напряжение сети (входное) в стабилизированное напряжение питания для электронных схем. Большинство типов источников могут использоваться как для подключения к сети переменного, так и постоянного тока. Если входное напряжение не соответствует номиналу ИП, то ИП может выйти из строя. Обычно номинал входного напряжения написан на корпусе или на видном месте одного из компонентов (при открытой конструкции). Необходимо помнить, что если форма переменного входного напряжения не соответствует нормальной синусоиде, источник питания может работать не- правильно. Входной токСтандартные ИП, работающие на переменном токе, имеют на входе фильтр импульсных помех, выпрямитель, сглаживающий фильтр, а далее - стандартный DC-DC-конвертор. Таким образом достигается возможность работы как с переменным током, так и с постоянным. Величина и форма входного тока определяется зарядными емкостями, выходной нагрузкой, КПД источника и корректором мощности. Типовой коэффициент форм-фактора мощности для импульсных ИП без корректора мощности составляет 0,4~0,6. Источники питания, оснащенные корректором мощности (серии SP), имеют значительно лучшие характеристики по входу. Коэффициент форм-фактора достигает значений 0,97~0,99. Физически это означает, что форма входного тока практически полностью соответствует форме входного напряжения. То есть по входу ИП становится адекватным активной нагрузке. Импульсные источники питания, оснащенные корректором мощности, имеют значительно меньшие шумы по входу и лучше используют подводимую мощность. Пусковой токПусковой ток ИП возникает при включении ИП в сеть, когда происходит зарядка входных емкостей сглаживающих фильтров и проходит переходной процесс включения силовых ключей. Это ток имеет форму выброса, в десятки раз превышающего рабочий входной ток ИП. Величина пускового тока зависит от времени переходного процесса включения, от нагрузки и от того, присутствует или отсутствует схема ограничения входного тока в источнике питания. Схема ограничения пускового тока обычно выполнена на термисторах с отрицательным температурным коэффициентом, включенных последовательно со входом. Входные предохранителиИсточники питания фирмы MEAN WELL имеют достаточно высокую степень защищенности и редко выходят из строя. Однако полностью исключить вероятность выхода из строя ИП, а вместе с ним возможность высоковольтного скачка напряжения на выходе, невозможно. Для того, чтобы дополнительно защитить входные цепи ИП, на входе устанавливают плавкие предохранители. Они надежно защищают схемы источников питания от значительных разрушений. Однако, в некоторых случаях, перегорание входных предохранителей вызвано необратимыми процессами во входных цепях, которые уже произошли до перегорания предохранителя. Поэтому его замена не всегда приводит к восстановлению работоспособности ИП. Несмотря на это, дополнительная защита входа весьма желательна, хотя бы для того, чтобы защитить питаемые схемы, то есть выполнить одну из важнейших функций ИП. Выходные цепи ИПВыходная мощностьКак известно, выходная мощность ИП определяется произведением выходного напряжения на выходной ток. Так называемая паспортная мощность ИП соответствует именно выходной мощности. Для источников питания паспортная мощность является величиной постоянной, поэтому при подстройке выходного напряжения в обратной зависимости изменяется и выходной ток. Особый случай - мощность многоканальных ИП. Фактическая выходная мощность многоканальных ИП определяется как сумма фактических выходных мощностей всех нагруженных выходных каналов. Максимальная паспортная выходная мощность ИП - фиксированная величина. При этом мощность каждого канала может изменяться в пределах паспортных данных. Однако, если сложить максимальные паспортные мощности каждого канала, то суммарная мощность будет превышать общую максимальную мощность ИП. Поэтому необходимо рассчитывать нагрузку всех каналов таким образом, чтобы суммарная мощность (фактическая) не превышала паспортную. Использовать режим работы ИП, когда постоянная расчетная нагрузка соответствует максимальной паспортной мощности, не рекомендуется. Защита от перегрузок по мощности и/или токуИсточники питания фирмы MEAN WELL снабжены цепями защиты, которые отключают ИП при превышении мощности и/или превышении выходного тока на 10~25%. Имеется интересная зависимость между крайними точками диапазона подстройки выходного напряжения и выходной мощностью, при которой срабатывает защита. Обычно, диапазон регулировки выходного напряжения составляет ╠10%, то есть размах изменения составляет 20%. Следовательно, если при максимальном выходном напряжении ИП выдает паспортную мощность, то при минимальном значении выходного напряжения защита по току может отключить источник при меньшей выходной мощности, чем паспортная. Это необходимо учитывать при подборе ИП и расчете максимальной нагрузки. Ограничения выходного токаОграничение выходного тока происходит по его постоянной составляющей, то есть ограничивается максимальное усредненное значение выходного тока. Функция понижает выходное напряжение, стабилизирует выходной ток и позволяет сохранить работоспособность ИП. Ограничение выходной мощностиОграничитель выходной мощности линейно понижает выходное напряжение и одновременно понижает выходной ток. Выключение ИП обратной связью по токуОбратная связь по току предназначена для радикального действия по защите ИП от перегрузки. Выключение источника обратной связью по току вызывает полное выключение выходного напряжения. Это отключение происходит в два этапа: сначала напряжение понижается на некоторое значение (приблизительно на 15~25%), а потом, примерно через минуту, если выходной ток не нормализуется, происходит полное отключение ИП. Цепи восстановленияАвтоматический перезапускБольшинство источников питания фирмы MEAN WELL имеют функцию автоматического перезапуска. Если произошла перегрузка, источник выключает выходное напряжение и переходит в ждущий режим. Автоматический перезапуск измеряет параметры перегрузки по току или мощности, вызвавшие отключение ИП, и, если эти параметры нормализовались, запускает ИП в штатном режиме. Ручной перезапускРучной перезапуск означает повторное включение источника питания посредством ручного управления. Прежде чем запустить ИП вручную, необходимо убедиться, что условия перегрузки, вызвавшие отключение, устранены. Необходимо помнить, что условия перезапуска требуют выдержать паузу несколько секунд между включением и выключением ИП. Предостережения при режимах перегрузкиЗащитные и восстановительные цепи источников питания разработаны таким образом, чтобы предотвратить выход из строя ИП, однако длительное нахождение ИП в экстренном режиме перегрузки не рекомендуется и может привести к выходу из строя компонентов ИП. Защита от температурных перегрузокИсточники питания MEN WELL оснащены различными схемами защиты от температурных перегрузок, включая активное охлаждение. Однако, при нарушении температурного режима источники отключаются. Эта схема отключает выход ИП, когда температура внутри ИП выше допустимой. Перегрев источников вызывается обычно перегрузкой по току или мощности, или при выходе из строя вентилятора охлаждения. Возврат ИП к нормальной работе происходит при возврате температуры в норму, в том числе, нормализации температуры благодаря включению вентилятора. Установка, подключение, разъемыИП даже с наибольшей эффективностью не будут нормально функционировать, если они неправильно установлены или подключены. Как это ни тривиально звучит, но ещ╦ раз нелишне напомнить: прежде чем устанавливать и подключать ИП, "прочитайте инструкцию". УстановкаПри установке необходимо учитывать несколько простых правил:
Рисунок 1. Схема распределения охлаждающих воздушных потоков Ухудшение выходных параметровВыходная мощность зависит от температуры работы ИП. Ухудшение выходных параметров возникает при граничных и запредельных рабочих температурах. Снижение параметров выходной мощности является штатным, они приводятся в спецификациях источников питания фирмы MEAN WELL. Крепежные винтыНеобходимо проверять длину внутренней части крепежных винтов - она должна соответствовать спецификациям. В противном случае, возможны повреждения внутренних цепей или аварийные замыкания. Разъемы, клеммы и монтаж проводов
Рисунок 2. Монтажная схема подключения к сети и к нагрузке ЗаземлениеЗаземление ИП производится посредством соединения с корпусом аппаратуры как можно более коротким и толстым проводом. Это соединение влияет на безопасность и шумовые характеристики. Клеммы для подключения заземления обозначаются "FG" (рис. 3). Рисунок 3. Схема заземления ИП Дистанционное управление ИПВыходное напряжение отдельных ИП можно включать и отключать с помощью дистанционного управления (Remote Control). Сигнал дистанционного управления имеет уровень TTL и подключается к клеммам "+RC" и "-RC". Низкий сигнал (около нуля) включает, а высокий (более одного Вольта) - выключает выходное напряжение. Источники питания поставляются с включенной перемычкой между клеммами "+RC" и "-RC". То есть "по умолчанию" они постоянно включены (рис. 4). Рисунок 4. Общая схема расположения внешних проводов Дистанционный контроль выходного напряженияИсточники питания MEAN WELL повышенной мощности имеют возможность контроля напряжения непосредственно на нагрузке для компенсации падения напряжения на проводящих проводах (Remote Sensor). Это падение, обычно не-значительное, становится заметным при больших токах и длинных подводящих проводах. Поддержание стабильного напряжения на нагрузке обеспечивается с помощью дополнительной обратной связи, снимающей напряжение непосредственно с нагрузки. Провода обратной связи подключаются к клеммам "+S" и "-S" (рис. 4). Управление пусковым токомВо входных цепях источников питания фирмы MEAN WELL установлены конденсаторы большой емкости. В связи с этим пусковой ток при включении ИП достигает 40 А при напряжении питания на входе 220 В. Когда используется несколько ИП, пусковой ток соответственно увеличивается во столько же раз и достигает сотен Ампер. Для того, чтобы избежать таких неприятных бросков в одной системе питания, применяется два метода: первый - последовательное включение ИП, второй - управление пусковым током каждого ИП. Возможна суммарная комбинация методов. В случае последовательного включения все ИП разбиваются на ведущие и ведомые. Первым включается ведущий, а потом, через некоторую задержку, ведомый. Далее - по цепочке. Схема организации такого включения приведена на рис. 5. Рисунок 5. Схема последовательного (с задержкой) включения ИП Параллельное включениеПараллельное включение применяется тогда, когда необходимо повысить выходной ток. Для этих целей фирма MEAN WELL выпускает ИП серии PS, имеющие функцию параллельного включения. Источники питания серии PS имеют специальные клеммы "P", которые соединяются между собой при параллельном включении, что задействует функцию распределения токов (рис. 6). Рисунок 6. Схема параллельного включения ИП с функцией "P" Необходимо учитывать, что ИП, соединенные параллельно, не отдают своей полной мощности. Небольшая часть выходного напряжения расходуется на компенсацию разницы между выходами различных источников. ИП, не относящиеся к серии PS, также можно включать параллельно, используя общие правила для параллельного включения. Схема такого включения приведена на рис. 7. Рисунок 7. Схема параллельного включения ИП без функции "P"
Последовательное включениеИсточники питания могут быть включены последовательно для повышения выходного напряжения. Имеется два способа последовательного включения. При первом способе используются выравнивающие сопротивления, при втором - защитные реверсивные параллельные диоды (рис. 8а и б). Некоторые источники питания фирмы MEAN WELL разработаны с учетом возможности последовательного включения без дополнительных внешних компонентов. Для этого они имеют встроенные защитные диоды на выходе. Такие ИП обозначены в каталоге MEAN WELL как имеющие функцию "H". Снижение пульсаций и шумов на выходеКак известно, уровень шумов определяется как максимальное значение напряжения полного размаха шумов (пик√пик) в диапазоне частот от 0 до 20 мГц. Источники питания фирмы MEAN WELL, как правило, имеют на выходе уровень шумов (Ripple & Noise), не превышающий паспортный. Обычно он находится в диапазоне от 75 до 200 мВ. В подавляющем большинстве случаев это достаточно низкий показатель. Однако, иногда возникает необходимость дополнительно снизить уровень шумов. Снижение пульсаций и шумов на выходе ИП достигается при помощи внешних импульсных фильтров (рис. 9). Рисунок 9. Выходной фильтр импульсных помех Импульсные фильтры MEAN WELL поставляет дополнительно. Приводим некоторые данные фильтров:
Требования по минимальной нагрузкеИмпульсные источники питания традиционно требуют подключения постоянной нагрузки на выходе. Если эта проблема решена в большинстве одноканальных ИП, которые могут работать вовсе без начальной нагрузки, то для многоканальных ИП проблема по-прежнему актуальна. Объясняется это тем, что в многоканальных ИП основной канал является опорным и жестко регулируемым (master channel) а остальные - вспомогательными, квазирегулируемыми. Поэтому, чтобы выставить всю линейку напряжений, основной канал обязательно должен быть нагружен. Таким образом, минимальная нагрузка основного канала выполняет калибрирующие функции. Обычно, точность установки вторичных выходных напряжений (5~7%) несколько ниже, чем опорных. Нейтрализация импульсных бросков напряжения по входуНейтрализация импульсных бросков напряжения производится при помощи подключения варисторов на входе. Пример такой схемы приведен на рис. 10. Варисторы включены параллельно входу и между входными проводами и землей. Рисунок 10. Схема защиты входа от импульсов напряжения Запуск источников питания в условиях низких температурВ источниках питания фирмы MEAN WELL проблема ограничения пускового тока во время холодного старта решается с помощью термистора с обратным температурным коэффициентом, включенного во входную цепь. В начальный период термистор имеет большое сопротивление и заметно ограничивает входной ток, потом прогревается и не представляет заметного сопротивления для рабочего тока. При низких температурах (менее -10╟С) термистор имеет такое высокое сопротивление, которое может ограничивать пусковой ток сверх меры. (Естественно, это касается приборов с рабочим температурным диапазоном от -10╟С.) Это может создать проблемы запуска ИП, поскольку для успешного запуска необходим достаточно большой ток. Решить проблему можно с помощью следующих действий:
Применение ИП в качестве зарядных устройствПри применении стандартных ИП в качестве устройств для зарядки аккумуляторных батарей, батарею к выходу ИП необходимо подключать через последовательные диоды, предохранители или электронные ограничители тока. Эти компоненты защитят выход ИП от, возможно, большего напряжения на аккумуляторе и от перепутывания полярности. Фирма MEAN WELL выпускает специализированные ИП, предназначенные для зарядки батарей (Charger). Схемы этих приборов содержат описанные компоненты как встроенные, поэтому необходимость в применении внешних компонентов отпадает. ЭлектробезопасностьОсновная задача ИП сводится к получению безопасного стабильного постоянного напряжения для питания аппаратуры. Они должны защитить как аппаратуру, так и пользователей от воздействия высокого напряжения. Поэтому они должны соответствовать определенным требованиям безопасности. Требования безопасности проверяются по нескольким показателям, которые описаны ниже. Электрический удар
Работа при высоких температурахВо время работы ИП температура отдельных элементов внутри корпуса может достигать 100ºС. Излишне говорить, что касаться этих компонентов не стоит. В аварийных случаях имеется вероятность теплового пробоя и даже взрывов компонентов. Поэтому эксплуатация ИП при высоких температурах требует дополнительной осторожности. Диапазон входного напряженияИмпульсные источники питания имеют ограниченный диапазон входного напряжения. Этот диапазон может включать значения напряжения в 3√4 раза выше номинального, однако оно вс╦ же ограничено. При превышении этого диапазона источники могут выйти из строя сами и вывести из строя питаемую аппаратуру. Необходимо обязательное соответствие входного напряжения рабочему диапазону. Большинство ИП производства MEAN WELL имеет универсальный диапазон входного напряжения - от 85 до 260 В переменного тока и соответствующий диапазон входного напряжения по постоянному току. В некоторых ИП входной диапазон разбит на два, и в этом случае необходимый диапазон входного напряжения выбирается с помощью переключателя. Необходимые сведения приводятся в спецификациях. Ток утечкиТок утечки ИП возникает из-за утечки, имеющей место в фильтрующих элементах. Ток утечки характеризует проводимость между входом и выходом ИП. Он определяет степень защиты от высокого входного напряжения. Этот ток регламентируется соответствующими стандартами и приводится в спецификациях ИП. Необходимо учитывать, что ток утечки возрастает в разы, а степень защиты падает, если включать несколько источников параллельно. Фирма MEAN WELL выпускает специальные ИП для медицинских применений, ток утечки которых не превышает 0,3 мА при напряжении 240 В. Изоляция, клеммыВ источниках питания фирмы MEAN WELL применяются монтажные и намоточные провода с изоляцией, способной выдержать большие температурные нагрузки. Кроме того, все провода подобраны соответственно расчетным токам. Все клеммные соединения рассчитаны на значительное превышение токов над номинальными значениями. Распределение токов по потребителямВажный вопрос - вопрос распределения токов по двум и более нагрузкам. Дело в том, что защита выхода по току настроена на максимальный выходной ток, который является суммарным. В то же время, подключение нескольких потребителей, в том числе маломощных, обуславливает ситуацию, когда токи отдельных потребителей гораздо меньше тока срабатывания защиты. В этих случаях даже короткое замыкание в одной из небольших нагрузок может не включить защиту ИП, и выходное напряжение не отключится. Поэтому линии небольших нагрузок должны быть защищены дополнительным предохранителем (рис. 11). Рисунок 11. Схема включения нагрузок с различным потреблением тока Электромагнитная совместимостьВсе импульсные источники питания производятся согласно стандартам на электромагнитную совместимость (EMI). Однако неправильное подключение нагрузки, заземления и так далее могут повлиять на эффективность работы и вызвать повышенный уровень шумов и электромагнитных излучений. Для того чтобы наиболее эффективно использовать ИП и выдерживать стандарты, которым соответствуют ИП, необходимо выполнять следующие требования. Пространственный монтажУбедитесь, что входные провода правильно расположены. Необходимо, как только возможно, отдалять входные и выходные провода. Обычно, если входные и выходные линии находятся рядом, уровень шума повышается, а вместе с ним повышается и общий уровень шумов всей аппаратуры. Уровень шумов также повышается, если входные провода располагаются в непосредственной близости от внутренних (обычно цифровых, а значит импульсных) цепей аппаратуры. В этом случае излучения больших входных токов может повлиять на правильное функционирование схем. Длина и сечение проводовВходные и выходные провода должны быть как можно короче и иметь как можно большее сечение. Парные провода должны быть переплетены (витая пара). Однородные провода, например все выходные, должны быть связаны в жгут. НадежностьИмпульсные источники питания фирмы MEAN WELL доказали свою надежность в самых широких областях применения. Однако, как и всякая продукция, эти приборы имеют свой жизненный цикл. Усредненный жизненный цикл ИП определяется как расчетное время между отказами (Mean Time Between Failure - MTBF). Обычно этот цикл очень длительный. В то же время, он зависит от правильной установки и условий применения ИП (окружающей температуры, технологии монтажа, соблюдения предельных электрических параметров, вибрации, охлаждения, ударов), которые уменьшают время безотказной работы. Время жизненного цикла (life cycle) для каждого изделия MEAN WELL приведены в спецификациях, в разделе "REPORT". Обычно это время составляет 300~400 тысяч часов при нормальных условиях эксплуатации. Влияние температуры среды на срок работыКаждый элемент импульсных источников питания имеет свой жизненный цикл, зависящий от температуры окружающей среды. Время безотказной работы определяется физической конструкцией и химическим составом компонентов. Наиболее чувствительными компонентами являются электролитические конденсаторы. Они во многом определяют время безотказной работы приборов в целом. От этого зависит частота обслуживания ИП в зависимости от температуры. Приводим нормативы обслуживания ИП производства MEAN WELL:
ЗАО ╚КОМПЭЛ╩ |
Nick пишет... Возможно ли включать последовательное источники минве разных мощностей
08/06/2019 15:40:40 |
Назар пишет... В интернет-магазине LuxVolt имеются импульсные блоки питания (AC/DC преобразователи), LED драйвера (блоки питания для светодиодов), DC/DC-преобразователи, инверторы и зарядные устройства Mean Well (Тайвань) - по самым выгодным ценам на рынке Украины.
25/01/2022 08:58:43 |
Ваш комментарий к статье | ||||