Выпуск #2/2010
А.Гончаров, К.Степнев, О.Негреба.
AC/DC-преобразователи для промышленного и специального назначения
AC/DC-преобразователи для промышленного и специального назначения
Просмотры: 6063
Уже более 18 лет группа компаний "Александер Электрик" производит несколько серий модульных AC/DC-преобразователей мощностью от 30 до 1500 Вт, предназначенных для аппаратуры промышленного и специального назначения [1–4]. Низкопрофильная компактная конструкция, широкий диапазон рабочих температур корпуса, а также наличие всех видов защиты и сервисных функций выгодно отличают AC/DC-преобразователи группы компаний "Александер Электрик" от аналогичной продукции других производителей.
AC/DC-преобразователи применяют в самых разных областях – это промышленная автоматика, телекоммуникационное оборудование, контрольно-измерительное оборудование, оборудование промышленного назначения для обработки данных, средства обеспечения безопасности, а также техника специального назначения. В табл.1 приведены массогабаритные показатели модульных преобразователей, их энергетическая плотность и сервисные функции.
Ряд схемотехнических, конструктивных и технологических решений, позволяющих использовать преобразователи в различных системах электропитания, защищены патентами и авторскими свидетельствами [5–9].
Рассмотрим более подробно особенности AC/DC-модулей группы компаний "Александер Электрик".
Малые габариты
Наиболее наглядным удельным показателем, позволяющим сравнивать различные модули питания, является энергетическая плотность или удельная мощность (Power Density). Действительно, чем больше максимальная выходная мощность и меньше собственный объем модуля питания, тем привлекательней такое изделие для разработчиков электронной аппаратуры. Компактные размеры AC/DC-модулей питания группы компаний "Александер Электрик" обеспечивают очень высокие показатели энергетической плотности, превышающие для мощных модулей значение 1000 Вт/дм3.
Низкопрофильность
Практически не имеющая аналогов низкопрофильная конструкция модулей позволяет встраивать их в оборудование с крайне ограниченным пространством по высоте. Так, например, даже 1500 Вт-модуль RD1500 может быть установлен в 1U-корпус 19-дюймовых промышленных, телекоммуникационных и специальных стоек, а 30 Вт модуль HL30 имеет толщину всего 16 мм.
Температурный диапазон
Широкий рабочий температурный диапазон – одно из важнейших требований к компонентам аппаратуры для необслуживаемых подвижных и стационарных объектов, работающих в холодном климате. AC/DC-модули питания имеют диапазон рабочих температур корпуса -50…85°С, что делает их надежными и работоспособными в самых жестких климатических условиях. Наличие дополнительных температурных исполнений (-40…85°С и -10…70°С) удешевляет AC/DC-преобразователи и позволяет применять их в оборудовании, эксплуатируемом в различных климатических условиях.
Входное напряжение
Широкий диапазон входной сети переменного тока делает возможным применение преобразователей в электронной аппаратуре со значительными отклонениями питающих напряжений, что значительно увеличивает отказоустойчивость аппаратуры в аварийных режимах первичного источника электропитания. Такой диапазон также позволяет применять преобразователи в аппаратуре, рассчитанной на различное номинальное входное напряжение. Преобразователи способны работать также и от постоянного входного напряжения в диапазоне от 112 до 370 В. По сравнению с DC/DC-конвертерами стандартного исполнения AC/DC-преобразователи имеют развитую охлаждающую поверхность и в большинстве случаев функционируют без дополнительного радиатора.
Мощные преобразователи способны работать от трехфазного входного напряжения, что повышает их эффективность в аппаратуре при наличии промышленной или специальной трехфазной сети переменного тока. Преобразователи сохраняют работоспособность при пропадании или снижении напряжения одной из фаз входной сети, что повышает надежность функционирования аппаратуры.
Помимо перечисленных высоковольтных входных напряжений возможна модернизация преобразователей по требованиям потребителя под относительно низковольтные входные сети постоянного и переменного тока с номиналами 24, 27, 36, 48, 60, 72 и 96 В.
Выходное напряжение
Выходное напряжение серийно производимых модулей ограничено диапазоном 3–60 В. Если нужны более высокие выходные напряжения, можно использовать последовательное соединение выходных каналов одного или нескольких модулей. При этом следует учитывать, что нестабильность выходного напряжения может возрасти. На рис.1–3 показаны примеры такого включения. Возможно также изготовление модулей со стабилизацией суммарного выходного напряжения двух гальванически связанных каналов для обеспечения высокостабильного выходного напряжения номиналом 60–120 В.
Защита от перегрузки и от короткого замыкания (КЗ)
Если выходной ток превышает 100–140% от номинального значения, система управления преобразователя начинает снижать выходное напряжение модуля, ограничивая тем самым его выходную мощность. При дальнейшем увеличении выходного тока модуль переходит в режим релаксации. Если устранить причину, вызвающую перегрузку или КЗ, модуль автоматически восстанавливает свою работоспособность.
Защита от перенапряжения на выходе
Модули имеют дополнительную, независимую от основной, цепь обратной связи, которая активируется, если выходное напряжение превышает номинальное значение на 115–125%.
Тепловая защита
Температура, при которой активируется данный вид защиты, превышает предельно допустимую температуру корпуса модуля на 5–10°С. При этом модуль переходит в режим релаксации и если температура на корпусе становится ниже этого порога, модуль автоматически восстанавливает свою работоспособность.
Дистанционное выключение/включение модулей
Управление выключением/включением производится подачей/снятием напряжения 3,5–4,5 В с выводов УПР (рис.4). По специальному заказу в модулях может быть организован инверсный алгоритм дистанционного управления, когда при подаче напряжения на выводы УПР модуль включается.
Подстройка выходного напряжения
У AC/DC-модулей мощностью более 150 Вт выходное напряжение может подстраиваться в пределах ±5% от номинального значения с помощью потенциометра, расположенного рядом с выходным разъемом. Это может потребоваться, например, для компенсации падения напряжения на протяженных проводниках нагрузки или на развязывающем диоде, позволяет получить выходное напряжение модуля, отсутствующее в стандартном ряду напряжений или, при необходимости, производить оперативную подстройку выходного напряжения в обе стороны в небольших пределах. Также можно организовать дополнительный вывод регулировки для подключения внешнего потенциометра или для электронной подстройки выходного напряжения внешним источником напряжения или тока.
Наличие корректора коэффициента мощности (ККМ)
В модули с выходной мощностью более 150 Вт встроен активный корректор коэффициента мощности. Наличие ККМ позволяет модулю потреблять ток от входной сети в течение всего периода синусоиды входного напряжения. За счет этого снижается максимальное и действующее значение потребляемого тока, что позволяет подключать к одной электросети большее количество потребителей, не создавая в ней перегрузок по току. Кроме этого, коррекция коэффициента мощности позволяет снизить потребление реактивной мощности, а значит – и затраты на электроэнергию.
Параллельная работа
В преобразователях с выходной мощностью более 400 Вт предусмотрено активное выравнивание выходных токов при параллельной работе нескольких модулей на общую нагрузку. Это необходимо, например, при наращивании мощности системы электропитания и при построении систем электропитания с резервированием. Если подключение выполнено правильно, разбаланс токов модулей, включенных параллельно, на номинальной суммарной выходной мощности не превышает 10–15%. Пример включения модулей для мощной системы электропитания с резервированием показан на рис.5.
Выносная обратная связь
Функция выносной обратной связи позволяет компенсировать падение напряжения на соединительных проводах и с высокой точностью поддерживать заданное напряжение на удаленной от преобразователя нагрузке (рис.6).
Выход подключения внешнего вентилятора
В мощных модулях имеется дополнительный выход для подключения внешнего вентилятора и организации принудительного охлаждения. Выходное напряжение для питания вентилятора составляет 12 В при токе до 200 мА. Параметры выхода питания вентилятора по специальному заказу могут быть изменены.
Анализ современного рынка AC/DC-преобразователей показывает, что продукция группы компаний "Александер Электрик" сочетает в себе весь комплекс качеств, необходимых для современной продукции промышленного и специального назначения. В табл.2 для примера приведено сравнение некоторых технических характеристик AC/DC-преобразователя KS500 мощностью 500 Вт производства группы компаний "Александер Электрик" c источниками других производителей.
В заключение отметим, что современные системы электропитания, функционирующие в условиях интенсивного воздействия механических, климатических и химических факторов, предъявляют высокие требования к надежности AC/DC-преобразователей при работе в таких условиях, а также к совокупности их защитных и сервисных функций, компактности и широкому диапазону входного напряжения.
AC/DC-преобразователи группы компаний "Александер Электрик" не имеют мировых аналогов по сочетанию широкого температурного диапазона, устойчивости к внешним воздействующим факторам и низкопрофильного компактного конструктива. Уникальный комплекс свойств, которыми они обладают, позволяет повысить конкурентоспособность аппаратуры промышленного и специального назначения и отражает современный уровень высокотехнологичной продукции производителя, использующего принцип сочетания новейших технологий и ресурсосбережения.
Литература
1. Номенклатура AC/DC преобразователей. Официальный сайт группы компаний "Александер Электрик" www.aeps-group.ru.
2. Группа компаний "Александер Электрик". Каталог продукции. 2010 г.
3. Источники вторичного электропитания, унифицированные в модульном исполнении. Модули серии "H-A". Технические условия БКЯЮ.436610.010ТУ.
4. Источники вторичного электропитания, унифицированные в модульном исполнении. Модули серии "МАА". Технические условия Главного конструктора БКЯЮ.436610.015ТУ ГК.
5. Гончаров А.Ю. Патент на полезную модель №19247.
6. Гончаров А.Ю. Патент на полезную модель №19440.
7. Гончаров А.Ю. Патент на полезную модель №21702.
8. Гончаров А.Ю. Патент на полезную модель №53835.
9. Гончаров А.Ю. Патент на изобретение №2265977.
Ряд схемотехнических, конструктивных и технологических решений, позволяющих использовать преобразователи в различных системах электропитания, защищены патентами и авторскими свидетельствами [5–9].
Рассмотрим более подробно особенности AC/DC-модулей группы компаний "Александер Электрик".
Малые габариты
Наиболее наглядным удельным показателем, позволяющим сравнивать различные модули питания, является энергетическая плотность или удельная мощность (Power Density). Действительно, чем больше максимальная выходная мощность и меньше собственный объем модуля питания, тем привлекательней такое изделие для разработчиков электронной аппаратуры. Компактные размеры AC/DC-модулей питания группы компаний "Александер Электрик" обеспечивают очень высокие показатели энергетической плотности, превышающие для мощных модулей значение 1000 Вт/дм3.
Низкопрофильность
Практически не имеющая аналогов низкопрофильная конструкция модулей позволяет встраивать их в оборудование с крайне ограниченным пространством по высоте. Так, например, даже 1500 Вт-модуль RD1500 может быть установлен в 1U-корпус 19-дюймовых промышленных, телекоммуникационных и специальных стоек, а 30 Вт модуль HL30 имеет толщину всего 16 мм.
Температурный диапазон
Широкий рабочий температурный диапазон – одно из важнейших требований к компонентам аппаратуры для необслуживаемых подвижных и стационарных объектов, работающих в холодном климате. AC/DC-модули питания имеют диапазон рабочих температур корпуса -50…85°С, что делает их надежными и работоспособными в самых жестких климатических условиях. Наличие дополнительных температурных исполнений (-40…85°С и -10…70°С) удешевляет AC/DC-преобразователи и позволяет применять их в оборудовании, эксплуатируемом в различных климатических условиях.
Входное напряжение
Широкий диапазон входной сети переменного тока делает возможным применение преобразователей в электронной аппаратуре со значительными отклонениями питающих напряжений, что значительно увеличивает отказоустойчивость аппаратуры в аварийных режимах первичного источника электропитания. Такой диапазон также позволяет применять преобразователи в аппаратуре, рассчитанной на различное номинальное входное напряжение. Преобразователи способны работать также и от постоянного входного напряжения в диапазоне от 112 до 370 В. По сравнению с DC/DC-конвертерами стандартного исполнения AC/DC-преобразователи имеют развитую охлаждающую поверхность и в большинстве случаев функционируют без дополнительного радиатора.
Мощные преобразователи способны работать от трехфазного входного напряжения, что повышает их эффективность в аппаратуре при наличии промышленной или специальной трехфазной сети переменного тока. Преобразователи сохраняют работоспособность при пропадании или снижении напряжения одной из фаз входной сети, что повышает надежность функционирования аппаратуры.
Помимо перечисленных высоковольтных входных напряжений возможна модернизация преобразователей по требованиям потребителя под относительно низковольтные входные сети постоянного и переменного тока с номиналами 24, 27, 36, 48, 60, 72 и 96 В.
Выходное напряжение
Выходное напряжение серийно производимых модулей ограничено диапазоном 3–60 В. Если нужны более высокие выходные напряжения, можно использовать последовательное соединение выходных каналов одного или нескольких модулей. При этом следует учитывать, что нестабильность выходного напряжения может возрасти. На рис.1–3 показаны примеры такого включения. Возможно также изготовление модулей со стабилизацией суммарного выходного напряжения двух гальванически связанных каналов для обеспечения высокостабильного выходного напряжения номиналом 60–120 В.

Рис.1. Последовательное соединение выходных каналов одного двухканального модуля
Защита от перегрузки и от короткого замыкания (КЗ)
Если выходной ток превышает 100–140% от номинального значения, система управления преобразователя начинает снижать выходное напряжение модуля, ограничивая тем самым его выходную мощность. При дальнейшем увеличении выходного тока модуль переходит в режим релаксации. Если устранить причину, вызвающую перегрузку или КЗ, модуль автоматически восстанавливает свою работоспособность.

Рис.2. Последовательное соединение выходных каналов двух одноканальных модулей
Защита от перенапряжения на выходе
Модули имеют дополнительную, независимую от основной, цепь обратной связи, которая активируется, если выходное напряжение превышает номинальное значение на 115–125%.
Тепловая защита
Температура, при которой активируется данный вид защиты, превышает предельно допустимую температуру корпуса модуля на 5–10°С. При этом модуль переходит в режим релаксации и если температура на корпусе становится ниже этого порога, модуль автоматически восстанавливает свою работоспособность.

Рис.3. Пример последовательного соединения выходов модулей для получения мощного выхода высоковольтного напряжения (250 В; 7,5 кВт)
Дистанционное выключение/включение модулей
Управление выключением/включением производится подачей/снятием напряжения 3,5–4,5 В с выводов УПР (рис.4). По специальному заказу в модулях может быть организован инверсный алгоритм дистанционного управления, когда при подаче напряжения на выводы УПР модуль включается.
Подстройка выходного напряжения
У AC/DC-модулей мощностью более 150 Вт выходное напряжение может подстраиваться в пределах ±5% от номинального значения с помощью потенциометра, расположенного рядом с выходным разъемом. Это может потребоваться, например, для компенсации падения напряжения на протяженных проводниках нагрузки или на развязывающем диоде, позволяет получить выходное напряжение модуля, отсутствующее в стандартном ряду напряжений или, при необходимости, производить оперативную подстройку выходного напряжения в обе стороны в небольших пределах. Также можно организовать дополнительный вывод регулировки для подключения внешнего потенциометра или для электронной подстройки выходного напряжения внешним источником напряжения или тока.

Рис.4. Использование функции дистанционного выключения/включения модулей
Наличие корректора коэффициента мощности (ККМ)
В модули с выходной мощностью более 150 Вт встроен активный корректор коэффициента мощности. Наличие ККМ позволяет модулю потреблять ток от входной сети в течение всего периода синусоиды входного напряжения. За счет этого снижается максимальное и действующее значение потребляемого тока, что позволяет подключать к одной электросети большее количество потребителей, не создавая в ней перегрузок по току. Кроме этого, коррекция коэффициента мощности позволяет снизить потребление реактивной мощности, а значит – и затраты на электроэнергию.
Параллельная работа
В преобразователях с выходной мощностью более 400 Вт предусмотрено активное выравнивание выходных токов при параллельной работе нескольких модулей на общую нагрузку. Это необходимо, например, при наращивании мощности системы электропитания и при построении систем электропитания с резервированием. Если подключение выполнено правильно, разбаланс токов модулей, включенных параллельно, на номинальной суммарной выходной мощности не превышает 10–15%. Пример включения модулей для мощной системы электропитания с резервированием показан на рис.5.

Рис.5. Пример параллельного включения модулей с резервированием
Выносная обратная связь
Функция выносной обратной связи позволяет компенсировать падение напряжения на соединительных проводах и с высокой точностью поддерживать заданное напряжение на удаленной от преобразователя нагрузке (рис.6).
Выход подключения внешнего вентилятора
В мощных модулях имеется дополнительный выход для подключения внешнего вентилятора и организации принудительного охлаждения. Выходное напряжение для питания вентилятора составляет 12 В при токе до 200 мА. Параметры выхода питания вентилятора по специальному заказу могут быть изменены.
Анализ современного рынка AC/DC-преобразователей показывает, что продукция группы компаний "Александер Электрик" сочетает в себе весь комплекс качеств, необходимых для современной продукции промышленного и специального назначения. В табл.2 для примера приведено сравнение некоторых технических характеристик AC/DC-преобразователя KS500 мощностью 500 Вт производства группы компаний "Александер Электрик" c источниками других производителей.

Рис.6. Использование выносной обратной связи
В заключение отметим, что современные системы электропитания, функционирующие в условиях интенсивного воздействия механических, климатических и химических факторов, предъявляют высокие требования к надежности AC/DC-преобразователей при работе в таких условиях, а также к совокупности их защитных и сервисных функций, компактности и широкому диапазону входного напряжения.
AC/DC-преобразователи группы компаний "Александер Электрик" не имеют мировых аналогов по сочетанию широкого температурного диапазона, устойчивости к внешним воздействующим факторам и низкопрофильного компактного конструктива. Уникальный комплекс свойств, которыми они обладают, позволяет повысить конкурентоспособность аппаратуры промышленного и специального назначения и отражает современный уровень высокотехнологичной продукции производителя, использующего принцип сочетания новейших технологий и ресурсосбережения.
Литература
1. Номенклатура AC/DC преобразователей. Официальный сайт группы компаний "Александер Электрик" www.aeps-group.ru.
2. Группа компаний "Александер Электрик". Каталог продукции. 2010 г.
3. Источники вторичного электропитания, унифицированные в модульном исполнении. Модули серии "H-A". Технические условия БКЯЮ.436610.010ТУ.
4. Источники вторичного электропитания, унифицированные в модульном исполнении. Модули серии "МАА". Технические условия Главного конструктора БКЯЮ.436610.015ТУ ГК.
5. Гончаров А.Ю. Патент на полезную модель №19247.
6. Гончаров А.Ю. Патент на полезную модель №19440.
7. Гончаров А.Ю. Патент на полезную модель №21702.
8. Гончаров А.Ю. Патент на полезную модель №53835.
9. Гончаров А.Ю. Патент на изобретение №2265977.
Отзывы читателей