Výber správneho napájacieho zdroja; Elektronika - dnes
Napájanie je „srdcom“ každého elektrického systému a napriek tomu je až do poslednej chvíle tak často zanedbávané. Výber správneho napájacieho zdroja sa javí ako jednoduchá úloha: zvoliť zariadenie so správnym výstupným napätím a prúdom a za najvýhodnejšiu cenu. Ale aby ste nakoniec dosiahli uspokojivé riešenie, musíte sa bližšie pozrieť na niektoré podrobnosti.
Široká škála vstupov pre menovité napätie
Napájacie zdroje sú zvyčajne pripojené priamo k verejnej sieti alebo k priemyselnej elektrickej sieti. V ojedinelých prípadoch sa používa aj generátor elektrickej energie. Menovité napätia na verejnej sieti sú zvyčajne štandardizované. Aj keď je v Európe menovité sieťové napätie 230Vac/50Hz ± 10%, mimo Európy sú k dispozícii aj ďalšie štandardy. V USA je bežná hodnota 120Vac/60Hz, zatiaľ čo v Číne je 220Vac/50Hz napätie zistené v zásuvkách. V ideálnom prípade by vybraný zdroj napájania mal pokrývať všetky tieto menovité napätia a ich okrajové oblasti. Výsledkom je prevádzkový rozsah od 85 V do 264 V st. Z tohto dôvodu stojí bližší pohľad na katalógový list za námahu. Aj keď zvolený zdroj ponúka veľmi dobrú účinnosť, viac ako 90% pri menovitom napätí 230Vac, pri 120Vac to môže byť iba 70%.
Obrázok 1: Miera defektov počas životnosti produktu (krivka spoľahlivosti). - (Zdroj obrázku: RECOM)
Vplyv energetickej účinnosti na životnosť
Obrázok 2: Typická konfigurácia testu, ktorá určuje životnosť produktu (napríklad 96-hodinový test alebo 1000-hodinový test) - (Zdroj obrázku: RECOM)
Pri porovnaní rôznych hodnôt výnosov sa o jeden alebo dva percentuálne body viac nezdá významný rozdiel. Nepomôžu ani pri dosahovaní veľkých úspor energie. Týchto pár percentuálnych bodov môže napriek tomu urobiť obrovský rozdiel. Napríklad ak porovnáte zariadenie s výťažnosťou 90% a jedno s výťažnosťou 92%, rozdiel sa na prvý pohľad nezdá veľký. Ak však vezmete do úvahy výsledné straty, jeden zdroj napájania má iba 8% a druhý 10%. Prístroj s účinnosťou 92% má teda stratu o pätinu menšiu v dôsledku tepla. Tento malý rozdiel niekedy stačí na vylúčenie dodatočného núteného chladenia, čo zase pomáha šetriť cenné miesto.
Oveľa dôležitejšou skutočnosťou však je, že nižšia tvorba tepla má pozitívny vplyv na životnosť systému, pretože odvod tepla má priamy vplyv na dĺžku života systému. Švédsky chemik Svante Arrhenius objavil v roku 1889 vzťah medzi rýchlosťou chemickej reakcie a teplotou. Arrheniova rovnica poskytuje pravidlo, ktoré uvádza, že nárast teploty o 10 ° C zdvojnásobuje pravdepodobnosť poruchy. Inými slovami, priemerná dĺžka života je znížená na polovicu. To znamená, že iba o dva percentuálne body viac účinnosti môže prispieť k výraznému predĺženiu životnosti spínacej jednotky.
MTBF - vypočítaná spoľahlivosť
Spoľahlivosť spínaného zdroja napájania úzko súvisí s MTBF (stredná doba medzi poruchami). Dôležitosť MTBF najlepšie ilustruje takzvaná „krivka spoľahlivosti“ (obrázok 1). Je rozdelená do troch častí: skoré poruchy, poruchy životnosti a poruchy opotrebenia na konci životnosti. MTBF pokrýva iba strednú časť; to znamená, že nezahŕňa „detskú úmrtnosť“ alebo účinky opotrebenia. To ľahko vysvetľuje, prečo je MTBF pre napájacie zdroje často nastavený na niekoľko miliónov hodín.
Obrázok 3: Účinnosť REDIN480 od spoločnosti RECOM nie je iba 93% pri maximálnom zaťažení, ale zostáva stabilná a dosahuje vysoké hodnoty pre širokú škálu úloh. - (Zdroj obrázku: RECOM)
MTBF je možné určiť aj podľa rôznych štandardov. Najbežnejšie sú MIL HDBK 217F, Bellcore TR-NWT-000332 a SN29500, ktoré sa tiež nazývajú „Standard Siemens“. Výsledky týchto výpočtových metód sa v niektorých prípadoch značne líšia. Preto je pri porovnávaní hodnôt MTBF dôležité zabezpečiť, aby sa určovali podľa rovnakej normy a za rovnakých podmienok (napr. Teplota okolia).
Jedna vec, ktorú majú tieto metódy spoločné, je však to, že MTBF spínacej napájacej jednotky je výsledkom súčtu hodnôt komponentov. Preto má „počet komponentov“ rozhodujúci vplyv aj na hodnotu MTBF. Jednoduché spínané zdroje majú často výrazne vyššiu hodnotu MTBF. To však nevyhnutne neznamená, že sú spoľahlivejšie.
Na záver možno povedať, že MTBF poskytuje dobré porovnanie spoľahlivosti podobných zariadení, ale neumožňuje robiť výroky o dĺžke života. To je možné iba prostredníctvom rozsiahleho testovania.
Spoľahlivosť testovaná
Prvé vyhlásenie o produkte je možné urobiť po 96-hodinovom teste. Tento vysoko akcelerovaný záťažový test (HAST) sa vykonáva v klimatickej komore za dobre definovaných podmienok prostredia (napr. + 85 ° C/95% relatívna vlhkosť), rovnako ako takzvaný test skladovania. tj. testovacie vzorky nie sú v prevádzke). Skúšobné vzorky sa merajú podľa parametrov katalógového listu pred a po testovaní. Na základe rozdielov potom možno vyvodiť záver o živote. 96 hodín za vyššie uvedených podmienok zodpovedá napríklad 24/7 prevádzke po dobu 7¼ rokov. Okrem toho sa voliteľne 1 000 hodinový test často vykonáva za rovnakých podmienok ako test skladovania (napr. + 85 ° C/50% relatívna vlhkosť) alebo test životnosti (tj. Testované vzorky pracujú pri izbovej teplote). maximálna prípustná) na kontrolu výsledkov.
Stabilná účinnosť aj pri krátkom intervale zaťaženia
Obrázok 4: Zariadenia RECOM majú vysokú elektrickú impedanciu a vysokú spoľahlivosť; ideálne pre priemyselné skrinky pracujúce v nepriaznivom prostredí. - (Zdroj obrázku: RECOM)
Ďalším dôležitým aspektom je správanie pri rôznych podmienkach zaťaženia. V katalógových listoch je hodnota vzťahujúca sa na maximálne prípustné zaťaženie uvedená iba často, ak je uvedená. To nie je veľmi významné, pretože zdroje spínacieho napätia sú navrhnuté tak, aby dosahovali najlepšiu účinnosť blízku menovitému výkonu. Napríklad, keď klesá elektrický náboj, účinnosť klesá na nulu, keď je zdroj nečinný. Dobre navrhnuté zdroje napájania naopak ponúkajú vysokú a konštantnú účinnosť, najmä v oblastiach so stredným alebo nízkym zaťažením.
Spoľahlivé zdroje napájania na DIN lištu pre 1-fázové alebo 2- a 3-fázové prostredia
Na základe svojich skúseností s výrobou miliónov prevodníkov DC/DC a AC/DC vyvinula spoločnosť RECOM sériu zdrojov napájania na DIN lištu určených pre maximálnu životnosť. Na vytvorenie vhodných bezpečnostných nárazníkových obvodov sa použili iba tie najkvalitnejšie komponenty, ktorých prevádzková teplota je vysoko nad hodnotami stanovenými pre napájacie zdroje.
Napájacie zdroje na DIN lištu zo série REDIN sa vyznačujú obzvlášť tenkým dizajnom a sú navyše vybavené systémom bočnej montáže. To je obzvlášť výhodné v prípade sieťových rozvádzačov, kde je znížená hĺbka inštalácie. Široký rozsah vstupných napätí medzi 85 Vac a 264 Vac poskytuje istotu, že sú vhodné na celosvetové použitie. Vďaka vysokej účinnosti 93% sa vytvára iba malé množstvo tepla, čo znamená, že napájacie zdroje je možné používať pri prevádzkových teplotách od -25 ° C do +70 ° C bez ďalšieho chladenia. Moduly sú vybavené aktívnym PFC a účinník je viac ako 0,95. Sú vhodné na paralelné použitie, buď na zabezpečenie redundancie, alebo na neustále zvyšovanie a udržiavanie výstupného prúdu. Moduly sú vybavené inteligentnou ochranou proti preťaženiu a skratu, ktorá prístroj vypne, akonáhle sa dosiahne maximálna prípustná teplota, aby sa zabránilo trvalému poškodeniu. Napájacie zdroje sú certifikované podľa IEC/EN/UL60950 a UL508.
Séria REDIN/3AC je navyše teraz k dispozícii pre prevádzku v silových prostrediach, ktoré vyžadujú 2 alebo 3 fázy. Táto séria je navrhnutá pre extrémnu stabilitu aj v drsnom prostredí automatizácie procesov a pracuje spoľahlivo pri sieťovom napätí 320 - 575 V str., Aj keď tretia fáza zlyhá. Táto séria dodáva 120 W, 240 W, 480 W alebo 960 W pri menovitom napätí 24 V ss, zvlnenie iba 40 mV alebo pri menovitom napätí od 22,5 do 29,5 ss, ktoré sa nastavuje presným potenciometrom. Na zvýšenie hodnoty výstupného prúdu je možné zariadenia zapojiť paralelne bez ďalších bezpečnostných opatrení; ovládanie v redukčnom režime s obmedzením prúdu zaisťuje vyvážené zaťaženie.
Axel Stangl, Produktový manažér predaja v Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
Bianca Aichinger, Riaditeľ produktového marketingu v RECOM Power GmbH (Gmunden/Rakúsko)