TDK-Lambda News

Источники питания, созданные с использованием современных технологий, значительно превосходят модели, созданные ранее. Даже невооруженным взглядом заметно, что их габаритные размеры и масса стали меньше, а КПД энергопреобразования, наоборот, вырос. Все это способствует постепенному замещению промышленных источников питания, работающих от переменного тока на новые, рабочая частота которых находится в диапазоне 20–100 кГц. В этой статье мы расскажем про высоковольтные источники питания, а также об их технических характеристиках.

Обратите внимание! Высокое напряжение – опасно. Убедитесь, что ваши сотрудники достаточно квалифицированы и компетентны для работы с высоковольтными ИП.

Основные предпосылки повышения эффективности ВИП
Снижение уровня потерь, увеличение рабочей частоты и применение технологии резонансного преобразования сделали возможным создание высокоэффективных высоковольтных источников питания. Помимо этого, увеличению КПД способствовало активное применение новейших силовых компонентов. К ним относятся:

• Различные виды транзисторов, тиристоров и других коммутирующих элементов, особенностью которых является повышенное быстродействие.
• Трансформаторные и дроссельные сердечники, изготовленные из ферритового порошка и имеющие минимальный коэффициент потерь.
• Конденсаторы, работающие с минимальными потерями.
• Выпрямители, выполняющие преобразование с повышенным быстродействием и обеспечивающие минимальное снижение прямого напряжения.

Кроме того, повышение эффективности было достигнуто за счет применения новейших технологий преобразования:

• Резонанс токов (параллельный) для коммутации при нулевом токе (разомкнутый режим).
• Резонанс токов для коммутации при нулевом напряжении (замкнутый режим).
• Фазоуправляемый резонанс токов с программируемым переключением.
• Двухтактное и обратноходовое квазирезонансное преобразование.

Преимущества высокочастотных источников питания

• Значительное снижение габаритных размеров и массы прибора.
• Уменьшение времени, необходимого для изменения режима работы.
• Уменьшение потерь при энергопреобразовании.
• Улучшение общих эксплутационных характеристик.

Принципы создания высокочастотных ИП

Основа работы большинства высокочастотных ИП – выходной трансформатор, управляемый преобразователем или генератором. Разумеется, существуют и другие технологии, разработанные конкретными производителями, однако существует одно общее правило:
Отражения вторичной обмотки трансформатора не должны попадать на полупроводниковые элементы как самого ИП, так и питаемой им полезной нагрузки.

Для выполнения этого правила вторичная обмотка должна быть надежно изолирована. Такая изолированность возможна при использовании следующих решений:

• Применения преобразователей с гальванической развязкой.
• Включения последовательного колебательного контура или катушки индуктивности на участке между трансформатором и коммутатором.
• Задействовение авторезонанса генератора.
• Применение трансформатора с минимальной индуктивностью.

Выбор способа обеспечения изолированности зависит от того, какую выходную мощность должен обеспечивать ИП. Для небольших лабораторных блоков, как правило, используют авторезонансный или обратноходовый генераторы, а для более мощных приборов, скорее всего, будет выбран управляемый или резонансный преобразователи.

Технические характеристики высоковольтных ИП

Успешность выбора ИП зависит от того, насколько точно его возможности отвечают требованиям, предъявляемым полезной нагрузкой. Вот перечень характеристик, которые стоит учесть при выборе ИП.

1. Напряжение на входе и на выходе.
2. Выходной ток.
3. Пульсаци на выходе.
4. Нестабильность выходного напряжения.
5. Накопленная энергия.
6. Импульсный режим работы.
7. Наличие стабилизации по сети, нагрузке и динамической.
8. КПД энергопреобразования.

Расскажем подробнее о каждом пункте нашего списка.

1. Напряжение на входе и на выходе

Входное напряжение
Для своей работы ВИП могут использовать как постоянный, так и переменный ток, что определяется в первую очередь их выходной мощностью. Так модели, мощность которых не превышает 60 Вт, работают от постоянного тока 24–28 вольт. Для работы более мощных блоков используют переменный ток.

Для небольших модульных блоков, входящих в состав более крупных систем, питание, чаще всего, организуется за счет уже имеющихся в системе ИП постоянного тока.
ВИП, мощность которых превышает 60 Вт, питаются от розетки. При выборе такого БП следует быть особенно внимательным, поскольку рабочие показатели этих сетей в разных странах отличаются как по вольтажу, так и по частоте. Более дорогие модели изготавливаются с учетом этих особенностей и могут работать в диапазонах 90–130 и 180–260 вольт, однако требуют правильного подключения.

Выходное напряжение
Модели, предназначенные для монтирования в стойку, напряжение регулируется в диапазоне от нуля вольт и до максимального значения, предусмотренного производителем. Для визуального контроля используются цифровые или аналоговые индикаторы.

Модульные устройства, как правило, не имеют возможности изменения напряжения или оно доступно в ограниченном диапазоне. Контроль работы осуществляется путем подключения измерительных приборов к контрольным клеммам, расположенным на схеме. При этом встроенные индикаторы, как правило, отсутствуют.

1. Выходной ток

Для защиты от перегрузки по току большинство ВИП оборудуются специальной системой защиты. Она срабатывает и отключает питаемое устройство, если потребляемый ток превысит значение в 110% от максимального уровня, предусмотренного производителем.

Кроме системы защиты, модульные ИП и ИП, предназначенные для монтажа в стойку, значительная часть моделей имеет возможность стабилизации тока. За счет этого реализуется возможность управления блоком при помощи потенциометра. В ряде моделей система автоматически переходит в режим стабилизации напряжения, если ток нагрузки падает ниже заданного значения.

1. Пульсация напряжения

Выходная пульсация представляет из себя остаточное напряжение переменного тока, присутствующее на выходе ИП. Для снижения ее уровня может быть установлен дополнительный конденсатор с низким значением ESR. Однако наличие такого конденсатора, несколько снижает скорость реакции устройства на изменение режима работы, а кроме того, увеличивает стоимость и размеры блока.
В случае если решаемая задача требует минимального количества пульсаций, производители стараются уменьшить их количество от частоты сети за счет увеличения их количества от частоты коммутатора или наоборот.

1. Нестабильность выходного напряжения

Существенное влияние на стабильность работы оказывает температура. При перегреве могут возникнуть следующие явления:

• Температурный дрейф опорного напряжения.
• Температурный дрейф отношения напряжений делителя обратной связи.
• Температурный дрейф токочувствительного резистора.

Кроме того, нестабильность может быть вызвана изменением напряжения смещения управляющего усилителя.
Для минимизации нестабильности необходимо уделить особое внимание выбору управляющего усилителя, поскольку именно токочувствительный резистор и делитель напряжения являются основными причинами возникновения нестабильности. По возможности следует выбирать модели ВИП с делителем, имеющим минимальную зависимость от воздействия нагрева.

1. Накопленная энергия

Принцип работы блоков резонансного типа и в особенности использование сглаживающего пульсации конденсатора, обуславливает появление накопленной энергии. Эта энергия несет в себе опасность поражения электрическим разрядом, а также вывода из строя питаемые от этого источника устройства.
Однако благодаря работе на повышенной частоте, ИП резонансного типа достигают приемлемого уровня пульсаций, даже при использовании конденсатора небольшой емкости. Что, в свою очередь, снижает риск поражения электрическим разрядом, но не исключает ее полностью.
 
Если сравнивать риск работы высокочастотного источника и традиционного, это сравнение будет в пользу первого, поскольку при прочих равных условиях, энергия, накопленная на выходе такого устройства, будет ниже, чем у его классического аналога.

1. Импульсный режим

Использование энергозапасающего конденсатора на выходе, позволяют использовать некоторые модели источников питания для обеспечения работы в импульсном режиме. В нужный момент такой высоковольтный источник выдает пиковый импульс, а после этого снова заряжает энергозапасающий конденсатор. В остальное время устройство работает в стандартном режиме.

1. Стабилизация по сети, нагрузке и динамическая

Стабилизация по сети питания выражается в процентах и рассчитывается путем оценки изменения максимального выходного напряжения при изменении свойств питающей сети. У большинства высоковольтных блоков это значение находится на уровне 0,005% и ниже.

Стабилизация по нагрузке рассчитывается путем оценки изменения выходного напряжения, для запланированного изменения тока нагрузки.При этом на выходе устройства устанавливается максимальное выходное напряжение, а питающая сеть работает в нормально. Стандартное значение этого параметра для устройств данного типа – 0,01% и ниже.

Динамическая стабилизация определяет время, которое требуется системе, чтобы вернуться к статическому режиму работы, после скачка тока нагрузки.

1. КПД энергопреобразования

Данный вид КПД является основной характеристикой того, насколько эффективен высоковольтный источник питания с точки зрения преобразования энергии. Он рассчитывается путем деления выходной мощности источника на его входную мощность и последующим умножением на 100%.

Высоковольтные источники питания TDK–Lambda

Линейка источников FPS

Эта линейка блоков, разработанная и выпускаемая корпорацией TDK–Lambda, создана для применения в качестве промышленных ИП. К основным достоинствам линейки можно отнести высокую мощность (1 тыс. Вт), широкий диапазон входного напряжения (85–265 вольт) и возможность выбора напряжения для питаемого устройства (12, 24, 32 и 48 вольт). На одну 19-дюймовую монтажную стойку можно смонтировать три таких устройства. Дополнительно стоит отметить, что эти устройства оборудованы коннектором горячего включения.

Линейка источников RWS–B

Одна из самых привлекательных линеек, с точки зрения соотношения цены и качества. Модели, входящие в эту серию, обеспечивают мощность от 50 до 1500 Вт, выходное напряжение в диапазоне от 5 до 48 вольт. Питание возможно в диапазоне 85 до 265 вольт. Устройства покрываются пятилетней гарантией.

Линейка источников RFE

Эти источники разработаны на базе серии FPS, но вместо коннектора горячего оснащены выходной шиной, что позволяет использовать их вне корзины. Благодаря этому, а также их малой высоте (41 мм), такие устройства особо востребованы в случаях, когда существует дефицит свободного места. В зависимости от модели, устройства способны выдать мощность 1000, 1600 и 2500 Ватт при выходном напряжении 12, 24, 32 и 48 вольта.