Источников питания схемы: Источники питания,схемы и конструкции источников питания

Содержание

Стабилизированные источники питания

Чувствительность выходного напряжения источника питания к измене­нию тока нагрузки можно уменьшить, используя стабилизацию (автома­тическое регулирование) напряжения. Этот метод позволяет поддержи­вать выходное напряжение источника питания на постоянном уровне при изменении тока нагрузки. Существуют два способа стабилизации: парал­лельная стабилизация и последовательная стабилизация.

Параллельные стабилизаторы

Блок-схема параллельного стабилизатора (или, более точно, стабилизато­ра с параллельным включением регулирующего элемента) представлена на рис. 29.13. На рис. 29.14 приведена схема источника питания с па­раллельной стабилизацией, где в качестве регулирующего элемента ис­пользуется стабилитрон. Схема рассчитывается так, чтобы стабилитрон работал на участке пробоя. При этом падение напряжения на нем практи­чески не изменяется даже при очень больших изменениях тока, поэтому неизменным остается и выходное напряжение источника питания.

Параллельная стабилизация основана на принципе разделения тока, в соответствии с которым сумма тока нагрузки ILи тока стабилитрона IZ поддерживается постоянной. Если, например, ток нагрузки возрастает на 2 мА, то на те же 2 мА уменьшается ток регулирующего элемента, и наоборот.

Через гасящий резистор R1, включенный последовательно с нагруз­кой, протекает полный ток, и падение напряжения V1 на этом резисторе разности между нестабилизированным напряжением выпрямителя VAB и напряжением пробоя стабилитрона VZ:

V1= VABVZ

Рис. 29.13. Блок-схема параллельного стабилизатора напряжения.

 

Рис. 29.14. Источник питания с параллельной стабилизацией.

При указанных на рис. 29.13 параметрах стабилизатора напряжение на нагрузке                     

VL= VL = 9 В.

V1 = VAB VZ = 30 – 9 = 21 В.

 21 В

Общий ток IT= ———— = 21 мА.

                              1 к0м

Напряжение на нагрузке              9 В

Ток нагрузки IL= ———————————— = ———— = 7,5 мА.

Сопротивление нагрузки          1, 2 к0м

Ток стабилитрона IZ = ITIL= 21 — 7, 5 = 13, 5 мА.

Если ток нагрузки уменьшить теперь на 2,5 мА (до 5 мА), то ток стаби­литрона возрастет на 2,5 мА и станет равным 13,5+2,5 = 16 мА.

На холостом ходу, когда IL= 0, весь полный ток ITбудет протекать через стабилитрон:     IZ = IT.Таким образом, независимо от того, есть нагрузка или она отключена, источник питания постоянно потребляет максимальный ток

IT.Это один из недостатков параллельного стабили­затора.

На рис. 29.15 показана типичная нагрузочная характеристика источ­ника питания с параллельной стабилизацией, схема которого представле­на на рис. 29.14. Напряжение на нагрузке начинает быстро падать, когда ток нагрузки превысит номинальное значение (близкое к 21 мА). При этих значениях тока нагрузки почти весь общий ток ITответвляется в нагрузку. Ток стабилитрона становится слишком мал и не может удержать стабилитрон в области пробоя, в результате происходит резкое падение сходного напряжения стабилизатора. Для обеспечения эффективной стабилизации значение нестабилизированного напряжения обычно выбирается таким, чтобы оно приблизительно втрое превышало напряжение стабилизации стабилитрона.

 

Рис. 29.15. Нагрузочная характеристика

стабилизированного источ­ника питания.

Рис. 29.16.  Блок-схема последо­вательного

стабилизатора напряже­ния.

Лучшими параметрами и более высокой эффективностью характеризу­ются последовательные стабилизаторы (или, более точно, стабилизаторы с последовательным включением регулирующего элемента), в которых применяется транзистор или тиристор, включаемый последовательно с нагрузкой. Простая блок-схема последовательного стабилизатора пред­ставлена на рис. 29.16. Стабилизатор состоит из «последовательного» ре­гулирующего элемента и стабилизирующего нагрузочного резистора, обес­печивающего некоторый минимальный нагрузочный ток.

Последовательный транзисторный стабилизатор

Базовая схема последовательного стабилизатора с использованием тран­зистора показана на рис. 29.17. Выходное напряжение снимается с эмиттера транзистора T1, и, как хорошо видно из рис. 29.18, где та же схема изображена по-иному, этот транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя. Стабилитрон поддерживает на постоянном уровне потенциал базы. Поскольку при прямом смещении потенциал эмиттера отслеживает потенциал базы, оставаясь всегда ниже последнего на 0,6 В (для кремниевого транзистора), то выходное напряжение стабилизатора так­же сохраняет свой постоянный уровень.

Эмиттерный повторитель работает как усилитель тока и обеспечива­ет работу источника питания на нагрузку, потребляющую большой ток. Стабилитрон является регулирующим элементом и источником опорного напряжения и потребляет меньший ток по сравнению со стабилитроном, работающим в параллельном стабилизаторе. Для эффективной стабили­зации ток через стабилитрон должен быть приблизительно в 5 раз больше базового тока транзистора.

Рассмотренный выше простой последовательный стабилизатор имеет Два главных недостатка.

 

Рис. 29.17. Источник питания с последовательной стабилизацией напряжения.

 

 

Рис. 29.18. Нарисованная по-другому схема рис. 29.17. Здесь явно видно, что транзистор T1 включен по схеме эмиттерного повторителя.

1. При больших токах нагрузки необходимо использовать мощные стаби­литроны и транзисторы с большим коэффициентом усиления тока.

2. Стабильность выходного напряжения такого стабилизатора недоста­точна для некоторых применений.

Первый недостаток можно преодолеть, если увеличить коэффициент усиления тока с помощью дополнительного транзистора T2, образующего второй каскад эмиттерного повторителя (рис. 29.19). При этом ток нагрузки может быть очень велик (амперы), тогда как ток стабилитрона по-прежнему остается очень малым. Стабильность выходного напряжения можно улучшить, если усилить изменение напряжения еще до сравнения его с опорным напряжением стабилитрона, как показано на рис. 29.20. Здесь T

1 — обычный последовательный транзистор, а транзистор T2 работает как усилитель изменения напряжения. Стабилитрон выполняет только функцию источника опорного напряжения и, следовательно, может быть маломощным.

Транзистор T2 сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением стабилитрона. Любое изменение выходного напряжения усиливается и подается на базу транзистора T1, который поддерживает выходное напряжение на постоянном уровне.

 

Рис. 29.19. Последовательный стабилизатор с двухкаскадным эмиттерным по­вторителем (приведены два варианта изображения одной и той же схемы).

 

Рис. 29.20. Последовательный стабилизатор с усилителем изменения напряже­ния, который обеспечивает улучшение стабильности выходного напряжения.

Предположим, например, что некоторое внешнее возмущение вызвало увеличение выходного напряжения

Vвых. Тогда потенциал базы транзистора T2 возрастет относительно потенциала эмиттера, который зафиксирован опорным напряжением стабилитрона. и ток через этот транзистор увеличится, а напряжение на его коллекторе уменьшится. В результате уменьшится разность потенциалов между базой и эмиттером транзистора T1 и, как следствие, уменьшится ток через транзистор T1 и напряжение на нагрузке Vвых. Таким образом, компенсируется изменение Vвых. Различными модификациями базовой схемы последовательного стабилизатора можно добиться улучшения его параметров.

 

Цепь защиты от перегрузки

Одна из проблем, с которой приходится сталкиваться при использовании последовательного стабилизатора, обеспечение защиты последователь­ного регулирующего транзистора от перегрузки. Резкое возрастание тока через этот транзистор при перегрузке или коротком замыкании в цепи на­грузки может привести к необратимому повреждению транзистора. Один из возможных способов защиты от перегрузки представлен на рис. 29.21. Здесь T2 — транзистор защиты or перегрузки. Ток нагрузки IL про­текает через измерительный резистор R1 и создает на нем падение напряжения, обеспечивающее прямое смещение эмиттерного перехода этого транзистора. Когда ток нагрузки находится в пределах нормы, падение напряжения на R1 мало и транзистор T2 закрыт. При увеличении то­ка нагрузки выше допустимого уровня падение напряжения на резисторе R1 возрастает и открывает транзистор T2, он начинает проводить ток. В проводящем состоянии транзистор T2 «отбирает» часть тока у транзисто­раT1, обеспечивая его защиту. В схему защиты можно также включить устройство автоматического отключения источника питания от сети, если ток нагрузки превышает допустимый уровень.

 

Рис. 29.21. Последовательный стабилизатор с цепью защиты

от перегрузки на транзисторе T2.

Инверторы

Инверторы преобразуют входное напряжение постоянного тока в выход­ной синусоидальный сигнал. Они часто содержат схемы стабилизации выходного напряжения. Инверторы применяются главным образом в ка­честве резервных генераторов при аварийных сбоях питания.

Инверторы, вырабатывающие гармоническое напряжение, могут быть реализованы как генераторы класса А или В. Однако линейный режим работы таких генераторов связан с высокими потерями, поэтому обычно используются переключающие элементы, вырабатывающие прямоуголь­ный периодический сигнал, который затем фильтруется для получения на выходе гармонического напряжения (рис. 29.22).

 

Рис. 29.22.

Конверторы

Конверторы преобразуют постоянное напряжение одной величины в по­стоянное напряжение другой величины. Конвертор состоит из инвертора, за которым следует выпрямитель. На рис. 29.23 показана простая схе­ма конвертора на основе блокинг-генератора. Выходной сигнал блокинг-генератора представляет собой последовательность прямоугольных им­пульсов с периодом, определяемым постоянной времени

R1C1. К вто­ричной обмотке трансформатора подключен диод D1 для выпрямления импульсного сигнала. Усовершенствованная схема конвертора показана на рис. 29.24. Два блокинг-генератора на транзисторах T1 и T2 по очереди передают ток в трансформатор.

Импульсные источники питания

Более эффективными являются импульсные источники питания. В источниках этого типа последовательный регулирующий элемент (однооперационный триодный тиристор или транзистор) работает в режиме переключения. Он открывается или закрывается под управлением прямоугольных импульсов, обеспечивающих подстройку и стабилизацию выходного напряжения.


Рис. 29.23.

Рис. 29.24.

Импульсный источник питания по существу ничем не отличается от конвертора. Он преобразует нестабилизированное входное напряжение постоянного тока в пульсирующее напряжение и затем в стабилизированное постоянное напряжение (рис. 29.25). Частота переключения регулирующего элемента определяет частоту пульсаций на выходе, которые в значительной степени сглаживаются фильтром нижних частот.

 

Рис. 29.25.

Как видно из рис. 29.25, переменное сетевое напряжение сначала поступает на выпрямитель. После выпрямителя полученное нестабилизированное напряжение постоянного тока подается на анод переключающего элемента. Этот элемент, который может быть транзистором или тиристором, открывается и закрывается в определенные моменты времени под действием импульсов, поступающих от блока управления. Через открытый переключающий элемент заряжается накопительный конденсатор Заряд, запасаемый конденсатором (и, следовательно, выходное напряжение источника питания), определяется временем проводящего состояния этого элемента. Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем изменения соотношения длительностей открытого или закрытого состояния переключающего элемента (т. е. изменения коэффициентазаполнения последовательности управляющих импульсов) в зависимости от величины выходного напряжения, регистрируемой специальным датчиком. Уменьшение выходного напряжения относительно установленного уровня компенсируется подачей более широких управляющих импульсов удерживающих переключающий элемент в открытом состоянии в течение более длительных промежутков времени, и наоборот.

 В этом видео рассказывается о стабилизированном блоке питания:

Добавить комментарий

High Voltage Power Supplies for Electrostatic Applications

Высоковольтные источники питания для электростатической аппаратуры

Автор: CLIFF SCAPELLATI

Аннотация

Высоковольтный источник питания – основной компонент электростатической аппаратуры. Разнообразны варианты их использования в промышленных и научных целях, представляющие интерес для инженеров, ученых и заказчиков аппаратуры. Так, в промышленных процессах требуется интенсивный контроль технологических условий в целях получения максимального выхода продукта, повышения качества и снижения себестоимости. Последние достижения в технологии высоковольтных источников позволяют обеспечить более высокие уровни контроля и управления процессами. Качество научных экспериментов также зависит от используемых в них источников питания. В настоящей статье обсуждаются такие влияющие факторы, как погрешность выхода, стабильность, пульсации и методы стабилизации источников питания.

I. Введение

Высокое напряжение повсеместно используется в научной и промышленной сферах. Например, электростатическое оборудование применяются в различных процессах. Электростатика, в широком понимании, занимается явлениями, связанными с электрическими зарядами и полями. Электростатика может использоваться для приведения материалов в движение без механического контакта, разделения материалов на составляющие вплоть до элементарного уровня, для образования однородных смесей и других практических и научных задач. Согласно определению, для того, чтобы произвести работу в электрическом поле, необходимо наличие разности потенциалов между двумя или несколькими объектами. В большинстве случаев эта энергия черпается от высоковольтного источника питания. Современный высоковольтный источник – это прибор, основанный на полупроводниковой и высокочастотной технологиях, с такими характеристиками, которые казались недостижимыми всего несколько лет назад. Существенное продвижение было достигнуто по таким показателям, как надежность, стабильность, управляемость, снижение габаритов и стоимости, повышение безопасности. Пользователь, осведомленный об этих достижениях, оказывается в выигрышном положении. К этим сведениям следует также добавить и понимание особенностей высоковольтного источника, оказывающих влияние на аппаратуру, экспериментальные исследования, технологические процессы и изделия.

II. Основы работы высоковольтного источника питания

Упрощенная принципиальная схема высоковольтного источника приведена на рис. 1.

ходное напряжение может меняться в широком диапазоне. Входной сигнал переменного тока может иметь частоту от 50 до 400 Гц напряжение от 24 до 480 В. Входное напряжение постоянного тока может меняться от 5 до 300 В. Пользователю важно уяснить, в какой степени параметры входного напряжения будут влиять на всю работу всей системы, и, следовательно, на ее конфигурацию. Следует иметь в виду, что органы регулирования и надзора, например, Underwriters Laboratory, Canadian Standards Association, IEC и другие проводят активную работу с системами, подключенными к энергетическим сетям. Помимо функции питания главного инвертера источника питания, входное напряжение используется и для питания дополнительных управляющих цепей, и других целей.

На входе имеется фильтрующий каскад, который обеспечивает обработку входного сигнала, обычно в форме его выпрямления и фильтрации по переменному току и дополнительной фильтрации по постоянному току. Здесь же могут находиться цепи защиты от перегрузки, подавления радиопомех, электромагнитной совместимости (ЭМС) и регулирования. Выходом фильтра обычно является напряжение постоянного тока, которое подается на инвертер, преобразующий постоянный ток в высокочастотный сигнал переменного тока. Существует множество различных схем инвертеров, однако, наилучшее решение определяется всего несколькими свойствами, которыми должен обладать высоковольтный источник.

Высокочастотный сигнал с инвертера обычно подается на повышающий высоковольтный трансформатор. Применение высокочастотного сигнала позволяет добиться высоких технических характеристик при одновременном снижении размеров магнитопроводов и накопительных конденсаторов. Однако при подключении трансформатора с высоким передаточным числом к высокочастотному инвертеру возникает проблема: внесение паразитной емкости в первичную обмотку трансформатора с коэффициентом (Nвтор/Nперв)2. Это значительная емкость, и ее необходимо изолировать от ключевых устройств инвертера, в противном случае в нем появятся аномально высокие импульсные токи.

Другая особенность, характерная для высоковольтных источников – широкий диапазон нагрузок. Частыми спутниками высокого напряжения являются пробои изоляции (образование дуги). В этой связи надежность инвертера должна быть достаточно высокой с точки зрения любых возможных сочетаний открытой и короткозамкнутой цепи, а также состояний нагрузки. Все эти вопросы, включая также надежность и стоимость, должны решаться в рамках топологии инвертера высоковольтного источника питания.

Высокочастотный выходной сигнал инвертера подается в первичную обмотку высоковольтного повышающего трансформатора. Для создания качественного трансформатора требуется глубокая теоретическая и практическая проработка, понимание конструкции магнитопровода, включая анализ материалов и электромагнитных процессов. В большинстве экспертных оценок за основу принимается большое число витков и высокое напряжение вторичной обмотки. Вследствие этих факторов геометрия сердечника, технология изоляции и намотки высоковольтных трансформаторов существенно отличаются от традиционных. Могут иметь значение и другие параметры: отношение вольт/число витков вторичной обмотки, коэффициент межслойного влияния и тангенс угла потерь изоляции, геометрия намотки в контексте ее влияния на паразитную емкость и утечку, послойная пропитка намотки изоляционным лаком, уровень коронирования и другие практически важные факторы, такие как запас по перегреву или полная стоимость.

Высоковольтный умножитель выполняет функции выпрямления и умножения напряжения вторичной обмотки трансформатора. В нем применяются высоковольтные диоды и конденсаторы, собранные по схеме удвоителей напряжения. Как и высоковольтный трансформатор, умножитель требует отдельной тщательной проработки. Помимо выпрямления и умножения высоковольтная цепь выполняет также функции фильтрации на выходе, контроля (слежения) значений напряжения и тока, которые подаются в цепи ОС. Необходимо обеспечить возможность принудительного повышения выходного импеданса в целях защиты накопительных конденсаторов от разрядных токов.

Высоковольтные элементы обычно изолируют от земли в целях предотвращения дугового разряда. В качестве изоляции используют различные материалы; наиболее распространенными являются воздух, SF6, трансформаторное масло, твердые герметики (клеи-герметики, эпоксидная смола и др.). Выбор материала изоляции и технологический контроль могут оказаться наиболее важными с точки зрения надежности высоковольтной схемы.

Цепи управления обеспечивают работу всех каскадов в едином комплексе. Степень сложности схемы управления может быть различной – от единственной аналоговой ИС до их большого числа, и даже микропроцессора, регулирующего и контролирующего все параметры высоковольтного выхода. Однако основные требования, которым должна удовлетворять любая цепь регулирования, сводятся к точной стабилизации выходного напряжения и тока в той степени, как это необходимо по условиям нагрузки, входной мощности и заданных установок. Наиболее эффективно это достигается с помощью контура обратной связи. На рис. 2 показано, каким образом обратная связь используется в стабилизации выхода источника питания. Традиционный способ заключается в отслеживании выходных значений напряжения и тока, и сравнении измеренных значений с опорными входными сигналами. Полученная разность (сигнал ошибки) двух сигналов (обратной связи и опорного значения) подается в управляющую цепи инвертера, что в конечном итоге обеспечивает регулирование (стабилизацию) выходной мощности.

Кроме тока и напряжения можно с достаточной точностью стабилизировать и другие параметры. Управление выходной мощностью легко реализуется с помощью функции X Ђ Y = Z, где V Ђ I = W и последующего ее сравнения с заданным опорным уровнем. Фактически любой параметр, подчиняющийся закону Ома, может быть подвергнут стабилизации – сопротивление, напряжение ток и мощность. Помимо этого, можно управлять и конечными переменными, которые зависят от параметров источника питания (интенсивность напыления, скорость потока и др.).

 

III. Стабилизация высокого напряжения

Стабилизированный источник высокого напряжения и/или тока постоянной величины играет важнейшую роль в работе электростатической аппаратуры. Изменчивость выходного напряжения или тока оказывает непосредственное влияние на конечные результаты, и по этой причине ее следует рассматривать как источник ошибок. В высоковольтных источниках ошибки опорного напряжения, которое используется для задания требуемого выходного напряжения, могут быть устранены за счет применения стабилизированного опорного источника на основе ИС. В типовых условиях стабильность должна быть не хуже 510-6/С. Соответственно, аналоговые ИС (ОУ, АЦП, ЦАП и др.) должны подвергаться тщательному отбору как <возможные> источники значительной погрешности.

В высоковольтных источниках имеется один принципиальный источник погрешности стабилизации – высоковольтный делитель напряжения в цепи обратной связи, представляющий собой резистивную цепочку (рис. 1), понижающую выходное напряжение до уровня, приемлемого для работы цепей управления (менее =10 В). Вследствие больших значений сопротивлений (обычно не менее 10 МОм, что необходимо для рассеяния мощности и снижения эффектов температурной изменчивости из-за самонагрева) и возникает проблема стабильности резисторов обратной связи. Сочетание высоковольтного напряжения и высокоомных сопротивлений потребовало специальной технологии изготовления резисторов, которые выполняются спаренными с низкоомными резисторами, чтобы позволяет поддерживать величину коэффициента деления при изменении температуры, напряжения, влажности и времени.

Высокоомные резисторы в цепи в ОС делают схему восприимчивой к малым токам наводки. Так, ток величиной 10-9 А может дать относительную ошибку порядка 10-4. По этой причине конструкция резистора и цепи ОС должна учитывать возможность возникновения коронного разряда. Кроме того, ввиду широкого применения в технологии резисторов керамических сердечников и подложек, необходимо учитывать и пьезоэлектрические эффекты. Можно показать, что вибрация в высоковольтном источнике питания может наводить на его выходе сигнал на частоте вибрации.

IV. Дополнительные возможности высоковольтного источника питания
Во многих высоковольтных приложениях могут потребоваться дополнительные функции по управлению обслуживаемого прибора. В этой связи разработчик должен представлять предназначение источника питания не хуже конечного пользователя; это поможет ему расширить функциональные возможности источника питания в интересах конечного результата.

Во многих высоковольтных приложениях могут потребоваться дополнительные функции по управлению обслуживаемого прибора. В этой связи разработчик должен представлять предназначение источника питания не хуже конечного пользователя; это поможет ему расширить функциональные возможности источника питания в интересах конечного результата.

E – напряжение на высоковольтном конденсаторе
R – выходное ограничивающее сопротивление, Ом

Ток дугового разряда, как правило, существенно превышает номинальный ток источника питания, поскольку ограничивающее сопротивление удерживается на минимальном значении, чтобы снизить потери на рассеяние мощности. Сразу после регистрации дуги могут включиться и другие функции. Так, функция гашения дуги («Arc Quench») определяет параметр прекращения дуги при снятии приложенного напряжения. Работа функции гашения показана на рис. 4.

Если отключение источника при первом же дуговом разряде нежелательно, в цепь можно добавить цифровой счетчик разрядов (рис. 5). Отключение или гашение производится после того, как будет зарегистрировано заданное количество разрядов. Можно также ввести время обнуления счетчика, чтобы избежать его накопления за счет редких дуговых разрядов. Например, можно считать фактом регистрации дугового разряда и прибегать к отключению только в том случае, если в течение одной минуты зарегистрировано 8 разрядов.

Одно из полезных применений схемы детектирования дуги – повышение выходного напряжения за счет установления его на уровне чуть ниже уровня разряда. Согласно этому методу, в момент детектирования дуги напряжение слегка понижается до значения, при котором дуга прекращается. Затем оно повышается автоматически в более медленном темпе (рис. 6)

Высоковольтные источники может выполнять также функции прецизионной цепи контроля тока, В стандартной аппаратуре такой контроль может быть прецизионным только уровне не ниже единиц миллиампер или микроампер. Однако в некоторых электростатических приборах может потребоваться точность не хуже 10-15 А, что может быть обеспечено с помощью цепи контроля (слежения) высокого напряжения. Необходимость такой функции пользователю следует указать при оформлении заказа.

V. Generating Constant Current Sources

Во многих областях электростатики требуется поддерживать постоянным ток коронного разряда. Это можно сделать несколькими оригинальными способами. Источник постоянного тока можно представить как источник, у которого импеданс много больше импеданса питаемой нагрузки (см. схему на рис. 7).

Из практических соображений ясно, что изменение сопротивления R2 оказывает пренебрежимо малое влияние на ток сопротивления R1. Поэтому через оба сопротивления –R1 и R2 – течет ток постоянной величины. В аппаратуре с единственным высоковольтным источником это можно реализовать двумя путями. Согласно первому, в схему вводится внешний резистор в качестве токостабилизирующего элемента. По второму способу вводится электронная цепь стабилизации с обратной связью (рис. 2).

В технике, где требуется много токовых выходов, применение нескольких источников питания может оказаться нерациональным. В этом случае представляется полезным применение ряда резисторов, образующих эквивалентное множество источников тока. Типовая область применения таких устройств – электростатическая обработка больших площадей (рис. 8).

Заключение

В статье рассмотрены различные варианты использования высоковольтных источников питания в электростатической аппаратуре. Высоковольтные источники имеют свойства, отличающие их от обычных источников питания. Разработчики должны быть интеллектуальной опорой пользователей электростатической аппаратуры. Высоковольтный источник питания может быть наделен эффективными средствами управления.

Следует также уделить серьезное внимание вопросам безопасности. Высокое напряжение может быть смертельно опасным, и начинающий пользователь должен быть обучен правилам безопасности. Основные правила по безопасности изложены в стандарте IEEE «Руководящие указания по безопасности при испытаниях высоковольтного и силового оборудования» (Recommended Practices for Safety in High Voltage and High Power Testing, IEEE standard 510-1983) [4].

Литература:

  1. C. Scapellati, «High Voltage Power Supplies for Analytical Instrumentation», Pittsburgh Conference, March 1995.
  2. D. Chambers and C. Scapellati , «How to Specify Today’s High Voltage Power Supplies», Electronic Products Magazine, March 1994.
  3. D. Chambers and C. Scapellati, «New High Frequency, High Voltage Power Supplies for Microwave Heating Applications», Proceedings of the 29th Microwave Power Symposium, July 1994.
  4. IEEE Standard 510-1983, IEEE Recommended Practices for Safety In High Voltage and High Power Testing.

Нажмите здесь для просмотра данной статьи в PDF.


Вторичные источники питания: применение, характеристики, параметры

Пример HTML-страницы

Вторичные источники питания предназначены для получения напряжения, необходимого для непосредственного питания электронных и других устройств. Предполагается, что вторичные источники в свою очередь получают энергию от первичных источников питания, вырабатывающих электричество — от генераторов, аккумуляторов и т. д. Питать электронные устройства непосредственно от первичных источников обычно нельзя.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Вторичные источники питания являются одними из наиболее важных устройств электроники. Например, часто надежность того или иного устройства электроники существенно зависит от того, насколько надежен его вторичный источник питания. Общепринято вторичные источники называть источниками питания.

Рассмотрим типичные структурные схемы источников питания, получающих энергию от промышленной сети с частотой 50 Гц.

Рассмотрим вначале источник питания без преобразователя частоты, структурная схема которого представлена на рис. 2.71.


Трансформатор предназначен для гальванической развязки питающей сети и нагрузки и изменения уровня переменного напряжения. Обычно трансформатор является понижающим. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в напряжение одной полярности (пульсирующее). Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Стабилизатор уменьшает изменения напряжения на нагрузке (стабилизирует напряжение), вызванные изменением напряжения сети и изменением тока, потребляемого нагрузкой.

Напряжение в сети обычно может изменяться в диапазоне +15 … −20 % от номинального значения.

Рассмотрим источник питания с преобразователем частоты (рис. 2.72).

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Рассмотренный источник питания является источником питания без преобразования частоты. Такие источники питания ранее использовались широко, однако в последнее время вместо них все чаще используют источники с преобразованием частоты. Причиной этого является то, что в источниках без преобразования частоты вес и габариты трансформатора, работающего на частоте 50 Гц, а также сглаживающего фильтра оказываются довольно большими. Тем не менее, рассматриваемые источники питания используются и в настоящее время.

В этих источниках напряжение от сети подается непосредственно на выпрямитель — 1. На выходе сглаживающего фильтра-1 создается постоянное напряжение, которое вновь преобразуется в переменное с помощью так называемого инвертора. Полученное переменное напряжение имеет частоту, значительно превышающую 50 Гц (обычно используют частоты в десятки килогерц).

Затем напряжение передается через трансформатор, выпрямляется и фильтруется. Так как трансформатор в этой схеме работает на повышенной частоте, то его вес и габариты, а также вес и габариты сглаживающего фильтра-2 оказываются очень незначительными. Как и в предыдущей схеме, основная роль трансформатора состоит в гальванической развязке сети и нагрузки. Инвертор, трансформатор и выпрямитель-2 образуют конвертор — устройство для изменения уровня постоянного напряжения.

Необходимо отметить, что в такой схеме инвертор выполняет роль стабилизатора напряжения. В качестве активных приборов в инверторе используются транзисторы (биполярные или полевые). Иногда применяются тиристоры.

В любом случае активные приборы работают в ключевом режиме (например, транзистор или включен и находится в режиме насыщения, или выключен и находится в режиме отсечки), поэтому источники питания с преобразованием частоты называют также импульсными. Однако следует иметь в виду, что и в источниках без преобразования частоты могут использоваться импульсные стабилизаторы, я которых транзисторы работают в ключевом режиме.

Рассматриваемые источники питания широко исполь­зуются в современных устройствах электроники, в частно­сти в компьютерах. Они обладают, как правило, значи­тельно лучшими технико-экономическими показателями в сравнении с рассмотренными выше источниками без преобразования частоты.

Десять принципов, которые необходимо знать при работе с источником питания постоянного тока — Рекомендации по применению

Country or Area* —Please select—United StatesUnited KingdomCanadaIndiaNetherlandsAustraliaSouth AfricaFranceGermanySingaporeSwedenBrazilAfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia and HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrit/Indian Ocean Terr.Brunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanary IslandsCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Keeling) IslandsColombiaComorosCongoCongo, The Dem. Republic OfCook IslandsCosta RicaCôte d’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Southern Terr.GabonGambiaGeorgiaGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard/McDonald Isls.HondurasHong Kong, ChinaHungaryIcelandIndonesiaIranIraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea (North)Korea (South)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarN. Mariana Isls.NamibiaNauruNepalNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorwayOmanPakistanPalauPalestinian Territory, OccupiedPanamaPapua New GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint Kitts and NevisSaint LuciaSamoaSan MarinoSao Tome/PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbia and MontenegroSerbiaMontenegroSeychellesSierra LeoneSlovak RepublicSloveniaSolomon IslandsSomaliaSpainSri LankaSt. HelenaSt. Pierre and MiquelonSt. Vincent and GrenadinesSudanSurinameSvalbard/Jan Mayen Isls.SwazilandSwitzerlandSyriaTaiwan, ChinaTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad and TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks/Caicos Isls.TuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUS Minor Outlying Is.UruguayUzbekistanVanuatuVatican CityVenezuelaViet NamVirgin Islands (British)Virgin Islands (U.S.)Wallis/Futuna Isls.Western SaharaYemenZambiaZimbabweRequired field

Основные принципы проектирования источников питания для печатных плат

Одним из самых фундаментальных законов физики является Закон сохранения энергии, который можно резюмировать следующим образом:

«В закрытой системе энергия не может быть создана или уничтожена, а только меняет форму».

В принципе это можно интерпретировать как изолированную систему, которая не взаимодействует ни с какой внешней силой, сохраняет постоянный уровень внутренней энергии. Эта предпосылка послужила катализатором для многих схем создания самоподдерживающихся энергетических систем, которые могли бы работать вечно.До сих пор было трудно полностью изолировать систему таким образом, чтобы энергия не накапливалась и не терялась. Это означает, что системы, требующие энергии, должны периодически подзаряжаться, как это делаем мы.

Цепи питания являются источником подзарядки электронных систем и печатных плат. Некоторые платы содержат подсхемы питания; однако обычно печатные платы также служат источниками питания. Эти платы фактически являются преобразователями, поскольку они преобразуют входной источник энергии в выходной, соответствующий требованиям нагрузки, системы или схемы.Независимо от требований к источнику и нагрузке, всегда важно сделать сборку платы неотъемлемой частью макета печатной платы для вашего проекта. Сначала давайте обсудим различные типы схем источников питания, а затем определим основы проектирования источников питания, которые следует применять для их разработки.

Типы печатных плат блока питания

Являясь преобразователями или перемычками между входным электрическим источником и электронной нагрузкой, цепи электропитания могут быть отнесены к одной из групп в таблице ниже.

Типы цепей питания

Выходы

Выход переменного тока Выход постоянного тока
Вход переменного тока Изоляция, преобразователь частоты Выпрямитель
Вход постоянного тока Инвертор Преобразователь постоянного тока в постоянный

Как показано выше, цепи питания в основном используются для преобразования энергии из одного состояния в другое, переменного тока в постоянный или наоборот, для изменения уровней, повышения или понижения напряжения или частоты.Источники питания AC-AC также могут использоваться для изоляции входных цепей от выходных. В дополнение к вышеперечисленным типам цепи питания можно разделить на регулируемые и нерегулируемые. К регулируемым источникам питания относятся устройства для поддержания уровня выходного напряжения. Эти регуляторы напряжения отсутствуют в нестабилизированных источниках питания, а выходное напряжение зависит от входного сигнала и изменения тока нагрузки.

Цепи электропитания также классифицируются в зависимости от их работы. Двумя основными рабочими типами являются линейный и коммутационный или режим переключения.

Линейный источник питания

Пример схемы линейного источника питания

Приведенный выше линейный источник питания используется для преобразования сетевого переменного тока на первичной стороне трансформатора TR1 в постоянный ток для распределения. Эта схема включает регулятор напряжения IC1, который обеспечивает постоянное напряжение независимо от нагрузки R1. Этот линейный источник питания демонстрирует базовую работу этих схем, которые могут иметь множество различных конфигураций. Линейные источники питания обычно используются в системах с низким энергопотреблением.Преимуществами являются их простота, дешевизна, надежность и низкий уровень шума; однако они неэффективны, что становится более серьезной проблемой в приложениях с более высокой мощностью.

DFM для высокоскоростных цифровых печатных плат

Загрузить сейчас

Импульсный блок питания

Альтернативой использованию линейного источника питания является импульсный источник питания или SMPS, показанный на рисунке ниже.

Пример схемы источника питания SMPS

Источник питания SMPS содержит схему переключения; такой как транзистор T1 выше, который преобразует выпрямленный постоянный ток из мостовой схемы B1 в высокочастотный переменный ток.Уровень частоты определяется или устанавливается управляющим сигналом, который включает и выключает транзистор. В приведенной выше схеме выходной сигнал сглаживается или регулируется LC-фильтром перед подачей на нагрузку R1. Как правило, схемы SMPS более сложны, чем линейные источники питания, и коммутация вносит шум, который может создавать электромагнитные помехи, которые могут повлиять на разводку трасс во время разводки печатной платы. Однако эти источники питания более эффективны и могут использовать более мелкие компоненты, чем линейные источники питания.SMPS чаще всего предназначены для цифровых систем.

Основы проектирования источников питания

При проектировании печатной платы SMPS или линейного источника питания возникают общие проблемы. К ним относятся тепловые соображения, электромагнитные помехи или шум, а также вес меди в зависимости от уровня мощности. Еще одним важным соображением является конструкция фильтра источника питания. Хотя ваши конкретные требования к конструкции будут диктовать конкретный выбор конструкции, существуют общие принципы проектирования источников питания для печатных плат, которым следует всегда следовать, как указано ниже.

  • Оптимизируйте схему фильтрации

Производительность вашей схемы фильтрации зависит от выбора соответствующих значений компонентов фильтра, индуктивности, емкости и сопротивления. Поскольку доступные фактические значения компонентов могут не совпадать с расчетными значениями, следует использовать комбинацию значений компонентов, обеспечивающую наилучший отклик, определенный в ходе моделирования.

  • Выберите подходящие медные гири

Токи источника питания могут быть достаточно высокими; поэтому необходимо убедиться, что ширина дорожек и толщина или вес меди способны выдерживать необходимые токи.Также важно убедиться, что ваша компоновка соответствует допускам на зазоры, как это предусмотрено правилами DFM вашего контрактного производителя (CM).

  • Выберите материал, соответствующий типу плиты

Для цепей высокой мощности убедитесь, что ваша плата может выдерживать уровни температуры, которые будут создаваться при выборе материалов с соответствующим коэффициентом теплового расширения (КТР). Для SMPS, если это высокоскоростная конструкция, такие свойства, как диэлектрическая проницаемость, dk, коэффициент рассеяния, df, диэлектрические потери, потери в проводнике, Ploss, становятся важными и должны определять ваш выбор материала.

  • Убедитесь, что ваша плата обеспечивает адекватное рассеивание тепла

Одной, если не самой большой проблемой, связанной с платами питания, является отвод избыточного тепла. Крайне важно, чтобы ваш проект включал адекватные методы рассеивания тепла. Например, использование термопрокладок и радиаторов. Напротив, для сборки печатных плат также важно, чтобы ваша плата имела адекватное тепловое сопротивление, чтобы можно было достичь хорошего качества паяного соединения.

Блоки питания MPPC и схемы драйверов

Этот веб-сайт или его сторонние инструменты используют файлы cookie, которые необходимы для его функционируют и необходимы для достижения целей, указанных в настоящей политике использования файлов cookie.Закрыв баннер с предупреждением о файлах cookie, прокручивая страницу, нажимая на ссылку или продолжая просмотр другим способом, вы согласиться на использование файлов cookie.

Hamamatsu использует файлы cookie, чтобы сделать ваше пребывание на нашем веб-сайте более удобным и обеспечить работу нашего веб-сайта.

Вы можете посетить эту страницу в любое время, чтобы узнать больше о файлах cookie, получить максимальную отдачу актуальную информацию о том, как мы используем файлы cookie и управляем вашими настройками файлов cookie.Мы не будем использовать файлы cookie для любых целей, кроме указанных, но обратите внимание, что мы оставляем за собой право обновлять наши куки.

Чтобы современные веб-сайты работали в соответствии с ожиданиями посетителей, им необходимо собирать определенную базовую информацию о посетителях. Для этого сайт создаст небольшие текстовые файлы которые размещаются на устройствах посетителей (компьютерных или мобильных) — эти файлы называются куки, когда вы получаете доступ к веб-сайту.Файлы cookie используются для того, чтобы веб-сайты функционировали и работали эффективно. Файлы cookie уникальны для каждого посетителя и могут быть прочитаны только веб-сервером в домене. который выдал куки посетителю. Файлы cookie нельзя использовать для запуска программ или доставки вирусов. на устройство посетителя.

Файлы cookie выполняют различные функции, которые делают работу посетителей в Интернете более удобной. плавнее и интерактивнее.Например, файлы cookie используются для запоминания посетителем предпочтения на сайтах, которые они часто посещают, чтобы запомнить языковые предпочтения и облегчить навигацию между страницами более эффективно. Многие, хотя и не все, собранные данные являются анонимными. некоторые из них предназначены для обнаружения шаблонов просмотра и приблизительного географического местоположения для улучшить впечатления посетителей.

Для некоторых типов файлов cookie может потребоваться согласие субъекта данных перед сохранением их на компьютере.

2. Какие существуют типы файлов cookie?

Этот веб-сайт использует два типа файлов cookie:

  1. Куки первой стороны. Для нашего веб-сайта основные файлы cookie контролируются и поддерживается Хамамацу. Никакие другие стороны не имеют доступа к этим файлам cookie.
  2. Сторонние файлы cookie. Эти файлы cookie используются организациями за пределами Hamamatsu. У нас нет доступа к данным в этих файлах cookie, но мы используем эти файлы cookie для улучшения общий опыт работы с сайтом.

3.Как мы используем файлы cookie?

Этот веб-сайт использует файлы cookie для следующих целей:

  1. Некоторые файлы cookie необходимы для работы нашего веб-сайта. Это строго необходимо файлы cookie и необходимы для обеспечения доступа к веб-сайту, поддержки навигации или предоставления соответствующих содержание.Эти файлы cookie направляют вас в нужную страну и поддерживают безопасность и электронную торговлю. Строго необходимые файлы cookie также обеспечивают соблюдение ваших настроек конфиденциальности. Без этих строго необходимые файлы cookie, большая часть нашего веб-сайта не будет работать.
  2. Аналитические файлы cookie используются для отслеживания использования веб-сайта. Эти данные позволяют нам улучшить наш веб-сайт удобство использования, производительность и администрирование веб-сайта. В наших аналитических файлах cookie мы не храним никаких личная идентифицирующая информация.
  3. Функциональные файлы cookie. Они используются для того, чтобы узнавать вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Этот позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, выбранный вами язык или регион).
  4. Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта, страницы, которые вы посетили, и ссылки, которые вы последовали. Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать наш веб-сайт и рекламу, отображаемую на нем. это больше соответствует вашим интересам.Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам для эта цель.

Cookies помогают нам помочь вам. Благодаря использованию файлов cookie мы узнаем, что важно нашим посетителям, и мы разрабатываем и улучшаем содержание и функциональность веб-сайта, чтобы поддерживать ваши опыт. Доступ к большей части нашего веб-сайта возможен, если файлы cookie отключены, однако некоторые веб-сайты функции могут не работать.И мы считаем, что ваши текущие и будущие посещения будут лучше, если файлы cookie включены.

4. Какие файлы cookie мы используем?

Существует два способа управления настройками файлов cookie.

  1. Вы можете настроить параметры файлов cookie на своем устройстве или в браузере.
  2. Вы можете настроить параметры файлов cookie на уровне веб-сайта.

Если вы не хотите получать файлы cookie, вы можете изменить свой браузер, чтобы он уведомляет вас, когда на него отправляются файлы cookie, или вы можете полностью отказаться от файлов cookie. Вы также можете удалить файлы cookie, которые уже были установлены.

Если вы хотите ограничить или заблокировать файлы cookie веб-браузера, установленные на вашем устройстве затем вы можете сделать это через настройки вашего браузера; функция справки в вашем браузере должна расскажи как.В качестве альтернативы вы можете посетить сайт www.aboutcookies.org, который содержит исчерпывающую информацию о том, как это сделать в самых разных настольных браузерах.

5. Что такое интернет-теги и как мы используем их с файлами cookie?

Иногда мы можем использовать интернет-теги (также известные как теги действий, однопиксельные GIF-файлы, прозрачные GIF-файлы, невидимые GIF-файлы и GIF-файлы 1 на 1) на этом сайте и могут использовать эти теги / файлы cookie. через стороннего рекламного партнера или партнера по веб-аналитике, который может находиться и хранить соответствующую информацию (включая ваш IP-адрес) в другой стране.Эти теги/куки-файлы размещаются как в онлайн-рекламе, которая приводит пользователей на этот сайт, так и в разные страницы этого сайта. Мы используем эту технологию для измерения реакции посетителей на наши сайтах и ​​эффективности наших рекламных кампаний (в том числе, сколько раз страница открывается и к какой информации обращаются), а также для оценки использования вами этого веб-сайта. сторонний партнер или партнер службы веб-аналитики может собирать данные о посетители нашего и других сайтов из-за этих интернет-тегов/куки-файлов могут составлять отчеты относительно деятельности веб-сайта для нас и может предоставлять дополнительные услуги, связанные с использование веб-сайта и Интернета.Они могут предоставлять такую ​​информацию другим сторонам, если является юридическим требованием, чтобы они это сделали, или если они нанимают другие стороны для обработки информации от их имени.

Если вам нужна дополнительная информация о веб-тегах и файлах cookie, связанных с онлайн-рекламы или отказаться от сбора этой информации третьими лицами, пожалуйста, посетите Сайт сетевой рекламной инициативы http://www.networkadvertising.org.

6. Аналитические и рекламные файлы cookie

Мы используем сторонние файлы cookie (например, Google Analytics) для отслеживания посетителей на нашем веб-сайт, чтобы получать отчеты о том, как посетители используют веб-сайт, а также информировать, оптимизировать и показывать рекламу на основе чьих-либо прошлых посещений нашего веб-сайта.

Вы можете отказаться от файлов cookie Google Analytics на веб-сайтах, предоставленных Google:

https://tools.google.com/dlpage/gaoptout?hl=ru

Как указано в настоящей Политике конфиденциальности (статья 5), вы можете узнать больше об отказе файлы cookie веб-сайта, предоставленные Network Advertising Initiative:

http://www.networkadvertising.org

Информируем вас, что в таком случае вы не сможете полностью использовать все функции нашего веб-сайта.

Техническая информация о программируемом источнике питания постоянного тока

Программируемые источники питания постоянного тока
Источники питания постоянного тока

обеспечивают регулируемый выход постоянного тока для питания компонента, модуля или устройства. Хороший источник питания постоянного тока должен обеспечивать стабильное и точное напряжение и ток с минимальными шумами. к любому типу нагрузки: резистивная, индуктивная, низкоомная, высокоимпедансная, стационарное или переменное.Насколько хорошо блок питания выполняет эту миссию и где он достигает своих пределов, определены в его спецификациях.

Источники питания имеют два основных настройки, выходное напряжение и ограничение по току. Как они устанавливаются в сочетании с нагрузкой определяет, как будет работать блок питания.

Большинство блоков питания постоянного тока имеют два режимы работы. В режиме постоянного напряжения (CV) блок питания управляет выходное напряжение на основе пользовательских настроек. В режиме постоянного тока (CC), блок питания регулирует ток.Независимо от того, находится ли источник питания в CV или CC режим зависит как от пользовательских настроек, так и от сопротивления нагрузки.

• Режим CV является типичным рабочим состоянием источника питания. Это контролирует напряжение. Выходное напряжение постоянно и определяется пользовательская настройка напряжения. Выходной ток определяется импедансом Загрузка.

• Режим CC обычно считается режимом безопасности, но может использоваться в другие способы. В режиме CC выходной ток постоянен и определяется текущая настройка лимита пользователя.Напряжение определяется импедансом нагрузка. Если источник питания находится в режиме CV и его ток превышает установка ограничения тока, затем источник питания автоматически переключится на CC режим. Источник питания также может вернуться в режим CV, если ток нагрузки падает ниже установленного ограничения тока.

Наиболее важными параметрами для любого приложения являются максимальное напряжение, максимальный ток и максимальная мощность, которую может обеспечить источник питания. генерировать. Важно убедиться, что источник питания может обеспечить мощность на требуемом уровне напряжения и силы тока.Эти три параметра являются первые характеристики, которые необходимо изучить.

Точность и разрешение

Исторически источник питания постоянного тока пользователь поворачивал потенциометры для установки выходного напряжения или тока. Сегодня микропроцессоры получать входные данные от пользовательского интерфейса или от удаленного интерфейса. А цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) принимает цифровую настройку и преобразует ее в в аналоговое значение, которое используется в качестве опорного для аналогового регулятора. Значения разрешающей способности и точности настройки определяются качеством изображения. этот процесс преобразования и регулирования.

Настройки напряжения и тока (иногда называемые пределами или запрограммированными значениями), каждая из которых имеет разрешение и характеристики точности, связанные с ними. Разрешение этих настроек определяет минимальное приращение, с которым можно регулировать выходной сигнал, а точность описывает степень соответствия выходного значения международные стандарты. Помимо настроек вывода, есть измерения или спецификации считывания, которые не зависят от выходных спецификаций.

Большинство источников питания постоянного тока обеспечивают встроенные измерительные схемы для измерения как напряжения, так и тока. Эти схемы измеряют напряжение и ток, подаваемые источником питания выход. Поскольку схемы считывают напряжение и ток, которые подаются обратно в источника питания, измерения, производимые цепями, часто называют считываемые значения. Большинство профессиональных источников питания содержат схемы, использующие аналого-цифровые преобразователи, а для этих внутренних приборов Характеристики аналогичны характеристикам цифрового мультиметра.Источник питания отображает измеренные значения на передней панели, а также может передавать их по удаленный интерфейс, если он им оснащен.

Настройка Точность

Точность настройки определяет, как близкий регулируемый параметр к его теоретическому значению, определенному Международный стандарт. Выходная неопределенность в источнике питания в основном связана с условия ошибки в ЦАП, включая ошибку квантования. Точность настройки проверено путем измерения регулируемой переменной с прослеживаемой точностью система измерения подключена к выходу источника питания.Параметр точность определяется как: ±(% настройки + смещение)

Например, рассмотрим мощность источник питания с точностью настройки напряжения ±(0,03% + 3 мВ). Когда это настроен на подачу 5 В, погрешность выходного значения составляет (5 В) (0,0003 + 3 мВ) или 4,5 мВ. Точность установки тока задается и рассчитывается аналогично.

Настройка Разрешение и разрешение программирования

Установленное разрешение является наименьшим изменение настроек напряжения или тока, которые можно выбрать на источнике питания.Этот параметр иногда называют разрешением программирования, если он работает на интерфейсная шина, такая как GPIB.

Повторное чтение Точность и разрешение

Точность считывания иногда называется точностью метра. Он определяет, насколько близки внутренне измеренные значения соответствуют теоретическому значению выходного напряжения (после установки точность применяемый). Как и цифровой мультиметр, он тестируется с использованием прослеживаемого эталона. стандарт. Точность считывания выражается как:

±(% измеренного значения + смещение)

Разрешение считывания является наименьшим изменение внутренне измеренного выходного напряжения или тока, которое блок питания может различать.

Загрузка Регулирование (напряжение и ток)

Регулирование нагрузки является мерой способности выходного напряжения или выходного тока, чтобы они оставались постоянными при изменении Загрузка. Выражается как: ±(% настройки + смещение)

Линия Регулирование (напряжение и ток)

Линейное регулирование является мерой способности источник питания для поддержания его выходного напряжения или выходного тока, в то время как его линейный вход переменного тока напряжение и частота изменяются во всем допустимом диапазоне.Это выражается как: ±(% настройки + смещение)

Пульсация и шум

Паразитные составляющие переменного тока на выходе источника постоянного тока называются пульсациями и шум, или периодическое и случайное отклонение (PARD). Спецификации PARD должны быть указан с пропускной способностью и должен быть указан как для текущего, так и для Напряжение. Текущий ПАРД актуален при использовании блока питания в режиме СС, и его часто указывается как среднеквадратичное значение. Поскольку форма PARD не определена, напряжение PARD обычно выражается как среднеквадратичное напряжение, которое может дают представление о мощности шума, а также о размахе напряжения, которое может иметь значение при управлении нагрузками с высоким импедансом. Рис. 2.

Независимо от точности вашего источника питания, вы не можете гарантировать, что запрограммированное выходное напряжение совпадает с напряжением на нагрузка на ИУ. Это связано с тем, что источник питания с двумя выходными клеммами источника регулирует свой выход только на своих выходных клеммах. Однако напряжение, которое вы нужно регулировать на нагрузке тестируемого устройства, а не на выходе источника питания терминалы. Источник питания и нагрузка разделены подводящими проводами. сопротивление, R Вывод , которое определяется длиной провода, проводимость материала проводника и геометрия проводника.Напряжение на нагрузке равно:

Внагрузка = VProgrammed – 2*VLead = VProgrammed – 2*ILoad*RLead

Если для нагрузки требуется большой ток, то I Нагрузка высок, а V Lead может легко составлять несколько десятых вольта, особенно если провода питания длинные, как это может быть в случае автоматизированного теста стойка. Напряжение на нагрузке может быть на 80–160 мВ ниже требуемого. напряжение (от 2 до 4 А, протекающее по проводу 16-го калибра).

Метод дистанционного зондирования решает проблему падение напряжения в проводах испытательных выводов.Две смысловые линии соединяются между собой Нагрузка ИУ и высокоомная цепь измерения напряжения в силовой поставлять. Поскольку это цепь с высоким входным сопротивлением, падение напряжения в чувствительные выводы пренебрежимо малы и становятся контуром управления с обратной связью для мощности поставлять.

Источники питания с быстрым переходным процессом

Специальная мощность Keithley Series 2300 Блоки питания рассчитаны на поддержание стабильного выходного напряжения в самых сложные условия нагрузки, такие как большие мгновенные изменения нагрузки генерируются сотовыми телефонами, беспроводными телефонами, мобильными радиостанциями, беспроводными модемами, и другие портативные устройства беспроводной связи.Эти устройства обычно переход от дежурных уровней тока 100–200 мА к 800 мА–1,5 А, что представляет изменения нагрузки на 800% и выше. Обычный блок питания обычно указывает переходное восстановление до 50% изменения нагрузки. Кейтли Источники питания серии 2300 характеризуются переходной характеристикой при 1000-процентном изменении нагрузки.

Стабильный Во время быстрых изменений нагрузки

Когда мобильная связь устройство переходит в состояние передачи с полной мощностью, выходное напряжение обычный источник питания существенно падает до тех пор, пока его схема управления не сможет реагировать на переход.Обычные блоки питания жертвуют стабильностью ради все виды нагрузок против переходных процессов. В результате большое напряжение падение и длительное время восстановления обычного источника питания могут привести к выходу напряжение, чтобы упасть ниже порога низкого напряжения батареи устройства под испытание (ДУТ). DUT может отключиться во время тестирования и зарегистрировать ложный отказ, влияет на урожайность и себестоимость продукции.

Серия 2300 быстрая переходная характеристика источники питания имеют переходные падения напряжения менее 200 мВ при больших изменения нагрузки, даже с дополнительным сопротивлением длинных проводов между источник питания и ИУ.Таким образом, блоки питания Series 2300 сохранят ИУ получает питание во всех условиях испытаний и предотвращает ложные отказы. См. рисунок . 3 .

Точный Четырехпроводные измерения

Для поддержания точного напряжения на нагрузке ИУ серия Источники питания 2300 используют четырехпроводную схему источника, в которой два выхода обеспечивают питание, а две другие линии измеряют напряжение непосредственно на тестируемом устройстве. нагрузка. Измерение напряжения на нагрузке компенсирует любые падения напряжения в течение длительного времени. тестовый провод проходит между источником питания и нагрузкой.Кроме того,

Рисунок 3. Сравнение устройств общего назначения реакция блока питания с реакцией Keithley Series 2300 fast t импульсный источник питания.

Блоки питания используют широкий диапазон выходной каскад для получения низкого переходного спада напряжения и быстрого переходного процесса время восстановления. См. Рисунок 4 .

Эти типы блоков питания часто включать методы для определения того, открыт ли сенсорный провод или сломан. открытый сенсорный провод прерывает управление с обратной связью к источнику питания, и неуправляемый, нестабильный выходной сигнал может подавать неправильные напряжения на тестируемое устройство.Ряд Источники питания 2300 либо возвращаются к внутреннему локальному считыванию, либо указывают на ошибку состояние и выключите выход.

Аккумулятор Эмуляция с переменным выходным сопротивлением

Устройства мобильной связи питаются от батарей, поэтому блоки питания моделей 2302 и 2306 разработаны точно имитировать работу батареи. Эти поставки включают в себя функция переменного выходного сопротивления, которая позволяет инженеру-испытателю проверить его ИУ в реальных условиях эксплуатации.

Кроме того, эти источники питания могут потреблять ток до имитировать аккумулятор в разряженном состоянии. Таким образом, инженеры-испытатели могут использовать один прибор как в качестве источника ИУ, так и в качестве нагрузки для тестирования зарядного устройства. схемы управления ИУ и его зарядным устройством.

Модели 2302 и 2306 имеют возможность изменять их выходное сопротивление. Это позволяет им имитировать внутреннее сопротивление батареи. Таким образом, реакция батареи, которая должны поддерживать нагрузки импульсного тока от портативных устройств, таких как мобильные телефоны можно смоделировать.Это позволяет производителям портативных устройств тестировать свои устройств в самых реалистичных условиях.

При импульсном увеличении тока нагрузки батарея выходное напряжение упадет в зависимости от изменения тока и заряда батареи. внутреннее сопротивление. Напряжение батареи может упасть (на время импульс) ниже порогового уровня низкого напряжения батареи устройства, и устройство может выключи. Поскольку внутреннее сопротивление увеличивается по мере разряда батареи, пороговый уровень низкого напряжения может быть достигнут раньше, чем ожидалось, из-за сочетание более низкого напряжения батареи из-за времени разрядки и напряжения падение внутреннего сопротивления батареи.Следовательно, устройство срок службы батареи может быть короче, чем желаемая спецификация.

Сопротивление батареи должно быть учитывается при оценке времени разговора и ожидания мобильного телефона производительность, потому что уровни напряжения ниже порога срабатывания схемы телефона в течение периодов от 100 до 200 мкс достаточно, чтобы отключить телефон. Это явление распространено в TDMA (множественный доступ с временным разделением). телефоны, такие как мобильные телефоны GSM, где величина высокого и низкого уровни тока во время импульса радиочастотной передачи изменяются в 7 раз до 10.Разработчикам необходимо смоделировать реальную производительность батареи, чтобы определить соответствующий порог низкого заряда батареи. Инженерам-испытателям необходимо моделировать фактическая производительность батареи, чтобы проверить, что пороговый уровень низкого напряжения достигается при указанном напряжении батареи, а не при более высоком уровне напряжения.

Батарея, имитирующая характеристики моделей 2302 и 2306 можно использовать для тестирования как компонентов, так и конечных продуктов. Например, характеристики потребляемой мощности ВЧ усилителя мощности, предназначенного для использования в портативные изделия могут быть охарактеризованы для работы от аккумулятора источник.Когда аккумулятор разряжается, его напряжение уменьшается, и его внутреннее импеданс увеличивается. ВЧ-усилитель потребляет постоянное количество энергии для поддерживать требуемый объем производства. Таким образом, при падении напряжения батареи и увеличивается внутреннее сопротивление, ВЧ-усилитель потребляет все больше ток от аккумулятора.

Увеличение пикового и среднего тока значительно с увеличением внутреннего импеданса батареи. См. Рисунок 5 . ВЧ-усилитель мощности должен указывать потребляемую мощность.Портативное устройство разработчик должен знать, как ВЧ-усилитель мощности работает в качестве батареи. разрядов, чтобы разработчик мог выбрать подходящий аккумулятор для убедитесь, что имеется достаточный источник тока и что батарея обеспечивает подходящее время работы между заменой или зарядкой.

Математика этого эффекта представлена ​​ниже (см. также Рисунки 6а и ). Они показывают, что падение напряжения, вызванное импульсным токовые нагрузки могут оказывать существенное влияние на выходное напряжение батареи.

В ячейка = идеальный источник напряжения

R i (t) = внутренний импеданс

R interconnect = Сопротивление кабелей и соединения с DUT

1) Если Межсоединение R маленькое по сравнению с R i (t), и если

2) R и (т) есть считается относительно постоянным в течение продолжительности импульса, R i (t) ≈ Р и , потом

3)  напряжение на ИУ может быть выражено как:

Импульс Измерение тока и слабого тока

Используя обычный (медленный ответ) источник питания для тестирования беспроводных устройств требует, чтобы большой Конденсатор поставить в цепь для стабилизации напряжения при нагрузке переход.В результате измерения тока нагрузки требуют использования чувствительного элемента. резистор и цифровой мультиметр для контроля токов нагрузки. Чувствительный резистор добавляет сопротивление к линии, что еще больше усугубляет проблему падения нагрузки. Кейтли быстро блоки питания с переходной характеристикой устраняют необходимость в конденсаторе и включить схему считывания тока источника питания для измерения нагрузки токи. См. Рисунок 7 .

Экспертиза Keithley в области слаботочных токов позволяет измерять токи сна с помощью 0.Разрешение 1 мкА. Эти расходные материалы также могут измерять импульсы тока нагрузки от цифровых передающих устройств. Импульсы тока короткие так как 60 мкс могут быть захвачены.

 

Что означает SELV для блоков питания?

SELV расшифровывается как S afety E xtra L ow V oltage. Некоторые руководства по установке блоков питания переменного/постоянного тока содержат предупреждения относительно SELV.Например, может появиться предупреждение о последовательном подключении двух выходов, поскольку возникающее в результате более высокое напряжение может превысить определенный безопасный уровень SELV, который меньше или равен 60 В постоянного тока. Кроме того, могут быть предупреждения о защите выходных клемм и других доступных проводников в блоке питания крышками для предотвращения их прикосновения обслуживающим персоналом или случайного замыкания упавшим инструментом и т.п.

В стандарте

UL 60950-1 указано, что цепь БСНН — это «вторичная цепь, спроектированная и защищенная таким образом, что в нормальных условиях и в условиях единичного отказа ее напряжения не превышают безопасного значения.«Вторичная цепь» не имеет прямого подключения к первичной сети (сети переменного тока) и получает питание через трансформатор, преобразователь или эквивалентное изолирующее устройство.

Большинство импульсных источников питания переменного/постоянного тока низкого напряжения с выходным напряжением до 48 В постоянного тока соответствуют требованиям SELV. При выходном напряжении 48 В значение OVP может достигать 120 % от номинального, что позволяет достичь выходного напряжения 57,6 В до отключения питания; это по-прежнему будет соответствовать максимальному напряжению 60 В постоянного тока для питания SELV.

Кроме того, выход SELV достигается за счет электрической изоляции с двойной или усиленной изоляцией между первичной и вторичной сторонами трансформаторов.Кроме того, для соответствия спецификациям БСНН напряжение между любыми двумя доступными частями/проводниками или между одной доступной частью/проводником и землей не должно превышать безопасного значения, которое определяется как пиковое значение 42,4 В переменного тока или 60 В постоянного тока в течение не более 200 мс в нормальном режиме. операция. В условиях одиночной неисправности эти пределы могут повышаться до пикового значения 71 В переменного тока или 120 В постоянного тока не более 20 мс.

Не удивляйтесь, если вы обнаружите, что другие электрические характеристики определяют БСНН иначе. Приведенные выше определения/описания относятся к SELV согласно UL 60950-1 и другим связанным спецификациям, касающимся низковольтных источников питания.

См. также :

Что защищает ваш блок питания?

Убедитесь, что ваша система защищена от сбоев питания, а также от дополнительных сценариев.

Неопытные инженеры-электронщики часто предполагают, что хорошая шина питания просто «случается», в то время как более опытные знают, что прочная, бесшумная шина не дается легко, но необходима для стабильной, последовательной, -Бесплатная производительность системы. Но блок питания — это нечто большее, чем просто его способность обеспечивать стабильное напряжение постоянного тока, несмотря на изменения нагрузки и сети, переходные процессы в системе, шум и другие аберрации.

Как так? Хороший блок питания не только обеспечивает питание, но и защищает от временных и постоянных сбоев, которые могут возникнуть как внутри, так и снаружи, и защищает от непоправимого повреждения системы, которая является ее нагрузкой.

Прежде чем мы рассмотрим различные типы защиты, стоит кратко рассмотреть четыре класса источников питания постоянного тока, также называемых регуляторами или преобразователями постоянного тока; обратите внимание, что приведенные рейтинги выходной мощности являются приблизительными для регионов и не имеют жестких или официальных границ:

1) для больших нагрузок, порядка 20 А и выше, имеется множество готовых источников питания с открытой рамой или полностью в металлическом корпусе, как для приложений AC-DC, так и DC-DC

2) для умеренных нагрузок от 10 до 20 А имеются модульные блоки питания; их часто заливают эпоксидной смолой для физической защиты

3) до 10 А существует множество доступных ИС, которым требуется несколько внешних пассивных и активных компонентов для работы в качестве комплектных источников питания

4) Наконец, вы можете собрать базовый источник питания из отдельных компонентов, таких как диоды и конденсаторы, часто в сочетании с небольшим LDO или контроллером переключения, необходимым

Итак, какие бывают виды защиты?

a) Защита от перегрузки (перегрузка по току/короткое замыкание) Защита (OP), включая классический предохранитель, защищает источник питания в случае короткого замыкания цепи нагрузки или слишком большого тока.Многие источники питания «самоограничиваются» в том смысле, что они могут подавать только определенный ток, поэтому предохранитель не нужен. Стандартный предохранитель, который «перегорает» («размыкается») и останавливает подачу тока, необходимо будет заменить вручную; это проблема в одних ситуациях, но достоинство в других. Существуют также электронные предохранители, которые автоматически самовосстанавливаются.

b) Ограничение тока и возврат тока являются расширениями защиты от перегрузки. Если ток, от которого нагрузка потребляет питание, превышает расчетный предел, обратная обратная связь по току снижает как выходной ток, так и связанное с ним напряжение до значений ниже нормальных рабочих пределов.В крайнем случае, если нагрузка становится короткозамкнутой, ток ограничивается небольшой долей от максимального значения, в то время как выходное напряжение, очевидно, падает до нуля.

c) Блокировка при пониженном напряжении (UVLO) гарантирует, что преобразователь постоянного тока не будет пытаться работать, когда входное напряжение, которое он видит на своем входе, слишком низкое, Рисунок 1 . Почему это может быть проблемой? Во-первых, выход питания может быть неопределенным, если его постоянное напряжение слишком низкое, что может вызвать проблемы в системе. Во-вторых, это предотвращает «вампирское» высасывание энергии из источника даже при низком напряжении; это может разрядить аккумулятор, который система пытается зарядить.UVLO также помогает правильному функционированию последовательности включения питания (если таковая имеется). В-третьих, сам преобразователь постоянного тока может быть поврежден, если он попытается включиться, когда его собственный вход слишком низок для правильной работы.

Во время различных режимов источника питания, когда он переходит от выключенного к полностью включенному и обратно к выключенному, UVLO гарантирует, что источник не попытается включиться и обеспечить выход, если его входное напряжение ниже минимума, необходимого для правильной работы. . (Источник: Texas Instruments)

d) Защита от перенапряжения (OVP) срабатывает, если внутренний сбой в источнике питания приводит к тому, что его выходное напряжение превышает указанный максимум, что может привести к повреждению нагрузки.OVP отключает питание или ограничивает выход, когда напряжение превышает заданный уровень. Схему OVP часто называют «ломом», по-видимому, потому, что она имеет тот же эффект, что и металлический лом, наложенный на выход источника питания. Правильно спроектированный лом функционирует независимо от самого источника питания.

Один тип лома сбрасывается (после срабатывания) только при отключении питания; в другом типе он сбрасывается после устранения неисправности выходного напряжения. Последнее полезно, когда условие, которое привело к срабатыванию ломика, является временным, а не серьезным сбоем в подаче питания.Хотя большинство расходных материалов в настоящее время поставляются со встроенным ломиком, многие поставщики предлагают небольшую отдельную схему ломика, которую при необходимости можно добавить к существующему источнику питания.

e) Термическая перегрузка произойдет, если подход к охлаждению подачи спроектирован неправильно или не работает (вентилятор останавливается, поток воздуха блокируется). В этом случае источник питания, вероятно, превысит номинальную температуру, что серьезно сократит срок его службы и может даже привести к немедленной неисправности. Решение простое: схема измерения температуры внутри источника питания или рядом с ним, которая переводит источник питания в режим покоя или отключения, если она превышает заданный предел.Некоторые термовыключатели автоматически позволяют возобновить работу, если температура падает, а другие нет.

f) Защита от обратного подключения блокирует протекание тока и обнуляет напряжение, если нагрузка подключена в обратном направлении (выход положительного питания к шине отрицательной нагрузки и наоборот). Это особенно популярно в приложениях, где аккумулятор отсоединен, а затем снова подключен, например, в автомобиле или там, где аккумулятор не запирается.

Итак, какие виды защиты вам нужно добавить в свой запас? Это, конечно, частично определяется приложением, но также зависит от конструкции питания (пункты 1-4 выше).Для источников питания в металлическом корпусе или модульных (типы питания 1 и 2) большинство этих режимов защиты обычно являются стандартными и включены (кроме предохранителя). Для типа 3 ИС питания могут предлагать некоторые или все функции защиты, но они также могут быть отключены (необходимо в некоторых особых случаях, но также рискованно). Обратное соединение является особым случаем и добавляется только там, где это имеет смысл. Его можно реализовать с помощью простого диода, но это добавляет потери на падение напряжения, поэтому необходима идеальная диодная схема.

Относитесь к своему источнику питания с уважением, которого он заслуживает: убедитесь, что он защищен, а также защищает вашу цепь.Ваш дизайн и система будут вам благодарны.

Артикул

Texas Instruments, Отчет о применении SLVA769A, «Общие сведения о блокировке при пониженном напряжении в силовых устройствах»

Преимущества устройств распределения питания NEC класса 2

  • Аарон Генри
  • Заводская автоматизация

Резюме

Быстрая перемотка вперед
  • Устройства класса 2 и методы подключения представляют собой особый тип схемы управления с ограничением энергии, определенный в NEC.
  • Конструкции, в которых используются продукты и методы класса 2, обладают улучшенными характеристиками защиты, большей безопасностью и другими преимуществами при установке и эксплуатации.
  • Защита электронных цепей работает быстрее и точнее, чем предохранители и традиционные автоматические выключатели, обеспечивая при этом функции интеллектуального распределения большой мощности постоянного тока.

Новый тип устройства предоставляет разработчикам автоматизированных установок для Северной Америки преимущества производительности, стоимости и безопасности.

Конструкции систем промышленных машин и оборудования обычно основаны на проверенных материалах и методах для обеспечения надежных и эффективных конечных результатов. Это особенно верно, когда речь идет о распределительных цепях и цепях управления электроэнергией, где продукты, доступные на рынке, являются зрелыми, а методы проектирования в значительной степени руководствуются нормами. Но время от времени появляются новые возможности для повышения производительности, снижения затрат и повышения безопасности.

Так обстоит дело с относительно новым типом устройства распределения электроэнергии, созданным с учетом преимуществ специальной классификации Национального электротехнического кодекса (NEC), называемой цепью «Класса 2».Для автоматизированного оборудования и систем, предназначенных для рынка Северной Америки, класс 2 имеет много преимуществ для низковольтных цепей управления.

Традиционные схемы распределения питания цепей управления используют плавкие предохранители, автоматические выключатели и проводники для соответствия стандартам и требованиям. Несмотря на то, что соблюдение всех норм является обязательным, этот классический подход к защите цепи в некоторых отношениях неэффективен при относительно небольшой потребляемой мощности.

Класс 2 признает низкие уровни энергии, связанные со многими приложениями управления и сигнализации, и предоставляет разработчикам улучшенный вариант использования конкретных материалов и методов для этих ситуаций.Реализация принципов класса 2 с правильными устройствами приносит функциональные преимущества, снижает общую стоимость установки и повышает безопасность пользователей и оборудования.

Понимание требований

В различных регионах мира действуют особые директивы, кодексы и стандарты, которые необходимо соблюдать при проектировании, производстве и установке электрооборудования. Соответственно, электротехнические изделия обычно изготавливаются в соответствии с одним или несколькими из этих требований. Ниже приведены некоторые соответствующие документы для источников питания промышленного оборудования:

.
Европа и международный:
  • Международная электротехническая комиссия (МЭК)
  • Европейские стандарты (EN)
  • IEC/EN 61204-1: Низковольтные устройства электропитания
  • IEC/EN 61439-1: Низковольтные распределительные устройства и устройства управления
Северная Америка (Ю.С., Канада):
  • Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA)
  • NFPA 70: Национальный электротехнический кодекс (NEC)
  • NFPA 79: Электрический стандарт для промышленного оборудования
  • Лаборатории страховщиков (UL)
  • UL 508A: Стандарт для промышленных панелей управления
  • UL 1077: Стандарт для дополнительных устройств защиты для использования в электрооборудовании
  • UL 1310: Стандарт для блоков питания класса 2
  • UL 2367: Стандарт для полупроводниковых устройств защиты от перегрузки по току

Дизайнеры и инженеры должны быть ознакомлены с применимыми инструкциями для конечного места, где будет установлено и проверено оборудование.Европейские и североамериканские стандарты не обязательно согласованы, что добавляет сложности.

Стандарты, относящиеся к электроснабжению и распределению, обычно предназначены для защиты персонала и предотвращения пожаров или любых других небезопасных или опасных условий. Принципы проектирования и применимые продукты хорошо известны, но иногда стандарты обновляются или появляются новые продукты, предоставляющие возможности для улучшения.

Соображения класса 2

Проще говоря, цепь класса 2 имеет такое низкое напряжение и силу тока и, следовательно, малую мощность, что она не представляет опасности возгорания или поражения электрическим током для персонала.Конструкции, обеспечивающие ограничение доступной энергии, имеют много инженерных, нормативных, монтажных и эксплуатационных преимуществ.

Традиционные проводные устройства, такие как пускатели двигателей, часто потребляют слишком много энергии, чтобы цепи класса 2 были практичными. Но все более распространенные маломощные цифровые устройства, такие как программируемые логические контроллеры (ПЛК), человеко-машинные интерфейсы (ЧМИ) и другие интеллектуальные компоненты, хорошо работают при питании от цепей класса 2. Кроме того, большая часть связанной связи, сети и входной/выходной сигнализации может обеспечиваться цепями класса 2.

В Северной Америке NEC является основным стандартом для электроустановок. Панели управления и цепи внутри них рассматриваются в UL 508A, а UL 1077 и 2367 направлены на защиту параллельных цепей.

NEC конкретно определяет схему управления с ограничением энергии класса 2 в статье 725-121 как:

  • не более 60 В постоянного тока (хотя они чаще всего работают при 24 В постоянного тока или 24 В переменного тока в промышленных и коммерческих целях)
  • Потенциал мощности на стороне нагрузки должен быть ограничен менее чем 100 ВА (хотя соблюдение этих ограничений со стандартными предохранителями или автоматическими выключателями неприемлемо)
  • , поставляемый источником питания класса 2, специально внесенным в список UL.

Эти условия должны поддерживаться даже в случае короткого замыкания или неисправности. Существуют также ограничения на то, какие классы цепей могут маршрутизироваться вместе. Как правило, цепи класса 2 должны прокладываться отдельно от цепей других классов в панелях управления и кабельных каналах. Обратите внимание, что класс 2 применим только в Северной Америке.

Преимущества класса 2

Есть много преимуществ, когда поставщики продукции и разработчики соблюдают требования Класса 2.Цепи и последующие устройства, работающие в соответствии с классом 2, не требуют дополнительной защиты от поражения электрическим током или возгорания. С практической точки зрения это означает, что устройства и проводники класса 2 могут быть меньше, и по этим причинам часто упрощается схема. Методы полевой проводки менее требовательны, потому что материалы легче закупать, устанавливать и обслуживать. Сочетание этих преимуществ позволяет сократить расходы на проектирование, материалы, установку и поддержку.

Производители отправляют свои устройства в UL для исследования, чтобы получить сертификацию NEC Class 2.Когда устройство сертифицировано по классу 2, разработчикам становится легче использовать его по сравнению с большинством других типов электрических компонентов. Например, в панелях управления, перечисленных в списке UL 508A, любые цепи класса 2 и подключенные к ним компоненты не нужно оценивать на соответствие требованиям UL, что значительно сводит к минимуму усилия по проектированию панели.

Есть несколько моментов, которые необходимо знать для правильной реализации проектов класса 2. Некоторые нижестоящие устройства могут быть сертифицированы как требующие источника питания класса 2, поэтому разработчики должны знать об этом и убедиться, что они обеспечивают надлежащий источник питания класса 2.Кроме того, хотя методы проводки класса 2, как правило, проще в использовании, цепи класса 2 должны прокладываться независимо от других цепей, как внутри шкафа управления, так и в кабельных каналах. Возможно, самая большая проблема с конструкциями класса 2 — это ограниченное количество энергии, доступной для каждой цепи, что ограничивает количество подключенных к сети устройств, которые могут быть запитаны.

Реализации класса 2

Рисунок 1. Такие поставщики, как Murrelektronik, создали блоки питания, такие как Emparro67, показанный здесь, для соответствия требованиям класса 2, хотя этот подход обычно ограничивается блоком питания менее 4 А.

Существует несколько вариантов реализации источников питания класса 2. Небольшие трансформаторы могут быть разработаны для преобразования 120 В переменного тока в 24 В переменного тока с ограничением по току, чтобы соответствовать требованиям класса 2. Они часто используются для жилых и коммерческих приложений сигнализации, например, термостатов обогревателя и кондиционера или другой автоматизации здания. Однако типичные промышленные системы управления обычно используют 24 В постоянного тока.

Некоторые поставщики компонентов изначально разрабатывали блоки питания специально для приложений класса 2.Эти блоки питания были разработаны, протестированы и сертифицированы в соответствии с требованиями класса 2 (рис. 1). Это работоспособный подход, но эти блоки питания часто ограничивались номинальным выходным током 4 А или менее при 24 В постоянного тока. Многим панелям управления требовалось большее количество тока в цепи управления, что, следовательно, требовало нескольких источников питания. Или, возможно, можно было использовать несколько источников питания класса 2, но они не использовались полностью. Обе ситуации свели на нет некоторые из ожидаемых преимуществ.

Фигура 2.Отдельные модули ECP, такие как три устройства из линейки Murrelektronik MICO, показанные здесь, позволяют распределять питание панели управления 24 В постоянного тока на одну, две, четыре или восемь отдельных цепей класса 2.

Некоторые поставщики отреагировали на потребности клиентов в более эффективном способе развертывания конструкций класса 2, создав новую категорию устройств, называемую устройствами защиты электронных цепей (ECP). ECP — это более интеллектуальное семейство устройств класса 2, обеспечивающее интеллектуальное распределение питания и упрощающее получение преимуществ, а также предоставляющее множество автономных и модульных вариантов для распределения мощности 24 В постоянного тока от стандартных источников питания (рис. 2 и 3).

Рис. 3. Платы ECP доступны в расширяемом форм-факторе с удобной разводкой шин, что упрощает проектирование и изготовление панелей управления с большим количеством цепей класса 2.

Используя ECP, можно распределить до 40 А объемной мощности восходящего потока на множество отдельных нисходящих цепей класса 2. Таким образом, проектировщики могут выбрать меньшее количество, но более крупных источников питания по мере необходимости, возможно, даже с резервированием или источником бесперебойного питания. ECP также имеют много других преимуществ.

Дополнительные преимущества интеллектуального распределения электроэнергии

Поскольку интеллектуальные устройства распределения питания выполняют свою функцию ECP с использованием цифровых методов, защита реагирует быстрее, чем другие физические методы, такие как предохранители или традиционные автоматические выключатели.Реакция более надежна, чем кривая срабатывания стандартного выключателя или предохранителя, и намного ближе к желаемому выбранному уровню защиты. Например, если требуется защита на 2 А, кривая срабатывания ECP составляет примерно 2,1–2,2 А, в то время как для автоматического выключателя она может достигать 6 А. Такая чувствительность ECP обеспечивает точную селективность по перегрузке по току в других цепях и помогает предотвратить падение напряжения и даже возгорание кабеля.

ECP отслеживает ток на каждом отдельном выходном канале и предоставляет пользователям возможность включать и выключать каждый выходной канал по отдельности, например, с помощью дистанционной сигнализации от систем управления.При запуске выходные каналы автоматически запускаются каскадным образом, чтобы уменьшить пусковой ток в системе и свести к минимуму вероятность отключения по перегрузке по току на входе.

Некоторые ECP имеют визуальную индикацию загрузки канала, например постоянно горящий зеленый светодиод при загрузке менее 90 процентов, мигающий зеленый при загрузке от 90 до 100 процентов и красный при загрузке более 100 процентов. Кроме того, контакт групповой сигнализации позволяет контролировать ECP с помощью диспетчерских ПЛК. При необходимости могут быть предприняты управляющие действия, а также могут быть активированы аварийные сигналы HMI.Возможности управления и диагностики намного превосходят возможности сработавшего автоматического выключателя или перегоревшего предохранителя, что значительно упрощает ввод в эксплуатацию, заводские приемочные испытания и усилия по устранению неполадок.

Многие ECP имеют компактные форм-факторы, а версии, поддерживающие большее количество каналов, могут занимать меньше места на DIN-рейке, чем предохранители или автоматические выключатели. Система перемычек со стороны линии упрощает распределение мощности, а компактные форм-факторы и четкая маркировка упрощают проектирование, изготовление и обслуживание панелей управления.

Обратите внимание, что ECP предназначены не только для установок класса 2. Некоторые общие модели ECP могут обеспечивать регулируемые пределы тока для каждого канала, в то время как для установок истинного класса 2 необходимы специальные модели класса 2. Таким образом, ECP можно использовать для многих приложений цепей управления, где класс 2 не требуется, но желательны другие преимущества интеллектуального распределения энергии.

Современные ECP являются лучшим выбором для распределения групповых панелей управления 24 В постоянного тока на цепи класса 2 в панелях управления, а также обеспечивают существенные преимущества при распределении стандартных цепей 24 В постоянного тока.Внедрение ECP позволяет осуществлять упреждающий мониторинг, часто исключает необходимость открытия персоналом электрических шкафов и, в отличие от предохранителя, не требует замены после отключения.

ECP доставляют

Цепи

класса 2 представляют собой очень специфическую конфигурацию, уникальную для рынка Северной Америки и определенную NEC. Внедрение цепей управления класса 2 дает множество преимуществ в плане безопасности, производительности, соответствия нормативным требованиям и экономической эффективности.

Некоторые блоки питания рассчитаны на обеспечение цепей класса 2, но существуют ограничения по мощности, поэтому иногда требуется много таких устройств.ECP — это лучший и наиболее гибкий способ распределения нескольких цепей класса 2 от массивных источников питания 24 В постоянного тока, обычно используемых в панелях управления. ECP также обеспечивают множество преимуществ при распределении общих силовых цепей.

Для проектов и оборудования, предназначенных для Северной Америки, разработчики должны ознакомиться с требованиями, продуктами, методами проектирования и практикой установки, связанными с цепями управления класса 2, чтобы они могли воспользоваться преимуществами этого компактного, экономичного и многофункционального решения.

Изображения предоставлены Murrelektronik

Ресурсы

Отзывы читателей

Мы хотим услышать от вас! Пожалуйста, присылайте нам свои комментарии и вопросы по этой теме на [email protected]

Что такое печатная плата источника питания? (с изображением)

Печатная плата источника питания должна содержать большинство компонентов, необходимых для преобразования и питания оборудования, в котором она используется.Эти платы можно найти в оборудовании, которое подключается к розетке переменного тока (AC), или в устройствах с батарейным питанием, работающих от постоянного тока (DC). Расходные материалы часто имеют этикетку с указанием величины рабочего напряжения и тока. На плате должен быть предохранитель для предотвращения повреждения источника питания и остальных цепей в случае перегрузки. Переменные источники питания также доступны для тестирования и экспериментального использования.

Печатная плата блока питания компьютера позволяет ему преобразовывать переменный ток в постоянный.

Очень простые печатные платы блока питания могут состоять из трансформатора, четырех диодов или блочного выпрямителя и одного или нескольких конденсаторов для фильтрации. Плата будет иметь соединение для входного напряжения и переключатель для включения или выключения питания. В цепь должен быть встроен предохранитель. Некоторые электронные компоненты могут нагреваться во время работы, и они могут быть прикреплены к радиаторам для предотвращения перегрева.

Печатная плата блока питания переменного тока содержит трансформаторы, понижающие или повышающие напряжение.Понижающие трансформаторы просто уменьшают входное напряжение в цепь. В то время как большинство бытовых устройств в США работают от 110 до 120 вольт, для некоторых мощных устройств требуется трансформатор для увеличения доступного напряжения. В других странах напряжение питания может составлять от 220 до 230 вольт. Можно приобрести преобразователи, которые позволяют устройствам на 120 вольт работать от источников на 240 вольт.

В печатной плате блока питания переменного тока в постоянный трансформатор используется для снижения входного напряжения питания до величины, на которую плата рассчитана.После трансформаторной части цепи переменное напряжение выпрямляется до постоянного напряжения. Конденсаторы или катушки индуктивности используются в качестве фильтров для уменьшения шума и пульсаций напряжения.

Платы питания постоянного тока

работают от входного напряжения, подаваемого от батареи.Напряжение не нужно выпрямлять или изменять от переменного тока, но его все же необходимо регулировать. Регулирование может осуществляться интегральной схемой (ИС) или набором стабилитронов. Фильтрация напряжения может быть дополнена электролитическими конденсаторами.

Для устройств, требующих этого, также может быть создано несколько напряжений.Для некоторого оборудования требуется как +5, так и -5 вольт, а также +/- 12 или 15 вольт. Одна печатная плата источника питания может использоваться для обеспечения всех необходимых напряжений для устройства. Переменный источник питания, или Variac, представляет собой устройство, которое позволяет пользователю изменять выходное напряжение по мере необходимости.

Должна быть предусмотрена защита цепи на случай перегрузки или скачка напряжения.Предохранители на некоторых платах блока питания могут быть заменены пользователем, а другие недоступны. Если предохранитель поврежден и может быть заменен, замена должна иметь такой же номинальный ток. Обход этого предохранителя может привести к серьезному повреждению оборудования и, возможно, даже к пожару.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.