Устройства силовой электроники фирмы Zicon Electronics

Устройства силовой электроники фирмы Zicon Electronics

Выбор источника вторичного электропитания (ИВЭП) для конкретного применения нередко превращается в раздражающе запутанное дело, особенно если инженер является чистым системотехником и столкнулся с этой задачей, обладая лишь небольшим опытом или неглубокими знаниями в области ИВЭП. При этом задача отнюдь не упрощается существованием огромного числа потенциальных поставщиков источников питания. Просмотр каталогов изготовителей ИВЭП чаще всего оставляет заказчика в неведении относительно целого ряда параметров источника и их влияния на эксплуатационные свойства конечного изделия.

В предлагаемой статье дан обзор ИВЭП с типами преобразования AC/DC, DC/DC, а также регуляторов процессов заряда-разряда аккумуляторных батарей (зарядных устройств), разработанных и производимых фирмой Zicon Electronics (Великобритания). В обзор также включены комментарии относительно некоторых параметров представляемых изделий и рекомендации по их использованию.

Виктор Жданкин

andrey@prosoft.ru

Компания Zicon Electronics Ltd. основана в 1990 году группой специалистов с многолетним опытом в области разработки и производства устройств силовой электроники. В настоящее время Zicon производит обширный ряд высококачественных изделий силовой электроники для заказчиков во всем мире. Некоторые известные поставщики ИВЭП продают изделия Zicon под своей торговой маркой.

По выходной мощности ИВЭП и зарядные генераторы, поставляемые Zicon, классифицируются

как изделия повышенной (от 200 до 1000 Вт) и большой мощности (до 10 кВт). Блоки поставляются в различных конструктивных исполнениях: открытое шасси, шасси с электрическим кожухом, 19" сменные блоки формата 6U, DIN 41494, part 5 (Евромодули). На рис. 1 показан внешний вид блоков ИВЭП и зарядных устройств Zicon.

Полуагрегатированная конструкция изделий (построение с использованием отдельных функциональных плат) обеспечивает предельную гибкость. Смешивание и согласование входных, выходных и сигнальных плат во всевозможных конструктивных форматах позволяет поддерживать широкий номенклатурный ряд изделий, обеспечивая при этом быстрые сроки поставки даже для небольших партий.

Особенностями продукции Zicon, определяющими интерес потенциального заказчика, являются автоматический выбор диапазона входного питающего напряжения сети переменного тока c коррекцией коэффициента мощности (КМ) или без нее, отманы функционирования и управления, перфорированный электрический кожух для предотвращения контакта с деталями, находящимися под опасным напряжением, выходные блокирующие диоды для обеспечения параллельного соединения блоков по схеме «ИЛИ» в высоконадежных системах и защита от перегрева.

Все изделия разработаны для международных рынков и поэтому соответствуют требованиям стандарта IEC 950 (российский аналог — стандарт ГОСТ Р 50377-92 «Безопасность оборудования информационной технологии, включая электрическое конторское оборудование». Кроме того, продукция Zicon сертифицирована на соответствие требованиям стандартов VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker), UL (Underwriters Laboratories) и

Таблица 1. Основные электрические параметры входных плат, обеспечивающих работу от сетей переменного тока

Параметр Код/параметр 26 36 46 76 56 96 Прим.

Номинальное значение напряжения питающей сети, действующее значение, В 55 115 230 Автоматическое переключение диапазона 400 Универсальный вход

Предельные значения отклонения напряжения питающей сети переменного тока, В 50...65 90...132 175...264 115/230 300—450 90-264 1

КПД входного модуля, % 86 90 93 90/93 96 87—92 2

Пределы изменения частоты питающей сети, Гц 44—66 44...66 44—66 44-66 44—66 44—66

Ток утечки на землю, мА <0,5 <1,6 <2,5 <2,5 <2,5 <2,5

Ток утечки в режиме работы с частотой 440 Гц, мА <3 <10 <20 <20 <20 <20

Полная входная мощность, ВА, при максимальной выходной мощности / Время поддержания выходного напряжения при номинальных входном напряжении и токе нагрузки, мс 200 316/18 321/28 332/28 332/28 358/28 253/28

300 475/12 482/18 498/18 498/18 537/18 380/18

350 554/18 562/28 581/28 581/28 626/28 443/28

550 870/12 884/18 914/18 914/18 984/18 696/18

Р1.600 759/18

750 1246/12 1342/12 949/12

1К1 1800/12

Пусковой ток, А / Ток пережигания предохранителя, А / Входной ток, А 200 25/10/6 15/5/3 25/5/2 25/5/3 40/5/1 25/5/3 3

300 25/10/9 15/5/5 25/5/2 25/5/5 40/5/2 25/5/4

Р1300 100/10/4,3

350 25/16/10 15/10/6 25/10/3 25/10/6 40/5/2 25/10/4

550 25/16/16 15/10/9 25/10/5 25/10/9 40/5/3 25/10/7

Р1.600 100/10/8,6

750 25/10/7 40/5/4 25/10/9

1к1 25/16/10 40/5/4 25/10/9

Среднее время наработки на отказ (МТВР), ч, рассчитанное по ИИ-Н0ВК-217Е для температуры окружающей среды 20°С, при номинальном значении выходной мощности 200 400 000 400 000 450 000 400 000 500 000 200 000 4

300 450 000 450 000 500 000 450 000 550 000 150 000

350 300 000 300 000 350 000 300 000 400 000 150 000

550 350 000 350 000 400 000 350 000 450 000 170 000

Р1.600 150 000

750 300 000 350 000 150 000

1К1 200 000 350 000

Электрическая прочность, кВ

Первичная цепь — корпус 2,2

Электромагнитная соместимость. Электромагнитные помехи Уровни гармоник тока сети переменного напряжения ЕМ 61000-3-2

Помехи излучения ЕМ 55022-А

Кондукгивные помехи ЕМ 55022-В

Электромагнитная совместимость. Помехоустойчивость Электростатический разряд ЕМ 61000-4-2 уровни 3 и 4

Устойчивость к выбросам напряжения ЕМ 61000-4-5 уровень 3

Быстрые электрические переходные процессы/ выбросы ЕМ 61000-4-4 уровень 3

Невосприимчивость к помехам излучения ЕМ 50140 уровень 3

Невосприимчивость к кондуктивным помехам ЕМ 50141 уровень 3

Примечания.

1. Для 750-ваттных моделей предельные значения отклонения напряжения питающей сети переменного тока (универсальный вход) — 170...264 В, так как при понижении значений напряжения питающей сети происходит нагрев дросселя входного фильтра.

2. Для определения суммарного КПД изделия необходимо перемножить значения КПД входной и выходной плат и разделить результат на 100.

3. Входные предохранители с большой тепловой инерцией, способные выдержать значительные кратковременные перегрузки током (предохранители заменяются только квалифицированным персоналом).

4. Для определения суммарного значения среднего времени безотказной работы всего устройства необходимо перемножить значения МТВР входной и выходной плат и разделить результат на сумму этих значений.

Таблица 2. Основные электрические параметры входных плат, обеспечивающих работу от сетей постоянного тока

Параметр Код/параметр 12 24 35 48 60 99 46 96 56 Прим.

Номинальное значение напряжения питающей сети постоянного тока, В 12 24 35 48 60 100 300 Универ- сальный вход 550

Предельные значения отклонения напряжения сети постоянного тока, В 12...15 21...30 30...43 40...57 48...72 90...130 250...370 125...360 425...635 1

КПД входного модуля,% 70 83 84 88 90 92 95 87...92 96 2

Входная мощность, Вт / Входной так, А 200 313/26 263/11 260/8 247/5 241/4 235/2 230/1 250/2 233/1

300 469/39 395/16 390/11 370/8 361/6 353/4 345/1 375/3 349/1

350 547/46 461/19 450/13 432/9 422/7 412/4 402/1 438/4 407/1

550 859/72 724/30 710/20 679/14 663/11 647/6 632/2 688/6 640/2

PL600 750/6

750 926/19 904/15 882/9 862/3 938/8 872/2

Пусковой ток, А / Ток пережигания предохранителя, А 200 100/32 30/16 30/10 30/10 30/10 30/5 25/5 25/5 40/5 3

300 100/32 30/16 30/16 30/10 30/10 30/5 25/5 25/5 40/5

350 200/— 50/32 50/20 50/16 50/16 50/10 25/10 25/10 40/5

550 200/— 50/32 50/20 50/16 50/16 50/10 25/10 25/10 40/5

PL600 100/10

750 50/20 50/16 50/10 25/10 25/10 40/5

Среднее время наработки на отказ (МТВР), ч, рассчитанное по МИ-Н0ВК-217 для температуры окружающей среды 20°С, при полной нагрузке 200 150 000 250 000 300 000 350 000 400 000 470 000 470 000 300 000 500 000 4

300 200 000 300 000 350 000 400 000 450 000 520 000 520 000 350 000 550 000

350 100 000 150 000 200 000 250 000 300 000 370 000 370 000 200 000 400 000

550 120 000 200 000 250 000 300 000 350 000 420 000 420 000 400 000 450 000

PL600 300 000

750 200 000 250 000 320 000 320 000 200 000 350 000

Защита от обратной полярности включения Нет Последовательно включённый защитный диод Мостовой выпрямитель

Электрическая прочность, кВ

Первичная цепь — корпус 2,2

Электромагнитная совместимость. Электромагнитные помехи Помехи излучения ЕМ 55022-А EN 55022-А

Кондуктивные помехи ЕМ 55022-В <1 В, двойная амплитуда <4 мВ (действующее значение) < 2 мВ (псофометрическое значение) EN 55022-В

Электромагнитная совместимость. Помехоустойчивость Электростатический разряд ЕМ 61000-4-2 уровни 3 и 4 EN 61000-4-2 уровни 3 и 4

Устойчивость к выбросам напряжения ЕМ 61000-4-5 уровень 3 V Приме/ чание 5 EN 61000-4-5 уровень 3

Быстрые электрические переходные процессы/выбросы ЕМ 61000-4-4 уровень 3 EN 61000-4-4 уровень 3

Невосприимчивость к помехам излучения ЕМ 50140 уровень 3 EN 50140 уровень 3

Невосприимчивость к кондукгивным помехам ЕМ 50141 уровень 3 у EN 50141 уровень 3

Примечания.

1. Для 750-ваттных моделей предельные значения отклонения питающей сети постоянного тока (универсальный вход) — 200...360 В.

2. Для определения суммарного значения КПД устройства необходимо перемножить значения КПД входной и выходной плат и результат разделить на 100.

3. Входные предохранители с большой тепловой инерцией, способные выдержать значительные кратковременные перегрузки током (предохранители заменяются только квалифицированным персоналом).

4. Для определения суммарного значения среднего времени безотказной работы всего устройства необходимо перемножить значения МТВР входной и выходной плат и разделить результат на сумму этих значений.

5. При испытании на электромагнитную совместимость положительная шина входной цепи подключается к корпусу устройства.

CSA (Сanadian Standards Association). Особое внимание к вопросам электромагнитной совместимости позволило добиться снижения уровня помех, излучаемых в пространство и передаваемых по проводам питания, сигнализации и управления, до уровня, допускающего эксплуатацию этих изделий как в промышленных, так и в коммерческих системах обработки данных.

Система управления качеством продукции фирмы Zicon Electronics соответствует требованиям стандарта ISO 9001 ^р^фикат № 7437).

Производятся четыре серии изделий, которые кодируются следующим образом:

• серия «С» разработана специально для регулирования процессов заряда-разряда аккумуляторных батарей ^Б);

• серия «РЬ» — ряд блоков, имеющих один выход питающего напряжения и конструктивно размещенных на ^образном металлическом шасси;

• серия «2» — универсальное конструктивное решение, предлагающее множество вариантов в пределах серии (рис. 2);

• серия «М» — блоки большой мощности

(от 1,1 до 10 кВт).

По заказу фирма Zicon Electronics осуществляет модификацию стандартных изделий в соответствии с требованиями потребителя. Могут не устанавливаться некоторые типовые функциональные узлы, если в выполняемых ими функциях нет необходимости (например, узел дистанционного включения-выключения сигналом малой мощности, узлы формирования логических сигналов), варьироваться однотипные узлы (например, поме-

Таблица 3. Технические параметры выходных одноканальных плат

Параметр Код/параметр 2 3 5 8 12 15 24 36 48 60 96/99 11 13 17

Номинальное значение выходного напряжения постоянного тока, В 2 3,3 5 8 12 15 24 36 48 60 96 108 130 170

Пределы регулировки выходного напряжения, В Минимум 1,6 2,6 4 7 11 13,8 22 33 44 55 88 99 120 155

Максимум 2,4 4 6 9 14 17,5 29 42 57 70 114 126 155 202

Уставка защиты от превышения выходного напряжения, В Минимум 2,4 4 6 9,6 14,4 18 29 43,2 57,6 72 120 130 157 205

Максимум 2,7 4,5 6,8 10,8 16,2 20,3 32,4 48,6 64,8 81 135 146 176 230

Уставки постоянного тока перегрузки, А (примечание 2) 200 Мин. 65 50 36,5 25 19 15,5 9,5 6,5 4,8 3,8 2,3 2,1 1,8 1,35

200 Макс. 75 57 42,5 29 22 17,5 11 7,5 5,5 4,4 2,7 2,5 2 1,55

300 Мин. 97 73,5 55 37,5 28,5 23 14,3 9,5 7,2 5,7 3,4 зд 2,65 2

300 Макс. 113 85,5 63,5 43 33,3 26,6 16,6 11 8,3 6,7 4 3,7 3 2,35

350 Мин. 111 84 65 44 32,4 26 16,2 10,8 8,1 6,5 3,9 3,6 3 2,3

350 Макс. 129 98 75 50 37,6 30 18,8 12,5 9,4 7,5 4,5 4,2 3,5 2,65

550 Мин. 176 132 104 69 48 38 24 16 12 9,5 5,7 5,3 4,4 3,4

550 Макс. 204 153 120 79 55 44 28 18,5 14 11 6,7 6,1 5,2 3,9

600 Мин. 56 27 13,5 11 6,7

600 Макс. 60 30 15 12 7,5

750 Мин. 65 52 32 22 16,2 13 7,8 7,2 6 4,5

750 Макс. 75 60 38 25 18,8 15 9 8,3 7 5,3

1К1 Мин. 48 32 24 19 12 10,5 9 6,5

1К1 Макс. 56 37 28 22 13,5 12 10,5 8

Среднее время наработки на отказ (МТВР), ч, рассчитанное по МИ-Н0ВК-217 при температуре окружающей среды +20°С, при номинальном значении выходной мощности (примечание 3) 200 80 100 120 130 150 180 200 200 250 250 200 200 200 200

300 120 150 200 220 250 280 300 300 350 350 300 300 300 300

350 60 75 90 95 100 120 150 150 200 200 150 150 150 150

550 80 100 120 130 150 180 200 200 250 250 200 200 200 200

600 150 200 250 250 250

750 100 120 150 150 200 200 150 150 150 150

1К1 100 100 150 150 100 100 100 100

КПД, % (примечание 4) 70 78 86 87 90 91 92 93 94 95 95 95 95 95

Общая пульсация <0,2%

Динамическая нестабильность в течение 1 мс при изменении тока нагрузки на 10% <2% <1% <0,5%

Нестабильность при изменении нагрузки в диапазоне 0...100% <1%

Нестабильность при изменении напряжениия сети во всем диапазоне <0,5%

Температурный дрейф выходного напряжения, млн~1/°С 200

Электрическая прочность (постоянный ток) Входная цепь — выходная цепь: 1 кВ или 6 кВ в зависимости от входной платы I/P Выходная цепь — корпус: 2,2 кВ

Примечания.

1. Устройство защиты от превышения выходного напряжения выполнено в виде электронной схемы, которая ограничивает уровень выходного напряжения до безопасного значения при его чрезмерном повышении, работоспособность устройства может быть восстановлена путем отключения входного напряжения.

2. Выходная характеристика типа «постоянное напряжение-посгоянный ток» идеальна для нелинейных нагрузок.

3. Для определения суммарного значения среднего времени безотказной работы всего устройства необходимо перемножить значения МТВР входной и выходной плат и разделить результат на сумму этих значений.

4. Для определения суммарного значения КПД устройства необходимо перемножить значения КПД входной и выходной плат и результат разделить на 100.

5. Установленная по заказу схема защиты от превышения температуры срабатывает в случае перегрева внутри конструкции (например при отказе вентилятора).

6. Выносная отрицательная обратная связь (00С) компенсирует падение напряжения

0,5 В на соединительных проводах. Для использования выносной 00С необходимо соединить контакты «0VS» с «0V» и «+VS» с «+V» непосредственно на нагрузке.

7. Сигнал Remote 0n-0ff (ROF) — дистанционное включение-отключение; сигнал запрета выходного напряжения поступает на ТТЛ совместимый относительно «0V» вход, нулевой уровень сигнала ТТЛ запрещает выходное напряжение.

8. Смотри раздел «Дополнительные сервисные функции: сигналы AC Fail (ACF) — провал напряжения в питающей сети переменного тока, DC Fail (DCF) — провал в питающей сети постоянного тока, распределение тока (power-share), сигнал контроля за мощностью (power-monitor), (N+1) резервирование, блокирующие диоды (OR-диоды)».

хоподавляющие фильтры), а также вноситься изменения в базовые несущие конструкции ИВЭП.

Основные, общие для всех ИВЭП электрические характеристики приведены в табл. 1-4. С учетом полуагрегатированной конструкции блоков электрические параметры приводятся раздельно для входных плат, обеспечивающих работу блоков от сетей переменного и постоянного напряжений, и выходных плат, определяющих число выходов питаю-

щих напряжений блока и подразделяющихся на одноканальные и многоканальные (максимальное число выходов для ИВЭП Zicon равно пяти).

ИВЭП серии «2»: общие комментарии и рекомендации по применению

Обзор начнем с рассмотрения наиболее популярной и универсальной серии <Л».

Модульный принцип построения и гибкость, обеспечиваемая этим подходом, про-

иллюстрированы на рис. 2. Конструкция ИВЭП типа «открытое шасси» серии 2X350 показана на рис. 3.

При таком подходе устройство с необходимыми техническими параметрами быстро конфигурируется из имеющихся в наличии базовых плат.

Все ИВЭП реализованы по схеме двухтактного преобразователя с трансформаторными регулируемыми конверторами. При этом для реализации ИВЭП с номинальными значе-

Таблица 4. Технические параметры выходных плат многоканальных устройств

Параметр Код РА РВ PC PD РЕ PF PG PH PJ Прим.

Номинальное значение выходного напряжения канала ОР1, В 5 5 5 5 8 5 5 5 5 1

Номинальное значение выходного напряжения канала ОР2, В -5 -5 -8 -5 -8 -15 -5 -5 -5

Номинальное значение выходного напряжения канала ОРЗ, В -12 -15 -15 -12 -15 -12 -15 -12 -12

Номинальное значение выходного напряжения канала 0Р4, В 12 15 15 12 15 12 15 12 12

Номинальное значение выходного напряжения канала ОР5, В 24 24 24 12 24 15 28 28 48

Диапазон регулировки выходного напряжения 0Р1, В Мин. 4,5 4,5 4,5 4,5 7,2 4,5 4,5 4,5 4,5

Макс. 5,5 5,5 5,5 5,5 8,8 5,5 5,5 5,5 5,5

Уставка устройства защиты от превышения выходного напряжения канала ОР1, В Мин. 6 6 6 6 9,6 6 6 6 6 2

Макс. 6,8 6,8 6,8 6,8 10,8 6,8 6,8 6,8 6,8

Защита от перегрузки Код 0Р1 0Р2 и ОРЗ (Ро^игКсИ) 0Р4 (примечание 11) ОР5 Прим.

Максимальное значение пикового (10 с) тока, А / Значение тока в режиме короткого замыкания, А 200 60/12 Каналы 2 и 3 защищены самовосстанавливающимися 4-амперными предохранителями с положительным температурным коэффициентом и номинальным значением 100014, А2-с 25/5 13/2,5 3

300 60/12 25/5 13/2,5

350 120/24 50/10 25/5

550 120/24 50/10 25/5

750 160/32 67/13 32/7

Среднее время наработки на отказ по МИ.-Н0ВК-217Е для выходной го среды 20°С и номинальном значен [MTBF), ч, рассчитанное 200 300 350 550 750 Код 4

ИИ выходной мощности 100 000 150 000 90 000 130 000 90 000 MTBF

КПД выходной платы, % 80...90 при максимальной выходной мощности в зависимости от перераспределения нагрузки 5

Номинальные значения постоянных выходных токов, А в пределах допуска по мощности при темпера1уре окружающей среды 40°С и значении напряжения питающей сети переменного тока 230 В ОР1 0Р2 ОРЗ 0Р4 0Р5 Код Номинал. мощность, Вт Пределы выходной мощности, Вт 6

Мин. Макс.

20 3 3 8 4 200 200 300 350

25 4 4 10 5 300 300 300 350

45 3 3 8 4 350 350 600 700

55 4 4 10 5 550 550 600 700

65 4 4 10 5 750 750 800 900

Общая пульсация и высокочастотная компонента с полосой 30 МГц <0,2% (действующее значение), 2% (двойная амплитуда) Одинаковые значения пределов выходных мощностей для моделей с номинальными значениями выходных

Динамическая нестабильность при кратковременном изменении тока нагрузки на 25% <1% (в течение 1 мс) <1% <1% <1% <1% мощностей 200 Вт, 300 Вт и 350 Вт, 550 Вт объясняются следующим образом. Эти блоки попарно идентичны и отличаются только тем, что 300-ваттные и 550-ваттные блоки оснащены вентиляторами, а в 200-ваттных и 350-ваттных блоках отвод тепла осуществляется посредством конвективного теплообмена. Если в системе предусмотрен достаточный обдув потоком воздуха, то возможно применение 200-ваттного устройства вместо 300-ваттного и 350-ватного вместо 550-ваттного.

Нестабильность при изменении нагрузки в диапазоне 20...80% <1% <4% <2% <2% <2%

Перекрёстное влияние (при 10% изменении нагрузки канала 0Р1) - <1% <1% <1% <1%

Нестабильность при максимальном изменении напряжения сети, % <0,5 <1 <1 <1 <1

Температурный дрейф выходного напряжения, млн~7°С <200 <200 <400 <400 <400

Примечания.

1. При установленном номинальном значении напряжения выходного канала 0Р1 и нагруженных на 50% всех каналах значения выходных напряжений дополнительных каналов будут установлены в пределах 2% их номинальных значений.

2. Устройство защиты от превышения выходного напряжения выполнено в виде электронной схемы, которая ограничивает уровень выходного напряжения до безопасного значения при его чрезмерном повышении, работоспособность устройства может быть восстановлена путем отключения входного напряжения.

3. Выходные каналы 0Р1,0Р5 и 0Р4 имеют защиту от перегрузки, основанную на ограничении тока в первичной обмотке, поэтому эти выходные каналы могут запитывать виды аппаратуры с импульсной характеристикой потребляемого тока. Идеальны для запитки систем, имеющих в своём составе печатающие головки, моторы, лентопротяжные механизмы и т.п.

Выходные каналы 0Р2 и ОРЗ не предназначены для питания аппаратуры с импульсным видом потребляемого тока и поэтому нуждаются в дополнительных надёжных средствах защиты от перегрузок по току (применены элементы токовой защиты Ро1у5\ллЧсИ — самовосстанавливающиеся предохранители).

4. Для определения суммарного значения среднего времени безотказной работы всего устройства необходимо перемножить значения МТВР входной и выходной плат и разделить результат на сумму этих значений.

5. Для определения суммарного значения КПД устройства необходимо перемножить значения КПД входной и выходной плат и результат разделить на 100.

6. Для определения максимальных значений постоянного тока в других сетях питающего напряжения при иных температурах и потоках охлаждающего воздуха приводятся соответствующие характеристики.

7. Установленная по заказу схема защиты от превышения температуры срабатывает в случае перегрева внутри конструкции (например при отказе вентилятора).

8. Выносная отрицательная обратная связь имеется только в канале 0Р1 и компенсирует падение напряжения 0,25 В на соединительных проводах.

9. Сигнал Remote 0n-0ff (ROF) — дистанционное включение-отключение; сигнал запрета выходного напряжения поступает на ТТЛ совместимый относительно «0V» вход, нулевой уровень сигнала ТТЛ запрещает выходное напряжение

10. Смотри раздел «Дополнительные сервисные функции: сигналы AC Fait (ACF) — провал напряжения в питающей сети переменного тока, DC Fail (DCF) — провал в питающей сети постоянного тока, распределение тока (power-share), сигнал контроля за мощностью (power-monitor), (N+1) резервирование, блокирующие диоды (OR-диоды)».

11. Для выходных каналов с номинальным значением напряжения 15 В устанавливаются 4-амперные элементы токовой защиты PolySwitch производства Raychem Corporation.

Выходная мощность

200 550

300 750 350 1...П кВт

^гналы контроля и управления

Б ТТЛ-уровень К Релейные В Аккумулятор

Р Релейные сигналы аварийных

режимов во входной и выходной цепях + РБ, РМ

Конструктивное

исполнение

Открытое шасси С электрическим кожухом Евроконструктив Корпусированный блок

Значение выходного питающего напряжения постоянного тока

2 В 3,3 В 5 В 12 В 15 В 24 В

3б В 48 В 60 Е 9б В 100 В

Вид входной электроэнергии

Сеть переменного Сеть постоянного

напряжения (однофазная) напряжения

55 Е 12 В

115 Е 24 В

230 Е 48 В

400 Е б0 В

Автоматический 100 В

выбор диапазона 300 В

С коррекцией КМ 550 В

10 стандартных комбинаций

Дополнительное оборудование

С Перфорированный кожух для электробезопасности Р Блокировочные диодь Т Встроенная защита от перегрева Е Конформное покрытие

Рис. 2

ниями входных напряжений свыше 100 В применяется двухтактный полумостовой конвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и постоянной рабочей частотой преобразования 50 кГц. В основе ИВЭП с номинальными значениями входных напряжений ниже 100 В применяется двухтактный двухфазный конвертор с частотой преобразования 50 кГц [1-4].

Для управления двухтактными преобразователями применяется расположенный на выходной плате интегральный двухтактный ШИМ-контроллер SG3524 (IC1), который формирует две последовательности управляющих импульсов, разделенные гарантированной паузой. Интегральные ШИМ-кон-троллеры семейства SG1524/2524/3524 были разработаны в 1976 году Бобом Маммансом, работавшим в то время в фирме Silicon General, и являлись тогда первыми интегральными схемами управления импульсными источниками питания [5]. В настоящее время эти ИС производятся не менее чем 10 различными изготовителями. Выпускается и отечественный аналог — 1114ЕУ1, хорошо известный российским разработчикам.

В планы данной статьи не входит описание и анализ принципиальных схем ИВЭП, а лишь обращается внимание на основные моменты, позволяющие оценить уровень исполнения представляемых устройств. Для подробного ознакомления с техническими особенностями в конце статьи приведены ссылки на соответствующую литературу.

Транзисторные ключи

В качестве ключей в ИВЭП Zicon применяются мощные биполярные транзисторы, что позволяет получить высокий КПД. Достоинства биполярных транзисторов общеизвестны (большие значения коллекторных токов, обратных напряжений коллектор-эмиттер,

малое падение напряжения на транзисторе в открытом состоянии, небольшие значения времени выключения), но опыт разработки транзисторных силовых устройств выявил ряд проблем, обусловленных характерными свойствами биполярных транзисторов. Это малый коэффициент передачи тока, большой разброс его значений в силу технологических и температурных факторов, необходимость применения знакопеременного управляющего напряжения, сильная внутренняя обратная связь в транзисторе даже на низкой частоте, малая область безопасной работы из-за склонности транзистора к кумуляции тока, наличие весьма заметного времени рассасывания [6]. Устранение отмеченных проблем требует большого количества вспомогательных цепей, в которых необходимо организовать сложные процессы, обеспечивающие управление биполярными транзисторами и их защиту. Цепи управления и защиты выполняются различными способами, что привело к появлению множества известных схемных и конструкторских решений.

По схемотехнике их условно можно разделить на четыре наиболее широко применяющихся вида: с потенциальным управлением; с управлением через разделительный трансформатор; с управлением от дополнительной (базовой) обмотки, располагаемой на

силовом трансформаторе преобразователя; с пропорционально-токовым управлением силового транзисторного ключа от трансформатора тока, когда мгновенные значения базового тока изменяются в соответствии с изменениями тока коллектора [1, 7].

Исследования показывают энергетическое превосходство ключей с трансформаторами тока практически во всем диапазоне напряжений первичного питания — от единиц до сотен вольт.

Несомненно, что практически во всех классах устройств, особенно в инверторах, устройствах управления электродвигателями и устройствах коммутации и защиты, современные мощные МДП-транзисторы имеют принципиальные преимущества перед биполярными. Удельная мощность транзисторных ключей на МДП-транзисторах и силовых устройствах на основе этих ключей может быть такой, которая принципиально недостижима при применении биполярных транзисторов. Однако из этого не следует делать вывода о том, что надо отказаться от разработки и внедрения устройств на биполярных транзисторах.

Опыт специалистов фирмы 2ісоп подтверждает данный вывод. Максимальное значение удельной конструктивной мощности для сетевого ИВЭП 2Х1К1-4624 с выходной мощностью 1,1 кВт составляет 330 Вт/дм3, КПД 85 %.

КПД ИВЭП

Относительно параметра КПД уместным будет следующее замечание. Зачастую в спецификациях ИВЭП, охлаждаемых вентилятором, не уточняется, учтена ли потребляемая вентилятором электрическая мощность при вычислении общего КПД. Во многих спецификациях указывается на значительное расширение диапазона рабочих температур ИВЭП при использовании принудительного воздушного охлаждения, но при этом мало кто из производителей указывает на соответствующее снижение КПД.

Для своих ИВЭП с установленными вентиляторами при выходных мощностях 350, 550, 600, 750 Вт, 1,1 кВт фирма 2ісоп приводит зависимости допустимой выходной мощности от КПД и температуры окружающей среды. На рис. 4 в качестве примера представлен график для охлаждаемых вентилятором ИВЭП с выходными мощностями 600, 750 Вт и 1,1 кВт. При расчете КПД всей системы необходимо учесть, что мощность, потребляемая вентиляторами на ИВЭП с выходными мощностями 300 или 600 Вт, составляет 2 Вт, а на источниках с выходной мощностью 550, 750 Вт и 1,1 кВт — 3 Вт. ИИ

Продолжение следует