От IoT до медицины: высоконадежные источники питания TRACO на печатную плату

21 января 2022

Игорь Елисеев (г. Химки)

Источники питания TRACO для монтажа на печатную плату – идеальный выбор для ответственных применений. Ряд серий этих ИП благодаря их специальным характеристикам производитель рекомендует для применения в специализированных сферах: системах промышленной автоматизации, релейной защите, интернете вещей, медицинской технике.

Производители источников питания, как правило, стремятся обеспечить свои изделия набором технических и эксплуатационных характеристик, требующихся для широкого спектра приложений в некой обобщенной сфере – для наружного или внутреннего использования, для индустриального или бытового применения и так далее. При таком подходе практически невозможно учесть специфические требования, предъявляемые к источникам питания в каждой конкретной области применения. Хотя в отдельных случаях производители выпускают определенные линейки продукции для использования в специфических сферах применения (например, светодиодные драйверы), это следует рассматривать скорее как исключение, нежели как правило. В лучшем случае, источники питания определенной серии или семейства позиционируются производителем для использования в широком спектре областей, в худшем – производитель вообще не информирует потенциальных потребителей о возможных сферах применения, ограничиваясь лишь общим описанием характеристик изделия. В любом случае вопрос об использовании изделия в конкретном приложении требует детального изучения. Может оказаться, что некоторые важные с точки зрения потребителя характеристики прибора не нормированы производителем, или их величины выходят за рамки допустимых значений. Поэтому задача выбора источника питания для определенного приложения среди всего спектра продукции мировых производителей источников питания может оказаться непростой: надо будет досконально исследовать параметры каждой предположительно подходящей серии приборов, чтобы быть полностью уверенным в том, что параметры изделия в полной мере удовлетворяют всем необходимым требованиям. Задачу подбора подходящего изделия можно существенно упростить, если сосредоточить внимание всего на нескольких, а лучше – на одном из ведущих мировых производителей источников питания, основываясь на таких критериях, как репутация компании-производителя, длительность пребывания на рынке, широта ассортимента продукции, а главное – качество и надежность изделий. Последний критерий является основополагающим, так как любое ответственное приложение в первую очередь требует применения комплектующих высокого качества с гарантированно длительным сроком безотказной работы. Одной из подобных компаний, несомненно, является TRACO.

TRACO – старейшая европейская компания, образованная в Швейцарии в 1944 году. В самом начале своей деятельности компания занималась поставками на европейский рынок изделий электронной промышленности (приборов и компонентов) зарубежных производителей, преимущественно из Японии, Италии и Америки. Позднее компания перепрофилировалась и сама стала производителем электронной техники. Это произошло в 70-х годах прошлого века, и с тех пор компания сосредотачивает свои усилия и ресурсы на разработке и производстве источников питания. Сегодня это мощный холдинг, имеющий филиалы в разных странах мира. Компания производит широчайший ассортимент продукции, включающий AC/DC- и DC/DC-конвертеры, а также DC/AC-инверторы в самых различных вариантах исполнения, для практически любых условий эксплуатации, в широком диапазоне токов и напряжений, на мощности от единиц ватт до десятков киловатт. Изделия компании, благодаря огромному опыту, накопленному за десятилетия, обладают превосходным набором характеристик, удовлетворяющих самым жестким требованиям современных международных стандартов и нормативов. Но главное, чем компания TRACO заслужила свою безупречную репутацию, это – высочайшее качество и надежность ее продукции. Во-первых, для производства своей продукции TRACO использует только высококачественные комплектующие, получаемые от проверенных временем поставщиков. А во-вторых, вся выпускаемая продукция проходит тестирование на соответствие заявленным характеристикам в собственных сертифицированных лабораториях компании.

Что касается областей применения, то TRACO использует оба описанных выше подхода. Некоторые семейства изделий позиционируются для преимущественного использования в определенных областях, другие имеют более общее применение. Так или иначе, для каждого семейства можно выделить наиболее характерные сферы применения, где его представители могли бы быть использованы наилучшим образом. В рамках данного обзора будут рассмотрены несколько семейств источников питания TRACO, имеющих характерное конструктивное исполнение – для установки на печатную плату, а также возможность их использования в трех сегментах – в области промышленной автоматизации (и, в частности, в системах релейной защиты), для интернета вещей (IoT – Internet of Things) и для медицины. Выбор этих трех областей применения обусловлен тем, что, во-первых, данные сферы чрезвычайно востребованы и активно развиваются в настоящее время, а во-вторых, каждая из них имеет свои специфические особенности, которые обязательно нужно учитывать при выборе источника питания.

Область промышленной автоматизации включает множество приложений, общим назначением которых является контроль и управление без участия человека. Это не только системы управления производственными процессами в промышленности, как следует из названия, но также и всевозможные системы охраны и безопасности, системы управления инфраструктурой зданий, транспортной инфраструктурой и многое другое. Термин «промышленный» здесь следует воспринимать как противоположность понятию «бытовой», то есть отличающийся более высокой степенью надежности и способностью работать в тяжелых условиях. Из этого следует, что источники питания для промышленной автоматизации должны стабильно функционировать в широком диапазоне температур, быть устойчивыми к резким изменениям нагрузки и сетевого напряжения, содержать всевозможные средства защиты от перегрузок и перенапряжений и обладать способностью полностью восстанавливать работоспособность после устранения причин, вызвавших срабатывание защиты. Помимо перечисленного, эти устройства должны обладать хорошей изоляцией и соответствовать международным нормам по электромагнитной совместимости. Особое место среди приложений промышленной автоматизации занимают системы релейной защиты. К этим системам дополнительно предъявляется требование повышенного быстродействия для быстрого включения защитных механизмов в случае аварийной ситуации. По этой причине источники питания, используемые в таких системах, должны иметь очень малую задержку включения при переходе в активное состояние из режима ожидания.

Источники питания для интернета вещей (IoT) отличаются тем, что они постоянно подключены к сети, но большую часть времени пребывают в режиме ожидания. Это связано со спецификой работы системы – она переходит в активное состояние только тогда, когда нужно выполнить поступающие через интернет команды или передать информацию о состоянии системы. Именно в эти моменты потребляется существенная (по сравнению с режимом ожидания) энергия от источника питания. Остальную часть времени система потребляет крайне незначительное количество энергии или не потребляет ее вовсе. В то же время источник питания работает и потребляет энергию из сети. Поэтому в данном случае ключевым параметром становится собственное потребление энергии, которое можно оценить по величине потребляемой мощности на холостом ходу. С учетом же того, что устройства системы IoT используются преимущественно в бытовой сфере, то есть в непосредственном контакте с людьми, они должны соответствовать повышенным требованиям, касающимся безопасности человека.

Еще более высокие требования по безопасности предъявляются к медицинской технике. Кроме повышенных требований к изоляции прибора, здесь также учитываются токи утечки и даже пути этих токов. Причем различают требования безопасности для операторов, эксплуатирующих данную технику, и для пациентов, к которым она применяется. Не менее важным является требование высокой надежности, которое выражается в увеличенном времени безотказной работы. Это требование в обязательном порядке предъявляется ко всем медицинским приборам, к устройствам для систем жизнеобеспечения и, соответственно, ко всем комплектующим, входящим в состав этих приборов, в том числе – к источникам питания. Еще одно обязательное требование, предъявляемое к медицинской аппаратуре – соответствие строгим международным стандартам по электромагнитной совместимости. Это связано с тем, что величина измеряемых сигналов обычно невелика, и если уровень электромагнитных помех сравним с уровнем полезного сигнала, это может внести значительные искажения в измерения, делая показания недостоверными.

Как уже отмечалось выше, в данном обзоре будут представлены источники питания определенного типа, а именно – в компактном изолированном исполнении для установки на печатную плату. Типовой внешний вид источника питания в данном типе корпуса представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Источник питания в компактном изолированном корпусе для установки на печатную плату

Корпус выполнен из прочного пластика с хорошими изоляционными свойствами. Он полностью герметизирован, а для подключения к схеме источника питания извне служат штырьковые выводы, расположенные на нижней поверхности. Все рассмотренные ниже источники питания имеют подобное исполнение, отличающееся только габаритными размерами, а также количеством и расположением внешних выводов.

Семейство TMG включает четыре серии на мощности 7, 15, 30 и 50 ватт. Источники питания этого семейства работают в широком диапазоне входных напряжений и температур окружающей среды, имеют высокое напряжение изоляции, малое время старта, низкое значение потребляемой мощности в режиме холостого хода в соответствии с европейской директивой по энергосбережению, защиту от перегрузок и коротких замыканий, большое время наработки на отказ, соответствуют международным стандартам по электробезопасности и электромагнитной совместимости. Общие параметры серий семейства TMG представлены в таблице 1, структура наименования источников питания семейства – на рисунке 2, а основные технические характеристики приборов – в таблице 2.

Таблица 1. Общие параметры серий источников питания семейства TMG

*Для TMG 30103 – 1,5%

Рис. 2. Структура наименования источников питания семейства TMG

Таблица 2. Основные технические характеристики источников питания семейства TMG

Семейство TMPW содержит серии на мощности 5, 10, 25 и 50 ватт. Данное семейство, в отличие от других, дополнительно включает в себя источники питания в варианте для установки на шасси. Эти приборы аналогичны устанавливаемым на плату (рисунок 1), но размещены на подложке, а внешние штырьковые выводы заменены на разъемы (рисунок 3).

Рис. 3. Источник питания семейства TMPW в варианте для установки на шасси

По техническим характеристикам оба варианта абсолютно идентичны. Для их различения в названия позиций по второму варианту (на шасси) добавляется суффикс “-J”. На рисунке 4 показана структура наименования источников питания в варианте на печатную плату, а на рисунке 5 – в варианте на шасси.

Рис. 4. Структура наименования источников питания семейства TMPW в варианте для установки на печатную плату

Рис. 5. Структура наименования источников питания семейства TMPW в варианте для установки на шасси

Источники питания этого семейства работают в широком диапазоне входных напряжений и температур окружающей среды, имеют высокое напряжение изоляции, малое время старта, низкое значение потребляемой мощности в режиме холостого хода в соответствии с европейской директивой по энергосбережению, защиту от перегрузок, перенапряжений и коротких замыканий, большое время наработки на отказ, соответствуют международным стандартам по электробезопасности и электромагнитной совместимости. Общие параметры серий семейства TMPW представлены в таблице 3, а основные технические характеристики приборов – в таблице 4.

Таблица 3. Общие параметры серий источников питания семейства TMPW

Таблица 4. Основные технические характеристики источников питания семейства TMPW

Семейство TMPS содержит три серии – на 3, 5 и 10 ватт. Источники питания этого семейства работают в широком диапазоне входных напряжений и температур окружающей среды, имеют высокое напряжение и сопротивление изоляции, малое время старта, низкое значение потребляемой мощности в режиме холостого хода в соответствии с европейской директивой по энергосбережению, защиту от перегрузок, перенапряжений и коротких замыканий, большое время наработки на отказ, соответствуют международным стандартам по электробезопасности и электромагнитной совместимости. Главные особенности источников питания семейства TMPS – сверхкомпактные размеры и способность выдерживать кратковременные (до 30 секунд) перегрузки. Общие параметры серий семейства TMPS представлены в таблице 5, структура наименования источников питания – на рисунке 6, а основные технические характеристики приборов с указанием максимального пикового тока нагрузки – в таблице 6.

Рис. 6. Структура наименования источников питания семейства TMPS

Таблица 5. Общие параметры серий источников питания семейства TMPS

Таблица 6. Основные технические характеристики источников питания семейства TMPS

Семейство TMF включает четыре серии – на 5, 10, 20 и 30 ватт. Данное семейство специально разработано для использования в медицине. В связи с этим семейство сертифицировано по специальному стандарту электробезопасности для медицинской аппаратуры 2 x MOPP (Means Of Patient Protection – средства защиты пациентов), где “2 x” означает двойную степень защиты – самую высокую по этому стандарту, определяющую минимально возможные размеры и напряжение изоляции, а также максимально допустимый ток утечки. Кроме этого, источники питания семейства TMF полностью соответствуют стандарту по надежности IPC-A-610 третьего уровня, применяющемуся для особо ответственных приложений, которые должны безотказно функционировать в течение длительного промежутка времени. Приборы семейства также соответствуют стандарту EN 60601-1-2 четвертой редакции, нормирующему уровень и состав электромагнитных излучений для медицинских приборов. Помимо этого, источники питания TMF соответствуют всем общепринятым международным стандартам по безопасности и электромагнитной совместимости, имеют низкое значение потребляемой мощности в режиме холостого хода в соответствии с европейской директивой по энергосбережению, защиту от перегрузок, перенапряжений и коротких замыканий и работают в широком диапазоне входных напряжений и температуры окружающей среды. В таблице 7 приведены общие параметры серий, на рисунке 7 показана структура наименования приборов семейства, а в таблице 8 даны их основные технические характеристики.

Таблица 7. Общие параметры серий источников питания семейства TMF

Рис. 7. Структура наименования источников питания семейства TMF

Таблица 8. Основные технические характеристики источников питания семейства TMF

Подводя итог, можно сделать следующие выводы:

1. Для медицинских устройств однозначно надо использовать семейство TMF, только оно находится в полном соответствии со всеми необходимыми нормативами и сертификатами, имеющими отношение к медицинской аппаратуре и системам жизнеобеспечения.
2. Для систем промышленной автоматизации можно с успехом использовать семейства TMG и TMPW. Но для систем релейной защиты лучше всего подходит TMPW за счет более быстрого старта.
3. Для интернета вещей можно использовать источники питания семейства TMPS, они достаточно экономичные, очень мало потребляют на холостом ходу. Но это только в том случае, если мощность, потребляемая системой, не превышает 10 ватт. В противном случае можно использовать TMG или TMPW.

Разумеется, применение источников питания рассмотренных выше семейств не ограничивается тремя сферами – они выбраны скорее в качестве примера. Главная цель этого обзора – показать на данных примерах широту сфер применения источников питания TRACO и их способность надежно функционировать в самых ответственных приложениях без сбоев и неисправностей в течении длительного времени. Это подтверждается и большими сроками гарантии, которые дает TRACO на свою продукцию. К примеру, на семейства TMPW и TMPS гарантийный срок составляет 3 года, а на семейство TMF – целых 5 лет. Очевидно, что если требуется найти производителя источников питания, качество и надежность продукции которого не вызывает никаких сомнений, то TRACO – лучший выбор.