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

21 января

телекоммуникациисистемы безопасностимедицинаавтоматизацияответственные примененияинтернет вещейTRACOстатьяисточники питаниярелейная защитаИП на печатную плату

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

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

Параметр TMG 07 TMG 15 TMG 30 TMG 50
Входное напряжение переменного тока, В 90…264 90…305 90…264
Входное напряжение постоянного тока, В 120…370 120…430 120…370
Рабочий диапазон температур, °C -40…70
Напряжение изоляции «вход-выход», В 3000 4000 3000
Максимальное время старта, мс 100 250
Потребление на холостом ходу, мВт, не более 100 300 1000
Максимальный ток утечки, мкА 250
Среднее время наработки на отказ, ч 500000 450000 400000 300000
Точность установки выходного напряжения, % ± 2
Стабильность выходного напряжения при изменении входного, %, не более 0,5 1,0
Стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки, %, не более 1,0*
Габаритные размеры (Д х Ш), мм 27,4 х 27,4 41,2 х 27,2 64,0 х 45,0 74,1 х 54,1
Высота (без выводов), мм 18,7 19,1 23,5 21,8

*Для TMG 30103 – 1,5%

Рис. 2. Структура наименования источников питания семейства TMG

Рис. 2. Структура наименования источников питания семейства TMG

Таблица 2. Основные технические характеристики источников питания семейства TMG

Наименование Максимальная мощность, Вт Выходное напряжение, В Максимальный выходной ток, мА Типовой КПД, %
TMG 07105 6,3 5 1260 77
TMG 07112 7 12 583 80
TMG 07115 7 15 466 80
TMG 07124 7 24 292 80
TMG 15105 13,5 5 2700 80
TMG 15112 15 12 1250 84
TMG 15115 15 15 1000 84
TMG 15124 15 24 625 85
TMG 30103 16,5 3,3 5000 80
TMG 30105 25 5 5000 84
TMG 30112 30 12 2500 89
TMG 30115 30 15 2000 86
TMG 30124 30 24 1250 86
TMG 50105 40 5 8000 86
TMG 50112 50 12 4167 90
TMG 50115 50 15 3333 87
TMG 50124 50 24 2083 88
TMG 50148 50 48 1040 89

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

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. 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

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

Параметр TMPW 5 TMPW 10 TMPW 25 TMPW 50
Входное напряжение переменного тока, В 90…305
Входное напряжение постоянного тока, В 100…430
Рабочий диапазон температур, °C -40…70
Напряжение изоляции «вход-выход», В 4000
Максимальное время старта, мс 60 130
Потребление на холостом ходу, мВт, не более 100
Максимальный ток утечки, мкА 250
Среднее время наработки на отказ, ч 450000 400000 300000
Точность установки выходного напряжения, % ± 2
Стабильность выходного напряжения при изменении входного, %, не более 0,2 1,0 2,0
Стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки, %, не более 1,0 3,0 2,5
Размеры (Д х Ш) варианта на плату, мм 37,0 х 27,5 52,5 х 27,5 74,2 х 47,0
Высота (без выводов) варианта на плату, мм 17,5 20,0 23,5 23,1
Размеры (Д х Ш) варианта на шасси, мм 55,1 х 43,2 88,4 х 38,1 97,0 х 48,3
Высота варианта на шасси, мм 23,0 24,1 25,4

Таблица 4. Основные технические характеристики источников питания семейства TMPW

Наименование Максимальная мощность, Вт Выходное напряжение, В Максимальный выходной ток, мА Типовой КПД, %
TMPW 5-103
TMPW 5-103-J
5 3,3 1515 73
TMPW 5-105
TMPW 5-105-J
5,0 1000 77
TMPW 5-112
TMPW 5-112-J
12,0 420 81
TMPW 5-124
TMPW 5-124-J
24,0 210 83
TMPW 10-105
TMPW 10-105-J
10 5,0 2000 81
TMPW 10-112
TMPW 10-112-J
12,0 833 85
TMPW 10-115
TMPW 10-115-J
15,0 667 86
TMPW 10-124
TMPW 10-124-J
24,0 417 86
TMPW 25-105
TMPW 25-105-J
20 5,1 3922 84
TMPW 25-112
TMPW 25-112-J
25 12,0 2083 88
TMPW 25-115
TMPW 25-115-J
15,0 1666 88
TMPW 25-124
TMPW 25-124-J
24,0 1042 87
TMPW 50-112
TMPW 50-112-J
50 12,0 4167 89
TMPW 50-115
TMPW 50-115-J
15,0 3333 88
TMPW 50-124
TMPW 50-124-J
24,0 2083 88

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

Рис. 6. Структура наименования источников питания семейства TMPS

Таблица 5. Общие параметры серий источников питания семейства TMPS

Параметр TMPS 03 TMPS 05 TMPS 10
Входное напряжение переменного тока, В 85…264
Входное напряжение постоянного тока, В 120…370
Рабочий диапазон температур, °C -25…70
Напряжение изоляции «вход-выход», В 3000 4000
Сопротивление изоляции «вход-выход», МОм 100 1000
Максимальное время старта, мс 200
Потребление на холостом ходу, мВт, не более 150 300 150
Среднее время наработки на отказ, ч 1200000 520000 453000
Точность установки выходного напряжения, % ± 2
Стабильность выходного напряжения при изменении входного, %, не более 1,0 0,5
Стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки, %, не более 1,0
Габаритные размеры (Д х Ш), мм 25,4 х 25,4 38,5 х 25,4
Высота (без выводов), мм 16,3 15,74

Таблица 6. Основные технические характеристики источников питания семейства TMPS

Наименование Максимальная мощность, Вт Выходное напряжение, В Выходной ток, мА Типовой КПД, %
максимальный пиковый
TMPS 03-103 3 3,3 900 1170 70
TMPS 03-105 5,0 600 780 72
TMPS 03-109 9,0 333 430 77
TMPS 03-112 12,0 250 320 78
TMPS 03-115 15,0 200 260 78
TMPS 03-124 24,0 125 160 78
TMPS 05-103 5 3,3 1515 1970 74
TMPS 05-105 5,0 1000 1300 80
TMPS 05-109 9,0 555 721 82
TMPS 05-112 12,0 416 540 82
TMPS 05-115 15,0 333 433 83
TMPS 05-124 24,0 208 270 83
TMPS 05-148 48,0 104 135 85
TMPS 10-103 8,6 3,3 2600 3380 77
TMPS 10-105 10 5,0 2000 2600 80
TMPS 10-109 9,0 1100 1440 83
TMPS 10-112 12,0 830 1080 84
TMPS 10-115 15,0 660 860 84
TMPS 10-124 24,0 410 530 86
TMPS 10-148 48,0 210 270 84

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

Параметр TMF 05 TMF 10 TMF 20 TMF 30
Входное напряжение переменного тока, В 90…264
Входное напряжение постоянного тока, В 120…370
Рабочий диапазон температур, °C -25…70
Напряжение изоляции «вход-выход», В 4000
Потребление на холостом ходу, мВт, не более 150
Максимальный ток утечки, мкА 100
Среднее время наработки на отказ, ч 450000 400000 350000 300000
Точность установки выходного напряжения, % ± 2
Стабильность выходного напряжения при изменении входного, %, не более 0,5
Стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки, %, не более 1,0
Габаритные размеры (Д х Ш), мм 41,2 х 27,2 52,2 х 26,8 54,7 х 44,9 64,1 х 45,6
Высота (без выводов), мм 19,1 19,0 23,5

Рис. 7. Структура наименования источников питания семейства TMF

Рис. 7. Структура наименования источников питания семейства TMF

Таблица 8. Основные технические характеристики источников питания семейства TMF

Наименование Максимальная мощность, Вт Выходное напряжение, В Максимальный выходной ток, мА Типовой КПД, %
TMF 05105 5 5,0 1000 77
TMF 05112 12,0 417 82
TMF 05115 15,0 333 82
TMF 05124 24,0 208 82
TMF 10105 10 5,0 2000 79
TMF 10112 12,0 833 84
TMF 10115 15,0 666 84
TMF 10124 24,0 417 84
TMF 20105 18 5,0 3600 78
TMF 20112 20 12,0 1667 84
TMF 20115 15,0 1333 84
TMF 20124 24,0 833 84
TMF 30105 25 5,0 5000 82
TMF 30112 30 12,0 2500 88
TMF 30115 15,0 2000 86
TMF 30124 24,0 1250 85

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.

•••

Наши информационные каналы

О компании TRACO

Швейцарская компания TRACO Electronic AG - один из мировых лидеров в производстве модульных источников питания с историей более 35 лет. Компания TRACO предлагает широкий спектр преобразователей питания: • DC/DC преобразователи мощностью от 1 до 300 Вт • AC/DC источники питания на печатную плату от 2 до 100 Вт • Открытые и корпусированные универсальные AC/DC источники питания от 15 до 1000 Вт • Источники питания на DIN-рейку от 15 до 1000 Вт • 19” Rack инверторы высокой мощности - до 22 к ...читать далее

Товары
Наименование
TMG 07105 (TRACO)
TMG 07112 (TRACO)
TMG 15105 (TRACO)
TMPW 10-105 (TRACO)
TMPW 10-105-J (TRACO)
TMPW 10-112 (TRACO)
TMPW 10-112-J (TRACO)
TMPW 25-105 (TRACO)
TMPW 25-105-J (TRACO)
TMPW 25-112 (TRACO)
TMPW 25-112-J (TRACO)
TMPS 03-103 (TRACO)
TMPS 03-105 (TRACO)
TMPS 10-112 (TRACO)
TMF 05105 (TRACO)
TMF 05112 (TRACO)
TMF 10112 (TRACO)
TMF 10115 (TRACO)
TMF 20112 (TRACO)