Выбор открытого источника питания и новое поколение открытых ИП LOP от MEAN WELL

30 сентября

Сергей Миронов (Компэл)

LOP – новые универсальные открытые источники питания NEAN WELL с коррекцией коэффициента мощности для промышленных, ИТ и медицинских приложений. Новое семейство имеет меньшие габариты, улучшенные характеристики и более низкую стоимость по сравнению с предшественниками EPP и RPS.

Тайваньская компания MEAN WELL более четверти века присутствует на российском рынке источников питания (ИП) и за это время  приобрела статус производителя качественной и надежной продукции. Согласно ежегодным отчетам Micron Technology Consultant, компания MEAN WELL последние несколько лет находится в первой пятерке мировых производителей ИП. Данные по российскому рынку ИП показывают, что с 2022 года по настоящее время компания занимает первое место с большим отрывом.

Линейка продукции включает в себя AC/DC-источники питания, DC/DC-преобразователи и DC/AC-инверторы. Продукция выпускается в различных конструктивных исполнениях, в диапазоне мощности от единиц ватт до десятков киловатт на один модуль. Линейка насчитывает более 7000 моделей и отличается оптимальным набором характеристик, соответствующих международным стандартам и нормативам.

Основная доля продукции MEAN WELL – так называемые “стандартные” источники питания. В данном контексте слово “стандартный” означает, что продукция соответствует регламентированным и типовым общепринятым нормам и требованиям в той или иной отрасли применения. Сюда можно отнести форм-фактор, конструктивные исполнения, номиналы мощностей, посадочные места и другое. Иными словами, “стандартный” означает унифицированный: данная продукция находит широкое применение в самых различных отраслях.

Типовых вариантов конструктивного исполнения ИП всего три: в корпусе (полностью закрытая конструкция, защищающая изделие от воздействия окружающей среды и механических повреждений), в кожухе (внешняя оболочка из перфорированного металла, частично защищающая элементы схемы от механических воздействий), в открытом исполнении (изделие ничем не защищено; защитой выступает оболочка устройства, в котором будет установлен источник питания).

Ввиду отсутствия внешней оболочки и затрат на ее изготовление и установку, ИП открытого исполнения характеризуются наименьшей из перечисленных вариантов стоимостью. Благодаря отсутствию оболочки такие источники обладают лучшими масс-габаритными показателями и широко применяются в различных устройствах – от бытовых до специальных отраслевых (медицинские устройства).

В группе ИП открытого исполнения де-факто сложились требования к размерам посадочного места, измеряемого в дюймах (3”x2”, 4”х2” и др.), а также расположение крепежных отверстий. Такой подход позволяет при необходимости заменять модели одного производителя аналогичными моделями другого. Остается только правильно определить аналоги.

Импульсные ИП характеризуются большим набором технических характеристик. Если строго учитывать их все, подобрать замену станет крайне сложно или невозможно. Однако большинство этих характеристик имеют типовые значения с отклонениями в ту или иную сторону и не оказывают существенного влияния на работу устройства. Исключение может быть лишь для специального приложения, например, для медицинского прибора. При подборе замены источника питания для этой отрасли следует быть внимательным к ряду параметров, например, к значению тока утечки, к пути токов утечки, к прочности и типу изоляции «вход-выход». Также крайне важно, чтобы источник питания соответствовал отраслевому медицинскому сертификату EN60601-1 или аналогичному.

Что самое важное при выборе источника питания или подборе замены?

Рассматривая замену, мы исходим из того, что в устройстве был применен ИП с необходимым минимальным набором параметров и функций, то есть – без избыточности. Избыточность параметров ведет к неоправданному удорожанию системы. Грамотные разработчики учитывают это. Однако, избыточность может быть обусловлена приверженностью разработчика к использованию продукции конкретного бренда. Например, изделие эксплуатируется в помещении с нормальным температурным диапазоном, а ИП имеет диапазон рабочей температуры от -30/-40°С. По сути, это избыточно, но может быть обусловлено тем, что ИП именно этого производителя, имеющий определенную и нужную функцию, выпускается только с таким диапазоном температуры. Это, можно сказать, вынужденная избыточность.

Основная задача любого ИП – обеспечение устройства определенным напряжением определенной мощности. И здесь самое важное – напряжение. Его значение должно быть строго соблюдено. Мощность же может быть и большей. Источник будет работать с запасом и теоретически может иметь увеличенный срок службы. Дело в том, что не все соблюдают негласное правило на определенный ряд мощностей. Например, у одного производителя есть ИП на 12 Вт, а у другого – на 10 и 15 Вт. При этом 12-ваттный можно смело заменить на 15-ваттный.

Форм-фактор

ИП выпускаются в различных форм-факторах. Помимо наличия/отсутствия оболочки, они могут быть выполнены с креплением на DIN-рейку, с креплением на шасси, монтируемые на печатную плату или в другом варианте. Как правило, для замены выбирается источник питания в том же форм-факторе, что и заменяемый. 

Коррекция коэффициента мощности (ККМ; PFC)

Наличие коррекции коэффициента мощности регламентируется некоторыми ГОСТами, например ГОСТ 30804.3.2-2013, и если в устройстве установлен источник питания с ККМ, значит, это было чем-то обусловлено, и для замены желателен также ИП с коррекцией мощности. Нюанс в том, что ГОСТ регламентирует уровень эмиссии гармоник, но не коэффициент мощности как таковой. В связи с этим есть замечание по коэффициенту мощности. В современных ИП в качестве каскада коррекции мощности используется активная схема со значением коэффициента не менее 0,9…0,93. В старых разработках может встречаться пассивная схема коррекции мощности, реализованная с помощью дросселя, значение коэффициента в которой – 0,7…0,8. Если в ИП реализована активная схема, то независимо от конкретного значения все нормы по эмиссии гармоник будут соблюдены, даже если это значение будет лишь 0,9, а в изделии до этого стоял блок питания с коэффициентом 0,98. В данном случае сотые доли не имеют значения. 

Температурный диапазон

Ясно, что диапазон ИП должен быть не хуже, чем реальный температурный диапазон работы конечного изделия. Если у заменяемого источника диапазон -40…-30°С, но вы точно уверены, что это устройство будет установлено в помещении с нормальной температурой, возможна замена на источник с более высоким нижним порогом температуры. Это как раз случай вынужденной избыточности, упомянутой выше. 

Перегрузочная способность

Зачастую источники питания служат для включения электродвигателя или клапанов с электромагнитным механизмом, у которых имеется повышенный ток при запуске. Важно, чтобы ИП смог обеспечить этот повышенный ток. Поэтому такой параметр, как перегрузочная способность, весьма важен, и на него нужно обратить внимание. 

Диапазон входного напряжения

Если мы рассматриваем однофазные источники питания, числовое значение этого параметра не столь важно. Все ИП, которые могут работать от сети 220/230 В, будут нормально работать в этой сети, хотя у одних может быть диапазон от 90 В, а у других – от 176 В. Иногда можно встретить ИП с верхним порогом 305 В. Теоретически это более хороший вариант. Но откуда появилось значение 305 В? Это производная от сети с номинальным напряжением 277 В +10%. Такое напряжение кое-где встречается в американских промышленных сетях. Погоня за полной универсальностью для всех возможных сетей от 110 до 277 В привела к появлению диапазона 90…305 В. Но для российской сети 220/230 В достаточен диапазон 176…264 В. 

Шумы и пульсации

Обычно все импульсные ИП имеют определенный уровень шума и пульсаций по выходу. Это, как правило, сотни милливольт, и данное значение “привязано” к значению выходного напряжения (иногда – с отклонениями в ту или иную сторону). Если мы будем заменять ИП со значением шума 120 мВ на ИП с значением шума 150 мВ, устройство этого не заметит. 

Эффективность (КПД)

Допустим, установлен ИП с КПД 90…92%. Ему нашлась замена с КПД 88…90%, то есть, на 2% хуже. Примем, что имеется блок питания на 150 Вт. То есть, при замене наш блок питания будет потреблять из сети примерно на 3 Вт больше. Принципиальны ли эти дополнительные 3 Вт? В подавляющем большинстве случаев – нет. Это может оказать влияние лишь в тех редких ситуациях, когда устройство работает на верхнем пороге температурного диапазона, и изначально было рассчитано без теплового запаса. 

Пусковой ток

Это параметр, на который следует обратить внимание только в случае, если изначально был использован источник питания с низким значением пускового тока. По пусковому току ИП можно разделить на три группы. Источники питания с низким пусковым током – Soft Start- с током на уровне нескольких ампер – довольно редкие изделия, чья стоимость выше, чем у стандартных изделий, но на рынке они встречаются. Вторая группа – это ИП с умеренным пусковым током на уровне 15…30 А. Наконец, группа с обычным значением этого тока на уровне 40…70 А. По большому счету, заслуживающим внимания тут будет низкий пусковой ток ИП. Это означает, что данный выбор был чем-то обусловлен. В этом случае лучше подобрать аналогичный источник. А группы с умеренным и обычным значением пускового тока могут взаимозаменяться. 

Электрическая прочность изоляции

Электрическая прочность изоляции между входными и выходными цепями источника питания определяет класс устройства по электробезопасности. Импульсные источники питания бывают I или II класса электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.019-2017. В промышленных, информационных приложениях, а также в некоторых бытовых приборах в основном используются источники I класса электробезопасности. I класс требует обязательного защитного заземления, а II класс не требует его. Устройства II класса более безопасны, нежели I класса. Поэтому если источник питания – с заземлением, лучше выбрать такой же, однако возможен вариант и без заземления, а если изначально установлен источник без заземления, то заменяющий должен быть аналогичным – иначе можно ухудшить электробезопасность всего устройства. 

Электромагнитная совместимость

Этот параметр определяет уровень помех, создаваемый работающим источником, а также чувствительность самого ИП к воздействию внешних помех. Поскольку мы можем не знать реальную помеховую обстановку, лучшим вариантом будет, если заменяющий ИП по этим параметрам будет не хуже заменяемого. В расчет нужно принимать класс по электромагнитной совместимости (А или В) и критерий устойчивости при воздействии помех определенного уровня.

Таким образом, для широкого класса промышленных устройств и устройств информационных технологий при подборе источника питания или замены можно исходить из ограниченного набора параметров. Это конструктив (форм-фактор), мощность/напряжение, наличие или отсутствие коррекции мощности, температурный диапазон и электрическая прочность изоляции.

Если же рассматривается использование источника питания в приборе или устройстве медицинского назначения, то кроме перечисленных параметров необходимо соответствие этого источника медицинскому стандарту ГОСТ МЭК 60601-1.

В линейке продукции компании MEAN WELL имеется широкий выбор ИП в открытом исполнении для самых различных направлений, включая медицинские приложения. В настоящий момент эта продукция состоит из трех популярных семейств – EPS, EPP, RPS – и нового, выпущенного в текущем году, семейства LOP (рисунок 1). Основные параметры и различия между этими семействами указаны в таблице 1 (там же указан и состав серий). Существующие семейства EPS, EPP и RPS были описаны в статье “Выбираем источник питания MEAN WELL в открытом исполнении для промышленных устройств”. Здесь мы рассмотрим только семейство LOP.

LOP – новые компактные универсальные источники питания

Новое семейство LOP – универсальные источники питания с коррекцией коэффициента мощности (ККМ; PFC) для промышленных приложений, приложений информационных технологий и, что важно – для медицинских приложений.

Рис. 1. Внешний вид источников питания семейства LOP (а – серия LOP-200; б – серия LOP-500)

Таблица 1. Основные параметры источников питания семейств EPS, EPP, RPS, LOP

ИП выпускаются на мощность 200, 300, 400, 500, 600 Вт, имеют посадочное место стандартного размера (4″х2″ для 200/300 Вт и 5″x3″ для 400/500/600 Вт) и низкую высоту 28…34 мм. Все модели оснащены каскадом коррекции мощности и дополнительным выходом 12 В для питания вентилятора принудительного охлаждения. От предыдущих семейств их отличает возможность работы с перегрузкой до 150% в течении трех секунд. Одна из основных особенностей нового семейства – компактность, как по посадочному месту, так и по высоте.

Модели имеют выходное напряжение из стандартного ряда 12/15/18/24/27/36/48/54 В, куда входит редкое, но набирающее популярность значение 18 В, а также значение 54 В для PoE-приложений.

Все ИП обладают полным комплексом защит от короткого замыкания, перегрузки, превышения выходного напряжения и от перегрева. Продукцию можно использовать в системах по I и по II классу электробезопасности. А по устойчивости к перенапряжению источники питания соответствуют уровню III (Overvoltage Categories III). Такой уровень соответствует оборудованию с особыми требованиями по надежности при постоянном подключении к электросети.

Источники питания работают в расширенном промышленном температурном диапазоне -40…80°С и соответствуют требованиям всех стандартов безопасности, включая медицинский EN60601-1 2хMOPP, а также ITE 62368-1, Household 60335-1 и Industrial 61558-1/-2-16. Данные ИП заменяют существующие семейства EPP и RPS с улучшением эксплуатационных характеристик.

Некоторые замечания по работе в температурном диапазоне на примере серии LOP-400

В листе данных на модель (даташит) можно встретить зависимость выходной мощности от температуры, как на рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость выходной мощности от температуры для серии LOP-400

График этой зависимости показывает, что полный рабочий температурный диапазон составляет -40…80°С, но только при скорости обдува внешним вентилятором не менее 23 кубических фута в минуту (0,65 м³/мин). В этом случае ИП может работать на полной выходной мощности до температуры 50°С, а при более высокой температуре необходимо ограничивать отбираемую от источника мощность в соответствии с указанной зависимостью.

ИП может работать и без принудительного обдува, в условиях естественной конвекции воздуха, но в этом случае его мощность не должна превышать 250 Вт до температуры 45°С (при входном напряжении 230 В), а далее мощность следует ограничивать. В условиях естественной конвекции верхний порог рабочей температуры снижается до 70°С. При этом значении температуры источник может работать только при выходной мощности не более 120 Вт.

Фактически ИП всех производителей в открытом исполнении обладают похожей зависимостью. Это является платой за компактность.

Наименование модели для заказа формируется из названия семейства (LOP), указания мощности и выходного напряжения (рисунок 3).

Рис. 3. Наименование для заказа

Итак, новые источники питания семейства LOP выделяются меньшими габаритными размерами (посадочным местом и высотой), улучшенными техническими параметрами (температурный диапазон; перегрузочная способность, соответствие требованиям медицинского сертификата) и способны полностью заменить семейства EPP и RPS в любых приложениях, вплоть до специальных отраслевых. Это семейство, ко всему прочему, характеризуется более низкой стоимостью по сравнению с RPS/EPP.