Эффективность и компактность: новые источники питания на DIN-рейку от TDK-Lambda

18 июня 2015

Надежные, для промышленного применения, с минимальным уровнем пульсаций выходного напряжения и электромагнитного излучения, с возможностью регулировки выходного напряжения – таковы источники питания на DIN-рейку от TDK-Lambda. Среди особенностей новых серий – малые габариты DRB, взрывозащищенное исполнение, возможность работы с перегрузкой по току до 150% и дистанционного управления для серии DRF.

Компания TDK-Lambda выпускает широкий спектр надежных источников питания промышленного и лабораторного назначения. Рассмотрим две серии источников питания для промышленного применения.

В автоматизации технологических процессов важное место занимают различные системы автоматики и управления. При этом важным фактором является надежное обеспечение качественным электропитанием всех потребителей системы АСУ ТП. Источники питания, применяемые в промышленной автоматике, должны удовлетворять ряду требований по условиям эксплуатации и конструктивным особенностям.

Промышленное исполнение подразумевает эксплуатацию в диапазоне температур -20…70°С, а по электромагнитной совместимости соответствие стандартам EN55011 (CISPR 11), EN55022 (CISPR 22) или ГОСТ Р 51527-99 класс «В».

Низкий уровень пульсаций напряжения, малый уровень излучаемых помех, высокая надежность и способность работы в широком диапазоне температур являются отличительной чертой источников питания для промышленной автоматики.

В особых случаях к предъявляемым требованиям добавляется взрывозащищенное исполнение, которое может обеспечить серия DRF.

Конструктивно изделия промышленной автоматики обычно выполняются в корпусах, имеющих возможность крепления на DIN-рейку. Рассматриваемые серии источников питания рассчитаны именно на такой способ крепления.

Отличительной чертой ИП новых серий является компактность, эффективность и высокая функциональная насыщенность. Их характеристики представлены в таблице 1, а внешний вид – на рисунке 1.

Рис. 1. Источники питания серии DRB производства компании TDK-Lambda

Источники питания серии DRB обладают самыми малыми габаритами и, соответственно, высокой удельной энергетической плотностью. При этом они характеризуются минимальным уровнем пульсаций выходного напряжения и минимальными уровнями электромагнитного излучения, соответствующими классификации по EN55022 класса B. Это позволяет компактно размещать несколько источников питания, оптимизировать компоновку стойки или шкафа. При компоновке следует учитывать необходимость обеспечения естественной конвекции для охлаждения источника.

Таблица 1. Параметры источников питания серии DRB

Источники серии DRB имеют подстроечный резистор, расположенной на лицевой панели. Диапазон подстройки выходного напряжения составляет 5…5,5, 12…15, 24…28 и 48…52,8 В соответственно для каждого типа выходного напряжения. Такая подстройка позволяет использовать резервированную схему включения источников питания.

Выходное напряжение источников питания серии DRF может регулироваться в пределах 24…28 В аналогичным способом.

Следует учитывать, что увеличение выходного напряжения приведет к увеличению мощности, отдаваемой в нагрузку при постоянном токе, поэтому следует предусмотреть соответствующее уменьшение потребляемого нагрузкой тока так, чтобы не срабатывала защита от перегрузки по току.

На рисунке 2 приведены нагрузочные диаграммы для источников питания серии DRB. При повышении температуры окружающей среды выше 55°С выходная мощность снижается, а при достижении 70°С источник отключается во избежание перегрева.

Рис. 2. Нагрузочные характеристики источников питания серии DRB

Рис. 3. Внешний вид ИП серии DRF производства компании TDK-Lambda

Импульсные источники питания при подаче сетевого напряжения создают бросок тока, обусловленный зарядкой конденсаторов, расположенных в их высоковольтной части. Для снижения этого броска в источниках питания серии DRB применяются термисторы. Это повышает надежность системы, в которой применяются данные источники, однако не избавляет от необходимости правильного выбора тока срабатывания предохранителей и рабочего тока выключателей в первичной цепи устройства. Их наличие является необходимым требованием правил устройства электроустановок, и выбор номинала должен осуществляться исходя из максимальной мощности потребителей, расположенных на шине питания, обслуживаемой источником питания, при максимальной температуре окружающей среды.

Следует выбирать предохранители с замедленным срабатыванием. При этом необходимо руководствоваться пиковым броском тока в момент включения и временем включения источника питания, а не номинальным током под максимальной нагрузкой.

Рекомендуемые номинальные токи срабатывания предохранителей:

• для источников типа DRB15-1 и DRB30-1 токи должны составлять 2,5…8 А;
• для источников типа DRB50-1 и DRB100-1 токи должны составлять 3,15…8 А.

Защита от перенапряжения на выходе позволяет защитить потребителей от недопустимого аварийного уровня напряжения питающей шины. Повышение напряжение сверх установленного порога вызовет отключение источника питания. Для повторного включения необходимо отключить питание на входе ИП на несколько минут и подать его снова.

Недопустима подача на выход ИП напряжения, превышающего его максимальное выходное напряжение – это выведет его из строя. Такие случаи возможны, если источник работает на индуктивную нагрузку. Для защиты от противо-ЭДС при включении и отключении индуктивной нагрузки необходимо на выходе источника питания устанавливать обратносмещенный диод с малым временем восстановления, например, с барьером Шоттки. Это правило касается практически всех импульсных источников питания и других производителей.

Защита от перегрузки по выходному току срабатывает, если значение потребляемого тока превышает максимально допустимую величину для конкретного типа источника. При этом сам источник может отключиться или перейти в так называемый «икающий» импульсный режим. При снижении мощности нагрузки источник питания включится снова в номинальном режиме работы.

Особенностью серии DRF (рисунок 3) является возможность работы с перегрузкой по току до 150% (до 4 секунд).

Для обеспечения резервирования питания по схеме горячего резерва источники питания (DRB и DRF) необходимо соединить согласно схеме, приведенной на рисунке 4, и выставить для каждого источника питания одинаковые значения выходных напряжений выше требуемого на величину прямого падения напряжения на диоде.

Рис. 4. Схема включения источников питания для обеспечения горячего резерва

Рис. 5. Сигнальный разъем дистанционного управления СТ201 источников питания серии DRF

Несмотря на малые габаритные размеры, оптимальную схемотехническую основу и наличие отверстий в корпусе для естественной конвекции, при компоновке источников питания в шкафах и стойках необходимо соблюдать рекомендуемые производителем зазоры между стенками и источником питания, а также между соседними источниками питания. Расположение зазоров между источниками питания и окружающими объектами для серий DRB и DRF можно найти в техническом описании на соответствующий источник.

Для подключения источников питания серий DRB и DRF, согласно условиям UL508, рекомендуется использовать провода только с медными жилами и оболочкой, стойкой к температуре 75°С.

ИП серии DRF, по сравнению с серией DRB, обладают расширенными функциональными возможностями.

При параллельной работе двух источников питания необходимо удалить перемычку между выводами 1 и 2 сигнального разъема CN201, расположенную сверху модуля.

Модуль имеет выход типа «сухой контакт», управляемый внутренним реле. Его контакты замкнуты, когда выходное напряжение превышает 80% от установленного номинала.

Выходное напряжение источника питания может быть изменено в пределах 24…28 В приложением внешнего управляющего напряжения, регулируемого в пределах 5…6 В к контактам 7 и 8 сигнального разъема CN201.

При помощи внешнего управляющего сигнала с уровнями, совместимыми с ТТЛ, возможно реализовать дистанционное управление включением и отключением источника питания. Для этого необходимо удалить перемычку между контактами 5 и 6 сигнального разъема CN201 и подать на контакт 5 (+CNT) управляющий сигнал. Также возможно дистанционное управление при помощи сухого контакта реле, замыкающего указанные выводы между собой. Если перемычка удалена или сигнал на выводе 5 имеет низкий логический уровень, источник питания остается в выключенном состоянии.

Благодаря наличию контактной группы реле контроля выходного напряжения, имеющегося в серии DRF, можно создавать кластеры источников питания, работающие в горячем резерве. Контактная группа может отключать источник, выходное напряжение которого не соответствует требуемым критериям. Такой «самоотключающийся» источник не вызовет перенапряжения в шине питания, что может случиться при применении развязывающих диодов.

Тип сигнального разъема CN201 и назначение его контактов приведены на рисунке 5.

При проектировании систем промышленной автоматизации возникает вопрос расчета надежности системы в целом. А поскольку функционирование всей системы зависит в первую очередь от работоспособности блока питания, то в схему надежности он входит как последовательное звено.

При выборе ИП для системы ключевым параметром является его наработка на отказ MTBF, выраженная в часах работы до первого отказа. В отечественных методиках расчета принимается обратное значение: вероятность безотказной работы λ, выраженная в ч-1.

Сравнивая показатели MTBF различных источников питания, можно заметить, что у источников производства компании TDK-Lambda они ниже, чем у изделий других производителей. Однако итоговым критерием оценки надежности является произведение коэффициентов на базовый показатель. TDK-Lambda приводит значения MTBF в 140х103 ч при температуре окружающей среды 60°C, что в пересчете на нормальные условия (25°C), как у других производителей, составляет более 336х103 ч.

Заявленный производителем гарантийный срок в 5 лет для серии DRF, по сравнению с тем же параметром аналогичных источников питания для промышленной автоматизации других производителей, является существенным преимуществом, так как указывает на тщательную проработку технических решений, примененных в источниках этой серии.

Открытые данные проведенного комплекса испытаний источников питания серий DRB и DRF подтверждают ответственное отношение компании TDK-Lambda к выпускаемой продукции.

Для повышения надежности систем промышленной автоматизации широко применяется резервирование. Реализация резервированных систем возможна двумя способами: так называемым горячим и холодным резервом.

В случае холодного резервирования резервный источник установлен в шкаф автоматики, но не включен. Переключение на него выполняется только в случае выхода из строя основного источника питания. При горячем резервировании оба источника – и основной, и резервный – постоянно находятся во включенном состоянии. В этом случае ресурс источников расходуется одновременно, но в случае отказа основного источника система не будет перезапущена, а выполняемый технологический процесс сохранит непрерывность.

Для построения такого рода систем используются специализированные источники питания и автоматические контролирующие блоки, обеспечивающие горячее резервирование и кластерную архитектуру резервируемых ячеек ИП.

Специализированные переключающие модули для построения резервированных систем электропитания представлены модельным рядом DRP20 производства компании Chinfa.

Компания Chinfa является одним из лидеров в производстве источников питания различных ценовых категорий и областей применений. Компания выпускает несколько серий источников питания для промышленной автоматики, а также специализированные развязывающие модули DRP20 (модули резервирования).

По сравнению с обычными развязывающими диодами в схеме резервирования, специализированные модули DRP20 предоставляют разработчику ряд преимуществ:

• удобный конструктив в стандартном промышленном исполнении – монтаж на DIN-рейку;
• дополнительные функциональные возможности – мониторинг напряжений и коммутация источников в схеме резервирования и формирование сигналов контактами реле.

Модули DRP20 могут обслуживать одновременно один или два источника питания. Выходы модулей уже развязаны диодами от входных цепей. Это позволяет создавать кластеры источников питания, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Построение кластеров резервированных источников питания при помощи модулей DRP20

На рисунке 6а приведена типовая схема включения источников питания и модуля DRP20. Один из источников основной, второй – резервный.

На рисунке 6б показана схема включения двух источников питания при помощи двух модулей DRP20. Здесь оба канала модуля включены параллельно, что вдвое снижает нагрузку на диоды модуля и повышает надежность системы в целом.

На рисунке 6в представлена схема построения кластеров источников питания для резервированных систем.

Характеристики модуля DRP20 приведены в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики модуля DRP20 Chinfa

На рисунке 7 приведена упрощенная внутренняя схема модуля DRP20.

Рис. 7. Принципиальная упрощенная схема модуля
DRP20

Заключение

Рассмотренные источники питания находят применение в системах автоматизации технологических процессов, контрольно-измерительном и тестовом оборудовании, широковещательных абонентских терминалах, в устройствах контроля и преобразования возобновляемых источников электроэнергии. Например, автор применил источник DRF-120-24-1 для питания микропроцессорной системы сбора и анализа данных стенда обкатки компрессоров. Основным требованием, предъявляемым в данном приложении, были малые габариты, сравнительно большая нагрузочная способность и высокие показатели надежности, возможность длительной работы в автономном режиме.

Литература

1. www.tdk-labda.ru;
2. www.chinfa.com;
3. DRB-1 Series Instruction manual.pdf TDK-Lambda CA798-04-01;
4. DRF-120 Series Instruction manual.pdf TDK-Lambda PA618-04-02A;
5. DRP20 Series.pdf Chinfa 2015.05.12;
6. ГОСТ Р 51527-99 (МЭК 60478—3-89) Стабилизированные источники питания постоянного тока. Кондуктивные электромагнитные помехи. Нормы и методы испытаний. ИПК Издательство стандартов, 2000 г.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

PSC-160 – источники питания от MEAN WELL для систем безопасности

Компания MEAN WELL расширила модельный ряд источников питания для систем безопасности и низковольтных систем бесперебойного питания (UPS) серией PSC-160.

Новая серия источников питания обладает выходной мощностью 160 Вт и имеет два раздельных канала для питания нагрузки и заряда аккумулятора. Источники выпускаются на два значения выходного напряжения 13,8 В (PSC-160A) и 27,6 В (PSC-160B). Напряжение по каналу нагрузки можно регулировать в диапазоне 12…15 В/24…29 В, при этом напряжение заряда аккумулятора не изменяется.

Новая серия PSC-160 выпускается в бескорпусном исполнении и в закрытом кожухе. Модели с кожухом имеют в обозначении дополнительный символ «C», например, PSC-160A-C. Дистанционный контроль наличия напряжения сети (AC-OK) и состояния аккумулятора (Bat Low) осуществляется с помощью встроенного реле («сухой» контакт).

ИП имеют защиту от КЗ, перегрузки, превышения выходного напряжения, глубокого разряда аккумулятора и его переполюсовки. Новая серия имеет коррекцию коэффициента мощности, характеризуется высокой эффективностью (КПД до 90%) и работоспособна в диапазоне входного напряжения 90…264 В АС при температуре -20…70°С в условиях естественной конвекции.

Источники питания серии PSC-160 предназначены для систем безопасности, аварийного освещения, систем сигнализации, контроля доступа и низковольтных систем бесперебойного питания.

Основные технические параметры серии PSC-160:

• выходная мощность: 160 Вт;
• выходное напряжение: 13,8 В (PSC-160A) и 27,6 В (PSC-160B);
• два раздельных канала для нагрузки и заряда АКБ;
• коэффициент мощности: >0,95;
• КПД: до 90%;
• сигнализация AC-OK, Bat Low (контакты реле);
• диапазон входного напряжения: 90…264 В АС/127…370 В DC;
• рабочий температурный диапазон: -20…70°С;
• габаритные размеры, ДхШхВ: 152,4х76,2х32 мм/155,4x85x37 мм (в кожухе).