Компактные эффективные источники питания на DIN-рейку

20 октября 2016

автоматизацияответственные примененияMEAN WELLстатья

Разработчикам и интеграторам, нуждающимся в компактных источниках питания с повышенным КПД и высокой плотностью мощности, монтируемых на DIN-рейку, компания КОМПЭЛ предлагает ИП серии NDR производства MEAN WELL – для ответственных применений в системах автоматики тяжелой промышленности; ИП серии DRF производства TDK-Lambda – для систем промавтоматики с большой индуктивной или емкостной нагрузкой; ИП серии DRE производства Chinfa – для автоматики, работающей с детекторами и датчиками, а также специализированные ИП серии DBR производства Chinfa для зарядки резервных батарей питания.

Большинство систем промышленной автоматики имеет конструктив, выполненный в виде шкафов, стоек и различных пультов управления. Основной несущей конструкцией, обеспечивающей удобное расположение компонентов системы и их оперативную замену, является DIN-рейка. Модульная архитектура построения систем автоматики предусматривает также и размещение источников питания в корпусах, рассчитанных для монтажа на DIN-рейку.

Повышение быстродействия и производительности встраиваемых компьютеров, увеличение количества компонентов систем автоматики ведет к увеличению потребляемой мощности. Большинство современных систем автоматизации потребляет 100…500 Вт электроэнергии. Одной из основных задач разработчиков блоков питания является повышение энергетической плотности изделий – рост выходной мощности при сохранении или незначительном увеличении габаритных размеров корпусов.

Еще одной проблемой является уровень электромагнитного излучения. При повышении потребляемой мощности для сохранения высокого КПД импульсного источника питания приходится повышать рабочую частоту коммутации силовых ключей. С повышением рабочей частоты преобразования растет и уровень помех, излучаемый источником питания. В системах, где имеются чувствительные цепи, например, каналы измерения температуры, приемные тракты радиочастотных и магистральных устройств, возникают нежелательные наводки помех, связанные с паразитными индуктивными и емкостными связями. Для их уменьшения требуется разнесение на значительное расстояние силовых и сигнальных цепей или применение специальных дополнительных фильтров в линии электропитания.

Международные стандарты ENC55011, EN55022, CISPR 11 и CISPR 22 являются регламентирующими документами для групп электрооборудования на соответствие требованиям норм по обеспечению электромагнитной совместимости.

Согласно требованиям этих стандартов, источник питания не должен создавать помех, превышающих уровень, определенный классом B для устройств информационно-технологического и бытового оборудования.

Сам источник питания также должен быть устойчив к воздействию электромагнитных помех.

Снижение уровня электромагнитных помех и повышение КПД импульсных источников питания обеспечивается как схемотехническими, так и конструктивными решениями.

Современные высокоэффективные источники питания, представленные в таблице 1, разработаны таким образом, что обеспечивают соответствие этим стандартам.

Таблица 1. Обобщенные характеристики промышленных источников питания на DIN-рейку

Наиме-нование NDR-240-24 NDR-240-48 NDR-480-24 NDR-480-48 DRF-120-24-1 DRF-240-24-1 DRF-480-24-1 DRE-120-12 DRE-120-24 DRE-240-12 DRE-240-24 DBR30-12 DBR30-24 DBR60-12 DBR60-24
Производитель MEAN WELL TDK-Lambda TDK-Lambda Chinfa
Напряжение, В 24 48 24 48 24 24 12 24 12 24 12 24 12 24
Номинальный ток, А 10 5 20 10 5 10 20 10 5 16 10 2,5 1,25 4,5 2,5
Номинальная мощность, Вт 240 480 120 240 480 120 240 34 34 61 68
Уровень пульсаций, мВ 150 <240 <240 100 100
Диапазон подстройки
выходного напряжения, В
24…28 48…55 24…28 48…55 24…28 24…28 11,4…14,5 22,5…28,5 11,4…14,5 22,5…28,5
Диапазон напряжений, В 90…264 В АС; 127…370 В DС 85…264 B AC 85…264 B AC 88…264 B AC; 120…375 B DC 90…264 B AC; 120…375 B DC
КПД, % 88,5 90 92,5 91 94 94 90 91 91 93 86 88 86 88
Коэффициент мощности, %
при входном напряжении
230 В АС и полной нагрузке
0,95 0,94 0,95 0,92 0,96 0,97 Не оценивается
Перегрузка, % 105…130. Непрерывное ограничение тока, автоматическое восстановление при устранении причины перегрузки >105. Непрерывное ограничение тока, светодиодная индикация нагрузки >80% >105. Непрерывное ограничение тока, светодиодная индикация нагрузки >80% >160. Импульсный режим 120…150. Отключение, повторный автозапуск через 7 с 105…110. Импульсный режим
Превышение напряжения, В 29…33 56…65 29…33 56…65 30…35,5 30…35,5 15…16,5 30…33 15…16,5 30…33 15…18 30…33 15…18 30…33
Отключение Отключение Отключение Отключение Отключение Отключение
Перегрев Отключение, автоматическое восстановление при снижении температуры Отключение, автоматическое восстановление при снижении температуры нет
Рабочая температура, °С -20…70 -25…70 -25…70 -40…71 -40…51
Стандарт безопасности UL508, TUV EN60950-1 UL508, TUV EN60950-1, CE, ATEX, IEC Ex, GL UL508, TUV EN60950-1, CE, ATEX, IEC Ex, GL UL508, TUV EN60950-1, EN61558-1, EN61558-2-16 UL60950-1
Напряжение пробоя
изоляции, кВ
3 (вх-вых); 2 (вх-корп); 0,5 (вых-корп) 3 (вх-вых); 1,5 (вх-корп); 0,5 (вых-корп) 3 (вх-вых); 1,5 (вх-корп); 0,5 (вых-корп) 3 (вх-вых); 1,5 (вх-корп); 0,5 (вых-корп) 3 (вх-вых); 1,5 (вх-корп);
0,5 (вых-корп)
3 (вх-вых)
Уровень ЭМС-излучения Класс B согласно EN55022 (CISPR22), EN61204-3, EN61000-3-2, 3 Класс B согласно EN55022 (CISPR22) Класс B согласно EN55022 (CISPR22) Класс B согласно EN55022 (CISPR22), EN61204-3, EN61000-6-2, 3 Класс B согласно EN55022 (CISPR22), EN61000-6-3, EN61000-3-2, 3, EN61000-6-2, EN55024, EN61000-4-2, 3, 4, 5, 6, 8, 11, EN55024, EN61204-3, EN60950-1
Устойчивость
к ЭМС-излучениям
Согласно EN61000-4-2, 3, 4, 5, 6, 8, 11, EN55024, EN61000-6-2 (EN50082-2), EN61204-3 для условий тяжелой промышленности, критерий А Согласно EN61000-4-2, 3, 4, 5, 6, 8, 11 Согласно EN61000-4-2, 3, 4, 5, 6, 8, 11 Согласно EN61000-4-2, 3, 4, 5, 6, 8, 11, EN55024,
EN61000-6-2, EN50204
Согласно EN60950-1
Надежность, ч 2,302·105 1,468·105 Гарантия 5 лет Гарантия 5 лет 465·103 4,80·105 3,74·105 3,84·105 6,90·105 7,24·105 6,26·105 6,29·105
Габариты, ДхШхВ, мм 63х125,2х113,5; 85,5х125,2х128,5 36,5х123,4х115 49х123,4х15 82х123,4х115 124,5х40х123,6 124,5х64х123,6 91х90х57
Параллельное включение + до 3 устройств
Расширенный функционал Контакт реле DCOK, дистанционное управления Контакт реле RDY Контакт реле RDY

Типовая схема построения импульсных источников питания с комплексом защит и корректором коэффициента мощности приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Типовая функциональная схема построения импульсных источников питания MEAN WELL NDR-240 с комплексом защит

Рис. 1. Типовая функциональная схема построения импульсных источников питания MEAN WELL NDR-240 с комплексом защит

Наличие ЭМС-фильтра и выпрямителя на входе источника питания предотвращает проникновение импульсных помех из питающей сети во внутреннюю цепь питания, а также подавляет коммутационную помеху выходного силового ключевого каскада. Встроенный корректор коэффициента мощности обеспечивает отсутствие гармонических составляющих в электросети при работе блока питания и приближает форму потребляемого тока к синусоидальной в соответствии с формой входного напряжения.

Схема обратной связи осуществляет стабилизацию выходных параметров. Наличие высокочастотного трансформатора и оптопар обеспечивает полную гальваническую изоляцию вторичных цепей от первичной, повышая электробезопасность источника питания.

Улучшение электромагнитной совместимости и отвода тепла от внутренних компонентов обеспечивается применением металлического корпуса. Тем не менее, следует соблюдать основные правила компоновки узлов в корпусе шкафов, содержащих источники питания:

  • все сигнальные цепи прокладывать на максимальном удалении от силовых цепей и импульсных источников питания;
  • экранировать сигнальные и силовые провода и кабели;
  • чувствительное оборудование располагать как можно дальше от импульсных источников и коммутаторов нагрузки.

Важно при компоновке оборудования шкафа предусмотреть оптимальное охлаждение тепловыделяющего оборудования. Источники питания, как самое нагруженное оборудование, выделяют наибольшее количество тепла.

Компании-производители источников питания на DIN-рейку рекомендуют оставлять свободное пространство не менее чем 25 мм от каждой из стенок источников питания для оптимального охлаждения за счет естественной конвекции. При этом без труда соблюдается требование по ЭМС-совместимости оборудования, так как выдерживаются минимально необходимые расстояния между источниками электромагнитного излучения и прочего электрооборудования шкафа.

Рассмотрим несколько компактных эффективных источников питания для монтажа на DIN-рейку, представленных различными производителями.

Наиболее популярны источники питания серии NDR производства компании MEAN WELL (рисунок 2). Благодаря ширине корпуса, уменьшенной до 63 мм для 240 Вт и 85,5 мм для 480 Вт, они занимают меньше места внутри систем автоматики. Серия NDR выполнена в узких экономичных металлических корпусах с охлаждением путем естественной конвекции, что улучшает теплообмен и электромагнитную совместимость с другими устройствами. Повышенная устойчивость к электромагнитным помехам этой серии позволяет применять данные источники питания в достаточно жестких условиях эксплуатации, в том числе – в установках автоматизации, предназначенных для тяжелой промышленности. Полная гальваническая развязка низковольтной выходной части и оптическая изоляция цепей управления от питающей сети обеспечивают повышенную электробезопасность. Источники питания имеют высокий КПД, достигающий 92,5%. В них имеется встроенный корректор коэффициента мощности (ККМ). Вся серия работоспособна в диапазоне температур -20…70°С. Компактные размеры и наличие защиты от перегрузки, перегрева, перенапряжения и короткого замыкания на выходе позволяют использовать эти источники питания во многих ответственных приложениях. ИП серии NDR могут питаться как от общепромышленной сети переменного тока напряжением 90…264 В, так и от резервных линий электроснабжения постоянного тока напряжением 127…370 В. Благодаря этому свойству их можно использовать в приложениях с «горячим» переключением между основной и резервной сетью, а также в автономных системах автоматики.

ris_2a_opt ris_2b_opt
а) б)
Рис. 2. Наиболее популярные ИП серии DNR – NNR-48 (а) и DNR-24 (б) производства компании MEAN WELL

Наличие источников с выходным напряжением 24 и 48 В позволяет выбрать подходящее решения для целевой системы.

Высокая надежность источников серии NDR подтверждается трехлетней гарантией производителя и испытаниями выпускаемой продукции при нагрузке 100%. Соответствие требованиям международных стандартов для устройств промышленной аппаратуры делает серию NDR очень привлекательной для использования в качестве источников питания компактных и бюджетных систем автоматизации.

Источники питания на DIN-рейку производства компании TDK-Lambda серии DRF (рисунок 3), по сравнению с другими, рассмотренными в таблице 1, являются самыми компактными с минимальной шириной всего 36,5 мм. Несколько больший уровень пульсаций (240 мВ), по сравнению с серией NDR производства компании MEAN WELL (150 мВ), компенсируется самым малым временем установления выходного напряжения (всего 20 мс) и двукратной перегрузочной способностью. Это делает привлекательным применение DRF для питания инерционных исполнительных механизмов промышленной автоматики с большой индуктивной или емкостной нагрузкой, а также там, где требуется обеспечение селективности по низкому напряжению. Серия DRF характеризуется повышенной надежностью (гарантия производителя – 5 лет) и расширенным функционалом: источники питания допускают последовательное и параллельное включение, что позволяет повышать выходное напряжение или мощность. Еще одна особенность серии – возможность дистанционного управления, что позволяет создать малогабаритный кластер источников питания. Наличие контактной группы реле «Питание в норме» (DC Ok) позволяет системе автоматики отслеживать состояние линии питания. Встроенная система понижения потребляемой мощности при снижении нагрузки ErP соответствует экологическим рекомендациям Eco-Design. Изделия имеют активную систему коррекции коэффициента мощности, при этом общий КПД достигает 94%.

Рис. 3. Источник питания серии DRF от TDK-Lambda

Рис. 3. Источник питания серии DRF от TDK-Lambda

Компактные источники питания на DIN-рейку серии DRE производства компании Chinfa (рисунок 4) обладают наименьшим уровнем пульсаций (100 мВ). Их схема оптимизирована для работы с большой емкостной нагрузкой. Как видно из таблицы 1, особенностью источников питания является высокая перегрузочная способность, достигающая 150…160% номинальной мощности. При срабатывании защиты по перегрузке повторное автоматическое включение происходит через 7 с. Если перегрузка отсутствует, источник питания возвращается в номинальный режим работы. В противном случае следующая попытка повторного включения произойдет через следующие 7 с. Это позволяет реализовывать селективную защиту по низкому напряжению. При этом следует правильно выбирать устройства защитного отключения потребителей, ток которых может быть равен номинальному потребляемому току – источник питания «справится» с кратковременной перегрузкой. В худшем случае он сделает попытку повторного запуска после аварийного превышения потребляемой мощности.

Рис. 4. Источники питания Chinfa на DIN-рейку серии DRE

Рис. 4. Источники питания Chinfa на DIN-рейку
серии DRE

Высокая перегрузочная способность позволяет без проблем работать с емкостной нагрузкой, а низкий уровень пульсаций идеален для питания цифровых устройств и аналоговой аппаратуры, предназначенной для работы с малым уровнем сигнала (различные детекторы и датчики).

Источники питания оснащены активным модулем коррекции коэффициента мощности. КПД серии достигает 93%.

Источники питания DRE допускают параллельное включение до трех устройств. Режим работы выбирается микропереключателем на лицевой панели. Версия с выходом 24 В имеет контактную группу реле, формирующую сигнал готовности RDY, который может быть использован системой автоматики верхнего уровня для оценки состояния источника питания.

Эта серия обладает наиболее широким диапазоном отрицательных рабочих температур -40…71°С.

Источники питания серии DRE выпускаются с выходными напряжениями 12 и 24 В с номинальной мощностью 120 и 240 Вт.

Рис. 5. Специализированные источники питания серии DBR для зарядки свинцовых аккумуля- торных батарей

Рис. 5. Специализированные источники питания
серии DBR для зарядки свинцовых аккумуля-
торных батарей

Также компания Chinfa выпускает специализированные источники питания серии DBR для зарядки свинцовых аккумуляторных батарей (рисунок 5), входящих в состав резервированных цепей питания. Данные источники питания осуществляют зарядку аккумуляторных батарей стабилизированным напряжением с ограничением по току (режим «плавающей зарядки», float), одновременно обеспечивая электропитанием целевые устройства, подключенные к этой резервированной линии. В источниках питания реализована защита от короткого замыкания, неправильного подключения аккумуляторной батареи, перегрузки и превышения выходного напряжения.

Эти источники питания имеют контактную группу реле контроля выходного напряжения (DC ON) и светодиодную индикацию (DC ON и BATT FAIL).

Они работоспособны в диапазоне температур -40…51°С и способны питаться как от общепромышленной сети переменного тока напряжением 90…264 В, так и от сети постоянного тока напряжением 120…375 В.

В состав серии DBR входят источники питания с выходным напряжением 12 и 24 В мощностью 30 и 60 Вт. Это позволяет выбрать необходимую пару источник-аккумулятор для конкретной задачи, исходя из суммарной требуемой энергоемкости резервного источника.

Типовая схема включения источников серии DBR приведена на рисунке 6.

Рис. 6. Типовая схема включения источников питания для зарядки аккумуляторных батарей на примере аккумуляторной резервной батареи производства компании «Мастер КИТ »

Рис. 6. Типовая схема включения источников питания для зарядки аккумуляторных батарей на примере
аккумуляторной резервной батареи производства компании «Мастер КИТ »

Конструктивно источники выполнены в пластиковом корпусе и могут использоваться в низкопрофильных конструкциях для шкафов автоматики с небольшой глубиной.

Заключение

При выборе конкретной серии следует руководствоваться такими требованиями, предъявляемыми к источнику питания, как минимальный размер, максимальное функциональное оснащение или возможность наращивания напряжения или мощности.

Рассмотренные источники питания на DIN-рейку являются высокотехнологичными импульсными устройствами, оснащенными комплексом защит в малогабаритных корпусах. Разработчик может выбрать оптимальное решение для конкретной задачи благодаря ключевым особенностям, присущим каждой серии источников питания. Широкий выбор самого оптимального варианта среди множества специальных решений становится возможен в результате анализа поставленной задачи.

Все рассмотренные источники питания позволяют построить простое и эффективное решение по электропитанию практически любой системы автоматизации технологических процессов и мониторингу. А наличие источников питания для зарядки аккумуляторной батареи дает возможность создавать компактные резервированные системы.

Источники питания и аксессуары к ним, соответствующие оптимальному решению, можно приобрести у официального дистрибьютора представленных в обзоре производителей – компании КОМПЭЛ.

Литература

  1. DBR30/60W SERIES datasheet, Chinfa Electronics Ind. Co., LTD. 2014.08.11.
  2. DRE120 SERIES datasheet, Chinfa Electronics Ind. Co., LTD. 2016.03.11.
  3. DRE240 SERIES datasheet, Chinfa Electronics Ind. Co., LTD. 2014.09.09.
  4. DRF Series rev. 5 datasheet, TDK-Lambda, 2014.08.
  5. NDR-240 series datasheet, MeanWell, 2015.05.04.
  6. NDR-480 series datasheet, MeanWell, 2015.05.23.
  7. EN55011:2009, http://rfemcdevelopment.eu/ru/standarti/en55011-2009.
  8. EN55022:2010, http://rfemcdevelopment.eu/ru/standarti/en-55022-2010.
  9. EN61000: ГОСТ Р 50397-2011. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. (МЭК 60050-161:1990) М.: Стандартинформ, 2013.
  10. www.compel.ru.
  11. www.chinfa.com.
  12. www.emea.tdk-lambda.com/drf.
  13. www.meanwell.com.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

DRF – инновационные источники питания от TDK-Lambda на DIN-рейку

Компания TDK-Lambda разработала серию источников питания, устанавливаемых на DIN-рейку, которые характеризуются повышенной эффективностью (до 94%) и расширенным функционалом.
Новая серия состоит из моделей DRF120/240/480 на выходное напряжение 24 В с возможностью подстройки до 28 В с помощью отвертки или дистанционно (внешним напряжением в диапазоне 5…6 В). Источники питания допускают перегрузку по выходу до 150% по мощности (4 с) и имеют хороший старт на емкостную и индуктивную нагрузки. В них реализована возможность дистанционного включения/выключения, удаленный контроль выходного напряжения посредством контактов реле (DC Ok) и возможность параллельного подключения для увеличения выходного тока. Источники питания серии DRF120/240/480 имеют активную схему коррекции коэффициента мощности (λ > 0,95), умеренные пусковые токи, защиту от перегрузки и превышения выходного напряжения. По электромагнитной совместимости эти ИП соответствуют требованиям стандарта EN55022 класса B (CISPR22-B). Их выходная мощность – из ряда 120, 240, 240 Вт, диапазон входного напряжения 85…264 В АС/127…370 В DC, температурный диапазон -25…70°C.

Опционально можно заказать источники питания со специальным покрытием печатной платы, соответствующие требованиям ATEX, IEC EX, GL (использование во взрывоопасной и морской среде). Кроме того, новые источники питания серии DRF120/240/480 имеют весьма узкий корпус (принимая во внимание выходную мощность) и гарантию 5 лет. Серия DRF120/240/480 предназначена для промышленных систем управления и автоматизации производства. Эти ИП подходят для применения в различных электромеханических устройствах. Учитывая качество продукции, выпускаемой компанией TDK-Lambda, можно утверждать, что данные источники составят хорошую конкуренцию продукции более высокого ценового диапазона например, компании Phoenix Contact.

•••

Наши информационные каналы