Новый способ построения высоконадёжных AC/DC-преобразователей

В статье описан новый способ построения AC/DC-систем электропитания для линейки модулей серии TESAV, серийное производство которых в этом году начала входящая в AEPS-GROUP фирма TESLA Electric. Новое решение отличается высокой надёжностью и способностью работать в широком диапазоне температур.

Причиной разработки новой линейки TESAV стала растущая потребность заказчиков в компактных AG/DC-npe-образователях, работающих в сверхши-роком диапазоне температур и имеющих высокие надёжностно-ресурсные показатели. По всей видимости, рост потребностей обусловлен развитием технических средств, которые должны работать в широком диапазоне атмосферных условий, в том числе в необслуживаемых зонах. Отсюда и требования к температурному диапазону AC/DC-преобразователей: -60…+125°С.

Наиболее проблемными компонентами в АС/DC-преобразователях, которые ограничивают диапазон рабочих температур, являются электролитические конденсаторы во входном выпрямителе и в выходных фильтрах, а также оптронные элементы обратной связи. Кроме того, во время работы при отрицательных температурах в течение продолжительного времени из-за выделения преобразователем тепла на отдельных его участках образуется конденсат. Вследствие этого преобразователь нуждается также в надёжной изоляции (герметизации).

Для реализации упомянутых требований при разработке линейки модулей TESAV использовались специальные схемотехника и структура преобразователя. Новый способ базируется на схемотехнике без электролитических конденсаторов в выходных фильтрах и без оптронных элементов обратной связи. Для реализации обратной связи были использованы решения с трансформаторной обратной связью, широко применяемые фирмой TESLA Electric в их высокотемпературных DC/DC-преобразователях. Необходимо отметить, что отказ от использования электролитических конденсаторов в выходных фильтрах и оитронных элементах обратной связи позволяет не только производить AC/DC-иреобразователи, способные работать в более широком диапазоне температур, но и значительно повысить показатели надёжности модулей линейки TESAV.

Для обеспечения реализации широ-котемпературных применений и повышения надёжности электролитический конденсатор входного диодного выпрямителя в линейке TESAV вынесен из конструктивного объёма модуля и является внешним элементом. Конечно, вынос электролитического конденсатора из модуля электропитания сам по себе не может увеличить надёжность AC/DC-преобразователя, но даёт целый ряд преимуществ. Например, это позволяет выбирать необходимый конденсатор при проектировании системы электропитания с учётом конкретных потребностей и реальной мощности, а также температуры и параметров конденсаторов в необходимом диапазоне температур.

Можно сказать, что именно вынесение электролитического конденсатора входного выпрямителя позволило создать преобразователь с предельными рабочими температурами корпуса до + 125°С.

Это, в свою очередь, позволило значительно снизить требования к охлаждающему радиатору, а для мощностей до 150 Вт, если температура окружающего воздуха не превышает +60°С, и вовсе его исключить.

При этом вынесенный конденсатор входного выпрямителя работает в зоне температур окружающего воздуха, а не внутри насыщенной концентраторами тепла конструкции, что значительно увеличивает время его жизни и, следовательно, делает систему электропитания в целом в разы надёжнее.

На рисунке 2 приведён график снижения выходной мощности для модуля TESAV200 в зависимости от температуры окружающей среды.

В системе электропитания на базе AC/DC-преобразователей TESAV входной электролитический конденсатор выпрямителя по-прежнему остаётся элементом с самыми низкими показателями наработки на отказ. Однако при рассмотрении надёжностных и ресурсных показателей следует учитывать, что в данном случае отказ конденсатора необходимо рассматривать уже как восстанавливаемый параметр, и показатели его надёжности не могут влиять на ресурс AC/DC-преобразователей TESAV. Кроме того, имеется возможность регламентного обслуживания конденсатора (например, с замером уровня пульсаций) и, при необходимости, его замены.

Таким образом, модули TESAV предоставляют потребителю возможность создавать сверхкомпактные системы электропитания на базе AC/DC-преобразователей, которые не требуют принудительного воздушного охлаждения, а в ряде случаев позволяют вовсе отказаться от какого-либо радиатора. При этом их надёжностные и ресурсные показатели гарантированно будут на уровне DC/DC-npe-образователей. Следует отметить, что традиционно для компании TESLA Electric номенклатура модулей TESAV охватывает широкий диапазон мощностей — 50…1000 Вт.

В таблице приведены основные характеристики преобразователей серии TESAV производства TESLA Electric. Эти ультракомпактные AC/DC-npe-образователи, внешний вид которых показан на рисунке 3, предназначены для промышленной аппаратуры и изделий, работающих в жёстких условиях эксплуатации и в особо ответственных применениях.

Отличительными особенностями преобразователей являются:

универсальная входная сеть (-36 В, -230 В, -115 В и =36 В, =230 В, = 115 В);
широкий диапазон рабочих температур корпуса (-60…+ 125°С);
высокий КПД (до 92%);
внешний накопительный конденсатор или буферный аккумулятор.
Во всех модулях TESAV реализован полный комплекс защитных функций: от перегрузки по току и короткого замыкания до перегрева и перенапряжения на выходе.

В модулях с диапазоном мощностей 100… 1000 Вт реализованы возможности выносной обратной связи с нагрузкой и параллельного включения модулей по выходу для увеличения общей мощности.

Модули выпускаются в низкопрофильных корпусах высотой 13-16 мм и залиты теплопроводящим герметизирующим компаундом.

Модули TESAV могут работать как от сети переменного тока, так и от сети постоянного тока. В последнем случае внешний конденсатор входного выпрямителя, само собой, не устанавливается, а входное напряжение, чтобы избежать лишних потерь на входном выпрямительном диодном мосте, может подаваться непосредственно на входы, предусмотренные для этого конденсатора. Возможность работы от сетей постоянного и переменного тока, а также возможность выбора внешнего конденсатора входного фильтра под конкретные потребности, делают описываемые преобразователи по-настоящему универсальными и удобными для применения как проектантами, гак и пользователями.

Следует также отметить, что универсальность с точки зрения входной сети переменного/постоянного тока имеет возможность одновременного подключения обеих сетей. Это является большим преимуществом при построении сетей бесперебойного электропитания для особо ответственных применений. Например, для потребителей 1-й категории, в том числе 1-й категории особой группы, где резервирование сетей питания является обязательным условием. В этом случае напряжение из второй (резервной) сети постоянного тока может подаваться через развязывающие диоды на те же выводы модуля, на которые подключён внешний конденсатор выпрямителя (С4).

На рисунке 4 приведена простейшая система электропитания с выносными конденсаторами. Подобная система позволяет значительно снизить профиль преобразователя, вследствие чего энергетическая плотность увеличится. Также хорошо видна компоновочная гибкость такой связки в аппаратуре со сложными конфигурациями объёмов, отводимых для преобразователей электропитания.

Все вышеназванные преимущества преобразователей TESAV, выполненных на основе нового способа построения AC/DC-систем электропитания, в сочетании с расширенным диапазоном рабочих температур и высокой энергетической эффективностью делают их уникальными на рынке AC/DC-преобразователей.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
TRIAL NEWS