5VDC.ru — удобный инструмент для подбора источников питания | 5vdc.ru на 5vdc.ru
ООО «Айтекс Компонент» ПН-ПТ с 09:00 до 19:00 (мск)

5VDC.ru — удобный инструмент для подбора источников питания

Автор: Лев Алексенко

l.aleksenko@itecs.ru

            Большинство процессов, происходящих в Наблюдаемой Вселенной, связаны с переносом энергии или её преобразованием из одной формы в другую. Человечеством создано множество приборов для преобразования энергии, но самым массовым таким устройством безусловно является преобразователь напряжения, в быту называемый блок питания. Одних только мобильных телефонов на Земле больше 7 млрд и каждый имеет блок питания. А ведь в любом доме есть еще планшеты, компьютеры, телевизоры, микроволновые печи и многое другое. Каждый такой прибор имеет блок питания. Если сюда добавить промышленные объекты, транспорт, связь и т.п., то получим десятки миллиардов блоков питания во всем мире.

            Задача обеспечения оборудования и приборов электроэнергией может показаться тривиальной. Однако если принять во внимание бесчисленное многообразие устройств с различной схемотехникой и требованиями к напряжению (току), а также возможную нестабильность, скачки и перебои электропитания, то становятся понятны сложности, с которыми сталкиваются разработчики оборудования и электроники, проектировщики систем электрообеспечения и снабженцы предприятий. Представим обычную электрическую розетку с напряжением 230 В и частотой 50 Гц (либо аккумулятор с неким постоянным напряжением). А теперь -  любое сложное устройство или оборудование, которому для работы нужны другое напряжение или ток, от процессора на материнской плате ПК до промышленного лазера для резки металла. Нужно ли говорить о том, что связать две такие разные сущности в надёжную, эффективную и безопасную систему — это крайне деликатная, творческая работа?

            Однако времена, когда инженерам-проектировщикам оборудования приходилось самостоятельно разрабатывать цепи питания под каждый случай ушли в прошлое. Рынок блоков питания сегодня интенсивно развивается, сотни производителей предлагают широчайшую номенклатуру товаров для удовлетворения ежегодно растущего спроса. Разобраться во всём этом рыночном многообразии и понять, какой же именно блок питания действительно нужен, бывает проблематично даже подготовленному человеку.    

            Желая сэкономить время на подбор конструкторам и пользователям, компания «Айтекс» разработала проект 5vdc.ru — тематический интернет-магазин, посвященный источникам питания и преобразователям напряжения, в котором легко можно найти подходящую модель блоков питания под любые требования. Характерная особенность этого сайта — удобный и быстрый поиск по параметрам среди десяти тысяч моделей блоков питания от более чем 120 мировых производителей. Задав  входное и выходное напряжение, номинальный ток, мощность и другие параметры требуемого блока питания, можно мгновенно получить несколько вариантов, подходящих под запрос. После этого, ориентируясь на подробное описание, приложенную к каждому товару дополнительную информацию и техническую документацию от производителя, не составит труда подобрать именно тот блок питания, который нужен в каждом конкретном случае. В свою очередь, процесс оформления покупки также предельно прост и понятен и занимает совсем немного времени.   

            Главная задача сайта 5vdc.ru — облегчить подбор необходимого блока питания и сделать процесс максимально простым, быстрым и удобным. Далее расскажем о разновидностях и характерных особенностях блоков питания.

            Исторически все вторичные источники электропитания принято делить на две большие группы: линейные и импульсные. На сегодняшний день подавляющее большинство источников питания промышленного и бытового назначения являются импульсными, поэтому в рамках данной статьи линейные источники питания рассмотрим кратко.

Рисунок 1. Схема простейшего линейного источника питания

            Как можно видеть на Рисунке 1,  входное напряжение линейного источника питания  подается на первичную обмотку трансформатора. Затем пониженное трансформатором переменное напряжение поступает на выпрямитель (диодный мост в данном случае), который преобразует его в постоянное напряжение. После следует фильтр — мощный конденсатор, сглаживающий пульсации на выходе выпрямителя. Таким образом, на выходе схемы получается постоянное напряжение необходимой величины. Трансформаторные источники питания отличаются простотой конструкции и, как следствие, сравнительно высокой надёжностью. Также следует отметить отсутствие создаваемых высокочастотных помех. Недостатки у трансформаторных БП заключается в линейности трансформаторных источников питания — их входное и выходное напряжение имеют линейную зависимость, то есть уменьшение напряжения питания немедленно вызывает уменьшение напряжения на выходе. Добавление в схему линейного стабилизатора, например, LM7805, может решить эту проблему, но создает новую проблему повышенного тепловыделения и, как следствие, снижение КПД.

Рисунок 2. Блок-схема простейшего импульсного источника питания.

Намного более популярные сегодня импульсные блоки питания демонстрируют совершенно иной, комплексный подход к задаче преобразования электрической энергии. Блок-схему простейшего импульсного источника питания можно наблюдать на Рисунке 2.

            На схеме можно увидеть, как в импульсном блоке питания напряжение сначала выпрямляется, а затем преобразуется в высокочастотные импульсы прямоугольной формы. Затем эти импульсы попадают на высокочастотный трансформатор, который преобразует их в нужное напряжение. При этом в моделях, где гальваническая развязка не нужна, трансформатор может быть заменен индуктивностью. Полученные на выходе трансформатора или индуктивности импульсы снова выпрямляются и сглаживаются до постоянного напряжения. Стабилизация напряжения осуществляется за счёт отрицательной обратной связи, благодаря чему импульсным источникам питания не страшны изменения во входном напряжении и изменения тока нагрузки в широких пределах. Главным достоинством импульсных блоков питания является небольшой вес и габариты, что достигается повышенной частотой преобразования. Кроме того, импульсные блоки отличаются высоким КПД, вплоть до 99% у отдельных моделей, и как следствие - низкими тепловыми потерями, что благоприятно сказывается на тепловых режимах устройства в целом. Подавляющее большинство источников питания на сайте 5vdc.ru  - импульсные, однако линейные источники питания также представлены в ассортименте, например, серии MTS, MEP и MTL от производителя MURR ELEKTRONIK или продукция компании F&F.

 

 Рисунок 3. Линейный трансформаторный блок питания: а) серии MTS от MURR ELEKTRONIK и б) серии ZS от F&F.

 

Классификация по типу источника питания и преобразователя

При решении вопроса выбора блока питания инженер должен ответить на следующие вопросы:

- нужен источник тока или напряжения?

- какие должны быть значения выходного тока/напряжения?

- какая требуется мощность блока питания?

- какое будет входные тока/напряжения?

 

            Ответ на первый вопрос определяется типом конечного устройства. Большинству устройств для питания нужно постоянное напряжение определённой величины, а значение тока должно быть не меньше требуемого. В то же время, для отдельных применений необходим именно источник тока, выдающий постоянный стабилизированный ток определённой силы. Сюда относится, например, питание регулируемых коллекторных электродвигателей, зарядка аккумуляторов и питание светодиодов.

            В англоязычной литературе работа в режиме источника постоянного тока обычно обозначается как «С.С.» [«constant current»], а источника постоянного напряжения «C.V.» [«сonstant voltage»]. Поскольку данная особенность очень важна при выборе блока питания, на сайте 5vdc.ru поле «тип источника питания» вынесено на самый верх параметрического фильтра. В полях чуть ниже можно задать максимальные и минимальные значения тока и напряжения, представленные на сайте. Минимально задаваемое выходное напряжение в параметрическом фильтре равно 1 вольт, а максимальное 300 вольт. Для тока задаются значения от 42мА до 400А.

Ответ на третий вопрос о мощности БП также следует искать в нагрузке и, конечно, этот вопрос связан со значением выходного тока/напряжения, а также КПД самого БП. На этапе, когда выходное напряжение (или ток) уже определены, главной задачей будет избежать подбора недостаточно или избыточно мощного блока питания. На сайте 5vdc.ru представлены блоки питания в диапазоне мощности от 0,25 Вт до 10 кВт.                        

Не менее важным является ответ на 4 вопрос: какого рода электрическую энергию и каких значений тока и напряжения придётся преобразовать?  По типу преобразователя источники питания можно разделить на две основные группы — преобразователи переменного напряжения в постоянное (AC/DC) и постоянного напряжения в постоянное (DC/DC). При этом следует отметить, что для многих современных AC/DC блоков питания не является проблемой работа в режиме DC/DC. Многие модели среди представленных на сайте 5vdc.ru имеют двойной входной диапазон напряжений: для переменного и постоянного тока. В качестве наиболее характерного и довольно популярного примера можно привести серию DR-120 от Mean Well (Рисунок 4). Блоки питания в этой серии могут питаться в трёх диапазонах напряжений: 88-132 В АС (североамериканские сети), 176-264 В АС (европейские и российские сети), 248-370 В DC (постоянное напряжение), выдавая на выходе напряжение в 12, 24 или 48 В DC.  Кроме того, на сайте представлены модели блоков питания AC3/DC, для питания от трехфазной сети и модели AC2/DC для работы на межфазном напряжении трехфазной сети. Кроме того существуют специальные источники питания DC/AC. Как правило, это преобразователи напряжения из 12 вольт  в 220 вольт переменного тока для автомобилей.

 

Рисунок 4. Блок питания на DIN-рейку DR-120-24 от Mean Well.

Классификация по типу конструктивного исполнения

 

            После выяснения необходимых входных и выходных параметров требуемого источника питания следующим логичным шагом будет определение типа его конструктивного исполнения. Условно блоки питания по этому признаку можно разделить на несколько больших групп:

 

Открытого исполнения (бескорпусные).

Блоки питания, имеющие открытую конструкцию, визуально представляют из себя печатную плату с набором смонтированных элементов. Предназначена эта группа, главным образом, для применений в комплекте других, больших устройств, имеющих корпус. Примеры таких блоков представлены на рисунке 5.

 

Рисунок 5. Открытые блоки питания семейства RPD (слева) и PID (справа) от производителя Mean Well.

 

В кожухе (корпусе).

Блоки питания, имеющие защитный кожух (корпус), предназначены для самостоятельного использования. Сфера их применения очень широкая — от питания бытового оборудования до питания производственных линий и уличной рекламы. Любой пользователь ноутбука видел в комплекте внешний адаптер питания.

           

Рисунок 6. Блок питания в корпусе серии SYS1319-3015-T2 производителя SUNNY.

 

Блоки питания на DIN-рейку.

Как правило, это сравнительно мощные источники питания, предназначенные для использования в сфере промышленной автоматики (Рис. 7). Устанавливаются внутри специализированных электрораспределительных шкафов или на монтажных стойках, крепёж осуществляется на стандартизированный металлический профиль шириной 35 мм. Разрабатывая блоки питания на DIN-рейку, производители уделяют много внимания не только совершенствованию электрических параметров или систем защиты, но ещё и компактности, поскольку место внутри электрораспределительных шкафов бывает крайне ограничено.

 

Рисунок 7. Блоки питания на DIN-рейку производителей SIEMENS и PHOENIX CONTACT.

 

Для монтажа на печатную плату.

            В эту группу входят все преобразователи, предназначенные для монтажа на печатную плату: как для поверхностного монтажа (SMD), так и для монтажа в отверстия (THT). Наибольшую долю тут занимают DC/DC преобразователи напряжения сравнительно малой мощности (от единиц до нескольких десятков ватт), обусловлено это в первую очередь спецификой применения. Часто подобные преобразователи используются в цепях формирования электропитания для отдельных модулей устройства или даже компонентов на плате (микросхем памяти, цифровых сигнальных процессоров, микроконтроллеров). Эти цепи сами, как правило, запитаны от некоего блока питания, поэтому довольно широкое распространение здесь получили неизолированные преобразователи, не имеющие гальванической развязки между входом и выходом. Впрочем, широко распространены также изолированные DC/DC преобразователи. Существуют и компактные AC/DC преобразователи для монтажа на печатную плату, например, линейки моделей IRM от производителя MEANWELL (Рис. 8), или серии KAS и KAM от CHINFA ELECTRONICS.

Рисунок 8. Преобразователи на печатную плату серии FDD03 (DC/DC) от CHINFA и серии IRM-03 (AC/DC) от MEANWELL.

 

Лабораторные источники питания.

            Лабораторные источники питания можно отнести к отдельной «касте» блоков питания в связи с их конструктивными особенностями и спецификой применения: чаще всего они используются для исследовательских или испытательных целей, например, для тестирования какого-либо электронного оборудования, требующего внешнего питания. В эту группу входят стабилизированные регулируемые источники питания, позволяющие в широком диапазоне и с высокой точностью настраивать выходные параметры. По конструктивному исполнению их можно разделить на настольные, напольные и стоечные. Отличительными чертами лабораторных блоков питания являются: сложные комплексные системы управления, встроенные дисплеи и инструменты для регулировки выходных параметров, подключение к ПК, минимальные уровни шумов и минимальные высокочастотные помехи. Мощности лабораторных блоков питания, особенно многоканальных, также могут быть внушительными — вплоть до десятков киловатт. Однако за все эти качества приходится расплачиваться довольно высокой стоимостью.

На сайте 5vdc.ru Вы подберете лабораторные блоки питания таких производителей, как Aim-TTI, GW INSTEK и других. На рисунке 9 представлена модель лабораторного программируемого блока питания QPX1200SP от Aim-TTI.

Рисунок 9. Лабораторный блок питания QPX1200SP от Aim-TTI.

            Дополнительные особенности

После того, как параметрический фильтр на сайте 5vdc выдаст определённое количество блоков питания, подходящих под Ваш запрос, можно приступить к следующему этапу - точному подбору товара. Ориентироваться следует на разного рода особенности и второстепенные характеристики.

 

            Многоканальность

            Наличие нескольких выходных каналов у блока питания является безусловным плюсом, позволяющим на практике использовать вместо нескольких блоков питания один, что уменьшает затраты, снижает тепловые потери и, в целом, позволяет увеличить компактность всей системы. Производители предлагают довольно широкую номенклатуру блоков питания, имеющих от двух до четырёх выходных каналов с разными напряжениями. В то же время, если Вы не нашли нужной комбинации напряжений, эту проблему можно легко решить, дополнительно подобрав на сайте 5vdc.ru преобразователь DC/DC.

            Рабочие температуры.

            Способность блока питания исправно работать и сохранять свои эксплуатационные характеристики в условиях низких или высоких температур может играть ключевую роль в выборе БП для ответственных применений.

            Среди продукции, представленной на сайте 5vdc.ru с диапазоном рабочих температур от -55 до 125 °C, особо отметим блоки питания производства фирмы OMRON, традиционно имеющие достаточно широкий температурный диапазон, особенно в области низких температур. Для нашей страны применительно к суровому климату Сибири или Дальнего Востока, устойчивость блоков питания к низким температурам может иметь большое значение. 

            Степень защиты корпуса (оболочки)

            Важным параметром источника питания является защищённость его корпуса от внешних воздействий. Существующая и общепринятая международная система классификации защищённости электрооборудования Ingress Protecting Rating [«степень защиты от проникновения» или IP] описывает устойчивость оболочки устройства к проникновению внутрь посторонних предметов, пыли и влаги.

            Большинство промышленных блоков питания, включая блоки питания на DIN-рейку, имеют невысокие показатели защиты корпуса — расположение в помещениях снижает угрозу воздействия на устройство влаги и пыли. По этой же причине производители снабжают свои источники питания обычно базовой защитой IP20 или IP30. Более защищённые модели с IP 50+ подбираются под особые условия технологического процесса на предприятии или для целей наружного применения, как например, светодиодные драйверы для питания уличного освещения. Наибольшими IP (65-67) обладают блоки питания, называемые производителями как устройства для экстремальных условий эксплуатации. Это линейки импульсных БП HLG и HEP от MeanWell. Они устойчивы не только к влаге, но и к ударам, вибрациям и имеют широкие диапазоны рабочих температур. На сайте 5vdc.ru Вам доступны БП со степенью защиты от IP20 до IP67.

            Коэффициент полезного действия (КПД)

            Как было отмечено в начале статьи, импульсные источники питания отличаются высоким КПД. Это обусловлено совершенством схемотехники и элементной базой: в импульсных источниках питания нет трансформатора промышленной частоты (есть высокочастотный), нет аналогового стабилизатора (вместо него — ключевой элемент), нет мощных конденсаторов подавления пульсаций (подойдут и сравнительно маломощные). Поэтому КПД около 90% или даже выше для них является нормой.  На рисунке 10 изображен блок питания WDR-240-24 от MeanWell. При мощности 240 Вт он имеет КПД 91%.

          

            Рисунок 10. Блок питания WDR-240-24, производитель MeanWell.

            Коэффициент мощности и наличие каскада коррекции коэффициента мощности (PFC)

            Напомним, что коэффициент мощности (КМ) — это отношение между активной (полезной) и полной (активной и реактивной) потребляемой мощностью преобразователя напряжения.

            Практика показывает, что во входных цепях импульсных источников питания может существовать сдвиг фаз между питающим напряжением и током. Более того, сама по себе форма питающего тока редко представлена идеальной синусоидой. Как правило она имеет определённые искажения. Таким образом, задача каскада коррекции коэффициента мощности (ККМ) сводится к нейтрализации этих искажений и обеспечения минимально возможного сдвига фаз между входным током и напряжением и, следовательно, максимально возможного КМ. На рисунке 11 в качестве примера показан блок питания RST-5000 от MeanWell с каскадом активной ККМ.

Рисунок 11. Блок питания RST-5000 от MeanWell с каскадом активной ККМ.

            Индикаторы состояний и системы диагностики

            Наличие хотя бы простейших встроенных систем индикации и диагностики позволяет существенно сократить время на анализ неисправностей в системе электроснабжения и сократить время простоя оборудования. Практически общепринятым стандартом сегодня является наличие на корпусе блока питания светодиодного индикатора и/или сигнального выхода, информирующего о наличии выходной мощности. Однако производители постоянно совершенствуют собственные системы диагностики. Среди большого ассортимента сайта 5vdc.ru интересную серию QUINT4 представляет производитель PHOENIX CONTACT (Рисунок 12). Она имеет целых четыре светодиода, сигнализирующих о фактическом уровне выходной мощности. Более того, блоки питания серии QUINT4 оборудованы тремя дискретными сигнальными выходами, призванными максимально облегчить диагностику его состояния.   

 

Рисунок 12. Элементы диагностики блока питания QUINT4 от PHOENIX CONTACT. 1 - релейный контакт; 2 – дискретный вход Remote ; 3 – SGnd – изолированный общий минус сигнальных цепей; 4 – дискретный выход Out 1; 5 – дискретный/аналоговый выход Out 2; 6-9 – гистограммный индикатор выходной мощности.

            ЗАКЛЮЧЕНИЕ

            Сайт 5vdc.ru разработан как удобный инструмент для побора блоков питания и быстрой покупки. Мощный функционал параметрического поиска, огромный ассортимент и технические специалисты, готовые оперативно ответить на любой вопрос, помогут сэкономить рабочее время инженеров-проектировщиков и снабженцев.

            Группа компаний «Айтекс» (ITECS) была создана в 2001 г. и начала свою активность на рынке с поставок радиоэлектроники и паяльных материалов. На протяжении последующих 15 лет ГК «Айтекс» расширяла предлагаемый ассортимент электронных и электротехнических компонентов, налаживала прямые связи с иностранными производителями. На сегодняшний день ITECS имеет статус официального дистрибьютора мировых брендов оборудования защиты электроники, автоматики, источников питания, технологического оборудования и материалов. «Айтекс» постоянно расширяет линейку блоков питания и приглашает российских и зарубежных производителей присоединиться к проекту 5VDC.ru, в рамках которого продукция наглядно и доступно представляется каждому покупателю.