CC BY
53Компоненты и технологии, № 8'2004
Новая серия компактных модулей AC/DC
фирмы AEPS-group
Новая серия компактных модулей электропитания AC/DC чешской фирмы AEPS-group s.r.o. мощностью 20, 30, 40, 60, 80, 100 и 150 Вт создана для построения систем распределенного питания.
Юрий Демешкин
Входная сеть
-220 В 50...400 Гц
Входной
фильтр
Задачи электропитания аппаратуры стабильными напряжениями в диапазоне от 3 до 60 В от сети переменного напряжения 220 В с частотой 50-400 Гц на практике приходится решать достаточно часто. Как правило, требуется набор из 2-10 номиналов напряжения из ряда 3,3, 5, 9, 12, 15, 24, 27, 36, 48, 60 В. При работе в буфере с аккумуляторной батареей используются номиналы напряжения 14, 28, 56 В (с учетом падения на разделительном диоде).
Очень часто из требуемых номиналов необходимо иметь 1-4 источника стабильного напряжения, гальванически не связанных между собой, а также не связанных с другими источниками. Это определяется необходимостью сформировать «подвешенный» источник напряжения или унификацией и преемственностью модулей электропитания в аппаратуре при модернизации. Например, имея модуль с выходными напряжениями 12, 24 и 24 В, гальванически развязанными между собой, можно всегда получить комбинации: 12 В и мощный выход 24 В, 12 и 24 и 24 В, 12 и 48 В, 30 и 24 В, 60 В. Наконец, решение вопросов электромагнитной совместимости различных функциональных устройств в сложной аппаратуре значительно упрощается при выделении «чистых» и «грязных» земель или раздельных аналоговых и цифровых заземляющих проводников.
Промежуточная шина электропитания
Стабилизатор AC/DC
Устройство диагностики и индикации
Модуль DC/DC
Модуль DC/DC
► +Выход 2
► -Выход 2
В настоящее время для построения систем электропитания чаще всего используются две различные структуры распределенного электропитания (рис. 1 и 2).
В первой структуре, приведенной на рис. 1, имеется централизованный мощный блок питания, стабилизатор-кондиционер, который из напряжения входной сети 220 В, 50-400 Гц формирует гальванически развязанное стабильное напряжение промежуточной шины, например 24 или 48 В, а если решается задача обеспечения бесперебойности, то 28 или 56 В. При этом к промежуточной шине подключается аккумуляторная батарея. Также к промежуточной шине своими входами подключаются модули DC/DC, которые окончательно формируют упомянутые 2-10 номиналов выходных напряжений. При этом легко решаются вопросы их гальванической развязки.
Во второй структуре (см. рис. 2) к напряжению входной сети 220 В, 50-400 Гц подключаются относительно маломощные модули AC/DC, которые сразу, без промежуточных преобразований, формируют нужные для аппаратуры гальванически развязанные номиналы выходных напряжений. При необходимости один из модулей имеет на выходе буферный аккумулятор для питания наиболее важных функциональных устройств аппаратуры,
Входная сеть -220 В 50...400 Гц
-> Модуль DC/DC ► +ВыходЗ ► Входной
фильтр
Модуль DC/DC
Общий -Выход 4
Модуль DC/DC
Рис. 1
-► +Выход5 -► Общий -Выход 5
Устройство диагностики и индикации
Модуль DC/DC
-► +Выход 1 -► -Выход 1
Модуль DC/DC
-► +Выход 2 -► -Выход 2
Модуль DC/DC
-► +ВыходЗ -► -Выход 3
Модуль DC/DC
->■ +Выход 4 Общий "► -Выход 4
Модуль DC/DC
-► +Выход5 -► Общий -Выход 5
Рис. 2
Компоненты и технологии, № 8'2004
Таблица 1. Основные характеристики новых модулей
Входные характеристики
Диапазон входного напряжения 176-264 В
Частота питающей сети 47-44О Гц
Рекомендуемый внешний предохранитель 2 A для HL, 3 А для NN и 5 А для AR
Выходные характеристики
Нестабильность выходного напряжения - от изменения входной сети ±0,5% для выхода 1; ±1% для выхода 2&3
- от изменения нагрузки для однокан. исполнения (1ном 10-100%) ±1,0%
- от изменения нагрузки для многокан. исполнения (1ном 30-100%) ±1,0% для выхода 1; ±8% для выхода 2&3
Размах пульсаций (пик-пик) <2% ивых.нш.
Уровень срабатывания защиты от перегрузки >105% 1вых.ном.
Защита от короткого замыкания >150% 1вь,хном, автоматическое восстановление
Уровень срабатывания защиты от перенапряжения >115% ивых.ном.
Уровень срабатывания тепловой защиты >75 °С
Общие характеристики
Температура окружающей среды -10..+70 °С (СЦ, -40..+70 °С (СИ)
снижение мощности1 (естественная конвекция) См. график (красный)
хранения -40...+85 °С
КПД 80% тип.
Повышенная влажность 93-95% @ 25 °С
Частота преобразования 75 кГц тип.
Прочность изоляции напряжение вх. - вых: ~1 500 В
напряжение вх. - корпус: ~1 500 В
напряжение вых. - корпус: ~500 В
сопротивление @ 500 В пост. тока 20 МОм
Стандарты ЭМС ЕЫ55022
Стандарты безопасности 1ЕС/ ЕИ 60950
Наработка на отказ ^2О > 650 000 час. @ 25 °С
HL30, NN40 > 500 000 час. @ 25 °С
NN60, Al^ > 375 000 час. @ 25 °С
AR100/AR150 > 350 000 час. @ 25 °С
Охлаждение естественная конвекция или использование теплоотвода
Материал корпуса Металл
Примечания: 1 — без снижения мощности при использовании с радиатором, температура которого < +70 °С (см. голубую кривую); все характеристики приведены для НКУ, ивхном, 1выхном, если не указано иначе.
перерывы в электропитании которых не допускаются. Каждая из приведенных структур распределенного электропитания имеет свои преимущества и недостатки.
Первая структура имеет большую гибкость и неограниченные функциональные возможности. Так, можно по отдельности дистанционно управлять модулями DC/DC, производить любые виды их резервирования, повышая тем самым надежность всей системы, обеспечивать многократную развязку от сетевого напряжения, что в ряде случаев является определяющим, например, при решении сложных задач электромагнитной совместимости или электробезопасности (медицинская аппаратура).
Только в такой структуре можно предельно приблизить преобразователи к питаемым электронным устройствам и т. д.
Однако легко заметить, что КПД такой системы низок. При использовании даже вполне эффективных устройств с КПД 80% для каждого, уже для двух последовательно включенных устройств в этой структуре КПД будет недопустимо низок: 0,8x0,8x100% = 64%. А мощность потерь, которая, как известно, своим выделяемым теплом крайне негативно сказывается на надежности (наработка на отказ снижается вдвое при повышении температуры на 10 °С) резко возрастает: Ррассеивания =
Рвых x (1- КПД)/КПД.
Для однокаскадной системы, имеющей вторую структуру, при КПД 80% в виде тепла рассеивается 25% от выходной мощности, а в вышеприведенном примере для первой структуры с результирующим КПД 64% этот показатель составит 56,3%! Конечно, для первой структуры это очень большая конструктивная и надежностная проблема.
На практике часто не учитывают, что запуск ОСЮС-модулей, подключенных к промежуточной шине в первой структуре, происходит при напряжении питания ниже, чем выходное напряжение централизованного стабилизатора-кондиционера. Для высокоэффективных импульсных устройств типично повышение тока потребления при уменьшении напряжения на входе. В результате возникают проблемы обеспечения большой мощности централизованного стабилизатора в пусковом режиме. Как правило, приходится брать стабилизатор с завышенной в 1,5-2 раза выходной мощностью, что также не способствует повышению его КПД в штатном режиме.
Таким образом, на практике встречается много случаев, когда вторая структура системы распределенного электропитания будет выигрывать не только экономически, так как она более проста, но и по надежности, тепловым характеристикам и габаритам. А именно эти показатели определяют конкурентоспособность аппаратуры в целом.
Для построения однокаскадной системы электропитания обычно требуется набор модулей электропитания AC/DC малой мощности в диапазоне от 1 до 200 Вт. На рынке широко представлены маломощные модули диапазона 1-15 Вт азиатских производителей, которые практически не имеют конкуренции, так как предлагаются по весьма низким ценам.
Однако предлагаемые ими модули AC/DC на мощность 20-200 Вт имеют явные недостатки.
Во-первых, такие модули, как правило, имеют высоту, составляющую к его ширине или длине неприемлемо большую величину — 40-80%. Это вызывает большие неудобства при размещении таких модулей в непосредственной близости от питаемых функциональных узлов, которые, как правило, имеют соотношение высоты к ширине или длине менее 30%.
Во-вторых, несколько выходов одного модуля обычно связаны гальванически, что также затрудняет построение высокоэффективных систем электропитания.
В-третьих, большинство предлагаемых модулей AC/DC выполнено на основе печатных плат с локальными радиаторами охлаждения, не рассчитанными для эффективного сброса тепла на единый плоский радиатор-теплосток. В результате, в большинстве случаев конвекционного охлаждения и в ряде случаев принудительного воздушного обдува конструкторам аппаратуры приходится предусматривать недопустимо большие воздушные промежутки с боков каждого модуля и особенно сверху.
Новая серия изолированных преобразователей AC/DC чешской фирмы AEPS-group s.r.o. позволяет избежать названных недостатков при построении систем распределенного электропитания на основе второй структуры. Предлагаемые модули электропитания AC/DC не только имеют весьма высокие удельные энергетические показатели, но и обладают специальной конструкцией, рассчитанной на общий радиатор-теплосток, что дополнительно уменьшает требуемый для системы электропитания объем.
Серия состоит из модулей типа HL20A и HL30A, оптимизированных на получение выходной мощности 5-20 Вт и 10-30 Вт соответственно, модулей типа NN40A и NN60A, оптимизированных на выходную мощность 15-40 Вт и 20-60 Вт соответственно, и модулей типа AR80A, AR100A и AR150A, оптимизированных на выходную мощность 25-80 Вт, 30-100 Вт и 50-150 Вт соответственно.
Каждый из модулей рассчитан на входное напряжение европейского промышленного стандарта 176-264 В, 47-440 Гц и позволяет получать от одного до трех выходных напряжений (выходов), гальванически развязанных друг от друга и от входа модуля.
Модули отличаются высокой эффективностью. Удельная энергетическая плотность в 3-5 и более раз выше, чем у модулей азиатских производителей. Для HL30A она доходит до 380 Вт/дм3, для NN60A — до 420 Вт/дм3 и для AR150A составляет 430 Вт/дм3! В таблице 1 представлены основные электрические характеристики новых модулей.
Компоненты и технологии, № 8'2004
Таблица 2. Стандартная номенклатура модулей типа HL с индексом CL
Таблица 3. Стандартная номенклатура модулей типа NN с индексом CL
Наименование Выходная Выходное напряжение/Выходной ток
модуля мощность, Вт Выход 1 Выход 2 Выход 3
Модели с одним выходом
HL20A-220S03-CL 20 3,3 В/6 A
HL20A-220S05-CL 5 В/4 A
HL20A-220S12-CL 12 В/1,67 A
HL20A-220S15-CL 15 В/1,33 A
HL20A-220S24-CL 24 В/0,83 A
HL30A-220S05-CL 30 5 В/6 A
HL30A-220S12-CL 12 В/2,5 A
HL30A-220S15-CL 15 В/2 A
HL30A-220S24-CL 24 В/1,25 A
Модели с двумя выходами
HL20A-220D0512-CL 20 5 В/2 A 12 В/0,83 A
HL20A-220D0515-CL 5 В/2 A 15 В/0,67 A
HL20A-220D1212-CL 12 В/0,8 A 12 В/0,83 A
HL20A-220D1515-CL 15 В/0,7 A 15 В/0,67 A
HL30A-220D0512-CL 30 5 В/3 A 12 В/1,25 A
HL30A-220D0515-CL 5 В/3 A 15 В/1 A
HL30A-220D1212-CL 12 В/1,25 A 12 В/1,25 A
HL30A-220D1515-CL 15 В/1 A 15 В/1 A
Модели с тремя выходами
HL20A-220T051212-CL 20 5 В/2 A 12 В/0,42 A 12 В/0,42 A
HL20A-220T051515-CL 5 В/2 A 15 В/0,33 A 15 В/0,33 A
HL30A-220T051212-CL 30 5 В/3 A 12 В/0,63 A 12 В/0,63 A
HL30A-220T051515-CL 5 В/3 A 15 В/0,5 A 15 В/0,5 A
Наименование Выходная Выходное напряжение/Выходной ток
модуля мощность, Вт Выход 1 Выход 2 Выход 3
Модели с одним выходом
NN40A-220S03-CL 3,3 В/12 A
NN40A-220S05-CL 5 В/8 A
NN40A-220S12-CL 40 12 В/3,3 A
NN40A-220S15-CL 15 В/2,67 A
NN40A-220S24-CL 24 В/1,67 A
NN60A-220S05-CL 5 В/12 A
NN60A-220S12-CL 60 12 В/5 A
NN60A-220S15-CL 15 В/4 A
NN60A-220S24-CL 24 В/2,5 A
Модели с двумя выходами
NN40A-220D0512-CL 5 В/4 A 12 В/1,67 A
NN40A-220D0515-CL 40 5 В/4 A 15 В/1,3 A
NN40A-220D1212-CL 12 В/1,67 A 12 В/1,67 A
NN40A-220D1515-CL 15 В/1,3 A 15 В/1,3 A
NN60A-220D0512-CL 5 В/6 A 12 В/2,5 A
NN60A-220D0515-CL 60 5 В/6 A 15 В/2 A
NN60A-220D1212-CL 12 В/2,5 A 12 В/2,5 A
NN60A-220D1515-CL 15 В/2 A 15 В/2 A
Модели с тремя выходами
NN40A-220T051212-CL 40 5 В/4 A 12 В/0,83 A 12 В/0,83 A
NN40A-220T051515-CL 5 В/4 A 15 В/0,67 A 15 В/0,67 A
NN60A-220T051212-CL 60 5 В/6 A 12 В/1,25 A 12 В/1,25 A
NN60A-220T051515-CL 5 В/6 A 15 В/1 A 15 В/1 A
Таблица 4. Стандартная номенклатура модулей типа AR с индексом CL
Рис. 3. Модуль типа HL (габаритные размеры 97x50x16 мм, масса 125 г)
Рис. 4. Модуль типа HL (габаритные размеры 107x60x20 мм, масса 170 г)
Модули различной мощности внутри серий ИЬ (рис. 3), NN (рис. 4), а также ЛИ (рис. 5) различаются только уровнем срабатывания защиты от перегрузки.
Самые мощные модули в этой серии — типа ЛИ имеют дополнительные сервисные функции. Они отличаются от модулей ИЬ и NN наличием подстройки выходного напряжения и возможностью дистанционного выключения и включения модуля.
Номенклатура и характеристики наиболее популярных моделей в стандартном исполнении приведены в таблицах 2-4.
Для промышленного применения весьма важным является то, что все модули выпускаются в исполнении CN на температурный диапазон -40.. .+70 °С.
Выходная Выходное напряжение/Выходной ток
мощность, Вт Выход 1 Выход 2 Выход 3
Модели с одним выходом
AR80A-220S05-CL 80 5 В/16 А
AR80A-220S12-CL 12 В/6,7 А
AR80A-220S15-CL 15 В/5,3 А
AR80A-220S24-CL 24 В/3,3 А
AR100A-220S05-CL 100 5 В/20 А
AR100A-220S12-CL 12 В/8,3 А
AR100A-220S15-CL 15 В/6,7 А
AR100A-220S24-CL 24 В/4,2 А
AR150A-220S05-CL 150 5 В/30 А
AR150A-220S12-CL 12 В/12,5 А
AR150A-220S15-CL 15 В/10 А
AR150A-220S24-CL 24 В/6,25 А
Модели с двумя выходами
AR80A-220D0512-CL 80 5 В/8 А 12 В/3,3 А
AR80A-220D0515-CL 5 В/8 А 15 В/2,7 А
AR80A-220D1212-CL 12 В/3,3 А 12 В/3,3 А
AR80A-220D1515-CL 15 В/2,7 А 15 В/2,7 А
AR100A-220D0512-CL 100 5 В/10 А 12 В/4,2 А
AR100A-220D0515-CL 5 В/10 А 15 В/3,3 А
AR100A-220D1212-CL 12 В/4,2 А 12 В/4,2 А
AR100A-220D1515-CL 15 В/3,3 А 15 В/3,3 А
AR150A-220D0512-CL 150 5 В/15 А 12 В/6,25 А
AR150A-220D0515-CL 5 В/15 А 15 В/5 А
AR150A-220D1212-CL 12 В/6,25 А 12 В/6,25 А
AR150A-220D1515-CL 15 В/5 А 15 В/5 А
Модели стремя выходами
AR80A-220T051212-CL 80 5 В/8 А 12 В/1,67 А 12 В/1,67 А
AR80A-220T051515-CL 5 В/8 А 15 В/1,33 А 15 В/1,33 А
AR100A-220T051212-CL 100 5 В/10 А 12 В/2,1 А 12 В/2,1 А
AR100A-220T051515-CL 5 В/10 А 15 В/1,67 А 15 В/1,67 А
AR150A-220T051212-CL 150 5 В/15 А 12 В/3,12 А 12 В/3,12 А
AR150A-220T051515-CL 5 В/15 А 15 В/2,5 А 15 В/2,5 А
По заказу могут поставляться модули ИЬ, NN и ЛИ с нестандартными выходными напряжениями в диапазоне 3-60 В с максимальными выходными токами 6 А (ИЬ), 12 Л (NN) и 30 А (ЛЯ).
Так же по заказу могут поставляться модули с входным напряжением 85-264 В (с понижением выходной мощности), 115 (80-140) В, 47-440 Гц и модули DC/DC с постоянным
Компоненты и технологии, № 8'2004
входным напряжением 60 (36-75) В, 110 (82-160) В и 220 (175-350) В.
В целом модули электропитания серий ИЬ, NN и ЛЯ являются оптимальным выбором для всех сфер ответственных применений. Их отличают весьма малые габаритные размеры, расширенные возможности для крепления, простота подключения через винтовую клеммную колодку (по заказу могут быть поставлены модули со штыревыми выводами или с другим типом входного и выходного разъемов).
Все модули соответствуют международным стандартам безопасности и стандартам по электромагнитной совместимости. Высокая надежность гарантируется использованием современной элементной базы промышленного уровня. Комплекс защит и светодиодная индикация обеспечивают удобство эксплуатации. Алюминиевые корпуса с низ-
I—
со
><
-О
ш
Q_
-О
d
0
1
3 о
5
к
0
1
с[
О
X
Температура окр. среды Токр., °С
Рис. 6. Зависимость выходной мощности от температуры окружающей среды для модулей типа А1?
ким профилем не только хорошо выглядят и надежно защищают изделия от механических повреждений, они великолепно справляются с задачей отвода тепла от модуля, работая в качестве радиатора. Различные варианты крепления модулей позволяют эффективно «сбрасывать» тепло на дополнительный теплоотвод, например металлический корпус аппаратуры или радиатор. Зависимость выходной мощности от температуры окружающей среды для модулей АЯ приведена на рис. 6.
При всех своих достоинствах модули этих серий имеют невысокие цены, что делает их весьма привлекательными для применения.
Рассматривая совокупность высоких потребительских качеств модулей серий HL, NN и AR производства чешской фирмы AEPS-group, можно с уверенностью утверждать, что они являются оптимальным выбором для построения распределенных систем электропитания.
