Доклад Lukjanov AC/DC

Доклад
Ультратонкие AC/DC модули
электропитания для различных
применений от TESLA ELECTRIC
И.Н. Лукьянов
2014
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)
Ультратонкие AC/DC преобразователи для различных применений
серий TESAB, TESA
На настоящий момент большинство источников электропитания,
представленных на рынке, можно разделить на 3 группы:
• для коммерческого использования, где главным фактором является цена;
• для промышленности, где главным фактором является оптимальное
соотношение цены к возможностям, предоставляемым источником
электропитания. Например, возможность работы от сети с широким
диапазоном изменения входных напряжений, удовлетворение жестким
требованиям по ЭМС;
• для военной техники и особо ответственных применений, где
главным фактором является надежность источника электропитания,
работоспособность в условиях воздействий климатических факторов.
Также, можно выделить основную тенденцию наиболее передовых
конструктивно-технологических решений современных микроэлектронных
систем электропитания - низкопрофильность – ультратонкое исполнение.
Известно, что для энергонагруженных приборов переход от формы
с минимальным отношением поверхность-объем (в первую очередь это
шар и куб) к форме в виде тонкой плоской поверхности, когда отношение
поверхность-объем становится максимальным (стремясь, в пределе, к
бесконечности) сопровождается появлением ряда преимуществ.
Во-первых, резко улучшается компонуемость таких приборов с
устройствами, выполненными на основе монтажа на поверхность электронных
компонентов, которые в подавляющем большинстве имеют плоскую форму.
Во-вторых, при увеличении площади значительно улучшаются условия
рассеивания тепла и снижается внутренняя температура прибора, что крайне
положительно сказывается надежности и многократно увеличивает наработку
на отказ.
В-третьих, раздробление и рассредоточение в ультратонких конструкциях
неизбежных для систем электропитания концентраторов тепла значительно
облегчает задачу построения теплоотводящих устройств, что весьма актуально
для систем, работающих в очень широком диапазоне температур.
С учетом перечисленных требований были разработаны и освоены в
производстве серии модулей TESAB, TESA.
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)
Отличительной особенностью серии TESA является работоспособность
модулей до температуры минус 50°С.
Серия модулей TESA получает свое развитие в виде серии TESAB.
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)
TESAB — серия бюджетных AC/DC модулей электропитания. Целевой
функцией при их проектировании была минимизация цены конечного продукта.
Изделия TESAB подойдут потребителям, не предъявляющим требований к:
• наличию широкого диапазона температур работы,
• наличию корректора коэффициента мощности,
• высокой удельной мощности.
Модули TESAB выполнены в форм-факторе модулей TESA и полностью
идентичны с ними в габаритно-присоединительных размерах. При этом
мощность модулей TESAB в том же самом габарите на 20-40% ниже. Модули
TESAB имеют рабочий диапазон температур -10...+85 и прочность изоляции
вход-выход 1,5кВ.
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)
Каждый модуль представляет собой малогабаритную алюминиевую низкопрофильную П-образную конструкцию.
Верхняя часть модуля защищена кожухом-крышкой из нержавеющей стали. В электронную начинку модуля в
зависимости от исполнения входят: узел защиты и фильтрации, выпрямительные и пусковые устройства, корректор
коэффициента мощности, силовой преобразователь, система мониторинга и защит и другие устройства, необходимые
потребителю для построения специализированной системы электропитания.
Для крепления модулей электропитания используются винты, с помощью которых, через втулки , установленные
по углам конструкции, нижняя поверхность модуля электропитания через тонкий слой теплопроводящей пасты
притягивается к поверхности теплоотводящего основания (радиатора).
Подключение модулей может осуществляться как через мощные ножевые выводы, так и через винтовые
клеммные разъемы. Ножевые выводы лучше всего подходят для электрических соединений в аппаратуре для жестких
применений. Пайка обеспечивает самый надежный контакт, но по желанию потребителя системы могут поставляться с
винтовыми клеммными колодками.
Внутренняя часть заливается теплопроводящим компаундом, это позволяет защитить все компоненты от влаги,
от вибраций и ударов, а также передать тепло, выделяемое в теплонапряженных элементах модуля на нижнюю
поверхность корпуса.
Сейчас на рынке достаточно широко представлены AC/DC модули азиатских производителей, однако
предлагаемые ими модули по нашему мнению имеют явные недостатки.
Во-первых, такие модули, как правило, имеют конструкцию, когда высота модуля составляет 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.
Во-вторых, большинство предлагаемых модулей AC/DC выполнены на основе печатных плат с локальными
радиаторами охлаждения или сбросом тепловой мощности на боковые грани корпуса. Данное конструктивное
решение не расчитано на эффективный сброс тепла на единый 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.
Конструкция AC/DC модулей электропитания фирмы TESLA ELECTRIC выполнена на основе решения,
оптимизированного для кондуктивного способа передачи тепла, все теплонапряженные элементы имеют тепловую
связь с нижней поверхностью корпуса модуля. Таким образом, общий радиатор-теплосток наиболее эффективно
решает задачу по отводу тепла от модуля. К тому же, за счет того, что в качестве радиатора возможно применить,
например, корпус изделия заказчика, стенку шкафа — это позволяет еще больше уменьшить требуемый для системы
электропитания объем.
В составе модулей отсутствует такой ненадежный элемент, как вентилятор. Но в модулях мощностью более 400 Вт
присутствует разъем для его подключения, который может быть использован заказчиком при необходимости.
Мы часто решаем технические задачи, когда модуль электропитания помещается в герметичный объем
аппаратуры, где вообще отсутствует возможность какого-либо обдува или естественной циркуляции воздуха. Например,
в аппаратуре, работающей на улице или в небезопасных условиях. Модуль при этом теплоотводящей поверхностью
крепится к корпусу аппаратуры и за счет преимуществ конструкции, рассмотренных выше, нормально работает даже в
таких условиях.
По заказу возможно:
• установить клипсу для крепления модуля на DIN рейку в аппаратуре;
• изготовление корпуса модуля из меди для улучшения тепловых режимов работы.;
• поставка модулей совместно с радиатором, специально рассчитанным по техническому заданию заказчика.
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ AC/DC МОДУЛЕЙ
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ TESAB, TESA
Все модули имеют в своем составе комплекс защит: от перегрузки по
выходу, короткого замыкания, перенапряжения на выходе с автоматическим
возвратом в рабочий режим. Модули TESA дополнительно имеют в своем
составе прецизионную тепловую защиту, которая выключает модуль при
превышении температуры корпуса максимального значения. При охлаждении
модуль автоматически восстанавливает свою работоспособность, гистерезис
срабатывания защиты составляет 1-2 градуса.
Многоканальные модули имеют гальванически развязанные между собой
выходы и могут быть различными по величине выходного напряжения.
Модули c выходной мощностью от 150 Вт имеют функции дистанционного
включения и выключения и подстройки выходного напряжения.
Модули с выходной мощностью от 600 Вт имеют в своем составе
функцию выносной обратной связи, функцию активного выравнивания
выходных токов, которые необходимы при организации параллельной работы
нескольких модулей для наращивания выходной мощности или обеспечения
резервирования по принципу N+M.
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)
Установленные в AC/DC модулях электропитания фильтры помех, а также
наличие металлической конструкции, закрытой со всех сторон, позволяет нам
выполнять жесткие требования по ЭМС, необходимые потребителям.
Уровень помех, генерируемых на сетевых линиях, значительно понижается
благодаря одно- или двухкаскадным фильтрам помех, устанавливаемым во
входной части системы. Типовой уровень помех соответствует европейскому
стандарту EN55022 класс В для модулей до 100 Вт включительно и
EN55022 класс А для более мощных модулей. В большинстве случаев
возможно электропитание аппаратуры без применения дополнительных
помехоподавляющих фильтров. По желанию потребителя, для питания
высокочувствительной аппаратуры, за счет применения дополнительного
модуля фильтрации, уровень помех может быть дополнительно уменьшен. При
этом в качестве дополнительного фильтра рекомендуется использовать модули
защиты и фильтрации TEFA.
Для удовлетворения требованиям стандарта EN61000-3-2 по
гармоническому составу тока, потребляемому из входной сети, в AC/DC
источниках электропитания серии TESA мощностью от 150 Вт использована
схема активной коррекции коэффициента мощности.
Для защиты входных цепей от импульсных повышений, бросков напряжения
используются варисторы.
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)
ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Модули имеют типовые диапазоны входного напряжения 80...140В,
176...240В, 100...240В частотой от 50 до 440 Гц и трехфазное напряжение
304...456В. Наличие широкого диапазона входных напряжений позволяет
модулям нормально функционировать с нестабильной электросетью с
широким диапазоном переходных отклонений.
На вход модулей допускается подавать постоянное входное напряжение по
величине равное амплитудному значению переменного входного напряжения.
При этом модуль имеет защиту от переполюсовки входного напряжения.
Модули имеют типовые выходные напряжения 5, 9, 12, 15, 24, 27, 48,
60В. По заказу могут быть изготовлены модули с выходными напряжениями
находящимися в диапазоне от 3 до 80В. Если потребитель желает получить
выходное напряжение свыше 80В, рекомендуем использовать модули с
последовательно включенными выходами, при этом максимальное выходное
напряжение может быть увеличено до 200В…400В.
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)
Благодаря применению оригинальных конструктивных решений, новейшей
полупроводниковой элементной базы с максимальной температурой перехода
+175°С, термостабильных ферритовых материалов, теплопроводящих
компаундов с высоким коэффициентом теплопроводности и других
высококачественных материалов, нам удается производить модули с
уникальными тепловыми характеристиками.
Область безопасной работы модуля TESA100 в условиях естественного
конвекционного охлаждения и с использованием тестового радиатора приведена
на рисунке.
На нашем предприятии при проведении термоиспытаний большое внимание
уделяется анализу температур, перегревов в разных критических точках модулей
электропитания. При этом модули функционируют в предельных режимах.
Каждый производимый модуль электропитания проходит жесткие тепловые
испытания при функционировании одновременно в предельных режимах, таких
как:
• максимальная температура корпуса;
• максимальная мощность на выходе;
• минимальное и максимальное питание на входе.
Ультратонкие AC/DC модули электропитания серий TESAB, TESA
представляют для разработчиков электронной аппаратуры богатый выбор
технических возможностей за оптимальную за данное техническое решение цену.
ООО «Тесла Электрик». Россия, г. Москва, Рязанский проспект, д. 75, корпус 4, офис 12, Тел./факс: (+7 495) 510-42-64
Тел. Мобильный: (+7 916) 366-82-46, www.aeps-group.ru, russia@teslaelectric-eu.com, rnd@aeps-group.cz (для запросов продукции по заказу)