Nowoczesne systemy dystrybucyjne zazwyczaj wymagają złożonych kombinacji izolowanych i nieizolowanych przetworników mocy prądu bieżącego i prądu stałego.Konwertory izolacyjne są głównie stosowane do ochrony systemów i użytkowników w przypadku pojedynczej lub wielokrotnej awariiNależy również dostarczać zasilanie do izolowanych podfunkcji w celu utrzymania integralności sygnału.
Zasadniczo, przy użyciu zaawansowanych układów integracyjnych można łatwo zaprojektować konwertery niskiej i średniej mocy o mocy około 1000 watów,i różne kompromisy w zakresie wydajności można osiągnąć za pomocą różnych architekturW rzeczywistości jednak opracowanie i walidacja przetworników jest daleka od prostoty.włącznie z napięciem wyjściowym znamionowym i prądem, wydajność, reakcja przejściowa, wymiary fizyczne i ochrona przed usterkami dla obwodów, obciążeń i zasobów energii.
Wyzwania związane z projektowaniem nie ograniczają się tylko do podstawowej wiedzy.wydajność przy różnych poziomach obciążenia, wydajność wyłączania, wydajność termiczną, emisję zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i odporność.które znacząco zwiększą czas projektowania- prosty, niezależny plan badań i rozwoju może szybko prowadzić do bardzo wysokich ryzyk,i wkrótce zauważysz, że kiedy trzeba wybierać pomiędzy niezależnym badaniem i rozwojem czy outsourcingiem, szybko będziesz skłaniał się w stronę drugiego.
Jeśli nadal masz wątpliwości, możesz rozważyć, że przetwornik musi również mieć funkcję izolacji elektrycznej.niektóre konwertory DC/DC wymagają również izolacji elektrycznejWymóg ten wprowadza nowe przepisy, obowiązkowe normy bezpieczeństwa i certyfikacji, co sprawia, że decyzje samodzielnie opracowane i outsourcingowe są bardziej skłonne do zakupu,niezależnie od specyfikacji zasilania.
Dobrą wiadomością jest to, że montowane na płytce obwodowej izolowane i nieizolowane przetworniki mocy mają wiele napięć i prądów do wyboru.Produkty te znacznie upraszczają projektowanie i wdrażanie produktów w obszarach zastosowań takich jak obrona., komunikacji, badań i pomiarów (wyodrębnione) oraz mobilnych robotów (niewyodrębnionych) i mogą być łączone w celu osiągnięcia funkcji dystrybucji energii.
Ten rodzaj konwertera realizuje funkcję plug and play, może być podłączony do głównej płyty obwodu drukowanego (PC board), a konkretna lokalizacja jest zoptymalizowana dla szyny dystrybucyjnej.ten typ przetwornika nie wymaga niezależnego wsparcia ani uchwytuMówiąc prościej, ten rodzaj produktu może służyć jako zamknięte, kompletne rozwiązanie plug and play, które bezpośrednio zapewnia funkcjonalność zasilania.
Podstawowa znajomość izolacji elektrycznej
Izolacja elektryczna jest barierą elektryczną używaną do zapobiegania tworzeniu się przewodzącej ("ohmowej") ścieżki między dwoma końcami ścieżki sygnału lub zasilania.Ta bariera musi nadal umożliwiać przekazywanie energii i energii elektrycznej za pośrednictwem innych środków przesyłu.Technologia izolacji stosowana zależy od specyfikacji izolowanego prądu.
W przypadku sygnałów izolacja elektryczna może poprawić integralność czujników, wyeliminować pętle uziemienia,lub ochrony użytkowników i obwodów w przypadku awarii, uniemożliwiając przepływ prądu na ścieżkę sygnału.
Pod względem zasilania głównym celem jest zapewnienie bezpieczeństwa użytkownika i zapobieganie porażeniom prądem spowodowanym przypadkowym kontaktem z przewodami AC lub wysokonapięciowymi źródłami zasilania prądu stałego.Izolacja elektryczna spełnia również wymagania dotyczące "pływających" obwodów stosowanych do sygnałów innych niż zasilanie, czyli nie podłączony do ziemia obwodu.
Ogólnie rzecz biorąc, izolacja elektryczna jest metodą określania kierunku przepływu prądu na podstawie prawa prądu Kirchhoffa (KCL).I funkcja izolacji elektrycznej jest odcięcie tej ścieżkiW przypadku ewentualnego porażenia prądem elektrycznym transformator izolacyjny w zasilaczu (rysunek 1,w prawo) odciąży całkowitą ścieżkę prądu uszkodzenia przez użytkownika i powróci do ziemi (rysunek 1, w lewo).
Rysunek 1: W celu zapobiegania porażeniom prądem elektrycznym transformator izolacyjny (po prawej) w zasilaczu odcina ścieżkę prądu uszkodzenia, który przechodzi przez użytkownika i wraca do ziemi (po lewej).Lumen Learning)
W powszechnym scenariuszu porażenia prądem elektrycznym, gdy warstwa izolacyjna zużywa się, przewód zasilania/ogrzewany wchodzi bezpośrednio w kontakt z metalową obudową urządzenia.Nawet jeśli urządzenie może nadal działać normalnie, jeśli połączenie uziemienie/ziemienie jest odłączone (co jest powszechną sytuacją), prąd usterkowy przepływa przez użytkownika do ziemi zamiast bezpiecznie przechodzić przez przewód uziemienia,i użytkownik może w tym czasie odczuć porażenie prądem.
W celu ograniczenia tego ryzyka, funkcja izolacyjna w zasilaczu odcina bieg pomiędzy oryginalnym źródłem napięcia a urządzeniem.może zapobiec powstawaniu obwodu między nimi, a nawet w przypadku uszkodzenia linii, można wyeliminować ryzyko porażenia prądem.
Należy pamiętać, że napięcie ryzyka obejmuje napięcie linii prądu przemiennego i równoważne napięcie prądu stałego, takie jak napięcie wielojadrowego akumulatora.Większość norm regulacyjnych definiuje napięcie niebezpieczne jako napięcie powyżej 60 woltów, w zależności od rzeczywistej sytuacji i rodzaju napięcia.
Izolacja zasilania jest prawie zawsze osiągana poprzez sprzężenie magnetyczne transformatorów.wysoka niezawodność, łatwy do dostosowania i może jednocześnie spełniać wymagania regulacyjne i obwodów.
Powody wyboru wielu wysokiej jakości rozwiązań
Ze względu na stosowanie wielu szyn napędowych w nowoczesnych systemach istnieje wiele możliwości architektonicznych w zakresie planowania dystrybucji.gdy niektóre części obwodu muszą być izolowane, podczas gdy inne części nie wymagają lub zakazują izolacji, wybór odpowiedniego przetwornika mocy staje się niezwykle trudnym zadaniem.
W niektórych przypadkach wysokonapięciowe szynki zasilania prądem bieżącym AC/DC lub prądem bieżącym DC/DC nie wymagają izolacji, ale izolacja musi zostać osiągnięta dalej w dół w połączeniu dystrybucyjnym.Decyzje podejmowane przez projektantów obejmują:: czy stosować pojedyncze, izolowane źródło zasilania o dużej pojemności, czy wiele, izolowanych źródeł zasilania o małej pojemności;I czy stosować wyłącznie izolowane źródła energii w wymaganych miejscach i nieizolowane źródła energii w innych miejscach (rysunek 2).
Rysunek 2: Kompletna architektura dystrybucji na poziomie systemu wymaga zazwyczaj kombinacji izolowanych i nieizolowanych przetworników mocy AC/DC i DC/DC (źródło obrazu: TDK Lambda)
W celu zaspokojenia tych potrzeb TDK Lambda oferuje szereg wbudowanych, izolowanych i nieizolowanych przetworników mocy prądu prądu stałego i prądu prądu stałego,zapewniające wiele opcji napięcia znamionowego wejściowego/wyjściowego i prądu znamionowegoW szczególności obejmuje:
Wyizolowany konwerter AC/DC: PFE500F-28/T jest pojedynczym konwerterem wyjściowym 28 voltów/18 amperów (A) używanym do wejścia prądu zmiennego (VAC) od 85 do 265 voltów.Moduł z cegły o szerokości 7 mm z możliwością izolacji wejściowej i wyjściowej VAC 3000 V, nadaje się do środowisk, w których nie jest możliwe chłodzenie konwekcją lub przymusowym powietrzem.
Nieizolowany moduł zamknięty AC/DC: PF1500B-360 ma również wielkość cegły i może przekształcać wejście AC w regulowane wyjście 360 VDC.Jest odpowiedni do systemów zasilania rozproszonego wyposażonych w izolowane wysokonapięciowe przetwornice prądu stałego/prądu stałego lub obciążenia wymagające wysokonapięciowego zasilaniaPrzy napięciu wejściowym od 170 do 265 VAC jego moc znamionowa wynosi 1512 watów; przy napięciu wejściowym od 85 do 265 VAC moc znamionowa wynosi 1008 watów. Współczynnik mocy tego modułu wynosi 0.98, o wydajności do 96,5%.
Wyizolowany konwerter prądu stałego: GQA2W024A050V-007-R Wyizolowany konwerter prądu stałego ma kompaktowy rozmiar, jest pakowany w ćwierć cegły i ma doskonałą wydajność.Może wytwarzać 120 watów mocy i ma napięcie izolacyjne wejściowe i wyjściowe do 3000 VDCZakres napięcia wejściowego tego przetwornika wynosi od 9 V do 36 V, a prąd 5 V może być wytwarzany przy napięciu 24 A. Jego opakowanie mechaniczne zapewnia różne konfiguracje konstrukcyjne, takie jak płytka dolna,zamknięte, a także zakapowanych (zob. rysunek 3), które mogą być chłodzone przez konwekcję i przewodzenie poprzez zewnętrzne płyty chłodzące lub pochłaniacze ciepła.
Rysunek 3: Konwerter GQA2W024A050V-007-R oferuje wiele możliwości konfiguracji opakowań, zapewniając projektantom dużą elastyczność w ogólnym projektowaniu opakowań i chłodzenia konwertera.TDK Lambda)
Nieizolowany DC/DC: I6A24014A033V-003-R Nieizolowany punkt obciążenia (PoL) Konwerter DC/DC jest idealny do tworzenia szyn wysokiego napięcia wyjściowego z źródeł zasilania 12 VDC lub 24 VDC.Zakres napięcia wejściowego tego przetwornika wynosi od 9 V do 40 V, z prądem wyjściowym do 14 A i zakresem regulacji wyjściowej od 3,3 V do 24 V. Jest zapakowany w kompaktową konstrukcję z cegły 1/16.