Н.Безмелицин

Применение преобразователей напряжения фирмы COSEL

Фирма COSEL, Япония является одним из ведущих мировых производите-лей изделий, предназначенных для построения систем электропитания РЭА. Фирма производит стабилизированные преобразователи переменного напряжения в постоянное (AC/DC) и постоянного напряжения в постоянное (DC/DC), выпускаемые различными сериями. Каждая серия представляет собой совокупность моделей устройств, имеющих одинаковое назначение и единый стиль конструктивного исполнения. Модель характеризуется величиной выходной мощности и типом выхода (рис.1).

Каждая модель имеет несколько модификаций, реализующих различные комбинации входных и выходных напряжений из ряда, принятого для данной серии. Основные электрические параметры и кон-структивные особенности преобразователей приведены в табл.1, 2 и 3.

Табл.1. Преобразователи типа AC/DC1

Табл.2. Преобразователи типа DC/DC

Примечания к табл.1 и 2.

1. Приведены только те модели преобразователей типа AC/DC, которые со-вместимы по входному напряжению с отечественной электросетью.
   
2. Приведен диапазон типовых значений КПД для исполнений.
   
3. Типы выходов показаны на рис.1.
   
4. Корректоры коэффициента мощности.
   
5. Для модели PT1500 входное напряжение 170...264 В переменное 3-х фазное 47...440 Гц.
6. Цифровой код, следующий за буквенным префиксом указывает выходную мощность, сочетание символов 1R5 обозначает мощность 1,5 Вт.(напр.ZUS10 - 10Вт.ZUS1R5 - 1,5 Вт.)
   

Табл.3. Конструктивное исполнение изделий

1. Взяты минимальный и максимальный габаритные размеры корпусов преобразователей, входящих в серию.
   
2. Приведены разновидности диапазонов температур, в которых работают различные модели, входящие в серию.
   

Рассмотрим функциональные особенности преобразователей и различные аспекты их практического применения.
    Выбор поддиапазона входного напряжения (85...132 В или 170...264 В), в зависимости от конкретной модели преобразователя типа AC/DC, производится автоматически или вручную. Автоматический выбор осуществляется встроенной схемой, анализирующей величину питающего напряжения. Ручной выбор производится установкой перемычек на блоке внешних контактов преобразователя. Неправильная установка перемычек может вывести преобразователь из строя.
     Автоматический выбор поддиапазона входного напряжения реализован в моделях LDA(10, 15, 30, 50, 75, 100, 150, 300), P(15, 30, 300, 600), PAA(50, 75, 100, 150, 300, 600), UAW(125, 250, 500), PMC(15, 30), YAS(5, 10) и YAW(5,10).
    Отдельные модели преобразователей имеют функцию дистанционного включения, что существенно повышает их гибкость для применения в современных системах электропитания РЭА. Один из вариантов схемы дистанционного включения показан на рис.2.

Для запуска преобразователя необходимо подать высокий уровень напряжения на вход +RC относительно входа -RC, либо просто оставить вход +RC незадействованным. Для выключения преобразователя на вход +RC подается низкий уровень напряжения относительно входа -RC, либо входы +RC и -RC соединяются накоротко. Существуют и другие варианты дистанционного включения. Они подробно описаны в руководящих материалах фирмы-производителя. Модели, имеющие функцию дистанционного включения, приведены в таблице 4.

Таблица 4. Встроенные функции преобразователей

При использовании мощных источников питания, работающих при больших токах нагрузки, неизбежно возникает проблема падения напряжения в соединительных проводах. Даже если применяются провода большого сечения, падение напряжения может составить несколько десятых долей вольта, что существенно ухудшает качество стабилизации. Для устранения влияния соединительных проводов стабилизатор должен измерять напряжение не на своих выходных зажимах, а непосредственно на нагрузке, как показано на рис.3. Провода для дистанционного измерения напряжения должны быть экранированными или выполненными в виде витой пары, а параллельно нагрузке рекомендуется устанавливать электролитический конденсатор. Модели стабилизаторов, имеющих входы для дистанционного измерения напряжения (+S, -S), приведены в табл.4.

Большинство преобразователей имеет возможность точной подстройки выходного напряжения (табл.4). В зависимости от конкретной модели подстройка осуществляется либо с помощью встроенного потенциометра, либо с помощью внешнего потенциометра. На рис.4 показана схема регулировки выходного напряжения с использованием входа точной настройки TRM и внешнего потенциометра VR. В тех случаях, когда точной подстройки не требуется, вход TRM должен оставаться незадействованным. При этом выходное напряжения будет в пределах допуска, указанного в технической документации.

Для повышения надежности в преобразователях применяются, в различных сочетаниях, встроенные схемы защиты от бросков входного тока, от перегрузки по выходному току, от превышения выходного напряжения и от перегрева.
    Кратковременные броски входного тока, обусловленные процессами заряда емкостей в преобразователе и нагрузке, возникают в момент подачи питающего напряжения. Если не принимать специальных мер, то пиковая сила тока может достигать величины порядка 100 А, что может привести к повреждению преобразователя. Поэтому все преобразователи типа AC/DC имеют встроенные схемы защиты, ограничивающие величину бросков до безопасного уровня. Применение LC-фильтров, подавляющих пульсации входного напряжения, также способствует уменьшению бросков входного тока.
    Встроенная схема защиты от перегрузки по току предотвращает поврежде-ние преобразователя при коротких замыканиях на выходе. Срабатывание защиты происходит, если выходной ток превышает 105% от максимально допустимого значения. При этом снижаются выходное напряжение и выходной ток. После устранения причины перегрузки устройство автоматически возвращается в нормальный режим. Однако, отдельные модели преобразователей после устранения причины перегрузки требуют отключения входного напряжения на не-сколько минут. Следует заметить, что при нелинейной инерционной нагрузке (лампы накаливания, электродвигатели и т. п.) могут иметь место случаи, когда при подаче входного напряжения сразу срабатывает защита от перегрузки и стабилизатор не может выйти из этого состояния.
    Встроенная защита от превышения выходного напряжения срабатывает, если напряжение на выходных контактах преобразователя превышает 115...140% от номинального значения. После срабатывания защиты входное напряжение должно быть отключено на некоторое время (порядка 2-3 минут), зависящее от величины входного напряжения и конкретной модели преобразователя. При последующем подключении входного напряжения нормальный режим работы будет восстановлен. Срабатывание защиты от превышения выходного напряжения может произойти, в частности, при подстройке выходного напряжения, а также в процессе проверки пользователем работоспособности своей аппара-туры при повышенных напряжениях питания.
   Защита от перегрева срабатывает либо когда температура превысит заданный порог, либо когда останавливается встроенный вентилятор, либо когда выходной ток в течение заданного интервала времени превышает максимально допустимый. При этом следует отключить входное напряжение на время, достаточное для полного остывания преобразователя. После возобновления подачи входного напряжения работоспособность устройства восстанавливается. Во избежание перегрева не рекомендуется использование преобразователей в за-пыленных и плохо вентилируемых отсеках.
    Применение различных схем защиты в рассматриваемых моделях преобразо-вателей показано в таблице 5.

Таблица 5. Встроенные схемы защиты

Выходы преобразователей являются изолированными. Это дает возмож-ность соединять их последовательно для получения нестандартных питающих напряжений, как показано на рис.5, 6.

Рис.5. Последовательное соединение выходов (вариант 1)	Рис.6. Последовательное соединение выходов (вариант 2)

При этом ток нагрузки не должен превышать допустимое значение тока любого из объединенных выходов. Для исключения некорректных ситуаций, вызванных разбросом по времени включения объединяемых преобразователей, фирма COSEL предлагает дополнительные варианты последовательного соединения с применением диодов Шоттки (рис.7, 8).

Рис.7. Последовательное соединение выходов (вариант 3)	Рис.8. Последовательное соединение выходов (вариант 4)

Схему, приведенную на рис.7, рекомендуется использовать для преобразователей с выходным напряжением менее 5 вольт, а схему, показанную на рис.8 - для преобразователей с выходным на-пряжением более 12 вольт. Варианты последовательного соединения преобразователей, предлагаемые фирмой-изготовителем, представлены в табл.6.

Таблица 6. Варианты схем последовательного и параллельного соединений

Примечание.

1. Максимальное число устройств, объединяемых параллельно, равно 5.
   

Для увеличения отдаваемой мощности возможно параллельное соединение выходов преобразователей. Однако, из-за несогласованности выходных напряжений конкретных экземпляров изделий, ток нагрузки может неравномерно распределиться между объединяемыми выходами. В случае, когда отсутствуют регулировки, позволяющие выровнять выходные токи, возможно параллельное соединение выходов двух одинаковых преобразователей, как это показано на рис.9.

При этом примерное равенство выходных токов обеспечивается повто-ряемостью параметров устройств, произведенных в едином технологическом процессе.
    Диоды Шоттки используются для устранения некорректных ситуаций, возникающих из-за того, что объединяемые преобразователи имеют разброс по времени включения.

Другая схема параллельного соединения (рис.10) предназначена для преобразо-вателей, имеющих функции баланса напряжений (VB) и баланса токов (CB). Эта схема реализует объединение преобразователей по принципу ведущий-ведомый. Устройство ПР.1 является ведущим, остальные - ведомыми. Встроенные потенциометры точной подстройки выходного напряжения на ведомых преобразователях должны быть повернуты до отказа по часовой стрелке. Напряжение на нагрузке настраивается встроенным потенциометром ведущего преобразователя. Провода дистанционного измерения напряжения должны подсоединяться к контактам +S и -S ведущего устройства. Общее число преобразователей, объединяемых по такой схеме, не должно превышать 5.
Максимальный ток нагрузки определяется по следующей формуле:

I_МАКС=0,9 x I_ПРМАКС x N, где (1)

I_ПРМАКС - макимально допустимый ток выхода преобразователя;
N- число преобразователей соединенных параллельно.
    Преобразователи, не имеющие встроенного потенциометра, объединяются по принципу ведущий-ведомый как показано на рис.11 (устройство ПР1 - ведущее).

В схемах, приведенных на рис.10 и 11 могут использоваться диоды Шоттки, включаемые так, как показано на рис.9. Применение диодов Шоттки обусловлено тем, что они имеют малую величину прямого напряжения.
    Рекомендуемые схемы параллельного соединения конкретных моделей преобразователей приведены в табл.6.
    Рассматриваемые стабилизаторы являются переключательными устройствами, что неизбежно приводит к появлению высокочастотных пульсаций токов и напряжений во входных и выходных цепях. Следствием этого является ухудшение качества выходного напряжения и электромагнитное излучение в широком диапазоне частот. Поэтому вопросам фильтрации приходится уделять большое внимание. В руководящих материалах фирмы COSEL приведены рекомендации по выполнению фильтрации входных и выходных цепей для преобразователей серий YA, Z и ZU. В частности, рекомендуется устанавливать высокочастотные конденсаторы Ci и Co параллельно входам и выходам устройств, как показано на рис.12.

Рис. 12. Включение фильтрирующих конденсаторов

Если подключение нагрузки выполнено длинными проводами, то следует устанавливать дополнительный конденсатор непосредственно на входе нагрузки.
    Рекомендуемые значения емкостей конденсаторов Ci и Co приведены в табл.7, 8.

Таблица 7. Емкости конденсаторов Ci в микрофарадах

Таблица 8. Емкости конденсаторов Co в микрофарадах

Примечание.

1. Величина емкости Ci должна быть не менее 0,1 мкФ.
   

Необходимо обратить внимание на то, что рассматриваемые преобразователи не имеют возможности взаимной синхронизации рабочих частот. Поэтому при последовательном или параллельном соединении наложение пульсаций объединяемых выходов происходит с низкочастотными биениями, усложняющими фильтрацию выходного напряжения.
    Отдельного рассмотрения заслуживают изделия DPA500, DAS50 и DAS100. Они предназначены для построения распределенных систем питания (РСП).
    Устройство DPA500 является первичным элементом РСП. Оно преобразует переменное сетевое напряжение 85...264 В в постоянное напряжение 360 В, а также вырабатывает сигналы состояния IOG и PR. Низкие уровни этих сигналов свидетельствуют о том, что входное и выходное напряжения в норме.
В состав первичной ступени РСП может входить от одного до пяти, соединенных параллельно, преобразователей DPA500.
    Устройства DAS50 и DAS100 являются элементами для построения вторичной ступени РСП. Они предназначены для преобразования постоянного напря-жения 360 В, поступающего с выхода первичной ступени, в низкие напряжения для питания РЭА. При необходимости они также могут соединяться параллельно (до пяти устройств в группе). Входы дистанционного включения вторичных преобразователей управляются сигналами состояния IOG и PR.
    На входах первичных и вторичных преобразователей устанавливаются помехо-подавляющие LC-фильтры.
    Использование готовых модулей DPA500, DAS50 и DAS100 позволяет легко получать требуемые конфигурации систем питания РЭА.

Компания "МЭЙ"
Телефон: (095) 913 5161
Факс: (095) 913 5160
E-mail: soa@space.ru