Przemysłowe zasilacze impulsowe

Rys. 1. Budowa typowego zasilacza impulsowego

Nowoczesne systemy automatyki przemysłowej oraz przyrządy i urządzenia przemysłowe budowane są na bazie coraz bardziej zaawansowanych układów. Również systemy sterowania stają się coraz bardziej złożone i rośnie skala ich integracji.

Wszystko to sprawia, że rośnie ich podatność na wszelkiego rodzaju zaburzenia, w tym również ze strony układów zasilających. Dlatego do zasilania najczęściej używa się zasilaczy o stabilizowanym napięciu wyjściowym i pozbawionych typowych wad standardowych zasilaczy.

Dobry zasilacz impulsowy powinien mieć następujące cechy:

• wysoka wydajność,
• szeroki zakres napięć wejściowych,
• jak najmniejsze rozmiary i waga,
• stabilność napięcia wyjściowego, niezależnie od zmian: napięcia wejściowego, prądu obciążenia oraz temperatury otoczenia,
• jak najniższy wskaźnik generowanych zakłóceń,
• odpowiednie zabezpieczenia: nadprądowe, zwarciowe, nadnapięciowe,
• separacja galwaniczna wejścia i wyjścia.

ZASADY DZIAŁANIA

W zasilaczach konwencjonalnych (transformatorowych) zmiana napięcia i separacja galwaniczna były i są realizowane z wykorzystaniem transformatora - zazwyczaj z rdzeniem stalowym - i pracującym przy częstotliwości 50 Hz oraz prostowniku półprzewodnikowym i liniowym stabilizatorze napięcia. Efektywność takiego układu jest niska i nie przekracza często 50%.

Wynika to z faktu, iż znaczna część energii jest zamieniania w transformatorze, prostowniku i stabilizatorze na ciepło. Zalecana nominalna moc wyjściowa, wymaga sporego "przewymiarowania" transformatora i dużej zdolności odprowadzania powstającego ciepła. Tych niepotrzebnych strat można uniknąć poprzez zwiększenie częstotliwości pracy nawet do kilkuset kHz oraz zastąpienie regulatora napięcia sterowanym kluczem elektronicznym.

Zasada działania zasilaczy impulsowych jest odmienna - ich praca wiąże się z zamianą napięcia sieciowego na napięcie stałe, które następnie kluczowane jest szybko przełączanymi tranzystorami. Otrzymujemy napięcie prostokątne wysokiej częstotliwości, którego wartość jest zmieniana w transformatorze impulsowym i prostowana.

Pierwsza sekcja zasilacza składa się z prostownika (zwykle mostka Graetza) i kondensatorów wygładzających tętnienia. Następnie znajduje się sekcja kluczująca. W zasilaczach impulsowych jako klucze wykorzystuje się tranzystory przełączane między stanem nasycenia i zatkania przy pomocy impulsów sterujących o zmiennym współczynniku wypełnienia.

Utworzony w ten sposób przebieg prostokątny trafia na pierwotne uzwojenie transformatora. Częstotliwość impulsów (dochodząca do setek kHz) jest o wiele większa od częstotliwości sieci energetycznej, dzięki temu transformatory stosowane w zasilaczach impulsowych mogą być znacznie mniejsze, niż w przypadku tradycyjnych zasilaczy transformatorowych.

Prąd z uzwojenia wtórnego trafia do układu złożonego z diod pracujących z dużą częstotliwością. Tętnienia napięcia są wygładzane przez dławiki i kondensatory o dużej pojemności. Często stosuje się transformatory o kilku uzwojeniach wtórnych, co pozwala zwiększyć liczbę dostępnych napięć wyjściowych.

PRZYKŁADOWE PRODUKTY

Obecnie na rynku dostępne są zasilacze od wielu producentów zasilaczy impulsowych. Należą do nich: Mean Well, Omron, Siemens, Murr Elektronik, Cabur czy tajwański Enstick. Ostatnia z wymienionych firm ma w swojej ofercie kilka serii zasilaczy o różnych napięciach wyjściowych i mocach. Seria GS to przeznaczone do wbudowania zasilacze impulsowe o pojedynczym wyjściu (jednym napięciu wyjściowym).

Obecnie dostępne są modele o mocach 15, 25, 35, 50, 70, 100 i 150 W. Drugą serią jest rodzina GDR, przeznaczona do montażu na szynie DIN, charakteryzująca się wąskimi obudowami (najmniejsze mają szerokość zaledwie 22,5mm). Występują tu modele o mocach: 20, 40, 60, 75, 120 i 240 W oraz typowych napięciach wyjściowych stosowanych w automatyce: 5, 12, 24 i 48 V_DC.

Trzecią rodziną jest seria GHDR, przeznaczona także do montażu na szynie DIN. Modele z tej serii to zasilacze o mocach: 30, 45, 60, 75, 120 i 240 W i napięciach 5, 12, 15, 24 i 48 V_DC. Enstick wytwarza również zasilacze wielowyjściowe.

Dostępne są modele: dwukanałowe ED o mocach 30, 50 i 120 W oraz napięciach: 5, 12 i 24 V w różnych kombinacjach, trójkanałowe ET o mocach: 30, 40, 50, 60 i 100 W i napięciach: 5, 12, 15, 24 V oraz -5, -12 i -15 w różnych kombinacjach; czterokanałowe EQ o mocach: 60 i 120 W oraz napięciach: 5, 12, 15, 24 V oraz -5, -12 i -15 V w różnych kombinacjach; Nowością jest rodzina zasilaczy serii ES typu rain-proof, w obudowach i z wbudowanymi wentylatorami wymuszającymi zewnętrzne chłodzenie.

Dostępne są modele o mocach: 100, 150, 250 i 350 W oraz napięciach: 5, 7,5, 12, 13,5, 15, 24, 27 i 48 V_DC. Zasilacze serii ES produkowane są w obudowach bryzgoszczelnych od góry, mają wbudowany czujnik NTC, który po przekroczeniu wewnątrz obudowy określonej temperatury (przeważnie 45°C) automatycznie włącza wbudowany wentylator. Gdy temperatura spadnie poniżej określonej wartości (przeważnie 35°C) - wentylator wyłącza się.

ZABEZPIECZENIA, EFEKTYWNOŚĆ I INNE PARAMETRY

Urządzenia z każdej z wymienionych rodzin zabezpieczone są przed przeciążeniem, przegrzaniem, przepięciami na wejściu oraz zwarciem. Każde pracować może także w temperaturach od -10°C do +60°C przy wilgotności 20-90% RH. Każdy model z wyjątkiem serii w obudowach rain-proof wyposażony jest w sygnalizację obecności napięcia zasilania za pomocą diody LED.

Wszystkie modele mają możliwość regulacji napięcia wyjściowego w zakresie -5 do +10% napięcia nominalnego. Efektywność zasilaczy Enstick zawiera się w granicach: 70‒89% w zależności od serii. Większość z modeli ma możliwość zasilania napięciem: 85‒132 V_AC lub 180‒264 V_AC, co jest wybierane przełącznikiem, oraz napięciem stałym z zakresu 120‒370 V.

Otrzymanie na wyjściu stabilnego napięcia roboczego jest możliwe po czasie zaledwie ok. 150ms (w zależności od rodziny) oczywiście przy pełnym obciążeniu wyjścia (lub wyjść). Tętnienia na wyjściu zawierają się w zakresie 50‒200 mV/V (w zależności od serii i modelu).

Zasilacze Enstick charakteryzują się dobrymi parametrami użytkowymi i standardowymi wymiarami obudów. Mogą one być stosowane w większości aplikacji w automatyce, technice, oraz gałęziach przemysłu. Zakres temperatur pracy, wilgotność względna w jakiej mogą pracować, oraz stosunkowo niskie tętnienia, czynią je produktami uniwersalnymi.

Transfer Multisort Elektronik
www.tme.pl