Конструирование / dax350

Силовая Электроника, ¹ 2’2004

Источники питания

Таблица 1. Основные технические характеристики DC/AC-преобразователей серии DA

Параметры

Вход

Выход

Код

12

24

35

48

60

99

230

115

Номинальное напряжение

12 В

24 В

35 В

48В

60 В

100 В

230 В перемен

115 В перемен

ного тока

ного тока

Диапазон входного напряжения питающей сети/

11…15 В

21…30 В

30…45 В

40…60 В

48…75 В

90…135 В

0…264 В

0…132В

диапазон регулировки выходного напряжения

КПД

88%

89%

90%

90%

91%

91%

91%

88%

Защита от увеличения входного напряжения за пределы допуска

>15 В

>30 В

>45 В

>60 В

>75 В

>135 В

>264 В

>132 В

Защита от уменьшения входного напряжения за пределы допуска

<11 В

<21 В

<30 В

<40 B

<48 В

<90 В

Нет

Нет

200

350 ВА/30 A

350 В·А/15 А

350 В·А/10 А

350 В·А/8 A

350 B·A/6 A

350 B·A/3,5 A

200 Вт/1,2 A

200 Вт/1,8 A

Входная мощность, В·А/

300

525 ВА/44A

525 В·А/22A

525 B·A/15 A

525 B·А/11A

525 B·A/9A

525 B·A/5,3 A

300 Вт/1,3 A

300 Вт/2,6 A

ток или выходная мощность, Вт/

350

600 B·A/50 A

600 B·A/25 A

600 B·A/17 A

600 B·A/13 A

600 B·A/10A

600 B·A/6 A

350 Вт/1,5A

350 Вт/3 A

ограничение тока (среднее значение)

550

960 B·A/80 A

960 B·A/40 A

960 B·A/27 A

960 B·A/20 A

960 B·A/16 A

960 B·A/10 A

550 Вт/2,4A

550 Вт/4,8A

Пусковой ток/

200

100 А/нет

200 А/нет

30 A/16 A

50 A/10A

60 A/10 A

100 A/5 A

5 A/2,5 A

10 A/2,5 A

300

100 А/нет

200 А/нет

30 A/20 A

50 A/16 A

60 A/10 A

100 A/6,3 A

5 A/2,5 A

10 A/5 A

ток срабатывания предохранителя/

пиковое значение выходного тока/

350

200 A/нет

400 A/нет

30 A/20 A

50 A/16A

60 A/16 A

100 A/10 A

10 A/5 A

20 A/10 A

ток срабатывания предохранителя

550

200 A/нет

400 А/нет

30 A/32 A

50 A/32 A

60 A/20 A

100 A/16 A

10 A/5 A

20 A/10 A

Среднее время наработки на отказ (MTBF),

200

150000 ч

200000 ч

300000 ч

300000 ч

350000 ч

350000 ч

200000 ч

150000 ч

рассчитанное по MIL HDBK 217E,

300

200000 ч

250000 ч

350000 ч

350000 ч

400000 ч

400000 ч

250000 ч

200000 ч

при эксплуатации в стационарном наземном

350

100000 ч

200000 ч

200000 ч

200000 ч

350000 ч

350000 ч

200000 ч

150000 ч

оборудовании (Ground Benign)

при 20 °C и полной нагрузке

550

120000 ч

250000 ч

250000 ч

250000 ч

400000 ч

400000 ч

250000 ч

200000 ч

Защита от обратного напряжения на входе

Диод, включенный параллельно входной шине источника входной электроэнергии

–

Электрическая

Первичная и вторичная цепь

2,2 кВ (действующее значение)

Первичная цепь и корпус

500 В (действующее значение)

–

прочность изоляции

Вторичная цепь и шасси

–

2,2 кВ (действующее значение)

Электромагнитная

Помехи, излучаемые в пространство

ГОСТ 29216 91 (EN 55022 A)

ГОСТ 29216 91 (EN 55022 A)

совместимость, помехи,

<5% коэффициент гармоник

излучаемые

Кондуктивные помехи

ГОСТ 29216 91 (EN 55022 В)

выходного напряжения,

в пространство

при нормальном режиме работы

и кондуктивные помехи

< 1 В (двойная амплитуда)

–

Устойчивость к электростатическим

разрядам, напряжение разряда 8 кВ,

EN 61000 4 2 уровни 3 и 4 (ГОСТ Р 51317.4.2 99)

–

фронт тока 1 нс, амплитуда тока 30 А

Устойчивость к импульсным пиковым

перенапряжениям в линиях питания:

EN 61000 4 5 уровень 3 (ГОСТ Р 51317.4.5 99)

–

амплитуда импульсов 2 кВ

Электромагнитная

Устойчивость к пиковым выбросам

совместимость,

в линиях питания, амплитуда импульсов

EN 61000 4 4 уровень 3 (ГОСТ Р 51317.4.4 99)

–

устойчивость

в цепях ввода вывода 2 кВ

к импульсным

Устойчивость к радиочастотным

перенапряжениям

электромагнитным полям

EN 50140 уровень 3 (ГОСТ Р 50008 92)

–

в полосе 28–1000 МГц, напряженность

электромагнитного поля 10 В/м

Устойчивость к радиочастотным

электромагнитным полям

EN 50141 уровень 3 (ГОСТ Р 50008 92)

–

в полосе 15 кГц – 80 МГц, напряженность

электромагнитного поля 10 В/м

руктивных исполнениях: шасси с кожухом,

показан на рис. 1 и 2. Основные технические

равна 80 кГц), достигаются высокие энергети-

сменные блоки 19" формата 6U (евромоду-

характеристики инверторов-преобразовате-

ческие и массо-габаритные характеристики.

ли). Внешний вид DC/AC-преобразователей

лей приведены в таблице 1.

Двухтактный мостовой каскад выполнен

Функциональная схема инвертера cерии

на полевых транзисторах с изолированным

DA, преобразующего нестабильное напряже-

затвором MOSFET (в 200-ваттном преобразо-

ние постоянного тока в стабилизированное

вателе применяются транзисторы фирмы

(в том числе и по частоте) однофазное напря-

International Rectifier IRFP23N50L: TR2, TR3,

жение переменного тока, приведена на рис. 3.

TR4, TR5). Мостовой каскад и силовой фильтр

На входе силового двухзвенного фильтра

охвачены отрицательной обратной связью,

мостовой каскад формирует многоимпульс-

которая обеспечивает высокие энергетические

ные последовательности. Силовой трансфор-

характеристики инвертора. Для обеспечения

матор входит в состав преобразователя посто-

требуемой формы синусоидального выходно-

янного напряжения, питающего мостовой кас-

го напряжения используется двухзвенный LC-

кад. При таком варианте построения инверто-

фильтр переменного тока (дроссель выполнен

ра, несмотря на дополнительное преобразова-

на кольцевом сердечнике из МО-пермаллоя).

ние энергии в импульсном повышающем пре-

Вспомогательные напряжения формиру-

Ðèñ. 2. Внешний вид DC/AC-преобразовтаеля

образователе (440 В) при рациональном проек-

ются схемами на основе стабилизаторов на-

серии DAX без защитного кожуха

тировании преобразователя постоянного на-

пряжения LM317T с функцией регулирова-

пряжения (в данном случае рабочая частота

ния выходного напряжения.

www.finestreet.ru

55

SE#2(2)_web.qxd

4/11/2005

11:37 AM

Page 56

Силовая Электроника, ¹ 2’2004

Источники питания

Ðèñ. 3. Функциональная схема

инвертора серии DA

Условные обозначения:

1

— Входной предохранитель. Защита от пускового тока (для моделей с входными напряжениями 35 В и выше). Входной фильтр.

2

— Двухтактный преобразователь (50 кГц).

3

— Схема вспомогательного источника напряжения, обеспечивающего напряжениями питания (11 В) узлы схем управления, защиты и индикации.

4

— Светодиодный индикатор состояния входного напряжения (INPUT OK). Схема защиты от перегрева и уменьшения/увеличения входного напряжения

за пределы допуска.

5

— Схема запуска и управления двухтактного преобразователя, обеспечивающая затяжной пуск, бестоковую паузу («мертвое» время), синхронизацию,

защиту от перегрузки по току.

6

— Входы дистанционного включения-выключения (по заказу).

7

— Стабилизированный источник вспомогательного напряжения с номиналом 12 В (формируется при работе конвертора). Источник напряжения,

управляющего скоростью вращения охлаждающего вентилятора.

8

— Схема отключения при перенапряжении и светодиодный индикатор состояния выходного напряжения. Реле аварийного состояния выходного напряжения

(по заказу).

9

— Быстродействующий/усредняющий детектор для блокирующего реле (высокий и низкий пороги).

10

— Удвоитель напряжения и выпрямитель 260-380 В постоянного тока (или 160-230 В для выходного напряжения 115 В переменного тока).

11

— Импульсный повышающий преобразователь вспомогательного напряжения (20 В).

12

— Стабилизированный источник вторичного напряжения (номинальное значение 11,5 В).

13

— Схема измерения выходного напряжения для обеспечения защиты от перенапряжения и сигнализации о статусе выходного напряжения (OUTPUT OK).

14

— Схема измерения выходного напряжения или напряжения блокировки для статического переключателя (по заказу).

15

— Импульсный повышающий преобразователь 440 В постоянного тока для моделей с выходным напряжением 230 В переменного тока или 250 В

постоянного тока для моделей с выходным напряжением 115 В переменного тока (80 кГц).

16

— Схема запуска и управления повышающего преобразователя с защитой от перегрузки по току и перенапряжения.

17

— Выходной мостовой каскад (20 кГц).

18

— Схема запуска мостового каскада с ограничением сквозных токов.

19

— Схема управления мостовым каскадом (формирование задержек, ШИМ, генератор тактовых импульсов).

20

— Схема измерения и контроля выходного тока.

21

— Преобразователь вспомогательного напряжения отрицательной полярности (–10 В, 20 кГц).

22

— Выходной предохранитель. Двухзвенный выходной фильтр и схема подавления электромагнитных помех.

23

— Усилитель сигнала ошибки по выходу.

24

— Генератор эталонного синусоидального напряжения.

25

— Предохранитель по входу блокировки и защитное реле обратной связи (по заказу).

Однотактный повышающий преобразова-

лях применяются транзисторы N301 75652G —

ном ферритовом сердечнике, и четырех кон-

тель с рабочей частотой выполнен на MOSFET

TR7 и TR8, а также IRF540A — TR10); в инвер-

денсаторов 2,2 мкФ/400 В. Для ограничения

(например, в 200-ваттном инвертере DAX200-

торах с большими выходными мощностями

тока зарядки входных электролитических

245L1-C применяется транзистор SO148 FOA

применяется преобразователь, построенный

конденсаторов

применяется

термистор

19N60 -TR1).

по мостовой схеме.

(Negative Temperature Coefficient), сопротив-

Двухтактный преобразователь входного на-

Входной LC-фильтр, защищающий источ-

ление которого уменьшается при увеличе-

пряжения выполнен по полумостовой схеме

ник питания от кондуктивных помех, состо-

нии температуры. Входные цепи защищены

с рабочей частотой 50 кГц (в 200-ваттных моде-

ит из дросселя, выполненного на Ш-образ-

предохранителем: два параллельно соеди-

56

www.finestreet.ru

SE#2(2)_web.qxd

4/11/2005

11:37 AM

Page 57

Силовая Электроника, ¹ 2’2004

Источники питания

ненных предохранителя

установлены в положительной цепи

и не подлежат замене при выходе из строя.

Инверторы-преобразователи по защите от поражения электрическим

током относятся к оборудованию класса I, в котором защита от пораже-

ния электрическим током достигается применением основной изоляции

и наличием средств подключения к защитному заземлению в проводке

здания для тех токопроводящих частей, на которых может появиться

опасное напряжение в случае пробоя основной изоляции. Для выполне-

ния требования ГОСТ Р 50377-92 (MЭК60950-86) по защите от пораже-

ния электрическим током шасси преобразователей должны быть под-

ключены к защитному заземлению, а один из полюсов входной или вы-

ходной цепей должен быть подсоединен к шасси (контакт PL1).

К достоинствам инверторов серии DA следует отнести:

• стабилизацию выходного напряжения с суммарной нестабильнос-

тью 5% при изменении входного напряжения во всем допустимом

диапазоне и изменении тока нагрузки в заданных пределах;

• коэффициент гармоник выходного напряжения <3% при нор-

мальном режиме работы;

• индикацию аварийных режимов (светодиод зеленого свечения

INPUT OK; светодиод желтого свечения OUTPUT OK);

• пиковую мощность: до двух значений номинальной мощности (<1 с);

• небольшие габаритные размеры (рис. 4–5).

К достоинствам следует отнести и эксплуатационные параметры

этих инверторов:

• диапазон рабочих температур составляет от 0 до +45 °С (снижение

выходной мощности в два раза при +70 °С);

• диапазон температур хранения — от –20 до +70 °С;

• в рабочем состоянии допускаются виброперемещения до 0,05 мм

(двойная амплитуда) в диапазоне частот 5–50 Гц и до 0,025 мм в ди-

апазоне частот 50–100 Гц;

• в нерабочем состоянии лицевой поверхностью шасси выдержива-

ется ударное воздействие, эквивалентное удару при падении с вы-

соты 100 мм.

Для применения в условиях расширенного диапазона температур

и конденсации влаги предусмотрен заказной вариант «E», который

Ðèñ. 4. Габаритные и установочные размеры

имеет диапазон рабочих температур от –20 до +70 °С. Возможен заказ

инверторов серий DAX200 и DAX300

изделий с повышенной устойчивостью к воздействию механических

факторов (вариант «M»): пиковое ударное воздействие 10g; виброуско-

рение 3g (среднеквадратическое значение) в диапазоне частот 5–500 Гц.

Инверторы-преобразователи серии SLI

фирмы Magnetek

Серия SLI (Slim Line Inverters — компактные инверторы) представ-

ляет собой новое поколение инверторов, предназначенных для при-

менения в информационных системах, средствах автоматизации и те-

лекоммуникаций. Благодаря новаторским техническим решениям,

подобным запатентованной технологии исполнения силового транс-

форматора (Сompact Сoil), которая определяет массу и объем инвер-

тора, удалось «упаковать» выходную мощность 1500 В·А в легком

(5,6 кг) и компактном (высотой 1U) корпусе для конструктива 19".

На рис. 6 и 7 показан внешний вид инвертора серии SLI.

Серия SLI включает четыре модели (табл. 2) для работы от источ-

ников постоянного напряжения 24 и 48 В с номиналами выходного

напряжения 115 и 230 В переменного тока.

Интегрированный контроллер вместе с встроенным (по заказу) пере-

ключающим устройством (Static Transfer Switch -STS) обеспечивает гиб-

кость и возможность модульного расширения для систем, которые дейст-

вительно соответствуют принципу «включай и работай», без необходи-

мости применения внешних компонентов — надо просто установить ин-

верторы в количестве, обеспечивающем требуемую системе мощность.

Также доступны модели, в которых реализован режим «горячей» замены.

Инверторы серии SLI характеризуются высокими энергетическими

показателями: значение КПД достигает максимального значения 93%,

а запатентованный алгоритм управления ограничивает уровни гармо-

нических составляющих входного тока без применения громоздких до-

рогостоящих фильтров. Инвертор содержит мощный цифровой сиг-

нальный процессор (DSP Controller TMS320LF2406APZA CA-26A60LW

Ðèñ. 5. Габаритные и установочные размеры инверторов

фирмы Texas Instruments — представитель поколения процессоров

серий DAX350 и DAX550 для моделей с монтажными фланцами

с фиксированной точкой TMS320C2xx), который делает возможной

www.finestreet.ru

57

определяет массу и объем инвертора, выпол-

нен по запатентованной фирмой Magnetek

технологии Compact Coil Transformer и харак-

теризуется низкой индуктивностью рассеяния

обмоток, хорошим потокосцеплением, а так-

же высокой прочностью изоляции. Транс-

форматор Compact Coil Transformer соответ-

ствует жестким требованиям по обеспечению

ЭМС, диапазон рабочих температур лежит

в границах от –25 до +120 °С. На рис. 8 пред-

ставлен внешний вид силового трансформа-

Ðèñ. 9. Сборочный чертеж силового трансформатора

тора Compact Coil Transformer, а на рис. 9 —

сборочный чертеж силового трансформатора.

фирмы SANYO DENKI)

установленными

степенью интеграции. Эти инверторы харак-

Основные характеристики силовых транс-

на задней стенке корпуса инвертора. Для со-

теризуются хорошими массогабаритными

форматоров Compact Coil:

здания вентиляторами воздушного потока,

параметрами, качественным выходным на-

• компактная конструкция (размеры:

требуемого для поддержания нормального

пряжением, высокими показателями надеж-

56j41j18 мм);

теплового режима, необходимо обеспечить

ности. Они способны функционировать

• масса 60 г;

зазор как минимум 254 мм между задней

от источников входной электроэнергии ши-

• КПД 98…99%;

cтенкой инвертора и стенкой монтажного

рокого спектра номиналов, что позволяет

• рекомендованный диапазон частот —

корпуса. Это связано с тем, что воздух всасы-

применять их в системах автоматики и вы-

от 20 кГц до 1 МГц;

вается через вентиляционные

отверстия

числительной техники, а также в телекомму-

• типовые применения в структурах:

на передней панели и выдувается через от-

никационных системах.

– однотактная прямоходовая,

верстия в задней стенке корпуса инвертора.

– однотактная обратноходовая,

На рис. 10 представлен пример применения

Литература

– мостовая двухтактная,

инверторов серии SLI в системе электроснаб-

– полумостовая,

жения телекоммуникационной аппаратуры.

1. Крогерис А., Рашевиц К., Рутманис Л. и др.

– двухтактная;

Упрощенная функциональная схема системы

Полупроводниковые преобразователи элек-

• варианты монтажа:

электроснабжения (рис. 10) показывает прин-

трической энергии / Под ред. А. Крогериса.

– горизонтальный,

цип организации бесперебойного питания на-

Рига: Зинатне. 1969.

– вертикальный,

пряжением переменного тока при помощи ин-

2. Конев Ю. И., Гулякович Г. Н., Полянин

– SMT;

вертора. Это решение интересно и тем, что оно

К. Н. и др. Микроэлектронные электроси-

• электрическая прочность изоляции до 3000 В

обеспечивает очень низкий коэффициент гар-

стемы. Применения в радиоэлектронике /

(действующее значение), испытан в соот-

моник выходного синусоидального напряже-

Под ред. Ю. И. Конева. М.: Радио и связь.

ветствии с требованиями ГОСТ Р 50377-92

ния, используемого для питания аппаратуры.

1987.

(МЭК 60950-86);

3. Моин В. С. Стабилизированные транзис-

• тепловое контактное сопротивление кор-

Заключение

торные преобразователи. М.: Энергоато-

пус-радиатор: 1,3 °C/Вт

(односторонний

миздат. 1986.

теплоотвод), 1 °C/Вт (двухсторонний теп-

Преобразователи

постоянного

напряже-

4. Жданкин В. К. Устройства силовой элек-

лоотвод).

ния в напряжение переменное синусоидаль-

троники фирмы Zicon Electronics // Совре-

Полевые MOSFET-транзисторы импульс-

ное

(инверторы)

фирм

XP

Electronics

менные технологии автоматизации. 2000.

ного повышающего преобразователя управ-

и Magnetek выполнены с использованием со-

№ 1.

ляются

интегральными

микросхемами

временных схемотехнических решений для

5. SLI Telecom Inverter. Installation Manual.

IR2110S

производства фирмы International

силовых контуров. Применяемые в них схе-

Rev.A. Italy: Magnetek S.p.A. 2003.

Rectifier, характеризующимися высоким зна-

мы управления построены на базе интег-

6. SLI 1.5Kw Telecom Inverter. User's Guide.

чением импульсного выходного тока, что

ральных схем с большой и сверхбольшой

Rev.A. Italy: Magnetek S.p.A. 2003.

обеспечивает зарядку емкости «затвор-ис-

ток» силовых ключей за

короткое время,

Энергосистема

а также возможностью формирования фик-

Вход напряжения

48/24 В постоянного тока

сированной паузы в управляющих сигналах

115/220 В

для устранения сквозных токов в мостовом

переменного

Аккумуляторная

тока

Инверторы

силовом каскаде. Выходной мостовой каскад

батарея

К аппаратуре,

выполнен на IGBT-транзисторах.

запитываемой

Для обеспечения нормального теплового

напряжением

Автоматический

переменного тока

режима инвертора применяется принуди-

переключатель

тельный

обдув четырьмя

бесщеточными

источника

вентиляторами постоянного тока (запитыва-

питания

ются от внутреннего напряжения 12 В, ток

Ðèñ. 10. Пример применения инверторов серии SLI

потребления 0,195 A, модель 109P0412H352

www.finestreet.ru

59