На что нужно обратить внимание при выборе источника питания
С одной стороны, источник питания достаточно простое устройство: имеются входное напряжение, выходное напряжение, мощность. Однако кроме этих основных параметров, есть и много других, определяющих выбор конкретного изделия. От правильного выбора источника питания зависит стабильность работы всей системы: промышленного контроллера, модулей ввода-вывода, реле, датчиков и исполнительных механизмов. Вот только сделать этот выбор бывает непросто. Открыв каталог, инженеры и проектировщики не всегда легко и быстро ориентируются в различиях между сериями источников питания, а скачав подробную документацию – теряются в большом количестве технических данных.
Входные характеристики
Типовой импульсный источник питания выпрямляет и фильтрует входное напряжение, высокочастотный генератор, питающийся уже напряжением постоянного тока, выдает импульсы, поступающие на высокочастотный трансформатор, после которого напряжение снова выпрямляется, а также стабилизируется и фильтруется. В силу своей схемотехники импульсный источник питания имеет некоторые особенности, из-за которых при выборе следует обращать внимание не только на выходное напряжение и значение мощности.
Ограничитель пускового тока
Пусковой ток используется для зарядки емкостей входного фильтра. Его значение может в несколько раз превышать номинальный ток и достигать 50…60 А. При отсутствии ограничителя пускового тока становится возможным непреднамеренное отключение автоматического выключателя, защищающего питающую линию источника питания (именно питающую линию, так как для защиты самого устройства в него встроен плавкий предохранитель).
Наличие корректора коэффициента мощности
Источник питания потребляет энергию из сети импульсами, а значит форма его входного тока не является синусоидальной. Следовательно, во входной мощности присутствует реактивная составляющая, сеть «засоряется» гармониками, а проводники несут дополнительную нагрузку. Заметим, что обычно в документации указывается полный входной ток с учетом активной и реактивной составляющей. Поэтому не удивляйтесь, если вы обнаружите, что входной ток, например, 24-х вольтового источника питания на 5А гораздо больше, чем ток более мощной модели на 10А. Для решения этой проблемы в источник питания встраивают, так называемый корректор коэффициента мощности PFC (Power Factor Corrector), задачей которого является сведение к минимуму реактивной составляющей. На эту функцию следует обращать внимание, особенно при выборе мощных источников питания.
Время компенсации провалов входного напряжения
Во время переключений в питающей сети или, например, при запуске мощных нагрузок напряжение на входе источника питания может кратковременно как проседать до 50…80% от номинального значения, так и опускаться до нуля. Зачастую время, в течение которого источник питания способен держать номинальную выходную мощность при провале напряжения (т.е. время компенсации провала), является важным параметром и критерием для выбора. Требования к устройствам в этой части устанавливаются в стандарте ГОСТ Р 51317.4.11 (IEC 61000-4-11).
Ширина диапазона входного напряжения
Широкий входной диапазон позволяет источнику питания обеспечивать стабильное напряжение для нагрузки при отклонениях питающего напряжения, а также гарантирует его работу в сетях с другими номинальными напряжениями. В энергетике часто необходимым требованием является возможность работы источника питания от входного напряжения 220 В постоянного тока. Так как на входе источника питания напряжение сначала выпрямляется, то в принципе нет разницы какое напряжение подается на него, переменного или постоянного тока. Однако не все производители описывают в документации такую возможность. Причина, наличие плавкого предохранителя во входной цепи источника питания. Токо-временные характеристики такого предохранителя отличаются для напряжения переменного и постоянного тока. Если он не отвечает определенным стандартам по времени отключения на постоянном токе, то в документации источника питания не указывается поддержка постоянного напряжения. Или указывается, но с дополнительным требованием использовать внешний DC-предохранитель.
Выходные характеристики
Выходная мощность источника питания
Выходная мощность является одним из основных критериев выбора источника питания, однако в этом параметре есть свои подводные камни. Обычно номинальная выходная мощность обеспечивается не во всем диапазоне температур, и при повышенной температуре имеет место ее снижение (в документации это часто называется derating). Так вот, у источников питания некоторых производителей снижение номинальной мощности начинается уже с 40°С, а на верхней границе диапазона рабочих температур она составляет 60…70% от номинальной.
Диапазон регулировки выходного напряжения
Возможность регулировки выходного напряжения позволяет питать нагрузки с нестандартным напряжением, а также компенсировать падение напряжения на протяженных линиях электропередач малого сечения.
Параллельное и последовательное подключение
Источники питания, поддерживающие возможность параллельного подключения, дают возможность для реализации горячего резервирования, а также для возможности сложения мощности. Последовательное соединение применяется реже – для удвоения напряжения или для обеспечения биполярного питания (для операционных усилителей).
Выходная вольт-амперная характеристика
Существуют 2 типа вольт-амперных характеристик: Fold-Back и U/I-характеристика. U/I-характеристика позволяет источнику питания запускать емкостные нагрузки, DC/DC-преобразователи, электродвигатели и т.п. В этом случае источник питания может выдерживать ток перегрузки и ограничивать выходную мощность, снижая выходное напряжение, а при устранении перегрузки автоматически восстанавливает нормальный режим работы. Такие источники питания выдерживают даже короткие замыкания. Источник питания с вольт-апмерной характеристикой типа Fold-Back при этом просто отключается, и чтобы его запустить заново, необходимо переподключить питание на входе, что не всегда удобно.
Общие характеристики
Диапазон рабочих температур
При выборе источника питания для эксплуатации в условиях низких температур, необходимо четко понимать, указана ли нижняя граница рабочего диапазона для условий холодного запуска или нет. Верхняя граница температурного диапазона важна вкупе с вышеописанной функцией derating: обратите внимание, до какого значения снижается мощность источника питания при высоких температурах.
Надежность источника питания
Параметр наработки на отказ (MTBF) часто вызывает разночтения и некорректную его трактовку. В частности, его путают со сроком службы, т.к. указывается MTBF в тысячах часов или в годах. Стоит отметить, что это совершенно разные понятия. Наработка на отказ – параметр чисто статистический, связанный с вероятностью выхода изделия из строя. Также этот параметр сильно зависит от температуры, поэтому, выбирая источник питания по этому критерию, обращайте внимание на температуру, при которой указан MTBF.
Диагностические выходы
При наличии дискретных выходов возможен удаленный контроль состояния работоспособности источника питания. В норме ли его выходное напряжение, находится ли источник питания в режиме перегрузки – все это необходимая информация, когда речь идет о критически важных приложениях.
Стоит иметь в виду, что все характеристики источников питания указываются для номинального режима работы: номинальное входное и выходное напряжения, номинальная нагрузка, нормальные условия эксплуатации. Например, при превышении номинального тока снижается время компенсации провалов, а при уменьшении нагрузки – снижаются КПД и коэффициент мощности.