Рекомендации по выбору понижающих преобразователей для электроснабжения устройств электроники от сети постоянного тока

Введение. Внедрение сетей постоянного тока позволяет сократить потери, улучшить качество электроэнергии и большинство бытовых электроприборов могут работать на постоянном токе. Рассмотрим особенности электроснабжения устройств электроники. Для питания устройств электроники от сети переменного тока используются импульсные блоки питания, в которых преобразование энергии происходит четыре раза. В большинстве случаев используются дешевые блоки с КПД ниже 80%. Блоки с КПД более 80% выпускаются на мощность от 400 Вт и поэтому не подходят для питания маломощных устройств электроники. В системе электроснабжения постоянного тока питание устройств электроники осуществляется через понижающие преобразователи напряжения постоянного тока, в которых происходит одно преобразование энергии. КПД таких преобразователей более 90%. Таким образом переход на систему электроснабжения постоянного тока приводит к снижаются потери на преобразование при питании устройств электроники. При этом необходимо заменить существующие блоки питания, на блоки питания, состоящие из понижающих преобразователей постоянного тока. В этой статье даются рекомендации по выбору этих преобразователей.

Рекомендации. Выбор преобразователя осуществляется по следующим параметрам: напряжение входа, напряжение выхода, мощность преобразователя.

Напряжение входа должно равняться напряжению сети постоянного тока.

Напряжение выхода должно соответствовать напряжению, на котором работает потребитель. В настоящее время в электронике используются разные напряжения в диапазоне от 3,3 В до 19 В. Предполагается, что в будущем в употреблении останутся только три уровня напряжения: 3,3 В, 5 В, 12 В. Они сейчас наиболее распространены и используются в большинстве электронных устройств.

При выборе мощности преобразователя нужно учитывать: недогруженный преобразователь будет работать с низким КПД преобразования, который зависит от загрузки, если мощности преобразователя недостаточно для питания нагрузки, можно объединить несколько преобразователей одной модели в группу.

В одном устройстве находятся нагрузки, работающие на разных уровнях напряжения. Мощность этих нагрузок тоже разная. Поэтому мощности преобразователей или групп преобразователей, даже установленных в одном устройстве, будут различны.

Преобразователи выпускают с разным количеством выходных каналов. Выходные каналы имеют разное напряжение. Поэтому преобразователь с двумя каналами (SDU- 100BD1) может питать нагрузки на разном уровне напряжения, но выходы преобразователя должны подходить для нагрузки не только по напряжению, но и по мощности. Найти многоканальный преобразователь, удовлетворяющий требованиям устройства, тем тяжелее, чем больше уровней напряжения планируется с него получить. Использование одного многоканального вместо нескольких одноканальных преобразователей позволяет сократить количество преобразователей, питающих устройство, но найти такой тяжело и не всегда возможно.

Преобразователь может быть с регулируемым (ST1S14) и не регулируемым (PXD30- 24WD15) напряжением выхода. При использовании нерегулируемых преобразователей сложнее производить выбор преобразователей для питания электронных устройств, так как выбор производится и по мощности, и по напряжению. При использовании регулируемых преобразователей выбор производится по мощности и диапазону регулирования напряжения, в который должны входить все уровни напряжений электронных устройств. Это упрощает выбор, но установка напряжения на каждом преобразователе занимает время и требует наличия профессиональных навыков. Стоимость регулируемых преобразователей выше, чем нерегулируемых.

Возможно для каждого электронного устройства подбирать преобразователь, соответствующий требованиям по выходному напряжению, мощности и количеству выходных каналов, однако это займет много времени и могут возникнуть трудности, связанные с тем, что в случае выхода из строя преобразователя, не удастся найти подходящей ему замены. Преобразователь той же модели, что и утративший работоспособность, или обладающий теми же параметрами может относиться к нераспространенной модели, а значит оказаться слишком дорогим или доставка его займет много времени, в худшем случае замена, удовлетворяющая требованиям по мощности и уровнями входного и выходного напряжений, не будет найдена и придется использовать более мощный преобразователь в режиме неполной загрузки.

Чтобы избежать сложности с приобретением преобразователей при монтаже системы электроснабжения постоянного тока и дальнейшем техническим обслуживанием и ремонтом преобразователя, нужно выбирать широко используемые модели преобразователей, которые всегда можно найти в продаже и, даже если с течением времени их снимут с производства, можно найти аналогичные модели.

Для обеспечения работы устройств электроники с помощью ограниченного модельного ряда широко используемых преобразователей, используют группы преобразователей. В группе соединяются параллельно несколько одноканальных преобразователей. Одна группа обеспечивает нагрузки на одном уровне напряжения. Количество групп преобразователей, устанавливаемых в электронное устройство, соответствует количеству уровней напряжений, используемых в этом устройстве. Преобразователи выбираются из распространенных моделей.

Рассмотрим возможные комплектации групп преобразователей в системе электроснабжения постоянного тока.

1. В системе используются преобразователи нерегулируемые, в группах с одинаковым напряжением используют преобразователи одной модели. Мощность преобразователя определяется мощностью наименьшей нагрузки, работающей на соответствующем напряжении в системе, а не на одном конкретном оборудовании. Чем большее нагрузка, тем больше преобразователей в группе. Мощность преобразователей с разным выходным напряжением может быть разной. Так как уровни отличные от 3,3 В, 5 В, 12 В встречаются редко, то в случае затруднения с подбором подходящего нерегулируемого преобразователя допустимо использовать регулируемый.

Простой метод выбора преобразователей. Малое число типов позволяют обеспечить резерв преобразователей. Группы преобразователей занимают пространство и нагреваются. Чтобы поддерживать работоспособность групп преобразователей и избежать перегрева необходимо предпринимать меры по отводу тепла, что увеличивает трудовые и финансовые затраты на создание системы электроснабжения на постоянном токе.

2. В системе используются нерегулируемые преобразователи с выходными напряжениями 3,3 В, 5 В, 12 В и регулируемые для нагрузки на других уровнях напряжения, в группах с одинаковым напряжением используют преобразователи разной модели. Выбор мощности преобразователей проверяется по указанному выше алгоритму.

Использование преобразователей разной мощности позволяет сократить их число в группе. Установка напряжения на небольшом количестве регулируемых преобразователе занимает немного времени.

3. В системе используются регулируемые преобразователи, в группах с одинаковым напряжением используют преобразователи разных моделей. Для нагрузки выбираем преобразователи подходящей мощности, а уровень напряжения устанавливаем согласно потребителям. Выбор мощности преобразователей проверяется по указанному выше алгоритму, с тем отличием, что количественно-видовое распределение строится не отдельно для каждого уровня напряжения, а одно распределение на все нагрузки.

Использование преобразователей разной мощности позволяет сократить их число в группах. Установка напряжения на каждом преобразователе занимает много времени.

В рассматриваемых системах предполагаем составление групп из преобразователей с одним выходным каналом. Использование многоканальных преобразователей позволяет питать нагрузки разных напряжений от одной группы и позволяет снизить количество используемых групп преобразователей и самих преобразователей, но возрастает сложность проектирования и снижается надежность системы, так как сокращается число параллельно установленных элементов.

На случай выхода из строя преобразователя, надо иметь резервный преобразователь. Если в системе много типов преобразователей, то запасные преобразователи для каждого типа будут капиталоемкими и занимать много места.

Вместо этого можно в запасе держать один преобразователь с большим количеством выходных каналов и возможностью регулирования напряжения на них. Его можно настроить и использовать в качестве временной замены поврежденного преобразователя.