|
Przemysłowe zasilacze impulsowe Cabur |
Przemysłowe zasilacze impulsowe Cabur |
 |
|
| mgr inż. Marcin Jurga |
| Zasilacze... |
| |
Obecnie w przemyśle i automatyce stosuje się praktycznie tylko zasilacze impulsowe. Wynika to przede wszystkim z ich małych gabarytów, dużej sprawności oraz odporności na wahania napięcia w sieci. Dużą rolę odgrywa również postęp techniczny w dziedzinie energoelektroniki. Zasilacz impulsowy jest dzisiaj relatywnie tani, niezawodny, łatwo dostępny i wyposażony w szereg dodatkowych funkcji. Artykuł prezentuje urządzenia tego typu firmy Cabur, oferowane przez firmę Astat. |
| |
| W przemyśle i automatyce przemysłowej stosuje się najczęściej zabudowę na szynie DIN. Wszystkie komponenty instalowane są w szafie, która ma ograniczone gabaryty. W praktyce najbardziej kluczowym wymiarem jest szerokość szyny DIN zamocowanej w szafie. Dlatego konstruktorzy i projektanci dobierają elementy, które zajmują mało miejsca na szynie. Pozostałe wymiary, jak wysokość elementu i głębokość, najczęściej nie są tak istotne. Rynek wymusił zatem także na producentach zasilaczy, aby ich produkty miały jak najmniejszą szerokość. Wówczas na szynie o określonej długości można zamocować więcej komponentów, co daje określone korzyści ekonomiczne. |
| |
Rozwiązania konstrukcyjne
Firma Cabur posiada w swojej ofercie zasilacze impulsowe należące do najwęższych na rynku w danym przedziale mocy. Włoski producent opracował w tym celu kilka ciekawych patentów konstrukcyjnych, które pozwalają mu wytwarzać urządzenia o konkurencyjnych gabarytach.
Aby zasilacz był maksymalnie wąski, cała płytka PCB musi być zamocowana do bocznej ściany zasilacza. Taką budowę posiadają wszystkie modele firmy Cabur. W takiej sytuacji istotną rolę odgrywa zatem wysokość pojedynczych elementów na płytce: zasilacz będzie miał szerokość określoną przez najwyższy komponent na płytce. Elementami, które najczęściej sprawiają problemy konstruktorom w zasilaczach średniej i dużej mocy, są kondensatory elektrolityczne oraz element indukcyjny przetwornicy. Ponadto znaczną redukcję gabarytów można osiągnąć poprzez maksymalizację sprawności urządzenia. |
| |
Kondensatory elektrolityczne
Kondensatory elektrolityczne w zasilaczach impulsowych po stronie wejściowej mają z natury rzeczy duże gabaryty. Są to kondensatory na napięcie 400 V i pojemnościach rzędu 1000 µF. Chociaż producenci kondensatorów starają się je jak najbardziej zminiaturyzować, to nierzadko istnieje konieczność "podzielenia" tego elementu na dwa mniejsze kondensatory elektrolityczne. W ten sposób można zredukować ich wysokość i zbudować zasilacz o mniejszych gabarytach. Jedynym ograniczeniem jest wówczas to, że należy wygospodarować dodatkową powierzchnię na płytce i zapewnić optymalne chłodzenie (przepływ powietrza) dla tych bardzo wrażliwych na wzrost temperatury elementów. |
| |
Element indukcyjny
Kolejnym komponentem, którego wymiary ograniczają minimalną szerokość zasilacza, jest element indukcyjny w przetwornicy. W zależności od topologii przetwornicy (w przypadku zasilaczy Cabur jest to Flyback) element ten może być mniejszy lub większy, ale i tak, przy zasilaczach większej mocy, jest on zawsze jednym z najwyższych na całej płytce. Cabur posiada w tym zakresie własne rozwiązania. Dodatkowo modyfikowana jest klasyczna topologia Flyback i (podobnie jak w przypadku dużych kondensatorów) instalowane są dwa mniejsze elementy, a każdy z nich przenosi połowę mocy na stronę wtórną. |
| |
Sprawność zasilacza
Czynnikiem mającym istotny wpływ na gabaryty zasilacza jest również jego sprawność. W każdym urządzeniu występują straty mocy na ciepło, a im więcej strat, tym mniejsza sprawność urządzenia. Zatem zasilacz o małej sprawności musi posiadać większą obudowę, z uwagi na wzrost temperatury elementów wewnątrz urządzenia. Minimalizacja strat na ciepło (zwiększenie sprawności) pozwala na użycie obudów o mniejszej objętości i gabarytach. Przy założeniu mocy zasilacza 500 W i sprawności 85%, straty mocy na ciepło wynoszą 75 W. Energia ta podgrzewa wnętrze obudowy i wszystkie elementy. Ciepło to należy wyprowadzić na zewnątrz, co przy małych obudowach, gdzie upakowanie elementów jest bardzo duże i przepływ powietrza jest utrudniony, jest niemożliwe. Dodatkowo ciągła praca w podwyższonej temperaturze znacznie skraca MTBF elementów, zwłaszcza kondensatorów (wzrost temperatury pracy kondensatora elektrolitycznego o każde 10°C powoduje zmniejszenie MTBF aż o połowę).
Z tego powodu firma Cabur dąży do optymalizacji zasilaczy pod kątem uzyskania maksymalnej sprawności. Dla wspomnianej mocy 500 W (model CSG500C) zapewnia sprawność na poziomie 94,5%, co daje tylko 30 W strat na ciepło. Dzięki temu możliwa jest nie tylko redukcja wymiarów urządzenia, ale też w znaczący sposób poprawia się ich niezawodność. Osiągnięte parametry zasilaczy impulsowych Cabur pozwoliły na objęcie ich 5-letnią gwarancją. Zwiększenie sprawności ma jeszcze jeden pozytywy aspekt, który ma istotne znaczenie w przemyśle. Zasilacz o dużej sprawności ma zawsze duży zapas mocy chwilowej na wyjściu. Przeciążalność chwilowa wynosi co najmniej 150% przez kilkanaście sekund do kilkunastu minut. Zwalnia to konstruktorów z konieczności przewymiarowania zasilaczy i pozwala zmniejszyć koszty i zaoszczędzić miejsce w szafie automatyki. |
| |
| Tabela 1. Zestawienie modeli i gabarytów zasilaczy firmy Cabur |
| Model |
Wymiary* |
| CSF120C (24 V / 5 A) |
39 x 115 x 128 mm |
| CSF240C (24 V / 10 A) |
64 x 118 x 140 mm |
| CSF500C (24 V / 20 A) |
80 x 127 x 139 mm |
| CSG960C (24 V / 40 A) |
80 x 127 x 139 mm |
| *wszystkie wymiary podane jako szerokość x wysokość x głębokość |
|
| |
 |
 |
 |
 |
Fot. 1.
Model CSF120C (24 V/5 A) |
Fot. 2.
Model CSF240C (24 V/10 A) |
Fot. 3.
Model CSF500C (24 V/20 A) |
Fot. 4.
Model CSG960C (24 V/40 A) |
|
| Zasilacze... |
|
PRASA