• Прочети 3837 пъти

    Гари Бокок, технически директор, XP Power, обяснява моменти, които трябва да се вземат предвид при инсталирането на отворена рамка и U канал за AC/DC захранвания

    формат

    AC/DC захранванията обикновено се доставят в това, което индустрията познава като отворен формат. Отвореният формат обикновено се описва като източник само на печатни платки и като такъв е още един компонент, проектиран да бъде инсталиран в дадено оборудване, което е този, който осигурява корпус за целия краен продукт.

    Друг често срещан формат за захранвания за интегриране в крайното оборудване е U-канал, където монтираният на PCB източник е инсталиран в U-образно шаси, обикновено изработено от алуминий, което често се използва като част от управлението на топлината за силови полупроводници, както и като множество опции за фиксиране за производителя на оборудването да инсталира източника в окончателния монтаж.

    Има няколко съображения при инсталиране на U-канални и източници на захранване с отворен код; Те са свързани главно с безопасността, електромагнитната съвместимост (EMC) и управлението на топлината. В тази статия ще адресираме тези въпроси, засягащи дизайнера.

    Друго важно съображение са подробните спецификации на захранването, особено тези относно ограниченията на температурата и входното напрежение, в сравнение с номиналните стойности, посочени в техническата документация. Най-добрите източници поддържат номиналната мощност при 50ºC околна температура и до 90VC входно напрежение, докато други източници обявяват ограничение на мощността с намаляване до 20% при ниско входно напрежение и също така за околната температура до 40 ° C, което може да доведе до тези източници са неподходящи за крайното приложение.

    Сигурност

    Когато монтирате захранване с отворена форма в корпуса на оборудването, е необходимо да се спазват необходимите разстояния на пълзене и хлабина от корпуса до всички лица на захранването.

    В система от клас I това ще означава осигуряване на 3 или 4 mm между която и да е заземена метална част и която и да е част от първичното захранване, в зависимост от това дали крайното приложение е промишлено или медицинско, тъй като може да се наложи използването на изолация. захранващ монтаж.

    Когато се използва захранване от клас I, защитното заземяване на захранването е неразделна част от системата за електрическа безопасност и трябва да бъде надеждно свързано към масата на оборудването. Тази връзка обикновено се предлага чрез един от монтажните отвори, през входния съединител за променлив ток или чрез фастон конектор на печатната платка. Вероятно ще са необходими повече от една наземна връзка на комплекта и това ще повлияе на електрическите емисии и нивата на чувствителност; ще се справим с него по-късно.

    Когато се използва източник от клас II, разстоянията на пълзене и отделяне може да са по-големи в металните корпуси, въпреки че корпусите на оборудването, където се използват, обикновено не са проводими.

    Фигура 1: Захранване в отворен формат.

    Конструкцията на U-канала улеснява критичните точки, свързани с безопасността, тъй като шасито е свързано към защитната земя на източника и може да бъде прикрепено директно към корпуса на оборудването заедно със земята на източника. Въпреки че са изпълнени изискванията за безопасни разстояния между печатната платка и U-канала, който я заобикаля, краищата и горната част на този U-образен възел обикновено са отворени и трябва да се внимава в тези области, за да се гарантира разстоянието на изтичане и разделяне.

    Фигури 2a и 2b: U-канално захранване, със и без капак.

    Конструкцията на U канала има допълнителното предимство от лекотата на работа и монтаж. U-шасито осигурява по-здрава конструкция и включва резбови монтажни отвори за използване от инсталатора, намалявайки хардуерното монтиране до просто монтиране с винт. Трябва да се има предвид максималната дълбочина на проникване на винтовата вложка, за да се поддържа безопасно разстоянието на пълзене и хлабина.

    Друго предимство на U канала е възможността за допълнително охлаждане на силовите компоненти чрез проводимост към корпуса на оборудването, намалявайки както температурата на залепените компоненти, така и общата температура в конструкцията на U канала.

    И захранванията с отворен формат, и U-каналите включват един, а понякога и два, в случай на източници, предназначени за медицинско оборудване, входни предпазители, които също са част от цялостния дизайн на системата за безопасност на оборудването и предпазват от опасността пожар в случай на много сериозен отказ. Този предпазител обикновено е постоянно монтиран в захранването и не е предназначен за подмяна, тъй като единствената причина за подмяна на предпазителя е повредата на захранващия блок.

    Тъй като и двете конструкции изискват входно окабеляване, крайното оборудване изисква и допълнителен предпазител, който да го предпази от потенциални проблеми с опасност от пожар, създадени от монтажа на съединители, индикатори, ключове и самото окабеляване.

    Изходните кабели трябва да бъдат оразмерени според максималната мощност на захранването, включително максимални допустими отклонения според спецификациите му за защита от претоварване, за да се осигури безопасна работа в случай на повреда на същото оборудване.

    Има и топлинни съображения, които трябва да се вземат предвид, тъй като някои критични предпазни компоненти имат максимално ограничение на температурата; Тази точка ще бъде обсъдена подробно по-късно в термичното управление.

    Електромагнитна съвместимост (EMC)

    Захранванията с отворена форма обикновено изискват заземяване на две, а понякога и три точки за закрепване. Както беше споменато по-рано, в система от клас I една от тези връзки обикновено се изисква за заземяване на безопасността и е на входа; Тази връзка също така свързва кондензаторите на филтъра с общ режим от линията към земята и от неутралата към земята, известни също като кондензатори "Y".

    Тези "Y" кондензатори работят съвместно с индукциите с общ режим в захранването, за да намалят шума, свързан с бързи промени на напрежението през етапа на източника на захранване. Останалите обикновено са от вторичната страна и свързват изходните филтърни кондензатори с общ режим към земята. Филтърният диференциален елемент, който е проектиран да намалява шума, свързан с бързи промени в тока, е в линията и неутралните връзки на източника.

    Този кондензатор с общ режим е част от внедряването на EMC в захранването и трябва да бъде свързан за съответствие. Когато компютърът използва метален корпус, това рядко е проблем. Но в пластмасовите корпуси, независимо дали са в конфигурации от клас I или клас II, са необходими други мерки за свързване на тези точки, за да се гарантира съответствие с EMC стандартите. Точките, които изискват заземяване, обикновено се идентифицират в техническата документация на захранването, както в примера по-долу.

    Фигура 3: Механичен чертеж на източник в отворен формат, показващ земните връзки.

    Оптималният начин за свързване на тези точки е чрез монтиране на източника на отворен формат върху метална основа, която няма нужда да бъде свързана към друг елемент и която осигурява ниско съпротивление с малки паразитни елементи за свързване на филтърните кондензатори .

    Когато този тип монтаж не е практичен, трябва да се използват други методи за свързване на тези точки на закрепване, като набор от кабели.

    В конструкция на U канал, всички наземни връзки са направени в шасито на този U, което улеснява инсталирането на захранването от гледна точка на EMC. Добрата електрическа връзка от шасито U към корпуса на оборудването чрез множество точки за фиксиране е много полезна, минимизирайки паразитните елементи.

    Фигура 4: Типични механични детайли на U захранващ канал, детайлиращи тела и връзки.

    И в двата случая входните и изходните кабели трябва да се поддържат добре разделени и да се избягва близост до отворения възел, за да се избегнат възможни проблеми с излъчването от превключващите компоненти и магнитните възли в захранването, които могат да предизвикат системата. и излъчени емисии към крайното оборудване.

    Термично управление

    Захранванията с отворена форма могат да бъдат номинирани с номинална мощност, когато се охлаждат с конвекция, принудително вентилират или и двете.

    В случай на U-образни шрифтове, ние също имаме проводимо охлаждане, като използваме кутията на оборудването или външен радиатор за допълнително монтиране на охлаждане.

    Положението на монтиране, ориентацията, заобикалящото пространство, приложеното натоварване и частите около източника, както и всяко охлаждане са уникални за всяко приложение. Важно е да се провери работната температура на ключовите компоненти в захранващия блок, след като бъдат монтирани, за да се гарантира, че критичните предпазни компоненти не надвишават своите максимални стойности, посочени в документацията за одобрение за безопасност, и че надеждността и живота на източника не се влияят.

    Техническата документация на източниците в отворен формат и в U канал, подходяща за интегрирането им в екип, обикновено идентифицира ключовите предпазни компоненти и техните максимални температурни стойности, които варират от един източник до друг в зависимост от използваната изолационна система. Те също така обикновено предоставят приблизителна крива на експлоатационен живот, базирана на температурата на електролитните кондензатори, които са единствените компоненти, които носят механизъм за износване в захранването.

    Фигура 5: Таблица и графики, показващи границите на безопасност и оценка на полезния живот за 24/7 операция

    Прогнозите за жизнения цикъл се основават на проектния живот на електролитните кондензатори при настройката на тяхната максимална температура и средната температура, която ще изпитва в крайното приложение през целия си работен период. Ясно е, че максималната температура не може да бъде надвишена при никакви обстоятелства или при някакви екстремни операции.

    Всички изчисления на живота на електролитния кондензатор се основават на уравнението на Арениус, където, ако скоростта на реакционната скорост се намали наполовина, експлоатационният живот се удвоява при всяко намаляване на температурата от 10 ° C, което го прави при критичен елемент в жизнен цикъл или експлоатационен живот на цялото крайно приложение.

    Изчисленията на експлоатационния живот, направени от производителя на захранването, ще включват елементи, включени в пулсационния ток, но тъй като това е нецелесъобразно в крайния завършек на захранващия блок, може да се намери добра индикация за експлоатационния живот. капсулиране и прилагане на уравнението на Арениус при определената температура и проектния живот.

    Автор: Гари Бокок, технически директор, XP Power