Вибір блоків живлення – Частина 3

У попередніх статтях про специфікацію джерел живлення акцентували увагу на стороні виходу в частині 2 і вимогах до входу в частині 1. Однак, це все електричні характеристики. У цій останній частині, яка охоплює вимоги, ми розглянемо деякі інші аспекти, які потрібно буде взяти до уваги.

 

Багато з них є екологічними, але деякі важливі для технологічності, наприклад, профіль для пайки. Починаємо розбиратись у деталях?

Ряд додаткових аспектів потребує додаткової уваги при виборі джерела живлення, окрім електричних вимог. Наприклад, джерела живлення не є ефективними на 100%, і енергія, втрачена під час перетворення, розсіюється у вигляді тепла. У багатьох середовищах це, мабуть, не буде проблемою. Але, якщо температура навколишнього середовища, де працює пристрій дуже висока, то це може бути проблемою. Вам також потрібно буде враховувати вологість, висоту над рівнем моря та атмосферний тиск. У наступному розділі ми надамо деяку інформацію про те, коли ці параметри стають важливими та як вони визначаються.

Зазвичай існує два або три ключові моменти, які потрібно враховувати щодо температури. Найлегше визначити температуру зберігання, яка забезпечує верхню та нижню межі температури навколишнього середовища, де зберігається блок живлення, коли він НЕ використовується.

 

По-друге, це робоча температура. Знову ж таки, для температури навколишнього середовища передбачено верхню та нижню межі. Тут важливо розуміти, що «навколишнє середовище» визначається згідно пристрою живлення. Це означає, що якщо пристрій вбудовано в шафу або кожух, необхідно враховувати температуру всередині. Якщо інші компоненти в корпусі також розсіюють тепло, наприклад двигуни чи інші перетворювачі енергії, внутрішня температура може стати доволі значною.

 

Нарешті, деякі пристрої, такі як DC/DC перетворювачі, можуть визначати обмеження для температури корпусу під час роботи.

Нагрівання є критичною проблемою для більшості систем, що керують і контролюють потужність, і зазвичай потрібно докладати зусилля, щоб впоратися з цим. У специфікаціях може бути зазначено, що блок живлення потребує охолодження «природною конвекцією». Якщо це так, очікується, що повітря може протікати над пристроєм зі швидкістю близько 20 LFM (погонних футів на хвилину) або 0,1 м/с. Слово «природний» тут може викликати плутанину, тому, хоча вентилятор не потрібен, слід також розуміти, що повітря навколо пристрою повинно бути рухомим. У більшості застосувань ця мінімальна швидкість потоку є результатом тяги (різниці тисків), так називають природний ефект гарячого повітря, що піднімається від джерела живлення. Якщо це неможливо, може знадобитися альтернативний підхід до охолодження.

 

 

Деякі джерела живлення можуть вимагати кондуктивного і в таких випадках буде визначена монтажна пластина певного розміру.Якщо потрібне примусове охолодження, це буде вказано в одиницях LFM або м/с, щоб можна було підібрати відповідний вентилятор.

 

Кількість водяної пари в повітрі, віднесена до максимальної кількості, яку воно може утримувати, визначається як відносна вологість. Однак кількість води, яку може вмістити повітря, залежить від тиску повітря. У технічному паспорті джерела живлення зазвичай вказується верхня межа відносної вологості, за якої пристрій може працювати. Це означає, що на цій межі не повинно бути можливого утворення крапель конденсату. Значення надається як верхня межа, дійсна для робочої температури навколишнього середовища.

 

Конденсація все ще може виникати за відносно високих температур і високої відносної вологості. Наприклад, при відносній вологості 95%, температурі навколишнього середовища 60°C і висоті 2000 метрів над рівнем моря конденсат утворюється на поверхнях при температурі нижче 59°C. Якщо ви стурбовані тим, що це може бути проблемою, різноманітні онлайн-калькулятори точки роси можуть допомогти з математикою.

Тиск повітря змінюється з висотою, що, у свою чергу, впливає на електропровідність повітря. Якщо ваш пристрій пов’язаний з безпекою, безпечні відстані повинні бути більшими під час експлуатації на великих висотах. IEC 60601-1, стандарт медичного електрообладнання, містить таблицю коефіцієнтів множення для відстаней на різних висотах. Підводячи підсумок, джерела живлення зазвичай працюють на висотах, вищих за вказані, але застосовані дистанції більше не будуть відповідати вимогам безпеки.

 

 

 

 

Атмосферний тиск можна вказати як діапазон, у якому джерело живлення може працювати належним чином. Це також може бути використано для розрахунку максимальної та мінімальної робочої висоти.

Джерела живлення проектуються та розраховується з ретельністю та дбайливістю, але ніщо не триває вічно. Значення строку надійної роботи надаються, щоб розробники могли оцінити очікуваний термін служби. Як правило, вони наведені в годинах (год) MTBF (середній час між відмовами).

 

Середній час безвідмовної роботи застосовується лише протягом «строку корисного використання» (це виключає ранні відмови та знос). Цей час можна визначити багатьма способами, одним із яких є стандарт MIL-HDBK-217F (військовий довідник 217F). Цей конкретний підхід використовує кількість розгорнутих компонентів як метрику у своїх розрахунках, припускаючи, що використання більшої кількості компонентів знижує надійність і знижує середній час між відмовами. Значення MTBF (середній час між відмовами) можуть коливатися від кількох тисяч до мільйонів годин. Тому важливо зауважити: час напрацювання на відмову не є очікуваним терміном експлуатації! 

 

MTBF – це статистична величина інтервалів відмов протягом терміну служби у дуже специфічних умовах. Однак фактичний термін корисного використання зазвичай набагато коротший, ніж значення MTBF (середній час між відмовами), і збій потенційно може статися в будь-який момент.

 

На виробництві компоненти рідко паяють вручну, тому виробничі групи повинні знати максимальну температуру та тривалість, допустимі для автоматизованого обладнання для паяння хвилею або пайкою в паровій фазі. Рекомендовану температуру та час можна вказати просто цифрами або, в інших випадках, посилатися на стандарт профілю пайки (наприклад, J-STD-020D).

 

Пристрої для поверхневого монтажу (SMD) можуть бути пошкоджені, якщо надмірна кількість вологи проникне в їх упаковку до процесу паяння. Швидке розширення вологи під час нагрівання може призвести до розшарування та тріщин в корпусі компонента. Такі компоненти постачаютсья в герметичних упаковках і повинні бути використані протягом періоду часу, визначеного їх MSL (рівень чутливості до вологи). Якщо цього обмеження не буде дотримано, перед паянням деталі потрібно буде прогріти, щоб зменшити вміст вологи.

Рис. 5 Профілі пайки часто надаються як графіки температури в часі.

У деяких середовищах електроніка може зазнавати різноманітних фізичних навантажень через удари та вібрацію. Обмеження того, що можна витримати, будуть надані в цифрах або з посиланням на конкретний стандарт (наприклад, IEC60028-2).

 

Далі є специфікації, що стосуються захисту навколишнього середовища. Це включатиме відповідність REACH або RoHS, але також може включати вогненебезпечність для залізничного транспорту. У разі потреби будуть надані матеріали, використані для виготовлення перетворювача електроенергії, наприклад друкована плата, суміші для заливки та матеріали для корпусу.

 

 

У нашому останньому дописі в блозі, присвяченому аналізу характеристик перетворювача потужності, ми розглянули багато неелектричних факторів, які необхідно враховувати: від охолодження та висоти над рівнем моря до вологості та пайки. Таким чином, ви та ваша команда повинні знати майже все, що вам потрібно враховувати при виборі джерела живлення. Однак обов'язково виникає щось, на що ви не можете знайти відповідь. Якщо так, зверніться до нашої Компанії СЕА – ми завжди раді допомогти!

Продукція TRACO POWER в каталозі СЕА