Промислова і науково-лабораторна електроніка потребує не просто в енергозабезпеченні, а в можливості точно регулювати харчування різних пристроїв. У той же час сучасна тенденція об'єднання окремих вузлів в одну систему веде до необхідності центрального дистанційного керування для будь-якого такого пристрою. Тому до джерел вторинного електроживлення пред'являються особливі вимоги. Стаття висвітлює всю існуючу на даний момент лінійку программуемих джерел живлення відомої компанії TDK-Lambda .
Керовані джерела живлення компанія TDK-Lambda випускає з 2001 року. Все почалося з лінійки ZUP, створеної силами інженерів ізраїльського підрозділу компанії. Вони являють собою імпульсні джерела живлення з високою точністю установки вихідних значень струму і напруги.
Мал. 1. Програмовані джерела живлення серії ZUP виробництва компанії TDK-Lambda
Мал. 2. Використання модулів ZUP36-12
в аерокосмічному приладобудуванні
Серія ZUP (від Zero Up) включає моделі потужністю 200 ... 800 Вт з вихідними напругами в діапазонах від 0 ... 6 В до 0 ... 120 В (рисунок 1). Модулі ZUP мають широкий вхідний діапазон 85 ... 265 В, значення вихідних параметрів можна задавати як безпосередньо з передньої панелі, так і дистанційно через аналоговий RS-232 або GPIB-інтерфейс. Модулі мають РК-індикатори поточних показань струму і напруги, що дає можливість контролювати видаються параметри не тільки програмно, але і візуально. Також є цілий ряд додаткових функцій, таких як захист, запам'ятовування останніх налаштувань, можливість паралельної роботи, зовнішня зворотний зв'язок та інші. Ширина корпусу становить 70 мм і дозволяє встановити в стандартній 19-дюймової ширині до шести джерел, що робить застосування блоків незамінним в системах, де потрібно незалежно управляти великою кількістю виходів. Наприклад, в одному з проектів аерокосмічної промисловості Ізраїлю в одній 24-дюймової стійки встановлені 82 модуля ZUP36-12, керованих через центральний комп'ютер (малюнок 2).
Потім в 2002-му році на основі ІП ZUP були створені перші модулі більш потужної серії Genesys. З цього моменту лінійка розвивалася і вдосконалювалася, поповнюючись моделями з більш високими показниками питомої потужності. На сьогоднішній день серія представлена пристроями з номіналами потужностей 750 Вт, 1500 Вт, Потужність 2400 Вт, 3300 Вт, 5 кВт, 10 кВт і 15 кВт (рисунок 3).
Мал. 3. Програмовані джерела живлення серії Genesys
У кожній з цих підгруп представлено більше десятка моделей. Наприклад, в таблиці 1 показано різноманітність моделей номіналу 1500 Вт.
Таким чином, лінійка Genesys включає в себе 94 моделі. Всі вони мають ідентичний принцип управління і однакові функції, які можна описати наступними пунктами:
- Значення вихідних напруги і струму постійно відображаються на передній панелі, а світлодіодні індикатори дають вичерпну інформацію про робочий стан джерела живлення.
- Два режими роботи: режим стабілізації напруги (CV) і режим стабілізації струму (CC), які вибираються автоматично, в залежності від встановлених налаштувань і значення струму навантаження.
- Крім налаштувань через передню панель, можливо програмування через вбудований послідовний інтерфейс RS-232/485, а також аналогове програмування / моніторинг (4 ... 20 мА; 0 ... 5 В або 0 ... 10 В, вибирається користувачем). Послідовний порт дозволяє здійснити з'єднання Multidrop і працювати з 31 джерелом за допомогою одного комп'ютера.
- Можливість установки опціональних інтерфейсів GPIB або LAN, а також інтерфейсу для ізольованого аналогового програмування / моніторингу.
- Використання 16-бітних цифрових інкодер, що дозволяє досягти високої точності програмування / зворотного зчитування, а також резолюції уставок.
- Можливість з'єднання джерел для паралельної роботи в режимі «ведучий / ведений» з активним перерозподілом струму.
- Автоматичне регулювання швидкості охолоджуючого вентилятора для зниження шуму і збільшення терміну роботи вентилятора.
- Відсутність вентиляційних отворів на верхній і нижній поверхнях джерела живлення, що дозволяє здійснювати монтаж корпусів впритул один до одного без зазорів.
- Можливість блокування передньої панелі, а також запам'ятовування останніх параметрів настройки, які визначають прилад в колишній режим при наступних включеннях.
- Можливість компенсації падіння напруги на навантаженні завдяки наявним висновків віддаленої зворотного зв'язку (Remote Sense).
Таблиця 1. Лінійний ряд і параметри програмованих істочніковGENESYS потужністю 1500 Вт
Найменування Діапазон регулювання вих. напруги, В Діапазон регулювання вих. струму, А Номінальна вихідна потужність, Вт GEN-6-100 0 ... 6 0 ... 200 1200 GEN-8-90 0 ... 8 0 ... 180 1440 GEN-12.5-60 0 ... 12.5 0 ... 120 1500 GEN-20-38 0 ... 20 0 ... 76 1520 GEN-30-25 0 ... 30 0 ... 50 1500 GEN-40-19 0 ... 40 0 ... 38 1520 GEN-60-12.5 0 ... 60 0 ... 25 1500 GEN-80-9.5 0 ... 80 0 ... 19 1520 GEN-100-7.5 0 ... 100 0 ... 15 1500 GEN-150-5 0 ... 150 0 ... 10 1500 GEN-300-2.5 0 ... 300 0 ... 5 1500 GEN-600-1.3 0 ... 600 0 ... 2.6 1560
Джерела ZUP і Genesys, крім управління з передньої панелі, мають можливість управління через ряд інтерфейсів, що обумовлює їх часте і зручне застосування в автоматизованих системах контролю, з зовнішнім керуючим комп'ютером або контролером. При цьому джерела можуть видавати різні рівні і форми сигналів.
Наприклад, в автомобільній промисловості виникає завдання симулювати напруга акумуляторної батареї при запуску двигуна або симулювати імпульси напруги для перевірки працездатності автозамки. Тут є складності при забезпеченні різких спадів напруги. Також проблематично застосування джерел з активними навантаженнями, такими як двигуни постійного струму або ШІМ-керовані двигуни, які перетворюються в джерело енергії, коли двигун переходить в режим гальмування.
Розуміння специфіки таких застосувань дало початок розробці нової додаткової функції: в 2010 році компанія TDK-Lambda представила моделі серії Genesys з опцією Power Sink, призначення якої ми зараз розглянемо.
Що відбувається при гальмуванні звичайного колекторного двигуна постійного струму або двигуна, керованого за допомогою ШІМ-контролера? В обмотці якоря виробляється ЕРС, вона перетворюється в джерело енергії, струм починає текти в зворотному напрямку, тобто до джерела. При цьому, напруга на виходах, підключених до джерела живлення, підвищується і поводиться непередбачувано.
Мал. 4. Напруга при зміні напрямку струму без модуля Power Sink: вгорі - осцилограма напруги; внизу - осцилограма струму
На осцілограмме (рисунок 4) видно, що в момент рекуперації енергії (при перетині лінією струму позначки маркера «0 А») напруга починає зростати, і ці пульсації можуть досягати 5 ... 10 В залежно від значення зворотного струму, опору вихідного ланцюга джерела і динамічних критеріїв всієї системи. При цьому, поведінка джерела передбачити важко: можливо і спрацьовування захистів, і вихід з ладу джерела живлення внаслідок перегоряння елементів вихідних ланцюгів, тому що перенапруги тривають відносно довго.
При включенні в роботу схеми «Power Sink», нестабільності параметрів при перехідних процесах значно згладжуються, і в тому ж масштабі шкали крива напруги виглядає майже як пряма. У розгорнутому масштабі 0.1 В на розподіл, такі осцилограми приведені на малюнку 5. Це - скріншоти для двох різних моделей Genesys. Для моделі GEN12.5-120, при вихідному напрузі 6 В і зворотному струмі -15 А, амплітуда основного відхилення робочої напруги становить 130 мВ, а для моделі GEN20-75, при вихідному напрузі 12.5 В і зворотному струмі -10 А, нестабільність робочого напруги досягає 220 мВ.
Мал. 5. Напруга при зміні напрямку струму з працюючим модулем Power Sink для двох різних моделей GENESYS: вгорі - осцилограма струму; внизу - осцилограма напруги
Тепер візьмемо випадок, коли необхідно реалізувати криву напруги зі спадом в межах декількох мілісекунд. Якщо джерело навантажений хоча б на 30%, то спаду до нульової напруги можна досягти за 4 ... 10 мс. Але при ненавантаженому або незначно навантаженому виході досягти цього неможливо, тому що для розрядки енергії, накопиченої в вихідних конденсаторах, потрібно набагато більше часу. Так як блок Power Sink працює як свого роду навантаження на виході джерела живлення, то він корисний і в вирішенні даної проблеми. Подивимося це на прикладі моделі GEN20-76. При відсутності навантаження зниження напруги від номінального (20 В) до нульового відбувається за 470 мс (рисунок 6).
Мал. 6. Крива зниження напруги без модуля Power Sink: час установки нульової напруги - 469 мс
Мал. 7. Крива зниження напруги з працюючим модулем Power Sink: час установки нульової напруги - 2,9 мс
Якщо команду на зниження напруги отримує джерело з вбудованою опцією Power Sink, модуль відразу розпізнає, що заданий напруга нижче, ніж вихідна, і починає працювати, пропускаючи через себе струм. Як видно з малюнка 7, при цьому можна скинути напругу до нуля за час рівне 2.9 мс.
Мал. 8. Зовнішній вигляд плати Power Sink
Що собою являє ця опція і як вона реалізована? Це додаткова плата, встановлена усередині корпусу джерела живлення. Тобто зовні Genesys ніяк не змінився. Функціонально плата являє собою пристрій, здатний розсіювати енергію, що надходить від навантаження в зворотному напрямку. Основні елементи, як можна бачити на малюнку 8, - це каскад паралельно працюють MOSFET-транзисторів. Звичайно, для узгодженої роботи плати існує багато додаткових ланцюгів. Про них і про особливості роботи опції Power Sink можна більше дізнатися в статті, розміщеній на сайті компанії за адресою: www.tdk-lambda.ru, розділ «Бібліотека Даних / Технічні Статті».
Почавши застосування нової опції з однієї моделі, в даний момент компанія встановлює Power Sink вже на 10 моделях Genesys потужністю 750 Вт і 1500 Вт, вони вказані в таблиці 2.
Таблиця 2. Доступні моделі GENESYS з опцією Power Sink
Впровадження нової опції розширює межі застосування лінійки програмованих джерел Genesys, і, перш за все, - в промисловості. Додаткова плата Power Sink дозволяє більш гнучко інтегрувати цю серію в системи управління електроприводами постійного струму, автоматичні системи контролю (призначені для випробування конденсаторів, батарей, автомобільних силових приводів склопідйомники, сидінь і т.д.), а також в вимірювальні комплекси, де управління вихідними параметрами при цьому стає менш залежним від характеру, поведінки і номіналу живиться навантаження.
У 2011-2012 рр. компанією представлено нове сімейство удосконалених джерел Z +, які дозволяють відтворювати і зберігати в пам'яті довільні форми струму і напруги навіть без участі зовнішнього пристрою. На цій та інших особливостях нової серії ми зупинимося докладніше.
Мал. 9. Зовнішній вигляд програмованого джерела живлення серії Z +
Перш за все, удосконалення торкнулося зовнішнього вигляду - нові джерела в 1.5 ... 2 рази компактніше і легше своїх попередників при тій же вихідній потужності. Кнопки управління передній панелі мають світлодіодну самоподсветку, а управління зовнішніми сигналами тепер здійснюється окремими рукоятками-енкодер струму і напруги, що набагато зручніше користувачеві (малюнок 9).
Лінійка містить моделі чотирьох номіналів потужностей (200 ... 800 Вт), кожен з яких має вісім номіналів напруг (таблиця 3) .Таким чином, можна здійснити вибір з тридцяти двох моделей, а максимально можлива напруга становить 650 В, що вище, ніж у сімейства Genesys.
На відміну від попередніх сімейств, всі налаштування джерела Z + задаються за допомогою системи настроювальних меню. Існує три основних меню: головне меню, меню зв'язку і меню захистів. Вхід в ці меню налаштувань при ручному управлінні здійснюється за допомогою клавіш передньої панелі «Menu», «Rem», «Prot» (їх можна побачити на малюнку 2). Потім в кожному з розділів за допомогою енкодерів подвійної дії вибирається потрібний підрозділ і здійснюється вибір і підтвердження введення значень параметрів.
Таблиця 3. Лінійний ряд моделей програмованих джерел Z +
Головне меню дозволяє вибирати вид управління (місцеве або віддалене); здійснювати вибір елементів пам'яті; вибирати логіку аналогових сигналів і їх затримки; налаштовувати режим паралельної роботи, а також роботу з вхідними та вихідними тригерами при завданні довільних форм сигналу. Меню зв'язку призначене для вибору виду активного інтерфейсу, завдання порядкового адреси джерела, установки швидкості обміну даними, установки IP-адреси і MAC-адреси при роботі з LAN-інтерфейсом, а також вибору мови програмування. Меню захистів дозволяє встановити рівень захистів по перенапруження, встановити або відключити захист типу Foldback (відключення виходу при досягненні межі встановленого струму або напруги), встановити рівень захисту про низьку напругу, а також значення затримок спрацьовування захисту про низьку напругу і захисту Foldback.
Мал. 10. Вид задньої панелі модуля серії Z +
На задній панелі (рисунок 10) розміщуються вхідний коннектор змінної напруги типу IEC320-16, вихідні шини постійного струму, коннектор інтерфейсу USB, коннектор послідовного інтерфейсу RS-232/485 або RS-485, аналогові висновки внесений зворотного зв'язку, висновки для аналогового управління і моніторингу, а також ізольовані від вихідних потенціалів аналогові висновки. До них відносяться висновки включення / вимикання виходу, висновки індикації робочого стану джерела, висновки вхідного і вихідного тригера і висновки управління додатковими зовнішніми пристроями. Перераховані функції і інтерфейси в новій лінійці є вбудованими, в тому числі інтерфейс USB. Крім цього, можливі додаткові інтерфейси: GPIB, мережевий інтерфейс LAN, ізольований аналоговий інтерфейс.
Однією з головних відмінних рис є можливість завдання довільних форм вихідних сигналів напруги та струму.
Це можуть бути одноступінчасті (рисунок 11а), багатоступінчасті (малюнок 11б) функції і форми з довільним лінійним нахилом (рисунок 11в).
Мал. 11. Можливість завдання довільних функцій: одноступінчатих (а), багатоступеневих (б), з довільним лінійним нахилом (в)
Налаштування завдання таких функцій можуть здійснюватися програмно за допомогою різних графічних інтерфейсів, таких як Z + Control або Z + Wave Form Creator, розроблених виробником і доступних на CD-носії або через запит за адресою: [email protected]. Принцип завдання залишається тим же - створюється послідовний список значень струму або напруги, відповідних точкам зміни їх рівня, а також список тимчасових значень, що відповідають необхідному часу затримки сигналу на одному рівні або часу переходу на наступний рівень. Також можлива установка додаткових параметрів, наприклад, параметра кількості циклів, який дає можливість повторення однієї функції необхідну кількість разів (на малюнку 11в цей параметр дорівнює 2).
Налаштування будь-якої заданої форми можна занести в пам'ять і вивести в подальшому без необхідності повторного завдання всіх параметрів і списків. Для цього відведено чотири осередки пам'яті. Ще більш зручну роботу з модулем забезпечують чотири інших осередки пам'яті, які передбачають збереження загальних налаштувань модуля, таких як захист по перенапрузі, управління за певним інтерфейсу, значення вихідної напруги або струму, режим перезапуску і інші параметри.
Говорячи про завдання форми сигналу, важливо згадати ще одна перевага нової серії: час виконання команди на зниження рівня вихідної напруги зменшилася майже у вісім разів. Наприклад, для скидання напруги з 60 В до нуля, джерела ZUP60-7 потрібно 750 мс, тоді як новому Z60-7 - всього 100 мс. Це стало можливим завдяки тому, що в схемі Z + додаткова навантажувальна плата (preload) здатна працювати в піковому режимі. Вона також забезпечена цифровим захистом, яка відключає схему після закінчення допустимої тривалості роботи в піковому режимі.
Нова розробка забезпечена мікропроцесором, що працює на частоті 72 МГц, і володіє максимально швидким часом обміну даними 57600 бод / с (серія ZUP має 33 МГц мікропроцесор зі швидкістю обміну 9600 бод / с). За рахунок цього середній час виконання команд зменшилася в два рази.
Завдяки існуючим драйверам Z + сумісні один з одним і легко управляються через платформу Lab-View. У поєднанні з швидкою старанністю команд, це дає можливість симулювати різні форми напруг при процесах тестування в промисловості, що представлено на малюнку 12.
Мал. 12. Приклади реалізації використовуваних в промисловості функцій за допомогою Z +
За допомогою функції мультісоедіненія один цифровий контролер (наприклад, звичайний персональний комп'ютер) може керувати джерелами, кількість яких може досягати 31, з'єднаними в гірляндного схему. При цьому головний блок може управлятися через будь-який цифровий інтерфейс - USB, LAN, RS-485 або RS-232, а обмін даними між іншими відбуватиметься по інтерфейсу RS-485.
Аналоговий інтерфейс дозволяє реалізувати дистанційне керування через аналогові сигнали амплітудою 0 ... 5 або 0 ... 10 В за вибором користувача, а також - зчитувати значення напруги і струму в цих діапазонах.
Ще одну нову можливість дає пара додаткових висновків на коннекторе аналогового роз'єму. Ці висновки є вихід MOSFET-транзистора, відкриттям і закриттям якого можна управляти через меню джерела. Таким чином, якщо підключити до цих висновків реле або інше зовнішній пристрій, то його харчуванням можна управляти, здійснюючи комутацію додаткових ланцюгів (наприклад, схеми реверсу полярності живлення навантаження).
Як і в разі попередньої серії, джерела Z + можна включати в режимі паралельної роботи і тим самим збільшувати вихідну потужність. У такій конфігурації одне джерело працює як ведучий (Master), а решта - як ведені (Slave). При установці значень встановлюється необхідну напругу, а значення необхідного струму ділиться на кількість модулів. При цьому ведучий працює в режимі постійної напруги, а ведений, керований від «майстра» за значенням вихідного струму - в режимі постійного струму. Але в новій серії можлива вдосконалена конфігурація «Master - Slave», при якій на провідному модулі дисплей буде показувати загальну напругу і струм всієї системи. Під час налаштування в пам'ять провідного модуля крім параметрів напруги і струму вводиться кількість всіх блоків (їх максимальна кількість в цьому режимі - шість), а в меню ведених модулів вводяться настройка «Slave». При цьому вони переходять в режим блокування і дистанційного аналогового управління, так що помилково збити настройки системи з передньої панелі буде неможливо. А при включенні-виключенні живлення настройки зберігаються в пам'яті завдяки функції Last Settings Memory, і система продовжить роботу в паралельній конфігурації.
Доступні різні варіанти виконань: джерело Z + можна замовити з вихідними клемами на передній панелі; при необхідності джерела можна замовити в стійці для зручного монтажу в 19-дюймових шафах (включає шість звичайних модулів або чотири модулі у виконанні з передніми клемами); також їх можна замовити в спеціальних стійках шириною 9,5 дюймів (три звичайних модуля або два модуля у виконанні з передніми клемами). В останньому випадку стійка для зручності перенесення комплектується рукояткою. Варіанти виконань показані на малюнку 13.
Мал. 13. Різні варіанти виконань і монтажу в стійках джерел Z +: а) звичайна конфігурація; б) у виконанні з передніми вихідними клемами
Як скласти коди для замовлення моделі необхідної конфігурації, можна дізнатися з каталогу або на сайті: http://www.tdk-lambda.ru в розділі програмованих джерел живлення.
Поєднуючи всі описані вище функції, програмовані джерела виробництва компанії TDK-Lambda є дуже потужним і гнучким інструментом, призначеним для забезпечення харчуванням складних промислових процесів металлонапиленний, катодного захисту, управління магнітними полями. Вони також успішно інтегруються в автоматизовані системи тестування таких галузей як авіабудування, автомобілебудування, зв'язок, медицина, виробництво напівпровідників. Серії Genesys і Z + мають гарантію 5 років, а лінійка ZUP поставляється з трирічною гарантією. Всі програмовані джерела виробництва TDK-Lambda відповідають стандартам EN55022-В, FCC-В по кондуктивної і випромінюваної електромагнітної сумісності, схвалені за стандартами безпеки UL / EN / IEC 61010-1, а також затверджені (за винятком Z +) як засобу вимірювання в Держреєстрі РФ .
Отримання технічної информации , замовлення зразків , замовлення и доставка .
Про компанію TDK-Lambda
TDK-Lambda - один з найбільших світових лідерів в проектуванні і виробництві високонадійних джерел живлення різного призначення: для вимірювального і випробувального устаткування, промислової автоматики, телекомунікацій, обробки даних і т.д. Компанія випускає: AC / DC-перетворювачі потужністю від 5 Вт до 5 кВт DC / DC-перетворювачі для монтажу на друковану плату і на шасі потужністю від 1.5 Вт до 1 кВт Програмовані джерела живлення потужністю від 200 Вт до 90 кВт Висо ... читати далі