Nowoczesne systemy zasilające

Czym jest nowoczesny zasilacz?

Zasilacz to pojemny termin, za którym kryją się tysiące rozwiązań różniących się parametrami, budową, przeznaczeniem i wykonaniem. Dwa takie same zasilacze w tym ujęciu mogą być inne, jeśli chodzi o konstrukcję wewnętrzną, jakość i funkcjonalność. Mało widoczną dla użytkownika cechą jest też nowoczesność konstrukcyjna tych jednostek.

Nowoczesny zasilacz to taki, którego budowa opiera się na najnowszych dostępnych na rynku technologiach konwersji mocy, materiałach i komponentach. Z tym bywa różnie - wystarczy otworzyć obudowę, aby przekonać się, że wiele jednostek dostępnych na rynku to konstrukcje, w których takich nowinek się nie znajdzie. Powodów tego jest wiele. Przede wszystkim chodzi o cenę, która jest ważnym kryterium wyboru produktu przez klienta.

Główne zjawiska techniczne w zasilaczach

 

Na liście najważniejszych zjawisk technicznych w zasilaczach uznano wysoką sprawność konwersji energii, a na drugiej pozycji znalazła się miniaturyzacja, która jest z tą sprawnością mocno powiązana. Duża sprawność pozwala na to, że zasilacze nawet kilkusetwatowe mają niewielkie wymiary i nie wymagają chłodzenia wymuszonego, bo mało się grzeją. Te najbardziej zaawansowane jednostki mają ją na poziomie istotnie przekraczającym 90%. Kolejne istotne czynniki to monitoring stanu pracy i możliwość programowania przez interfejs cyfrowy oraz możliwość chwilowego przeciążania. Dalsze kryteria mają już podobne znaczenie, a wspólnym mianownikiem dla nich jest funkcjonalność charakterystyczna dla zastosowań przemysłowych, teleinformatycznych lub w medycynie.

Nowe komponenty i materiały zwykle są droższe od tych popularnych, dlatego musi minąć sporo czasu, zanim nowości trafią do wnętrza zasilaczy dostępnych w handlu. Można nawet pokusić się o stwierdzenie, że im zasilacz popularniejszy, tańszy i standardowy, tym jego wewnętrzna konstrukcja bardziej opiera się na rozwiązaniach znanych od lat. Inercja w adaptacji nowych technologii daje się zauważyć na wielu rynkach, ale w przypadku zasilaczy ma ona bardzo realny wymiar ekonomiczny.

Z tych przyczyn w zasilaczach małej mocy jest ona najsłabiej zarysowana i dotyczy najczęściej sterownika scalonego, a najrzadziej elementów magnetycznych i podzespołów pasywnych. W jednostkach dużej mocy, rozwiązaniach specjalizowanych i niszowych bywa znacznie większa, bo cena tych rozwiązań ma mniejsze znaczenie, a funkcjonalność i parametry techniczne są bardziej brane pod uwagę.

Chiny producentem wiodącym

 

Przegląd ofert firm i innych dostawców komponentów i systemów zasilania gwarantowanego

Ogromna część zasilaczy dostępnych na rynku krajowym produkowana jest w Chinach. Jednostki te są importowane przez dziesiątki firm handlowych, które znakują takie zasilacze własnymi znakami towarowymi i markami, tworząc marki handlowe. Specyfikacja takich zasilaczy nie jest sztywno zdefiniowana, tak samo jak lista komponentów, ale próżno szukać na płytce części renomowanych producentów. Są tam wyłącznie elementy chińskie, standardowe, a więc tanie.

Sprawność jest bardzo istotna

Sprawność zasilaczy staje się ważna z kilku powodów. Po pierwsze, im jest ona większa, tym zasilacz może dostarczać więcej mocy przy tych samych wymiarach. Czyli wysoka sprawność jest przepustką do miniaturyzacji. Bezsprzecznie wysoko sprawny zasilacz kojarzy się również z produktem nowoczesnym i zaawansowanym technicznie.

Po drugie, wysoka sprawność oznacza niższe koszty eksploatacji urządzeń. Ponieważ energia elektryczna stale drożeje, w rozwiązaniach przemysłowych, teleinformatycznych oraz innych obszarach, gdzie urządzenia pracują non stop przez długie lata, koszt energii się liczy. W wielu przypadkach do kosztu pobieranej z sieci energii elektrycznej trzeba doliczyć koszt usunięcia ciepła z obiektu za pomocą systemu klimatyzacji (np. w serwerowniach, stacjach telekomunikacyjnych).

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rynku zasilaczy

 

Za najważniejszy trend sprzyjający rozwojowi rynku zasilaczy pytani przez nas w ankietach specjaliści uznali wzrost znaczenia zagadnień związanych z jakością w ostatnich latach, a także stale rosnące skomplikowanie techniczne urządzeń elektronicznych. Te dwa zjawiska wymuszają stosowanie coraz bardziej zaawansowanych zasilaczy, takich które dostarczają energię o lepszych parametrach lub też są mniejsze (mają większą gęstość mocy w jednostce objętości). Na drugim miejscu znalazło się kryterium, że aktualnie na rynku jest coraz więcej zasilaczy nowoczesnych i kupujący mogą wybierać produkty spełniające wszystkie, także te wyszukane, potrzeby. Za ważne uznano ponadto coraz większe znaczenie wymagań prawnych determinujących minimalne parametry zasilaczy, a więc na przykład te związane ze sprawnością, mocą pobieraną z sieci bez obciążenia, koniecznością korekcji współczynnika mocy lub też kompatybilnością elektromagnetyczną. Ale nietrudno zauważyć, że różnice pomiędzy poszczególnymi słupkami na wykresie są niewielkie.

Po trzecie, wysoka sprawność oznacza często małą awaryjność zasilaczy, a więc pośrednio dużą jakość. Bo wysoko sprawne jednostki mało się grzeją i ich podzespoły nie są tak obciążone cieplnie. Są mniejsze, a więc też mogą być tańsze w produkcji, bo nie potrzeba do nich dużych radiatorów. Dzięki wysokiej sprawności zasilacze mogą działać w szerszym zakresie temperatur, nie wymagają chłodzenia wymuszonego.

Także ograniczenia na moc wyjściową przy dużych temperaturach otoczenia stają się łagodniejsze. To zagadnienie określa się terminem derating, co oznacza, że z uwagi na ograniczenia cieplne, przy wysokich temperaturach otoczenia moc maksymalna dostarczana przez zasilacz maleje.

Po czwarte, wysoka sprawność zasilaczy, mała moc standby lub konieczność korekcji współczynnika mocy jest coraz częściej wymogiem prawnym.

Sprawność najbardziej zaawansowanych jednostek dawno już przekroczyła 90%, a wartości rzędu 95% wcale nie są jakimś wyjątkiem. Z reguły im zasilacz mniejszej mocy, tym sprawność średnia jest mniejsza, ale mimo to bez problemu można kupić dzisiaj zasilacze wtyczkowe lub biurkowe do sprzętu konsumenckiego osiągające średnią sprawność 88-90%.

Warto dodać, że w produktach konsumenckich wysoka sprawność idzie w parze z małym poborem mocy bez obciążenia. Ograniczenie wielkości energii pobieranej przez zasilacz na własne potrzeby to także wymogi narzucane przez regulacje unijne, gdyż nawet jeśli pobierana przez pojedynczy zasilacz moc standby nie wydaje się duża, to jednak takich zasilaczy jest bardzo dużo i sumarycznie stanowią one już poważne obciążenie dla sieci.

Bezsprzecznie w temacie mocy standby sporo się ostatnio dzieje, a producenci półprzewodników, czyli układów sterujących i zasilaczy, wkładają wiele wysiłku w to zagadnienie, co chwila bijąc rekordy oszczędności i ekologiczności. Zapewnienie niskiego poboru mocy bez obciążenia jest łatwiejsze w przypadku sterowania cyfrowego, bo implementacja technik sterowana z gubieniem impulsów, zmianą topologii konwersji w takim stanie w ten sposób jest łatwiejsza do osiągnięcia. Jednostki zgodne z Energy Efficiency Level VI lub CoC 5 pobierają z sieci w stanie standby poniżej 0,1 W.

Cyfryzacja zasilaczy

Cyfryzacja zasilaczy jest bezdyskusyjnym faktem, niemniej jest to proces pod każdym względem ewolucyjny i niekoniecznie dotyczący dzisiaj obwodów konwersji mocy. Cyfrowa jednostka może mieć cyfrowy sterownik bazujący na procesorze DSP lub wydajnym mikrokontrolerze lub też być zrealizowana w wersji klasycznej z procesorem zarządzającym działaniem sterownika.

Najczęściej cyfryzacja zasilaczy dotyczy tego drugiego przypadku. Procesor realizuje wówczas komunikację cyfrową, nadzoruje działanie sterownika, pozwala na ustawienie progów zabezpieczeń, poziomów napięć, zarządza równomiernym podziałem mocy przy połączeniu równoległym, dokonuje kompensacji spadku napięcia na przewodach zasilających itd.

Jaka jest aktualna koniunktura na rynku (I kw. 2019 roku)?

 

Zdaniem blisko połowy ankietowanych specjalistów koniunktura na rynku zasilania w pierwszym kwartale 2019 roku była dobra. Liczba ocen skrajnych na wykresie (bardzo dobra vs. kiepska) też przechyla się wyraźnie w tę lepszą stronę, dzięki czemu całość ilustracji ma pozytywny wydźwięk, nieco lepszy niż dla wielu innych grup produktowych omawianych w naszych zestawieniach. Mimo wielu problemów rynek zasilaczy wydaje się perspektywiczny i wart zaangażowania, bo zasilanie jest niezbędnym elementem każdej aplikacji i wszystkie trendy potwierdzają wzrost znaczenia tej tematyki w przyszłości.

Pełna cyfryzacja zapewnia jeszcze możliwość programowania topologii konwersji mocy, a więc ma większą elastyczność działania. W zasilaczu całkowicie cyfrowym topologia konwersji energii może się zmieniać płynnie w zależności od obciążenia lub napięcia wejściowego, po to, aby zmaksymalizować sprawność przetwarzania lub ograniczyć straty mocy, gdy zasilacz jest nieobciążony.

Rozwiązania cyfrowe pomagają też w realizacji złożonych systemów zasilających, na przykład tzw. dwukierunkowych, czyli takich, które mogą dostarczać energię do obciążenia lub ją pobierać, przesyłając z powrotem do sieci. W takich przypadkach zmiana topologii konwersji energii w locie jest niezbędna.

Mikrokontrolery w systemach zasilania pojawiają się też niejawnie, bo nowe sterowniki mogą mieć je zaszyte w strukturze krzemowej jako wewnętrzną część niedostępną dla użytkownika. Ten przypadek jest bardzo często spotykany w rozwiązaniach ukierunkowanych na zastosowania "komputerowe", a więc z interfejsem PoE, USB-C PD itd.

W obszarze przemysłu, elektroniki konsumenckiej cyfryzacja zasilaczy to cały czas przyszłość, niemniej gdy spojrzymy na tempo zmian w przemyśle elektronicznym, nie wydaje się, aby była ona tak bardzo odległa.

Interfejs komunikacyjny

Coraz więcej jednostek zasilających ma możliwość komunikacji za pomocą interfejsu cyfrowego. Jest to także wymowny znak postępującej cyfryzacji, ale i obraz zmieniających się wymagań klientów.

Interfejs cyfrowy daje możliwość odczytu stanu zasilacza, a więc napięcia wyjściowego i prądu, temperatury, parametrów napięcia sieci energetycznej oraz informacji nt. liczby przepracowanych godzin lub wcześniejszych zdarzeń, takich jak zaniki napięcia lub przeciążenia. Takie informacje mogą być wykorzystane do zarządzania działaniem systemu, planowania obsługi technicznej lub prognozowania awarii.

Struktura sprzedaży zasilaczy w 2018 roku

 

Obroty firm ze sprzedaży zaawansowanych jednostek zasilających są niemożliwe do uchwycenia, bo nikt nie prowadzi takich statystyk sprzedaży z takim podziałem produktów. Stąd wykres ilustruje dane dotyczące wszystkich zasilaczy sprzedawanych przez firmy. Trudno w tym zestawieniu dostrzec jakąś większą prawidłowość, bo poza jednym wyjątkiem wszystkie pola mają podobne wielkości. Zasilacze są produktem popularnym i dostępnym w wielu firmach, także stopień zaangażowania firm w tematyce zasilania (stopień specjalizacji) jest różny. Niemniej zasilacze są produktem, wokół którego daje się budować specjalizację firmy i mogą one stanowić podstawę biznesu.

W drugą stronę interfejs pozwala na ustawianie parametrów, takich jak wartości napięć i prądów oraz progów zadziałania zabezpieczeń. Programować można też działanie korektora spadku napięcia na długich przewodach, który podbija lekko napięcie przy wzroście prądu obciążenia. Interfejs jest też niezbędnym elementem przy łączeniu wielu jednostek w systemy pracujące równolegle lub typu N+1, a więc z redundancją i hot swapem.

Zasilacz z interfejsem cyfrowym staje się obecnie komponentem komunikacyjnym i takim samym elementem jak np. switch sieciowy, bo łącze cyfrowe nierzadko obsługuje standardowy protokół sieciowy jak Modbus, a konstrukcja oprogramowania pozwala na zdalne zarządzanie. Nie tylko chodzi tu o wygodę, ale także o możliwość zapanowania nad złożonymi systemami zasilającymi, gdzie poza siecią energetyczną jest też akumulator lub agregat prądotwórczy, panel fotowoltaiczny itd. Systemy zasilania stają się coraz bardziej złożone i możliwość programowania zasilaczy to w pewnej mierze skutek tych procesów.

Warto zwrócić uwagę jeszcze na ekonomiczne aspekty możliwości programowania parametrów zasilania. Im w szerszym zakresie jest ono możliwe, tym mniej jednostek może mieć producent w ofercie. Mniej typów to niższe koszty magazynowania i większa skala produkcji dla danej jednostki. Nawet jeśli dodanie programowania odbywa się kosztem wzrostu komplikacji układowej, po uwzględnieniu wszystkich korzyści jest to opłacalne dla producentów i klientów. I dlatego rynek zasilania profesjonalnego zmierza w tym kierunku.

Zasilanie gwarantowane w wersji "mniejszej"

Pojęcie "zasilanie gwarantowane" odnosi się w uproszczeniu do systemów, w których zanik głównego napięcia sieci energetycznej nie prowadzi do wyłączenia systemu. Zwykle takie zasilanie jest realizowane za pomocą zasilacza UPS, który jest specjalizowaną przetwornicą z akumulatorem, zdolną do podtrzymania napięcia sieci.

Drugie popularne rozwiązanie to zasilacz napięcia stałego, który ma na wyjściu dodany akumulator podtrzymujący stałe napięcie wyjściowe. Jest to zasilacz buforowy, który typowo dostarcza 12 V napięcia stałego i współpracuje z kwasowo-ołowiowym akumulatorem żelowym.

Jakie znaczenie dla biznesu firmy mają zasilacze?

 

Znaczenie zasilaczy w biznesie firm, czyli innymi słowy stopień specjalizacji w tematyce zasilania, jest ogólnie dość duże. Dla prawie co drugiej firmy jest to produkt istotny dla biznesu, dla co trzeciej - bardzo ważny. Zasilanie jest częścią każdej aplikacji i wraz z rozwijającą się elektroniką urządzeń tych potrzeba coraz więcej. Rynek zasilania szybko rośnie, tak samo jak wymagania klientów co do parametrów, funkcjonalności i jakości. Dla wielu firm handlowych jest to znak, że można wokół zasilaczy budować główny pion biznesowy. Poza firmami handlowymi w kraju działa kilku producentów takich urządzeń.

W ostatnim okresie na rynku pojawiają się zasilacze, których funkcjonalność znajduje się pomiędzy tymi UPS-ami i zasilaczami buforowymi. Pozwalają one dołączyć akumulator i stworzyć w razie potrzeby podtrzymanie napięcia wyjściowego. Inne rozwiązania zasilaczy tego typu zawierają superkondensatory zapewniające podtrzymanie zasilania, dzięki czemu mają dużą trwałość i pracują w szerszym zakresie temperatur.

Takie specjalistyczne zasilanie gwarantowane zyskuje na popularności, bo z jednej strony rośnie liczba urządzeń wymagających podtrzymania zasilania (np. elementy infrastruktury teleinformatycznej, takie jak switche lub modemy), a z drugiej strony moc pobierana przez takie urządzenia jest coraz mniejsza. Nierzadko też wymagany czas podtrzymania zasilania nie musi być długi.

Klasyczne UPS-y stają się tym samym dla nich "za duże". W takich sytuacjach akumulatory w zasilaczu buforowym zastępuje się dzisiaj superkondensatorami i to wystarcza. Konstrukcyjnie niewiele się zmienia, bo 10-12 superkondensatorów o pojemności mniej więcej 400 F zajmuje tyle miejsca co akumulator 12 V o pojemności 5 Ah.

Czas podtrzymania jest zwykle znacznie krótszy, ale tę niedogodność rekompensuje szeroki zakres temperatur pracy, niewielki ciężar, brak konieczności wymiany okresowej akumulatorów (a więc jest pełna bezobsługowość). Cena takich rozwiązań jest wyższa, ale w aspekcie długoterminowym inwestycja w takie rozwiązanie ma sens, tym bardziej że akumulator zdolny do pracy w szerokim zakresie temperatur też wcale nie jest tani. Zasilacze z superkondensatorami to propozycja głównie do zastosowań w przemyśle i aplikacji instalowanych na zewnątrz budynków.

Jednostki o specjalnym przeznaczeniu

Zasilacz to produkt uniwersalny, ale coraz częściej producenci tworzą wersje specjalizowane - ukierunkowane na specyficzne zastosowania. Uwalniają one projektantów od konieczności dodawania układów pomocniczych, płytek realizujących specyfikę aplikacyjną, które zostają zaszyte wewnątrz obudowy. Takie specjalizowane wersje spełniają wymagania branżowe od strony elektrycznej i mechanicznej.

Rynek zasilania szybko się poszerza od strony liczby funkcjonujących produktów katalogowych. Podstawowe typy różnią się napięciami wyjściowymi (ok. 12 najpopularniejszych wartości), prądem znamionowym, obudową, a w dalszej kolejności dziesiątką innych parametrów. Razem asortyment zasilaczy standardowych obejmuje minimum 500 typów.

Najważniejsze cechy brane pod uwagę przy kupnie zaawansowanych zasilaczy

 

W przypadku zaawansowanych jednostek zasilających kluczowe są parametry techniczne a także niska cena, które razem wybijają się znacząco nad całą, dość wyrównaną, jeśli chodzi o znaczenie, resztę. Z tego powodu lepiej spojrzeć na sam dół zestawienia, gdzie widać, że zdaniem pytanych specjalistów asortyment wyrobów katalogowych na rynku jest już na tyle duży, że wersje wykonywane na zamówienie przestały być postrzegane jako atrakcyjne. Podobnie jest z małymi gabarytami zasilaczy, które przy selekcji produktu nie mają wielkiego znaczenia, zapewne dlatego, że w aplikacjach przemysłowych z miejscem nie ma najczęściej problemu. Słaba ocena kryterium "posiadanie certyfikatów i spełnianie norm" to znak, że albo rynek wierzy bez cienia wątpliwości w deklaracje producentów nt. zgodności, albo dla kupujących nie mają one znaczenia.

Poza tym są wykonania aplikacyjne: do oświetlenia LED, do ładowania akumulatorów o stałym prądzie wyjściowym, wersje medyczne o wzmocnionej izolacji i małym prądzie upływu izolacji, wysokonapięciowe itd. W przypadku zasilaczy do LED stosowane są inne obudowy i złącza takie, które są dopasowane do specyfiki montażu w oprawie oświetleniowej lub puszkach elektroinstalacyjnych. Obudowy takie są najczęściej hermetyczne.

Asortyment dostępnych na rynku zasilaczy poszerza się także o wersje wyposażone we wzmocnioną izolację o niskiej upływności. Do niedawna były one rzadkością i wykorzystywane tylko w aplikacjach medycznych, niemniej poszerzająca się oferta wskazuje, że takie jednostki trafiają także do aplikacji przemysłowych, precyzyjnej aparatury pomiarowej oraz rozbudowanych systemów, gdzie łączone są obwody na różnych potencjałach.

W takich przypadkach zasilacz o wzmocnionej izolacji jest w stanie zapewnić stabilność i jakość działania układów pomiarowych. Problemy są coraz częstsze, bo nie zawsze zasilacz pracuje ze stabilnym obciążeniem, stabilną siecią energetyczną i uziemioną obudową. Duży prąd upływu może wywołać wzrost potencjału na wyjściu w stosunku do ziemi przy połączeniu do sieci dwoma przewodami i przy niewielkim obciążeniu, co może zakłócać działanie obwodów kondycjonujących, wejściowych przetworników itp.

Są też zasilacze dwukierunkowe, a więc takie, które są w stanie odwrócić kierunek konwersji energii i dostarczać zasilanie do wejścia z wyjścia. Inne rozwiązania to zasilacze czteroćwiartkowe, czyli takie, które mogą płynnie zmieniać funkcję z dostarczania energii do obciążenia na jej odbieranie (jak obciążenie elektroniczne). Takich rozwiązań pojawia się coraz więcej.

Elektromobilność

Bez względu na to, ile samochodów elektrycznych jest już w użyciu, ile ich będzie w najbliższych trzech latach i czy będą one produkowane w Polsce zgodnie z wolą polityków, elektromobilność jest ważnym trendem zmieniającym rynek zasilania już dzisiaj. To dlatego, że na samochodach elektrycznych świat się nie kończy i poza nimi jest wiele sprzętu o napędzie elektrycznym.

Po stronie profesjonalnej wystarczy wymienić wózki magazynowe, w tym rozwiązania działające autonomicznie, roboty oraz rozwiązania transportowe mniejszego kalibru, takie jak skutery, hulajnogi, rowery. Te wszystkie urządzenia są zasilane z akumulatorów i muszą mieć ładowarki, czyli specjalne zasilacze.

Jak można ocenić warunki biznesowe panujące w 2018 roku?

 

Ubiegły rok dla co drugiej firmy z tego zestawienia okazał się dobry, a dla co piątej nawet był bardzo dobry, co odpowiada ogólnej kondycji gospodarki krajowej w tamtym okresie i dobrej ogólnej kondycji sektora elektroniki. Elektronika jest osią wielu innowacji, a jej zasięg rynkowy i znaczenie w gospodarce cały czas się zwiększa. Zasilacze trafiają do wszystkich sektorów rynku, przez co popyt jest pochodną ogólnej kondycji gospodarki i nie jest wrażliwy na wahania koniunktury w danych sektorach.

Szczegóły realizacji procesu ładowania zależą od konkretnego rozwiązania, ale zawsze podstawowym komponentem ładowarki jest zasilacz. Ładowarka powinna być mała i wydajna, bo wszystkim użytkownikom zależy na szybkim ładowaniu, a wiele aspektów aplikacyjnych i ekonomicznych jest wprost powiązane z tym, czy sprzęt będzie można szybko naładować.

Wysoko sprawny zasilacz pozwala zapewnić dużą moc wyjściową przy niewielkich wymiarach i dlatego trend elektromobilności będzie pozytywnie oddziaływał na rynek zasilania w kolejnych latach. Co więcej, wydaje się, że ładowarki takie będą budowane w oparciu o najnowsze rozwiązania technologiczne, a więc materiały magnetycznie i podzespoły indukcyjne oraz półprzewodniki z GaN.

Wskazują na to konstrukcje, które się pojawiają na rynku. Ładowarki bazujące na tranzystorach z GaN zapewniają wyraźnie widoczną dla użytkownika większą gęstość mocy. Małe rozwiązania wielkości pudełka zapałek do telefonów osiągają 25 W, odrobinę większe do laptopów ok. 60-80 W, zasilacze o mocy jednego kilowata są dzisiaj wielkości szkolnego piórnika.

Kompatybilność elektromagnetyczna

Zagadnienia kompatybilności elektromagnetycznej zawsze były w zasilaczach ważne, bo ich zasada działania jest taka, że wiąże się z emisją zaburzeń. Temat wydawał się długi czas mało istotny, ale powoli do tego, aby zasilacze były zgodne z normami, zaczyna się obecnie przywiązywać coraz większe znacznie.

Więcej kupujących interesuje się deklaracjami producentów w zakresie zgodności z wymaganiami dyrektyw i chce je otrzymać. Wynika to ze słusznego wiązania wysokiej jakości produktu z tym, że spełnia on normy oraz z tego, że deklaracje dotyczące zasilaczy i innych komponentów składowych są częścią dokumentacji całego produktu, którego zasilacz jest częścią.

Branże o największym potencjale zakupowym w Polsce w odniesieniu do nowoczesnych jednostek zasilających

 

Przemysł i automatyka przemysłowa na pierwszej pozycji w zestawieniu branż o największym potencjale zakupowym na zaawansowane jednostki zasilające nie jest z pewnością żadnym zaskoczeniem, ale warto dostrzec, że w omawianym obszarze rynku zasilania to kryterium jest ponaddwukrotnie większe od kolejnego. Można też w uproszczeniu stwierdzić, że poza obszarem przemysłowym cała reszta ma podobne znaczenie i jednocześnie drugorzędne. Wydajne, niewielkie i funkcjonalne zasilacze są chętnie wybierane do zastosowań przemysłowych, gdyż zapewniają niezawodność i jakość. Jednocześnie są to jednostki wszechstronnie zabezpieczone, odporne na przeciążenia, stany nieustalone i inne anomalie, a więc takie, które są w stanie pracować przez wiele lat bez awarii. Jak wiadomo, awaria zasilacza prowadzi do przestoju, a więc w prostej linii do strat, stąd w tym obszarze jakość zasilania zawsze była priorytetem.

Z uzyskaniem deklaracji CE lub danych na temat badań w zakresie EMC bywa kłopot i można powiedzieć, że jest to też znak pozwalający odróżnić te lepsze jednostki od innych. Na rynku jest wiele tanich zasilaczy, których producent jest wielką niewiadomą. Zasilacze te są importowane z Chin i etykietowane przez firmy handlowe, które w ten sposób tworzą z nich marki własne dla siebie lub na zlecenie klientów.

Ogólnie nie ma w tym procesie nic nagannego, ale formalnie w tych procesach najczęściej ginie dokumentacja oraz informacja o producentach faktycznie wytwarzających te wyroby. Jeden zasilacz może być na rynku dostępny jako kilka pozornie różnych produktów. W takich warunkach poznać faktycznego producenta zasilacza dalekowschodniego nie jest łatwo. Gdy dany zasilacz ma znak UL, można ewentualnie próbować przejrzeć bazę danych tej firmy certyfikującej, dostępną online, jeśli nie, pozostaje drobiazgowe śledztwo.

Parametry dynamiczne

Parametry dynamiczne zasilaczy dotyczą głównie tego, jak dana jednostka reaguje na nagłą zmianę stopnia obciążenia. Gdy skokowo prąd wzrośnie od zera do maksimum, w napięciu wyjściowym pojawia się zapad, nierzadko też wywołuje to oscylacje. Im lepszy zasilacz, tym zmiany napięcia wywołane takim załączaniem obciążenia są mniejsze, ale w praktyce zawsze są jakieś przerzuty.

Zapewnienie tego, aby zasilacz bardzo szybko reagował na wzrost obciążenia, nie jest łatwe i wymaga wielu zabiegów układowych w obszarze pętli sprzężenia zwrotnego. Jej działanie musi być szybkie, ale jednocześnie bezpieczne, aby z kolei całość się nie wzbudzała.

Kompensacja pętli to zagadnienie skomplikowane, stąd wiele typowych konstrukcji ma ścięte pasmo do kilkaset herców po to, aby zasilacz absolutnie się nie wzbudzał w żadnych warunkach obciążenia. A nad tym, że takie działanie prowadzi do milisekundowych czasów reakcji zasilacza na zmiany warunków, nikt się specjalnie nie zastanawia.

Korekcja współczynnika mocy

Korektor współczynnika mocy jest już dzisiaj częścią większości zasilaczy do oświetlenia LED (powyżej 20 W), zasilaczy teleinformatycznych oraz wybranych jednostek napięciowych średniej mocy. W pierwszych dwóch przypadkach decydują wymagania prawne, w ostatnim potrzeba zapewnienia niskiego poziomu zaburzeń wprowadzanych do sieci energetycznej.

Najważniejsze czynniki o charakterze negatywnym dla rynku

 

Najwięcej problemów z rozwojem rynku zasilaczy powodują kiepskie jednostki producentów azjatyckich, obojętnie, czy chodzi o wersje specjalistyczne, czy też takie o bardziej ogólnym przeznaczeniu. Drugi czynnik pod względem ważności to brak wiedzy u klientów na temat znaczenia posiadania pewnego zasilania, orientacji w parametrach lub też umiejętności dostrzeżenia korzyści dla aplikacji. Silna konkurencja na rynku, która znalazła się na trzecim miejscu, dotyczy, jak widać, wszystkich sektorów rynku zasilania, także tych najbardziej wartościowych. Zaskakująco wyższe ceny nowoczesnych zasilaczy nie zostały zakwalifi kowane jako czynniki negatywne dla rozwoju rynku.

Zasilacze do systemów pomiarowych, badań i miernictwa

Zasilacze to też jednostki laboratoryjne wykorzystywane przy pomiarach do zasilania sprzętu i zadawania sygnałów wymuszeń. Są wykorzystywane także w sferze produkcji, podczas testowania jakości i badań automatycznych, gdzie pełnią funkcję podobną do generatorów arbitralnych dużej mocy, generatorów zaburzeń w sieci zasilania oraz części testerów odpowiedzialnej za badania wytwarzanych urządzeń pod kątem współpracy ze źródłem zasilania.

 

Dane kontaktowe do dostawców zasilaczy

Zasilacze takie pozwalają na swobodne programowanie parametrów wyjściowego przebiegu "w locie" i tym samym są wygodnym elementem systemów pomiarowych i testerów ATE. Jednostki te różnią się głównie tym, że pozwalają na regulację napięć i prądów wyjściowych w szerokim zakresie (np. czterech ćwiartkach układu współrzędnych z płynnym przejściem przez zero w każdym kierunku), mają bardzo dobre parametry stabilizacji i czystości napięcia wyjściowego, zawierają często kilka niezależnych kanałów wyjściowych i mogą być sterowane z komputera, pełniąc funkcję elementu systemu pomiarowego.

Liczne użyteczne dodatki

Użyteczna funkcjonalność, jaka pojawia się dzisiaj często w zaawansowanych jednostkach zasilających, obejmuje takie dodatki jak np. możliwość regulacji wyjściowego napięcia w niewielkim zakresie trymerem, po to, aby skompensować spadek napięcia na przewodach wyjściowych. Do tego samego celu służą zwielokrotnione zaciski wyjściowe lub też możliwość podłączenia dwóch dodatkowych przewodów pomiarowych bezpośrednio do zacisków obciążenia (tzw. połączenie kelwinowskie czteroprzewodowe). Taki sposób zapewnia znakomite parametry napięcia wyjściowego (statyczne i dynamiczne) w zasilaczach dużej mocy i o niskim napięciu wyjściowym, np. 5 V/100 A.

Zainteresowanie innowacjami w zasilaczach na rynku polskim

 

Innowacyjne jednostki zasilające, a więc o rozbudowanych funkcjach użytkowych, dużej możliwości aplikacyjnej, wysokiej sprawności oraz doskonałych parametrach dostarczanej energii, muszą być właściwie ocenione przez potencjalnych klientów pod kątem tego, jakie możliwości zapewniają. Wiele innowacji jest skomplikowanych od strony technicznej lub też użytecznych w specyficznych warunkach, bardziej złożonych systemach. Dlatego popyt na takie jednostki w znacznej części jest determinowany przez wiedzę kupujących na tematy związane z zasilaniem. Takie wnioski płyną bezsprzecznie z naszego badania ankietowego, w którym pytaliśmy m.in. o to, jakie jest zainteresowanie innowacjami w zasilaczach na rynku polskim. Z badania wynika również, że udział takich jednostek w rynku zasilania jest niewielki, a kupują je jedynie wymagający klienci do złożonych aplikacji, w których nie ma presji na niską cenę. W połowie przypadków wyższa cena takich zasilaczy tworzy też skuteczną barierę dla popytu, a zatem można stwierdzić, że są to produkty niszowe ze wszystkimi korzyściami i problemami, jakie się z tym wiążą.

Kolejne przydatne funkcje to wyjście sygnalizacji zaniku zasilania, gotowości zasilacza, możliwość chwilowego przeciążania, która przydaje się przy zasilaniu odbiorników, takich jak silniki indukcyjne lub promienniki halogenowe. Pozwala to uniknąć przewymiarowana konstrukcji i kupowania zasilacza ze sporym zapasem mocy.

Wiele aplikacji potrzebuje jej przez krótki czas, a przykładem mogą być zawory, rygle oraz siłowniki i w takiej sytuacji niewielka jednostka zasilająca z możliwością przeciążania jest w rozrachunku znacznie tańsza. Przeciążanie najczęściej bazuje na wbudowanych superkondensatorach.

Od strony układowej zasilacze wyposaża się dzisiaj we wszechstronne układy zabezpieczające, rozbudowane filtry wejściowe, sterowniki zapewniające sygnalizację stanu zasilacza i podobne obwody ochronne na tyle skuteczne, że awaria na skutek przeciążenia, stanu nieustalonego lub zwykłego błędu podczas montażu instalacji staje się praktycznie niemożliwa.

Szeroki zakres napięcia wejściowego

Pięć lat temu nowością na rynku zasilania impulsowego były wersje pozwalające na zasilanie dowolną wartością napięcia sieciowego występującą na całym świecie, a więc od ok. 86 do 240 V_AC, w tym także odpowiadającą jej wartością napięcia stałego. Nietrudno zauważyć, że szybko stało się to standardem i dzisiaj w zasadzie ogromna większość zasilaczy małej i średniej mocy nie wymaga przełączania zakresu zasilania. Wyjątkiem są wersje zdolne do pracy w jeszcze szerszym zakresie, a więc także z zasilaniem napięciem międzyfazowym (ok. 400 V_AC), niemniej ich obszar aplikacyjny jest znacznie ograniczony.

Zestawienie w tabelach

 

Plan raportów "Elektronika" na najbliższe miesiące

Przegląd ofert wymienionych firm i innych dostawców komponentów i systemów zasilania gwarantowanego prezentujemy w tabeli. Ma ona na celu ułatwić ogólną orientację i pozwolić na wstępną selekcję dostawców, np. po to, aby w kolejnym kroku móc przejść do szczegółowych pytań. W drugiej tabeli prezentujemy dane kontaktowe do firm z omawianego obszaru wraz z listą reprezentowanych marek.

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców zasilaczy w Polsce.