Zasilacze impulsowe dzisiaj są małe, wysoko sprawne, tanie i dostępne

Za najważniejszy czynnik sprzyjający rozwojowi rynku zasilaczy można uznać szybko rosnący cały rynek techniki, na którym pojawia się coraz więcej urządzeń i sprzętu wymagającego zapewnienia zasilania z sieci. Coraz więcej urządzeń, rozwój systemów automatyki i informatyki przemysłowej, liczne aplikacje specjalistyczne, jak na przykład oświetlenie LED, przyczyniają się do wzrostu popytu.

Zapotrzebowanie można wskazać w praktycznie każdej dziedzinie techniki, bo są to urządzenia uniwersalne, bez których nie można się obyć, dlatego wraz z kolejnymi inwestycjami w telekomunikacji, w transporcie, w przemyśle, rynek zasilaczy znacząco się zwiększa i przyciąga nowych dostawców.

Współczesny rynek zasilania w ogromnej większości tworzą jednostki pracujące impulsowo, co wynika z kosztów oraz wielu czynników techniczno-funkcjonalnych, jak wysoka sprawność, duża wydajność z jednostki objętości, mały ciężar, doskonałe parametry techniczne i kompletne obwody zabezpieczające.

Popyt na takie nowoczesne jednostki kształtują regulacje prawne w zakresie sprawności i mocy pobieranej bez obciążenia, wymagania co do specyficznych funkcji, jak praca równoległa, współpraca z akumulatorami, wysoki MTBF oraz zdalny monitoring. Liczy się także coraz wyższa świadomość klientów, którzy mają coraz większe i konkretne wymagania w zakresie zasilania, znają się na jakości tych produktów i rozumieją, jak ważne dla ich aplikacji jest niezawodne zasilanie.

Wzrost rynku zapewnia też coraz szersza oferta tych produktów, obejmująca wiele typów obudów, wykonań napięciowo-mocowo-prądowych. Oferta jednostek katalogowych w ostatnich latach znacznie się powiększyła, co w przypadku aplikacji o małej mocy w dużej mierze wyeliminowało konieczność zamawiania wersji indywidualnych.

Niestandardowe i nietypowe wykonania zasilaczy sprzed paru lat dzisiaj stają się typowe, co prowadzi do obniżenia kosztów aplikacji zasilacza i zapewnia zawsze poszukiwaną i cenioną elastyczność takich rozwiązań. Proces ten można uznać za mechanizm samonapędzający się, bo im szersza oferta katalogowa, tym klienci chętniej korzystają z takich jednostek w projektach. A wynikający z tego rozwój rynku zachęca kolejnych dostawców do poszerzania oferty.

Negatywne zjawiska psujące biznes

Największą branżą dla zasilaczy impulsowych jest przemysł i zastosowania w automatyce, a także w wielu urządzeniach elektronicznych produkowanych przez OEM- ów. W zastosowaniach tych wykorzystuje się jednostki w obudowach montowane w szafach sterowniczych, a w elektronice wersje open-frame lub w obudowach do montażu w chassis albo na PCB. Te obszary branżowe są naturalnym odbiorcą produktów markowych o wysokiej jakości, kupowanych do nowych instalacji i wykorzystywanych podczas modernizacji. Dobre notowania mają też elektronika konsumencka i telekomunikacja, a w porównaniu do naszych poprzednich opracowań dotyczących zasilaczy małej mocy znacząco wzrosło znaczenie zasilaczy dla medycyny. Słabo wypadła też radiokomunikacja i informatyka, zapewne dlatego, że pierwsza dziedzina stała się dzisiaj zbyt niszowa, a druga zbyt konsumencka.

Bez cienia wątpliwości największym problemem krajowego rynku zasilaczy małej mocy są tanie jednostki o niskiej jakości i słabych parametrach pochodzące od mało znanych dostawców azjatyckich. Rynek omawianych produktów jest mocno konkurencyjny, a kryterium ceny jest w znakomitej większości przypadków najważniejszym kryterium wyboru.

Równocześnie dzisiaj każdy może zostać importerem zasilaczy, próbując wykorzystać powyższe zjawiska, nawet jeśli o zasilaniu nie ma pojęcia i import nie jest poparty wystarczającą wiedzą techniczną. Taka sytuacja powoduje dostępność tanich urządzeń, które często nie spełniają podstawowych parametrów.

Zdaniem wielu ankietowanych specjalistów krajowy rynek wręcz zalany jest tanimi zasilaczami, a klienci, widząc zmagania dostawców takich produktów, jeszcze bardziej naciskają na minimalizację kosztów. Dla rynku krajowego takie tanie zasilacze pochodzące od nieznanych producentów (nazywane najczęściej jako no-name) nie byłyby może aż tak dużym zagrożeniem, bo klienci mają już wyrobione odruchy obronne i potrafią być nieufni w przypadku kompletnie nieznanych produktów i nowych dystrybutorów.

Niestety na rynku pojawiają się produkty będące kopiami zasilaczy renomowanych firm. Ich kształt obudowy, logo i oznaczenia modelu są łudząco podobne do oryginałów, przez co całość można uznać za podróbkę. Druga grupa to tzw. tanie zamienniki, a więc równoważne funkcjonalnie i mechanicznie produktom markowym, co widać zwłaszcza w zakresie zasilaczy do oświetlenia ledowego. Problemem takich jednostek jest rozbieżność pomiędzy parametrami w specyfikacji a rzeczywistością, brak wymaganych certyfikatów lub też sprowadzających się do naklejki, na której można napisać dowolną treść.

Za przeszkodę w rozwoju rynku można uznać też politykę dystrybucyjną wielu producentów z Dalekiego Wschodu, którzy nierzadko preferują okazyjne kontrakty i rozbudowaną sieć sprzedaży. Zamiast jednego dużego dystrybutora wybierają raczej kilka firm, które z założenia są skierowane przeciwko sobie.

Duże kontrakty tacy producenci potrafią obsługiwać sami, omijając formalną siatkę sprzedaży i nie mają oporów, aby często zmieniać ustalenia i listę reprezentantów. Takie działania powodują, że niestety na rynku zasilania coraz rzadziej można liczyć na długofalowe relacje partnerskie, a skutkiem jest to, że przedsiębiorstwa uwikłane w takie powiązania są słabo zainteresowane marketingiem i promocją produktów.

Wiele nowości

Generalnie utarło się, że zasilacze o małej mocy to w sumie jednostki proste konstrukcyjnie, bo duża funkcjonalność często nie jest potrzebna, za to niska cena już jak najbardziej tak. To twierdzenie jest często prawdziwe, ale z pewnością nie jest tak zawsze i w ofertach producentów są też modele zaawansowane. Są one potrzebne do najbardziej wymagających aplikacji przemysłowych, medycznych, wojskowych a także wszędzie tam, gdzie cena zasilacza nie jest parametrem krytycznym. Takie jednostki pozwalają też na obserwację trendów co do kierunku, w którym idzie branża.

Sterowanie cyfrowe

Profile rynkowe dostawców zasilaczy impulsowych

Istotnym trendem dla całego rynku zasilania jest tzw. sterowanie cyfrowe. Terminem tym określa się technologię, w której sterownikiem zasilacza jest odpowiedni mikrokontroler. Ponieważ większość takich układów ma wbudowane doskonałe przetworniki analogowo-cyfrowe, układ PWM, timery, możliwe jest zbudowanie sterownika, który będzie realizował wszystkie funkcje związane z regulacją napięcia i obwodami zabezpieczeń.

Mikrokontroler zapewnia uniwersalność i możliwość kształtowania parametrów za pomocą wymiany oprogramowania firmware. Wiele funkcji zabezpieczających i sygnalizacyjnych też daje się z jego użyciem łatwo wykonać, stąd w nowych konstrukcjach sterowanie cyfrowe jest częstą opcją.

W praktyce z uwagi na konieczność minimalizacji opóźnień w pętli sprzężenia zwrotnego MCU musi być wydajny, albo konieczne jest użycie jednostek o charakterze kontrolera sygnałowego typu DSC, a więc produktu o funkcjach charakterystycznych dla DSP. Jest to problem, ale mimo wszystko wart rozwiązania.

Mikrokontroler w zasilaczu pozwala też na dodanie funkcji, które w przypadku tradycyjnego sterownika analogowego wykonać było niełatwo: komunikację z systemem nadrzędnym, możliwość połączenia kilku zasilaczy w system redundantny, autodiagnostykę, programowanie parametrów (napięcia, progi ograniczeń) za pomocą interfejsu cyfrowego, alarmy, a nawet kształt charakterystyki ograniczenia prądowego. Mikrokontroler jest w też stanie skutecznie usypiać zasilacz przy braku obciążenia i pomagać w ładowaniu akumulatorów.

Wysoka sprawność

Ważnym trendem jest wzrost sprawności jednostek, który w najbardziej zaawansowanych konstrukcjach sięga 95-96%. Wysoka sprawność to dzisiaj nie tylko wymóg prawny nakładany przez wymagania UE w sprawie ekoprojektu, ale także potrzeba rynku. Wysoka sprawność to oszczędność energii zasilającej, co może przy zasilaniu z sieci nie jest źródłem kolosalnych oszczędności, ale w systemach z podtrzymaniem bateryjnym przekłada się na znacznie dłuższy czas pracy z danej pojemności akumulatora.

Wysoko sprawny zasilacz niewiele się grzeje, a więc może też pracować w szerszym zakresie temperatur, a cała konstrukcja może być bardziej zminiaturyzowana, bo nie ma potrzeby rozpraszania tak dużej mocy ciepła. Wysoka sprawność zawsze była pożądaną cechą zasilaczy impulsowych, ale obecnie coraz większą wagi przykłada się do tego, aby była ona wysoka zawsze, czyli także przy małym obciążeniu i w pełnym zakresie napięć zasilania, a nie tylko w jednym wybranym i najlepszym punkcie charakterystyki.

Wysoka sprawność zasilaczy umożliwia ich dużą miniaturyzację, co jest logiczne, bo obwody wewnętrzne mogą być ciasno upakowane i nie ma potrzeby dawania dużych radiatorów. Warto dostrzec, że miniaturyzacja w zasilaczach nie jest efektem kompromisów, czyli mniejszy zasilacz ma takie same parametry elektryczne jak jednostka większa.

Mówiąc o sprawności zasilaczy, trzeba pamiętać, że podawana przez producenta wartość z reguły dotyczy najkorzystniejszych warunków pracy, a więc na przykład, gdy napięcie wejściowe jest wysokie i pod pełnym obciążeniem. W innych warunkach sprawność jest mniejsza, nierzadko sporo mniejsza, o czym nie zawsze się pisze. Warto być dociekliwym, bo inaczej można przepłacić.

Niska moc standby

W zestawieniu kryteriów handlowych, które liczą się najbardziej w sprzedaży zasilaczy, na pierwszym miejscu znalazła się cena, co nie jest z pewnością zaskoczeniem. Podobnie jest z parametrami technicznymi, zawsze lokującymi się w czołówce tego typu analiz. Niemniej trzeba przyznać, że rzadko znaczenie ceny jest oceniane aż tak wysoko - a tym razem za najważniejszy parametr wskazało ją aż 94% pytanych. Trzecia pozycja, będąca czasem dostawy, sugeruje, że klienci nie chcą czekać na dostawę zasilacza, raczej wolą go kupić od ręki u innego dostawcy. Małe znaczenie ma dzisiaj także dostępność wersji na zamówienie i długość gwarancji. To skutek poszerzenia się oferty produktów katalogowych, przez co pomijając nieliczne specjalistyczne zastosowania nie ma już potrzeby indywidualizowania takich produktów. Gwarancja też nie stanowi dzisiaj problemu, bo stopień zabezpieczenia konstrukcji zasilaczy przed uszkodzeniem podczas instalacji i użytkowania jest tak duży, że w zasadzie nie psują się one.

Na topie zmian technologicznych jest też minimalizacja mocy pobieranej przez zasilacz bez obciążenia (standby), co jest istotne zwłaszcza w zasilaczach małej mocy, które nierzadko są podłączone do sieci przez cały czas i nie mają wyłącznika.

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 tym temacie 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 sterowania z gubieniem impulsów, zmianą topologii konwersji jest łatwiejsza do osiągnięcia.

Wzmocniona izolacja, możliwość przeciążenia

Nabywcami zasilaczy są w największej części klienci końcowi, potrzebujący takich jednostek do tworzonych systemów, instalacji lub urządzeń. Drugą grupę stanowią producenci OEM i działy utrzymania ruchu. Potrzeby utrzymania ruchu nie wynikają z tego, że zasilacze się psują i trzeba je serwisować i wymieniać, ale raczej są efektem trwających ciągle procesów modernizacyjnych. Wiele instalacji przemysłowych i linii produkcyjnych podlega stałemu unowocześnianiu, w ramach którego wymienia się bloki funkcjonalne lub pojedyncze urządzenia. Dotyczy to też zasilaczy.

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 jeszcze w szerszym zakresie, a więc także przy zasilaniu napięciem międzyfazowym (ok. 400 V_AC), niemniej ich obszar aplikacyjny jest znacznie ograniczony.

Wiele nowych jednostek pozwala dzisiaj na chwilowe przeciążanie. Oznacza to, że w krótkim czasie można obciążyć zasilacz mocą większą niż znamionowa, co przydaje się przy sterowaniu maszynami wyposażonymi w silniki indukcyjne, oświetleniem żarowym lub innymi odbiornikami, np. z dużą składową pojemnościową na wejściu.

Zakres dopuszczalnego przeciążania, a więc o ile procent mocy znamionowej można zwiększyć obciążenie oraz czas, przez jaki maksymalnie to może trwać, różnią się, w zależności od modelu i producenta. Niemniej widać, że najnowsze jednostki renomowanych marek pozwalają na więcej niż kiedyś oraz w porównaniu do innych producentów.

Zdolność do przeciążania staje się popularną funkcjonalnością zasilaczy, bo pozwala na spore oszczędności. Wiele aplikacji maksymalną moc pobiera też przez bardzo krótki czas, a przykładem mogą być systemy sterujące bramą, zamkiem elektromagnetycznym lub przepływem, gdzie sterowanie elementem wykonawczym (rygiel, zawór, siłownik) trwa maksymalnie kilka sekund. W takiej sytuacji niewielka jednostka zasilająca z możliwością przeciążania jest w rozrachunku znacznie tańsza.

Asortyment dostępnych na rynku zasilaczy poszerza się także o wersje wyposażone we wzmocnioną izolację (klasy II). 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, a więc zapewniający bardzo mały prąd upływu, 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.

Oświetlenie ledowe

Sprzedaż zasilaczy małej mocy od około pięciu lat poprawia szybko rosnąca popularność nowoczesnego oświetlenia LED-owego. Do zasilania diod potrzebne jest dopasowane pod względem właściwości źródło prądowe, które często zawiera ponadto szereg dodatkowych układów sterujących (np. jasnością) i zabezpieczających. W przypadku zasilaczy do LED stosowane są też często inne obudowy, takie, które są dopasowane do specyfiki montażu w oprawie oświetleniowej, lub puszkach elektroinstalacyjnych. Obudowy takie są najczęściej hermetyczne.

Zasilacz do diod LED jest w zasadzie od strony elektrycznej taki sam jak wszystkie inne, a różnice sprowadzają się do funkcji realizowanych przez sterownik, gniazda, obudowy, przez co producenci tych komponentów mogą dość szybko wprowadzić na rynek takie urządzenia. Efektem jest spora oferta takich jednostek na rynku, potrzebnych do realizacji wszystkich mniej masowych aplikacji, np. w meblarstwie.

Przegląd dostawców zasilaczy

Zasilacze impulsowych to podstawowe źródło energii dla całej techniki, przez co urządzenia te znaleźć można u wielu sprzedawców, w tym w szczególności o szerokiej ofercie i firm katalogowych jak Masters, Elhurt, TME, Micros, Maritex, Farnell element14, Conrad Electronic, Elfa Distrelec, Gamma oraz BNS.

Zasilacze są w ich przypadku czymś typowym, a asortyment obejmuje kilka linii produktów, w tym także modułowe przetwornice DC-DC do montażu na PCB. Zasilacze oraz przetwornice sprzedają też firmy o bardziej specjalistycznym profilu: Amtek, JM elektronik, Payda oraz MPL Power Elektro. Najczęściej ich zaangażowanie w tym temacie bierze się z powiązania z silnym i znanym producentem, którego marka jest w dużej mierze wsparciem do sprzedaży.

Po lewej pokazano typy zasilaczy, gdzie konkurencja na rynku jest największa, po prawej, które typy sprzedają się najlepiej. W obu przypadkach zdecydowanym faworytem okazały się zasilacze w obudowie przeznaczonej do montażu na szynie DIN. Popularność zasilaczy na szynę to skutek zmian zachodzących w przemyśle, automatyce i instalacjach budynkowych. Od około pięciu lat systemy w tych zastosowaniach buduje się na bazie obudowy lub skrzynki instalacyjnej, która na tylnej ściance ma umieszczoną stalową szynę, na którą wsuwa się jeden obok drugiego kolejne moduły. Jest to szybki, uniwersalny i zwarty montaż, wygodny dla instalatorów i użyteczny dla serwisu. Warto też odnotować wysoką pozycję w obu kategoriach zasilaczy dla oświetlenia LED. Z pewnością jest to dowód, jak duży potencjał drzemie w tym sektorze rynku.

Kolejne firmy to dostawcy komponentów dla przemysłu i automatyki. Firmy te albo dystrybuują produkty markowych producentów zasilaczy, albo oferują je pod własną marką. Są to w tym opracowaniu Astat, Eltron, Astor, OEM Automatic, Weidmüller, Murrelektronik oraz Siemens, Phoenix Contact, Balluff, Omron i inne.

Znaczącą grupę tworzą krajowi producenci zasilaczy, czyli Imcon- Intec, Merawex, Polwat, Noratel, Tatarek oraz Indel, znany z produkcji transformatorów sieciowych i Elplast produkujący zasilacze do diod LED.