Czwartek, 09 stycznia 2020

KOMPONENTY ELEKTRONICZNE – w nich się kryją innowacje

Z tematem zasilania dzisiaj musi się umieć zmierzyć każdy inżynier, co powoduje, że obojętnie jaką się ma specjalizację, trzeba mieć rozeznanie w tym, co jest dostępne na rynku, jakie parametry charakteryzują zasilacze oraz wiedzieć, jak spośród dziesiątek typów, setek wersji, marek, ofert producentów i importerów wybrać ten najlepszy i optymalny pod względem jakości i ceny. Wybór zasilacza jest niełatwy także dlatego, że na rynku jest dużo tandety, a wiele jednostek nie spełnia podstawowych parametrów, nie mówiąc już o zapewnieniu długoterminowej jakości.

KOMPONENTY ELEKTRONICZNE – w nich się kryją innowacje

Zasilacze impulsowe – niezawodne i bezpieczne

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. 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 bardziej standardowy, tym jego wewnętrzna konstrukcja 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.

Co się liczy w zasilaczach u klientów?
 
Naturalnym podejściem jest chęć uzyskania jak najwięcej za jak najniższą cenę. Dlatego w pierwszym podejściu niemal wszystkie nowości i "udogodnienia" oferowane przez bardziej zaawansowane systemy zasilające są pożądane. Niemniej bardziej zaawansowane rozwiązania zwykle muszą kosztować więcej, co nie zawsze jest do zaakceptowania, i często na koniec okazuje się, że klienci są gotowi na daleko idące kompromisy, byleby tylko zapłacić mniej. Nie ma w tym nic złego, jeśli wybory takie są dokonywane świadomie i zastosowany system zasilania spełnia niezbędne wymagania techniczne i niezawodnościowe – czyli jest "z tej samej półki" co urządzenie, w którym został użyty.

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).

Po trzecie, wysoka sprawność oznacza też 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.

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.

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 sterowania 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 tym stanie poniżej 0,1 W.

Tadeusz Drozdek

 Inżynier sprzedaży w firmie Amtek

  • Jakie zjawiska techniczne w zasilaczach warto wymienić?

Choć zasilacze to dziedzina już mocno dojrzała, o ponad 50-letniej historii, to ich rozwój nie zwalnia. W sensie ilościowym zmiany dotyczą miniaturyzacji, poprawy sprawności i zmniejszenia poboru energii, minimalizacji emisji i zwiększenia odporności EMC, usprawnienia odprowadzania ciepła oraz poprawy niezawodności i czasu życia, zwiększenia odporności na warunki takie jak wahania napięcia sieciowego, wysoka czy niska temperatura, wilgotność, wstrząsy i wibracje.

Osiąga się to poprzez zastosowanie nowoczesnych podzespołów – choćby półprzewodników opartych na węgliku krzemu czy azotku galu albo nowych materiałów magnetycznych, przez rozwiązania układowe, takie jak cyfrowa topologia regulacji czy innowacyjne układy korekcji współczynnika mocy, a także przez różnego rodzaju zabiegi konstrukcyjne, jak np. optymalizacja projektu płytki zasilacza zorientowana na lepsze rozpraszanie ciepła. Zmiany jakościowe to przede wszystkim coraz bogatsze wyposażenie funkcjonalne zasilaczy, w tym kompleksowe układy zabezpieczeń, sygnalizacja stanów awaryjnych i sterowanie. Najbardziej zaawansowane jednostki, wyposażone w interfejsy cyfrowe, pozwalają nie tylko na wszechstronne monitorowanie aktualnego stanu czy sterowanie włączaniem/ wyłączaniem, ale również ustawienie i odczyt wielu parametrów pracy, takich jak napięcie, prąd wyjściowy czy progi zadziałania zabezpieczeń. Niektóre umożliwiają rejestrację stanów awaryjnych i rzeczywistego czasu pracy, a nawet predykcję pozostałego czasu życia.

Na koniec warto wyróżnić cechy wymuszane nowymi aplikacjami i nowymi wymaganiami obowiązujących norm. Należą do nich coraz bardziej wyrafinowane układy korekcji współczynnika mocy, zdolność do krótkotrwałego dostarczenia dużego prądu potrzebnego do rozruchu coraz powszechniejszych obciążeń indukcyjnych, takich jak silniki, czy do absorbcji prądu wspomagającej ich hamowanie, łącznie ze zwrotem odbieranej energii do sieci. Są to również rozwiązania coraz większych zasilaczy z cichym i bezawaryjnym chłodzeniem pasywnym oraz małe zakłócenia, prądy upływu i wzmocniona izolacja galwaniczna wymagane przez aplikacje medyczne.

  • Gdzie kieruje się rozwój tego biznesu (aplikacje, branże)?

Głównym czynnikiem rozwojowym jest coraz szersze zastosowanie zaawansowanej elektroniki oraz nowe trendy w dziedzinach takich jak transport, medycyna czy produkcja przemysłowa, gdzie coraz bardziej wyrafinowane systemy testowania i pomiarów, sterowania i napędu zastępują dotychczasowe rozwiązania elektromechaniczne czy pneumatyczne. Tu, obok podstawowego wymogu stabilnego i niezawodnego zasilania elektroniki, można wymienić coraz większe potrzeby odnośnie do testowania i ładowania akumulatorów czy napędu różnego rodzaju silników i siłowników, coraz ostrzejsze wymagania norm bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej, a także stałe dążenie do minimalizacji zużycia energii.

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.

Najważniejsze czynniki o charakterze negatywnym dla rynku
 
Najwięcej problemów z rozwojem rynku zasilaczy stanowią tanie i 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 zakwalifikowane jako czynniki negatywne dla rozwoju rynku.

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. Pełna cyfryzacja zapewnia jeszcze możliwość programowania topologii konwersji mocy, a więc 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.

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

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rynku zasilaczy
 
Za najważniejsze zjawisko sprzyjające rozwojowi rynku zasilaczy pytanie przez nas w ankietach specjaliści uznali wzrost znaczenia zagadnień związanych z jakością w ostatnich latach, a także stale rosnące zaawansowanie techniczne urządzeń elektronicznych. Te dwa zjawiska wymuszają stosowanie coraz bardziej zaawansowanych zasilaczy, takich, które dostarczają energię o lepszych parametrach lub 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.

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.

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.

Zainteresowanie innowacjami w zasilaczach na rynku polski

 
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 skomplikowanych 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.

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. Drugi 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.

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. Czas podtrzymania jest zwykle znacznie mniejszy, 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 na rynku coraz częściej producenci tworzą wersje specjalizowane – ukierunkowane na specyficzne zastosowania. Uwalniają one projektantów od konieczności dodawania dodatkowych układów pomocniczych, płytek realizujących specyfikę aplikacyjną, które zostają zaszyte wewnątrz obudowy. Takie specjalizowane wersje spełniają wymagania branżowe od strony elektrycznej i mechanicznej.

Są to 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.

Adam Wolak

 Product manager w firmie Masters

  • Jakie nowości i trendy są warte zauważenia w zasilaczach?

Unia Europejska oraz Stany Zjednoczone wprowadziły niedawno nowe normy i dyrektywy energetyczne. W związku z tym producenci zasilaczy dążą do zmniejszenia strat energii, a co za tym idzie osiągnięcia jak najwyższej sprawności w trybie pracy i zapewnienia jak najmniejszego poboru prądu w trybie standby. Miniaturyzacja urządzeń ma również przełożenie na wymagania odnośnie do gabarytów zasilaczy. Klienci oczekują zapewnienia wysokich parametrów przy jednoczesnej jak najmniejszej obudowie.

  • Na jakie cechy zasilaczy zwracają uwagę najczęściej klienci branżowi? Jakim czynnikiem jest cena?

Kiedy wchodzi w grę wybór elementów zasilania, klienci zwracają uwagę na stosunek ceny do oferowanych parametrów technicznych oraz jakości. Konstruktorzy szczególną wagę przywiązują do wysokiej sprawności. Ważne są również gabaryty, które muszą pasować do projektowanego urządzenia, kompatybilność elektromagnetyczna oraz certyfikaty potwierdzające zgodność z normami, np. ze standardami kolejowymi czy medycznymi.

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 autonomiczne, 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.

Szczegóły realizacji procesu ładowania zależą od konkretnego rozwiązania, ale zawsze podstawowym komponentem ładowarki jest zasilacz. Ładowarka powinna być mała i szybka, 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.

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. 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.

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 VAC, 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 z zasilaniem napięciem międzyfazowym (ok. 400 VAC), niemniej ich obszar aplikacyjny jest znacznie ograniczony.