Aby działać, elektronika musi być zasilana, stąd praktycznie bez wyjątku każde współczesne urządzenie techniczne potrzebuje zasilacza. Pod tym hasłem kryją się tysiące rozwiązań różniących się parametrami, budową, przeznaczeniem i wykonaniem i coraz częściej jednostki te są wykorzystywane do zapewnienia działania krytycznych systemów i instalacji. W przypadku zasilaczy dużej mocy, takich, które kierowane są do aplikacji przemysłowych, medycznych, telekomunikacyjnych, funkcja jaką ma taki sprzęt, staje się coraz ważniejsze. Dlatego ich wybór, parametry techniczne, niezawodność i funkcjonalność mają fundamentalne znaczenie dla szeroko rozumianego bezpieczeństwa.
Kłopoty z kupnem komponentów, które stały się w ostatnich miesiącach palącym problemem dla wszystkich, dotyczą też zasilaczy. Nie ma w nich wprawdzie nowoczesnych i wydajnych mikrokontrolerów, ale jest wiele innych elementów, z którymi też jest kłopot zaopatrzeniowy, np. kondensatory, tranzystory mocy, rdzenie.
Jak i we wszystkich innych podzespołach elektroniczne, ceny zasilaczy w ostatnich miesiącach się zwiększyły. Podrożały surowce takie jak laminaty i płytki drukowane oraz stopy lutownicze. Tak samo wzrosły ceny tworzyw sztucznych. W ostatnim okresie podrożała znacząco miedź, bo jest ona niezbędna m.in. do produkcji silników elektrycznych, na które jest duże zapotrzebowanie ze strony motoryzacji. W konsekwencji drożej trzeba płacić za drut nawojowy. W kolejności większe ceny środków do produkcji, a także koszty pracy plus inflacja przełożyły się na wyższe ceny urządzeń.
Niestety wzrost cen elektroniki może wpłynąć negatywnie na popyt i zakontraktowane projekty oraz przetargi, bo zmusi do ich ponownej kalkulacji. Zmieniające się ceny tworzą też ryzyko biznesowe, zmuszają do zwiększenia marży w projektach (marginesu opłacalności), na ewentualne dalsze podwyżki cen.
Negatywnie na rynek zasilaczy wpływa też niestabilna sytuacja u inwestorów przejawiająca się przesunięciami terminów lub rezygnacją z inwestycji. Niestety fakty są takie, że wiele podzespołów, materiałów, surowców, subkomponentów jest wytwarzane w Azji, a tam sytuacja też jest daleka od równowagi. Mimo że pandemia pojawiła się na tamtym kontynencie na początku, do dzisiaj tamtejsze firmy mają problemy z osiągnięciem pełnej wydajności.
Z większości kryzysów branża elektroniki wychodziła bez strat, bo zapotrzebowanie na nowoczesne technologie było zawsze duże, a cykl projektowy liczy się w perspektywie kilku lat, czyli dłuższej niż zazwyczaj trwają problemy. Dla branży elektroniki izolacja w domach i konieczność pracy zdalnej nie okazały się wielką przeszkodą, bo dla pracowników biurowych miejsce pracy nie ma kluczowego znaczenia, a produkcja jest zautomatyzowana. Ale takich problemów z dostępnością elementów, jakie mamy teraz, jeszcze nie było, a dodatkowo zwykle mijały one szybciej.
W przypadku zasilaczy dużej mocy poprawa wielu ważnych parametrów technicznych wiąże się z użyciem nowych generacji podzespołów półprzewodnikowych. Dotyczy to wielu zagadnień, a przykładem może być mała moc pobierana z sieci bez obciążenia, która wynosi kilkadziesiąt miliwatów nawet w wydajnych, kilkusetwatowych zasilaczach przemysłowych. Aby zapewnić taki rewelacyjny wynik, konieczne jest użycie zaawansowanych kontrolerów scalonych, które potrafią dynamicznie zmieniać topologię konwersji energii w funkcji stopnia obciążenia, uruchamiają tryby oszczędnościowe, gdy zasilacz jest nieobciążony itp.
Zaawansowany kontroler zmienia też dynamicznie częstotliwość kluczowania tranzystorów po to, aby ograniczyć straty mocy wynikające z komutacji, a więc aby zapewnić większą sprawność zasilacza. Taki układ zwykle dzisiaj pracuje w topologii rezonansowej, która zapewnia małą emisję zaburzeń elektromagnetycznych i realizuje przełączanie tranzystorów w zerze napięcia lub prądu.
Kolejnym bardzo istotnym elementem są tranzystory przełączające, które powinny zapewnić małe straty na przewodzenie (jak najmniejszy spadek napięcia w czasie przewodzenia) oraz na komutację (w czasie przełączania). Dodatkowo tranzystory takie powinny mieć jak największe napięcie znamionowe. Zapewnia to oczywiście dużą odporność na przepięcia pojawiające się w sieci energetycznej, ale także ogranicza straty energii wynikające z konieczności tłumienia przepięć na transformatorze powstających w wyniku przełączania.
Naturalnym kandydatem do nowoczesnej jednostki zasilającej są elementy wykonane z azotku galu, niemniej na razie nie widać na rynku, aby takie jednostki zasilające pojawiały się masowo w ofertach. Rynek czeka na tanie tranzystory GaN oraz na ich dobrą dostępność. Na razie trafiają one głównie do elektrycznej motoryzacji, gdzie stanowią bazę konstrukcyjną inwerterów i konwerterów. W zasilaczach też niewątpliwie będą, ale prawdopodobnie gdy rynek dystrybucji się uspokoi i ceny ustabilizują.
Coraz więcej systemów zasilających staje się bardziej skomplikowanych z uwagi na to, że nie bazują one już jedynie na jednym źródle energii, tj. sieci energetycznej. Popularyzacja energii odnawialnej i elektromobilności w transporcie wymusza dostosowanie zasilaczy także do takich źródeł i odbiorników. Oznacza to możliwość podłączenia akumulatora, zdolność do zasilania napięciem stałym wahającym się w szerokim zakresie, możliwość przeciążania i łączenia równoległego. To także działanie dwukierunkowe, w którym kierunek energii może zostać odwrócony po to, aby doładować akumulator jako ładowarka. Taka funkcjonalność jest podstawą działania systemów odzyskiwania energii w napędach.
Coraz częściej zasilacze dużej mocy pozwalają na programowanie parametrów z użyciem cyfrowego interfejsu. Jest to bardzo wygodna opcja, bo pozwala na precyzyjne wyregulowanie napięcia, ustawienie progów zadziałania zabezpieczeń, sposobu stabilizacji napięcia lub też połączenie kilku zasilaczy w większy zespół pracujący równolegle. To także dotyczy chłodzenia, np. progu aktywacji wentylatora lub możliwości chwilowego przeciążenia. Interfejs komunikacyjny ułatwia użycie zasilacza klientom, a producentom zapewnia możliwość spełnienia specyficznych wymagań klientów z użyciem jednostki katalogowej, stąd rozwiązanie to szybko się popularyzuje.
Poza tym w obecnej rzeczywistości staje się standardem możliwość monitoringu zdalnego urządzeń. Sprzęt pracujący w instalacjach rozproszonych coraz częściej podłącza się do jakiejś sieci lub przynajmniej koncentratora danych lub bramki dostępowej. Dzięki temu można sprawdzić bieżące parametry, jak napięcie i prąd obciążenia, temperaturę oraz obejrzeć dane historyczne na temat np. tego, czy zasilacz wszedł w tryb awaryjny (doznał przeciążenia), ile razy i kiedy. Z punktu widzenia nowoczesnego przemysłu taki monitoring stanu wiąże się z zagadnieniami kategoryzowanymi jako predykcyjne utrzymanie ruchu, ale takie potrzeby wynikają także z przyczyn ekonomicznych. Podłączenie na stałe daje możliwość alarmowania oraz podejmowania wyprzedzających działań prowadzących do oszczędności.
Duża sprawność konwersji energii zawsze jest istotnym parametrem selekcji zasilacza, bez względu na przeznaczenie i moc wyjściową. W przypadku jednostek dużej mocy przekracza ona już istotnie 90%, czasem jest to już nawet ponad 95% dla pełnego obciążenia i generalnie taki rewelacyjny wynik pozwala na wykonywanie zasilaczy mniejszych, bo w nich zagadnienia związane z odprowadzaniem ciepła nie są tak bardzo uwypuklone. Większa sprawność to mniej ciepła, a więc też mniejszy zasilacz. Ponieważ mniejszy, to też tańszy, a skoro jest on podczas pracy chłodniejszy to zasilacz jest tym samym bardziej niezawodny. Są to proste zależności, które od lat zmieniają branżę od strony technologii. Mała, ale wydajna jednostka zasilająca ułatwia instalację, pozwala na lepszą integrację z konstrukcją urządzenia lub maszyny oraz z dużym prawdopodobieństwem jest nowocześniejsza od większych (starszych) rozwiązań.
Kolejny skok sprawności zapewnią nowe półprzewodniki, a więc GaN- y. Niemniej, aby trafiły pod strzechy, muszą być tańsze i dostępne, stąd cały czas zasilacze wykonane w tej technologii ogląda się niestety tylko na zdjęciach. Duża sprawność w kolejnych latach dalej będzie na topie, bo energia elektryczna drożeje. Wysoka sprawność to oszczędność energii zasilającej, a więc mniejsze rachunki, a także dzisiaj dłuższy czas pracy z danej pojemności akumulatora.
W przypadku zasilaczy dużej mocy wiele z nowych jednostek to wersje specjalizowane, a więc takie, gdzie ich opis wymaga podania więcej informacji poza oczywistymi poziomami napięć, prądów i mocy. Trudno syntetycznie wskazać cechy, które jednoznacznie charakteryzują takie jednostki, ale można przynajmniej pokazać takie bardziej typowe.
Wiele z zasilaczy przemysłowych pozwala na chwilowe przeciążanie o kilkanaście, kilkadziesiąt procent, co jest użyteczne przy sterowaniu maszynami wyposażonymi w silniki indukcyjne lub innymi odbiornikami, np. z dużą składową pojemnościową na wejściu. 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. Gdy wymagane jest chwilowe silne przeciążanie zasilacza, w układzie najczęściej pojawiają się superkondensatory.
Zasilacze impulsowe dostarczają energii dla coraz bardziej wrażliwych układów i systemów, np. urządzeń medycznych, pomiarowych, do rozproszonych instalacji zasilanych z różnych sieci. W takich obszarach ważna jest wzmocniona izolacja, gwarantująca mały prąd upływu i potencjał resztkowy na masie. Do niedawna były one rzadkością i wykorzystywane tylko w aplikacjach medycznych, niemniej poszerzająca się oferta wskazuje, że takie jednostki trafiają także do urządzeń przemysłowych, do 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.
Użyteczna funkcjonalność, jaka pojawia się dzisiaj często w zaawansowanych jednostkach zasilających, obejmuje ponadto 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). Taki sposób zapewnia znakomite parametry napięcia wyjściowego (statyczne i dynamiczne) w zasilaczach dużej mocy i o niskim napięciu wyjściowym.
Zasilacze wyposaża się dzisiaj we wszechstronne układy zabezpieczające, rozbudowane filtry wejściowe, sterowniki zapewniające sygnalizację stanu zasilacza i podobne obwody działające na tyle skutecznie, że awaria na skutek przeciąże nia, stanu nieustalonego lub zwykłego błędu podczas montażu instalacji staje się praktycznie niemożliwa.
Szeroki zakres napięcia wejściowego to kolejny parametr, który wiele mówi o nowoczesności. Standard tanich jednostek to 100‒240 V AC, lepsze działają w zakresie 85‒265 V AC, najlepsze w jeszcze szerszych widełkach, po to, aby można było zasilać je napięciem międzyfazowym (400 V AC). Nawet jeśli nie korzystamy z sieci innej niż 230 V AC, to gdy zakres dopuszczalnych napięć jest szeroki, korzystnie przekłada się to na odporność zasilacza na krótkotrwałe zaniki napięcia i przepięcia o dużej wartości.
Od lat mówiło się, że w przyszłości instalacje elektryczne nie będą już tak bardzo scentralizowane, a więc z widocznym podziałem na elektrownie, linie przesyłowe oraz odbiorców końcowych. Jako konsekwencja tego procesu rozwój i popularność instalacji PV przyspieszyły rozwój technologii zasilania dwukierunkowego, a więc takich jednostek, które są w stanie konwertować energię w dwie strony, np. zasilając silnik napędzający urządzenie i odbierając od niego energię hamowania po to, aby ładować akumulator. Są to skomplikowane rozwiązania zasilaczy, ale powoli znajdują swoje miejsce na rynku.
Bezsprzecznie w przyszłości będziemy mieć coraz więcej instalacji lokalnych generujących prąd ze słońca lub wiatru. Dużo się też mówi o lokalnych magazynach akumulatorowych do gromadzenia nadwyżek z instalacji odnawialnych lub odzysku energii z układów mechanicznych w transporcie. Oznacza to, że falowniki dwukierunkowe i zasilacze dużej mocy będą się popularyzować.
Zobacz więcej w kategorii: Rynek - archiwum
Zobacz więcej w temacie: Komponenty
Świat Radio
14,90 zł Kup terazElektronika Praktyczna
18,90 zł Kup terazElektronika dla Wszystkich
18,90 zł Kup terazElektronik
15,00 zł Kup terazIRE - Informator Rynkowy Elektroniki
0,00 zł Kup terazAutomatyka, Podzespoły, Aplikacje
15,00 zł Kup terazIRA - Informator Rynkowy Automatyki
0,00 zł Kup teraz