VIPer26K – czyli zasilacz o napięciu wejściowym 90–600 VAC

Wyższe napięcie przebicia tranzystora pozwala na bezpośrednią współpracę zasilacza z siecią trójfazową, a więc otwiera jego obszar aplikacyjny na przemysł. Podobnie możliwe staje się wykonanie przetwornic zasilających pracujących w transporcie szynowym lub też aplikacjach energii odnawialnej i innych obszarach, gdzie zasilanie to coś więcej niż 230 VAC. Bez problemu można tutaj wykonać zasilacz o napięciu wejściowym 90–600 VAC lub 60–870 VDC. Do tej pory wymagało to użycia dwóch tranzystorów mocy połączonych w szereg oraz jeszcze kilku elementów pasywnych do zabezpieczenia. Nie było też sterowników, które miały tranzystor scalony razem z kontrolerem PWM, co dalej komplikowało układ i niestety powodowało też więcej awarii.

W przypadku zasilania 220–240 V_AC tranzystor z dużym dopuszczalnym napięciem pracy umożliwia zmniejszenie wartości elementów tłumiących przepięcia powstających podczas komutacji na indukcyjnościach rozproszenia transformatora impulsowego (snubber). Tłumienie przepięć oznacza ich zamianę na ciepło, a więc z punktu widzenia zapewnienia dużej sprawności konwersji energii są to straty. Mniej ciepła pozwala na użycie drobniejszych elementów, a także na ogólną poprawę niezawodności, bo temperatura wewnątrz obudowy będzie niższa.

Większa sprawność, niższa moc standby

Każde urządzenie elektroniczne wymaga zapewnienia zasilania, a duża część sprzętu jest dołączona do sieci energetycznej za pomocą zasilaczy adapterowych. Jest ich już na tyle dużo, że sprawność energetyczna oraz moc pobierana bez obciążenia poszczególnych modeli przestaje być pomijalna i sumarycznie tworzy znaczącą część obciążenia sieci. Z tego powodu od lat na całym świecie prowadzone są prace regulacyjne, które narzucają prawnie minimalne wymagania co do efektywności takich jednostek. W USA regulacją zajmuje się Departament Energii, który co pewien czas podnosi poprzeczkę wymagań, ustanawiając nowy poziom (aktualnie 6). W UE zajmuje się tym Komisja Europejska, która definiuje takie regulacje pod nazwą Ekoprodukt.

Od 1 kwietnia 2020 roku zasilacze adapterowe (zewnętrzne, w formie wtyczki lub biurkowe) o mocy poniżej 50 watów nie mogą pobierać bez obciążenia więcej niż 0,1 W, a ich sprawność została ustalona na dość wysokim poziomie. Jest definiowana specjalnym wzorem i im większa moc znamionowa, tym wymagana sprawność rośnie. Z tego powodu na rynku rośnie zainteresowanie klientów sterownikami zasilaczy, które są w stanie sprostać nałożonym wymaganiem i to najlepiej z zapasem, aby po kolejnej nowelizacji przepisów i tym samym następnym podniesieniu poprzeczki nie było problemów ze sprzedażą.

 

Rys. 1. Przykładowy zasilacz fl yback z układem regulacji umieszczonym po stronie wtórnej (z wykorzystaniem TL431 i optoizolatora

 

Rys. 2. Taki sam zasilacz jak z rysunku 1, ale z układem regulacji po stronie wtórnej – ma on prostszą konstrukcję

Dla przemysłu, transportu szynowego…

W halach przemysłowych jest coraz więcej urządzeń elektronicznych, w tym też sprzętu o małej mocy, do którego potrzebne są zasilacze: open frame, na szynę DIN i w obudowie do chassis. VIPer26K może być zasilany z trójfazowych źródeł napięcia oraz podłączany między fazy, co czyni go doskonałym narzędziem do zasilania pomocniczego w warunkach przemysłowych. Fakt, że urządzenie pobiera również mniej niż 30 mW przy 230 V_AC w trybie czuwania, oznacza, że sterownik LED lub mikrokontroler może być w stanie czuwania bez wpływu na rachunek za energię. Mały poziom mocy pobieranej z sieci bez obciążenia, tj. jedna trzecia limitu wyznaczonego przez regulacje prawne, to wynik zaawansowanej konstrukcji sterownika PWM, który zmienia topologię konwersji. Takie możliwości przydają się też w rozwiązaniach automatyki budynkowej. Zasilanie napięciem trójfazowym zapewnia małe tętnienia po wyprostowaniu oraz dużą wartość współczynnika mocy bez konieczności jego dodatkowej korekcji w aplikacjach oświetlenia ledowego.

Zabezpieczenia

Kontroler ma rozbudowane układy zabezpieczające: zwarciowe, nadprądowe oraz termiczne, i pozwala na budowę zasilaczy w różnych topologiach: izolowanych i nieizolowanych od sieci przetwornic zaporowych, z regulacją po stronie pierwotnej i wtórnej, a także konwerterów DC-DC obniżających i podwyższających napięcie (buck i boost).

Stopień bezpieczeństwa kontrolera poprawia ponadto wbudowany układ zabezpieczenia przed niekontrolowanym wzrostem napięcia na wyjściu na skutek uszkodzenia pętli sprzężenia zwrotnego. Ogranicza to możliwość uszkodzenia obciążenia w konsekwencji awarii zasilacza. Aktywuje je nadmierny wzrost napięcia dostarczanego przez pomocnicze uzwojenie transformatora impulsowego.

 

Fot. 3. Przykładowe zestawy projektowe zasilaczy z VIPer26

Wsparcie dla projektantów

Uniwersalność aplikacyjną podkreślają liczne zestawy projektowe ułatwiające testowanie parametrów i tworzenie własnych rozwiązań. STEVAL-VP26K01B to kit zasilacza nieizolowanego obniżającego napięcie, a STEVAL-VP26K01F to z kolei izolowana przetwornica zaporowa z trzema napięciami wyjściowymi. STEVAL-VP26K02F to też przetwornica tego typu (zaporowa, dwutaktowa) z podwójnym wyjściem i z układem stabilizacji po stronie wtórnej. Jest jeszcze STEVAL-VP26K03F – z podwójnym napięciu wyjściowym i tym razem ze stabilizacją po stronie pierwotnej. Ostatnie trzy rozwiązania kierowane są do aplikacji inteligentnego opomiarowania (liczników), a pierwszy ma uniwersalny charakter i nadaje się do wielu zastosowań. Ten zestaw projektowy spełnia normę EN55022 – klasa B w zakresie EMC, co czyni go doskonałym punktem wyjścia do własnych rozwiązań zasilających. VIPer26K korzysta z oscylatora z dodanym jitterem, dzięki czemu prążki emisyjne w widmie są rozmywane i łatwiej spełnić wymagania w zakresie dopuszczalnych poziomów nawet z prostszym filtrem wejściowym.

Zasilacze z układem sterowania po stronie wtórnej wykorzystują optoizolator do przeniesienia sygnału błędu oraz układ TL431 jako źródło odniesienia i wzmacniacza napięcia błędu. Są one najpopularniejsze na rynku, bo zapewniają dobre parametry dynamiczne i znakomitą stabilizację napięcia. Niemniej z uwagi na koszty w wielu aplikacjach sięga się po zasilacze z regulacją po stronie pierwotnej, w których przeniesienie sygnału błędu zapewnia transformator i układ jest prostszy i tańszy. Nie mają one tak dobrych parametrów stabilizacji jak te pierwsze, ale są tańsze i mają wielu zwolenników, bo prosta konstrukcja oznacza mniej awarii.

ST Microelectronics
www.st.com