Силовая электроника №6'2012

Модуль корректора коэффициента мощности в герметизированном корпусе для индустриальных приложений

Никитин Михаил


В статье рассматриваются технические характеристики и особенности применения нового модуля активного корректора коэффициента мощности компании SynQor для индустриальных приложений. Данное изделие может быть использовано при решении широкого спектра задач по питанию индустриальной радиоэлектронной аппаратуры от сети переменного тока.

При решении задач электропитания промышленной радиоэлектронной аппаратуры от сети переменного тока, как правило, возникает вопрос об использовании надежных AC/DC- или высоковольтных DC/DC-преобразователей. При этом применение последних сопряжено с рядом сложностей: во-первых, необходимость обеспечения требований по электромагнитной совместимости; во-вторых, реализация компенсатора реактивной мощности или корректора коэффициента мощности; в-третьих, минимизация внешних компонентов.

Минимизация внешних компонентов в большей степени сводится к снижению числа конденсаторов, фильтров электромагнитных помех и компонентов, выполняющих защитные функции. В свою очередь, реализация корректора коэффициента мощности (ККМ), как правило, сводится к применению пассивного ККМ, что не лучшим образом сказывается на соотношении активной и реактивной составляющей полной мощности на фоне увеличения массо-габаритных показателей конечного изделия.

В части обеспечения требований электромагнитной совместимости, обозначенных в МЭК 61000-4, применение DC/DC-преобразователей не является простой задачей, при этом полученное схемотехническое решение в любом случае необходимо сертифицировать в специализированных центрах.

В результате, столкнувшись с указанными сложностями, многие разработчики систем питания отказываются от применения DC/DC- в пользу AC/DC-преобразователей, которые, как правило, имеют бóльшие массо-габаритные показатели и меньшую стойкость к внешним воздействиям при сопоставимой стоимости.

Учитывая подобную ситуацию, многие производители ввели в состав своих серийных изделий специализированные модули для адаптации DC/DC-преобразователей к питающим сетям переменного тока.

Производственная компания SynQor вывела на рынок специализированный модуль PFCQor со встроенным активным ККМ (АККМ). Данный модуль обеспечивает возможность подключения к сетям переменного тока DC/DC-преобразователей серии IQ4H (таблица) с диапазоном входного напряжения 180–425 В.

Таблица. Основные характеристики DC/DC-преобразователей серии IQ4H

Группа по мощности Выходное напряжение, В Габариты, мм
1,8 2,5 3,3 5 12 15 24 28 48
FTC Iвых, А 80 50 40 25 21,4 12,5 63×120×13
Pвых, Вт 400 600 600 600 600 600
HTC Iвых, А 70 70 60 50 25 20 12,5 10,7 6,25 39×60,6×12,7
Pвых, Вт 126 175 198 250 300 300 300 300 300
QTC Iвых, А 30 30 30 30 13 10 6,25 5,35 3,12 63×60,6×13
Pвых, Вт 54 75 100 150 156 150 150 150 150

Основные технические характеристики и особенности включения PFCQor

Модуль PFCQor предназначен для использования в сетях переменного тока для двух диапазонов частот синусоидального напряжения — 45–65/360–800 Гц. Входное напряжение может варьироваться в диапазоне 85–264 В, при этом КПД модуля при номинальном напряжении 230 В составляет 96%, а при 115 В — 94%. PFCQor устойчиво работает во всем температурном диапазоне (–40...+100 °С) при нагрузке до 700 Вт, при этом обеспечивается возможность параллельного включения (опционально).

Типовая схема включения модуля PFCQor (рис. 1) предполагает размещение по входу внешней плавкой вставки «F1» (10 А, 250 В) для защиты питающей линии и, при необходимости, пассивного фильтра (AC Filter) для защиты от возможных бросков напряжения и обеспечения дополнительных требований по электромагнитной совместимости (ЭМС).

 Типовая схема включения PFCQor

Рис. 1. Типовая схема включения PFCQor

Для включения/отключения PFCQor-модуля используется инвертированный вход PFC ENA (рис. 2). В дальнейшем инженеры компании SynQor планируют расширить функцию включения/отключения внешней синхронизацией повышающего гальванически неизолированного преобразователя (Step-Up), расположенного в модуле PFCQor (вывод CLK SYNC).

 Электрическая схема входного каскада PFC ENA

Рис. 2. Электрическая схема входного каскада PFC ENA

Преобразователь Step-Up применяется для стабилизации выходного постоянного напряжения на уровне 390±5 В, что необходимо для подключаемых DC/DC-преобразователей при работе от одной или двух линий переменного синусоидального напряжения (L1–N или L1–L2). Ввиду сравнительно небольшой рабочей частоты Step-Up-преобразователю требуется внешний конденсатор Hold-Up (CHold-Up) с рабочим напряжением не менее 450 В. Емкость вышеуказанного конденсатора рассчитывается по простой формуле:

где: P — выходная мощность PFCQor, Вт; Δt — период синусоидального напряжения, с; Vf — регулируемое напряжение, В; Vs — номинал выходного напряжения, В. Так, для однофазной сети переменного напряжения ~220 В 60 Гц получим: Vs = 395 В; Vf = 200 В; Δt = 17мс. Учитывая максимальную нагрузку 700 Вт, Cmin = 205 мкФ (например, можно использовать PEH534YDC3220M2) при максимальной емкостной нагрузке на PFCQor, равной 1 мФ.

Несомненно, наличие в выходной цепи конденсатора большой емкости накладывает определенные требования по ограничению пусковых токов. PFCQor содержит встроенный контроллер предзаряда конденсатора током 100 мА до напряжения 10 В, что явно не достаточно. Поэтому последовательно данному конденсатору необходимо установить резистор R1 для ограничения тока, шунтированный диодом VD1. При необходимости к алюминиевому электролитическому Hold-Up-конденсатору можно установить дополнительный пленочный конденсатор для компенсации выбросов высоких частот и подключить его непосредственно к выходным линиям PFCQor.

Модуль имеет выход разрешения подключения нагрузки  (рис. 3), с помощью которого можно реализовать постепенное включение всей системы питания и избежать появления больших пусковых токов. При использовании совместно с DC/DC-преобразователями SynQor серии IQ4H данный выход следует соединить с выводом включения/выключения преобразователя (ON/OFF).

 Электрическая схема выходного каскада LOAD ENABLE

Рис. 3. Электрическая схема выходного каскада LOAD ENABLE

Помимо вышеуказанных функций, в PFCQor реализован контроль входного переменного напряжения (определение повышенного или пониженного уровня), который можно использовать для индикации или внутреннего контроля через вывод .

Также стоит отметить наличие в PFCQor вывода вспомогательного источника постоянного тока (вывод AUX) напряжением 9–11 В с максимальной нагрузкой 10 мА.

При параллельном включении модулей силовые цепи объединяются, равно как и AUX. В свою очередь, выводы соединяются по схеме монтажное «И», обеспечивая корректность при включении оконечной нагрузки. Особо стоит отметить, что выводы IMON, относящиеся к схеме контроля выходного постоянного тока, у всех PFCQor следует соединить. На выводе IMON во время работы формируется напряжение в диапазоне 0,5–2,5 В, при этом нижняя граница диапазона соответствует работе без нагрузки, а верхняя — полной нагрузке. При использовании внешнего контроллера выходного тока его необходимо подключать к выводу IMON, убедившись в том, что вход является высокоимпедансным.

Конструктивные особенности PFCQor

Конструктивно модуль PFCQor выполнен в пластиковом герметизированным корпусе (63×60,6×13 мм) с металлическим основанием для установки на панель (фланцевое крепление), либо для крепления на нем радиатора (рис. 4). Герметизация модуля осуществляется специальным теплопроводным компаундом, обеспечивающим эффективный отвод тепла от электронных компонентов. Рабочий диапазон температуры эксплуатации составляет –40…+100 °С, что является типовым для изделий промышленного применения.

 Внешний вид корпуса PFCQor

Рис. 4. Внешний вид корпуса PFCQor

Напряжение пробоя на корпус (учитывая металлическое основание) составляет более 2 кВ при нормальных условиях, а сопротивление изоляции соответствует величине 100 МОм. Среднее время наработки на отказ для модуля PFCQor при +70 °C составляет 1,2 млн ч, что является высоким показателем для изделий подобного класса.

Заключение

Модуль PFCQor, производимый в США компанией SynQor, помимо высоких технических показателей полностью соответствует требованиям безопасности UL 60950-1:2007, CAN/CSA-C22.2 No. 60950-1:2007, EN60950-1/A12:2011, а также требованиям электромагнитной совместимости в соответствии с EN61000-4, что существенно расширяет области его применения от промышленного оборудования до систем АСУ ТП и САУ подвижной техники.

С помощью PFCQor разработчики могут существенно повысить гибкость систем питания при малых массо-габаритных показателях и высоких показателях надежности в сравнении с широко используемыми AC/DC-преобразователями.

*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2012_06_76.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо