Д. Яблоков

Мощные модульные источники питания

В последние годы прослеживается тенденция роста потребляемой мощности телекоммуникационными системами и “интеллектуализация” приводов энергетических установок. Все они требуют мощных источников качественной энергии также с интеллектуальными функциями. Многие потребители, ранее довольствовавшиеся мощностями до 100 Вт, теперь переходят на источники 200–300 Вт. Те, кому и этих мощностей становится мало, планируют переход на 400 Вт – 1 кВт. Одной из самых интересных в последней категории импульсных источников является серия MVP производства компании ASTEC. Обычно мощные источники узкоспециализированы, и требования к ним, как по экономическим, так и по энергетическим параметрам весьма жёсткие, зачастую уникальные. Изделия этого класса, как правило, не относятся к массовым. Однако ASTEC, благодаря технико-экономическому потенциалу, смогла пойти по, казалось бы, убыточному пути, предложив универсальный модульный “конструктор” на любой вкус.
Серия MVP — это ряд типовых модулей на различные напряжения и токи, устанавливаемых на заводе в стандартные корзины (рис. 1). Конструкция может быть укомплектована любыми модулями, однако суммарная мощность ограничена габаритной мощностью корзины. Модули могут быть соединены последовательно или параллельно, имеют развитую систему управления и индикации и позволяют легко сконфигурировать источник под любые требования. Каждая корзина может иметь до 10 независимых выходов, что в общей сложности даёт более миллиона всевозможных комбинаций токов и напряжений.

Выбор корзины

Выпускаются 4 типоразмера корзин: на 400, 600, 800 Вт и 1 кВт. Благодаря высокой частоте преобразования и продуманному охлаждению, источники компактны (табл. 1).

В корзине размещаются основные силовые цепи и управление модулями. Её блок-схема приведена на рис. 2.

Переменное напряжение 85–264 В (47–440 Гц, 1 Ф) или постоянное 120–350 В, прошедшее через фильтр и ограничитель пускового тока, преобразуется в стабилизированное +380 В, которое разведено на слоты для питания оконечных модулей. Там же установлен высоковольтный накопительный конденсатор большой ёмкости, способный поддерживать полную номинальную выходную мощность корзины при выпадении более двух полупериодов сети.
Встроенный дополнительный источник питания супервизора постоянно вырабатывает ряд напряжений для вентилятора, логики синхронизации, управления корзиной и модулями, а также позволяет подключать внешнюю нагрузку 5 В, 250 мА.
На задней панели корзины расположены светодиодные индикаторы состояния сети (AC OK) и первичного преобразователя (DC OK), сетевой разъём под винт и двухрядный сигнальный разъём, на который выведены TTL-входы управления и контроля состояния источника. Все они имеют внутреннюю гальваническую развязку. Вход INHIBIT запрещает работу преобразователя при подаче логической “1”. Эта функция, в сочетании с ограничением пускового тока, позволяет использовать источник в режиме “горячей замены” (рис. 3).

Первичный преобразователь на транзисторах IGBT работает в режиме резонанса, что значительно снижает помехи и удовлетворяет требованиям электромагнитной совместимости стандарта IEC EN55022 часть “B”. Активный корректор коэффициента мощности поддерживает его на уровне более 0,99, в соответствии со стандартом EN61000-3-2. Рабочая температура окружающей среды источника — от -20 до +50°С при влажности до 95%.

Выбор модулей

Модули представляют собой оконечные DC/DC-преобразователи локальной распределённой сети питания +380 В. Они выбираются исходя из требуемого тока и напряжения из стандартного ряда от 1 до 120 А и от 2 до 60 В (табл. 2 и 3). Любое промежуточное значение напряжения в пределах ±20% номинала может быть установлено подстроечными резисторами и программированием по специальному аналоговому входу. По два модуля могут быть соединены последовательно; так можно получить до 120 В на выходе. В параллель может быть включено любое количество модулей для увеличения предельного тока. В этом случае рекомендуется заказывать установку развязывающего диода на выходе каждого модуля.

Блок-схема модулей приведена на рис. 4. На их передней панели расположены потенциометры регулировки напряжения, выходные разъёмы под винт и двухрядный сигнальный разъём, на который выведены входы управления:

• вход INHIBIT (гальванически развязан) запрещает работу модуля при подаче логической “1”;
• входы REMOTE SENSE (+/-) отрицательной обратной связи позволяют компенсировать падение напряжения на проводах, будучи присоединены непосредственно в точке подключения нагрузки. При большом расстоянии до нагрузки рекомендуется выполнять это соединение тонкой витой экранированной парой;
• вход MARGIN дистанционной регулировки напряжения. Изменяя напряжение на нём от -1,5 до +4,5 В, можно пропорционально изменять выход в пределах ±10%. Внутри модуля этот вход уже соединён с высокоомным выходом опорного источника +1,5 В, что соответствует номинальному выходному напряжению, если MARGIN не используется;
• высокоомный выход/вход CURRENT SHARE (SWP) предназначен для активного выравнивания токов при параллельном включении ряда однотипных модулей.

Простое параллельное соединение модулей для увеличения выходного тока не даст пропорционального результата из-за неравномерного распределения токов и приведёт к отключению сначала одного, затем другого источника при срабатывании защит от перегрузки. Во всех модулях возможность параллельного соединения заложена наличием цепи SWP (Single Wire Parallel). Контакты SWP параллельных модулей должны быть объединены вместе. При этом на SWP формируется усреднённое напряжение, пропорциональное току, отдаваемому в нагрузку каждым модулем. Если ток какого-либо из них превысит средний, то его схема управления скорректирует напряжение до равенства токов с точностью до ±2%. При изменении тока в диапазоне от 0 до 100% номинала, напряжение на SWP меняется прямо пропорционально, от 2 до 6 В. Через высокоомный буфер этот сигнал может быть подан на АЦП для контроля тока нагрузки. SWP даёт разработчику ещё одну уникальную возможность: подача внешнего управляющего напряжения на этот вывод превращает источник стабилизированного напряжения в регулируемый источник тока. Такое переключение режимов может быть полезно, например, при зарядке аккумуляторных батарей.

Система обозначений

Модули размещаются, начиная от крайнего правого слота № 1, в порядке убывания мощности (или в алфавитном порядке, при прочих равных условиях), а записываются в наименовании слева направо в той же последовательности. Свободные слоты закрываются заглушками. Система обозначений серии MVP и примеры представлены на рис. 5. Буква “M” в конце обозначения означает сниженный до 300 мкА ток утечки, в соответствии со стандартом UL2601 для медицинских применений.
Более подробная техническая документация доступна на www.astec.com.