Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Dlaczego zasilacze impulsowe wysokiej mocy nie są uniwersalne?

TechEkspert 15 Lip 2016 21:20 4428 16
  • Dlaczego zasilacze impulsowe wysokiej mocy nie są uniwersalne?
    O różnych standardach zasilania AC pisaliśmy tutaj, standardy te różnią się zarówno napięciem, częstotliwością jak również rodzajem wtyczki. W przypadku zasilaczy impulsowych małej mocy, jesteśmy przyzwyczajeni do urządzeń uniwersalnych pracujących w zakresie napięć przemiennych 85-265V 50/60Hz. Możliwość wymiany rodzaju wtyczki pozwala na używanie impulsowego zasilacza uniwersalnego praktycznie na całym świecie. Uniwersalne zasilacze impulsowe o mocy 5-10W znajdziemy w ładowarkach telefonów komórkowych, zasilacze o nieco większej mocy pozwalają na zasilanie laptopów.

    Czy zasilacz większej mocy (np. >250W) również może być uniwersalny?



    Tak, jednak nie zawsze będzie to opłacalne. Zasilacz przystosowany do niższych napięć sieciowych pracuje z większymi prądami, zasilacz pracujący z wyższymi napięciami sieciowymi wymaga zastosowania kondensatorów elektrolitycznych przystosowanych do pracy z wyższymi napięciami. Przy produkcji masowej czasami warto produkować dwie osobne linie zasilaczy, dla niższych (~128V) i wyższych (~230V) napięć sieciowych.

    Dlaczego zasilacze impulsowe wysokiej mocy nie są uniwersalne?

    Na powyższym rysunku widać różne wymagania dla zasilacza "niskonapięciowego":
    -kondensator o pojemności wyższej lecz na niskie napięcie
    -tranzystor o niskiej rezystancji kanału na niższe napięcie
    oraz zasilacza "wysokonapięciowego"
    -kondensator o pojemności niższej lecz na wyższe napięcie
    -tranzystor o wyższej rezystancji kanału lecz na wyższe napięcie

    Jeżeli chcemy wykonać zasilacz uniwersalny musimy połączyć w zasilaczu kosztowne cechy elementów:

    Dlaczego zasilacze impulsowe wysokiej mocy nie są uniwersalne?





    Innym pomysłem jest zastosowanie przełącznika napięć. Takie rozwiązania były kiedyś popularne w zasilaczach komputerowych. Przełącznik wiąże się z ryzykiem popełnienia błędu przez użytkownika.

    Dlaczego zasilacze impulsowe wysokiej mocy nie są uniwersalne?

    Innym powodem stosowania zasilaczy dedykowanych dla określonego regionu są lokalne regulacje, które musi spełniać produkt. Łatwiej wyprodukować wiele typów zasilaczy spełniających określone normy, niż uniwersalny zasilacz spełniający wszystkie możliwe normy. Przykładowo w określonych regionach wymagane są zasilacze z korekcją PFC w innych nie jest to wymagane. Dodatkowe elementy zapewniające PFC (lub APFC), generują dodatkowy składnik kosztu produktu. Zastosowanie układu poprawiającego PF jest jak najbardziej korzystne, jednak producent zwykle nie zdecyduje się na ponoszenie kosztów, których może uniknąć...

    Liczby mówią same za siebie:

    Dlaczego zasilacze impulsowe wysokiej mocy nie są uniwersalne?

    Jak widać projektant powinien brać pod uwagę wiele zmiennych przed podjęciem decyzji czy zasilacz do urządzenia powinien być uniwersalny, czy też lepiej zastosować zasilacze dostosowane do określonych warunków.


    Źródło:
    http://www.electronicproducts.com/Power_Produ...ient_and_reliable_why_isn_t_it_universal.aspx

  • #2 15 Lip 2016 23:33
    -RoMan-
    Poziom 42  

    News sprzed 30 lat?

    Od lat stosuje się aktywne układy PFC i zasilacze o mocy setek watów bez najmniejszego problemu mogą być uniwersalne.

  • #3 16 Lip 2016 12:39
    TechEkspert
    Redaktor

    PFC jest odrębnym zagadnieniem i ma mniejszy związek z głównym tematem materiału, czyli zasilaczami dużej mocy, które mogą pracować z zasilaniem sieciowym 85-265V. Chodzi tu bardziej o skalę i optymalizację kosztów niż możliwości techniczne.
    Jak można przeczytać, da się zrobić zasilacz uniwersalny dużej mocy ale nie zawsze jest to opłacalne.

    Jeżeli w wyniku optymalizacji kosztów okaże się że opłacalny jest wariant z dwoma wersjami zasilaczy, lub z jednym modelem 85-265V to jest to decyzja korzystnie wpływająca na koszty produkcji.

    Gorzej jeżeli optymalizacja kosztów wpływa na szeroko rozumianą jakość zasilacza, tutaj klient otrzymuje produkt niższej jakości. Efektem może być np. brak PFC (gdy nie jest wymagane w danym regionie), lub np. niższa żywotność zasilacza co odczuje już większość klientów.

    Także wiele rozwiązań stosuje się od lat, chyba że producent postanowił zmniejszyć koszt produkcji... a czasami taki krok jest odczuwalny dla odbiorcy produktu.

    @-RoMan- tu nie chodzi o to co się da zrobić, tylko o to co stosuje się w praktyce, przy dużej skali produkcji i określonych warunkach "brzegowych".

    Przykładowo:
    Zasilacze PC masowa produkcja i optymalizacja kosztów wersja pracująca tylko z High Line (200-240V):
    A90 GDP 550W-700W 200-240V

    Dostępna jest też wersja uniwersalna Low Line/High Line:
    GPS 450-750W 100-240V

    Zasilacz serwerowy uniwersalny 100-240V 500W - technologia na to pozwala nie potrzebna silna optymalizacja kosztu:
    Zasilacz HPE 500W Flex Slot: 100V - 240V AC
    Parametry:
    Dlaczego zasilacze impulsowe wysokiej mocy nie są uniwersalne?

    Przy większej mocy (800W) ograniczeniem staje się technologia, ekonomia, parametry źródła zasilania i zapewne praktyczne podejście do projektu:
    Zasilacz HPE 800W Flex Slot: 200V - 240V AC
    Parametry:
    Dlaczego zasilacze impulsowe wysokiej mocy nie są uniwersalne?

    Zasilacz do LED dwie wersje dla HL i LL:
    Mean Well 25W - wersja A 90-135V AC / wersja B 180-295V AC

    Zasilacz Mean Well 600W z przełącznikiem Low Line / High Line
    MW 600W 120/230

    Powstała ciekawa dyskusja poboczna, natomiast najlepsza odpowiedź na pytanie: czy warto produkować zasilacz uniwersalny?
    brzmi: to zależy ;)

  • #4 17 Lip 2016 12:04
    a_noob
    Poziom 22  

    TechEkspert napisał:
    czy warto produkować zasilacz uniwersalny?

    Odpowiedź powinna być ściśle powiązana z docelowym zastosowaniem, w przypadku przemysłu, zamiast tracić moce projektowe i wytwórcze na zrobienie zasilacza uniwersalnego, powinno skupić się na efektywności i niezawodności w określonych warunkach pracy. Osoba nabywająca taki zasilacz wie czy on będzie pracował w Ustrzykach Dolnych czy w Snakewater i jakie musi mieć przez to parametry wyjściowe. Co innego gdy mowa o elektronice konsumenckiej - uniwersalności jest przydatna, jednak albo podniesie koszty, albo obniży efektywność lub co gorsza (i częściej wybierane przez producentów) niezawodność. Tu powinien być zachowany pewien balans, bo nikt nie kupi zasilacza zbyt drogiego (nawet jeśli producent obieca że nasze prawnuki będą z niego jeszcze korzystały), jednocześnie wiemy że zbyt niska cena jest podejrzana (tydzień i do kosza).

  • #5 17 Lip 2016 12:52
    deus.ex.machina
    Poziom 32  

    TechEkspert napisał:
    PFC jest odrębnym zagadnieniem i ma mniejszy związek z głównym tematem materiału, czyli zasilaczami dużej mocy, które mogą pracować z zasilaniem sieciowym 85-265V. Chodzi tu bardziej o skalę i optymalizację kosztów niż możliwości techniczne.
    Jak można przeczytać, da się zrobić zasilacz uniwersalny dużej mocy ale nie zawsze jest to opłacalne.


    PFC (warto odświeżyć zasadę działania PFC) nie jest odrębnym zagadnieniem, ale integralną częścią każdego rozwiązania, zwłaszcza o większej mocy - problemem jest uzyskanie wysokiej sprawności w szerokim zakresie napięc wejściowych, a w tej chwili zwłaszcza w zasilaczach dużej mocy większość wysiłków związana jest z podwyższaniem sprawności - krytyczne z punktu widzenia datacenter gdzie setki serwerów trzeba zasilać i chłodzić...

  • #6 17 Lip 2016 20:24
    TechEkspert
    Redaktor

    @a_noob dokładnie, odpowiedź nie jest jednoznaczna i zależy od wielu czynników, przy masowej produkcji temat jest jeszcze trudniejszy.

    @deus.ex.machina z punktu widzenia inżyniera PF jest bardzo istotnym parametrem, natomiast jest to nieco inna kategoria problemowa w porównaniu do tematu zakresu tolerowanych przez zasilacz napięć wejściowych.

    W przypadku wspomnianych data center istotne jest uzyskanie wysokiej sprawności urządzeń przetwarzających energię elektryczną, aby jak najmniej energii tracić w elementach takich jak zasilacze AC/DC i UPS-y. Można trafić tutaj na ciekawe rozwiązania np. serwery kasetowe ze wspólnymi redundantnymi zasilaczami na poziomie chassis, lub zasilanie HVDC, tryby wysokiej sprawności UPS oraz wiele innych. Wiele z tych rozwiązań ma swoje wady i zalety.

    Natomiast patrząc na poziomie całego data center, gdy już energia elektryczna zostanie doprowadzona (z jak najmniejszymi stratami) do serwerów to w większości zostanie w nich zamieniona na ciepło, które trzeba odprowadzić. Systemy odprowadzania ciepła odgrywają tutaj bardzo dużą rolę.
    Dlatego dość popularne jest definiowanie wskaźnika PUE dla całego DC, jest to stosunek mocy pobieranej przez DC (IT+chłodzenie,UPS-y,oświetlenie itp.) do mocy pobieranej przez sprzęt IT (serwery, przełączniki, routery, macierze itp.).

  • #7 17 Lip 2016 23:27
    deus.ex.machina
    Poziom 32  

    TechEkspert napisał:

    @deus.ex.machina z punktu widzenia inżyniera PF jest bardzo istotnym parametrem, natomiast jest to nieco inna kategoria problemowa w porównaniu do tematu zakresu tolerowanych przez zasilacz napięć wejściowych.


    W aktywnym PFC napięcie wejściowe na wejściu zasilacza jest stałe (w uproszczeniu) i wyższe niż napięcie szczytowe w sieci zasilającej.

  • #8 18 Lip 2016 13:30
    Sabre
    Poziom 18  

    TechEkspert napisał:
    Zasilacz do LED dwie wersje dla HL i LL:
    Mean Well 25W - wersja A 90-135V AC / wersja B 180-295V AC


    Może trochę nie na temat, ale nie mogłem się powstrzymać. Zasilacze led firmy Mean Well mają pewną wadę, która w moim mniemaniu dyskwalifikuje je całkowicie z użytku. Przejrzałem wiele not katalogowych ich zasilaczy i nawet w tym linkowanym powyżej widać jak kiepskie one są dla nas konsumentów. Już tłumaczę o co chodzi. Każdy model tego zasilacza ma sinusoidalne napięcie na wyjściu o Vp-p od 4,6V (dla 350mA) do 2V (dla 1400mA). Powoduje to, że diody zamiast świecić się ładnie cały czas migają sobie w takt 100Hz co bardzo negatywnie wpływa na samopoczucie osób przebywających w tak oświetlonym pomieszczeniu. O denerwującym efekcie stroboskopowym już nawet nie będę pisał.
    Tak więc co z tego, że zasilacz ma wysoką sprawność, ma PFC, jak po prostu jest źle zaprojektowany pod względem użytkowym.

  • #9 18 Lip 2016 18:37
    TechEkspert
    Redaktor

    @deus.ex.machina zarówno moduł aktywnej lub statycznej korekcji PF często można potraktować jako osobny moduł w zasilaczu. Swego czasu w dość prymitywny sposób porównałem kształt prądu na wejściu zasilacza z APFC i bez:


    Link


    @Sabre z zasilaczy MW do LED nie korzystałem i nie wiedziałem że mają taką cechę, którą można przyrównać do wady konstrukcyjnej. Stosowałem natomiast zasilacze MW na szynę i nie miałem do nich zastrzeżeń zarówno jeśli chodzi o parametry jak i trwałość.

  • #10 19 Lip 2016 09:48
    a_noob
    Poziom 22  

    @Sabre a żeś mnie przeraził... Aktualnie robię oświetlenie przed stację kontroli pojazdów z użyciem zasilaczy Mean Well, a ta informacja mnie "lekko" zmartwiła. Jednak nie pierwszy raz używam ich zasilaczy do led i nigdy problemów nie zauważyłem. Uspokoiłem się całkiem gdy zajrzałem do not. Otóż nigdzie nie jest napisane że to sinus 100Hz, jest jedynie notka, że pomiary dokonywane są przy 20MHz, częstotliwość tętnień prawdopodobnie będzie pokrywała się z częstotliwością przetwornicy, a tej niestety nie podają w notach ale na pewno będzie to kilkadziesiąt lub kilkaset kHz. Druga sprawa zasilacze które akurat u mnie leżą i czekają na zamontowanie są z serii APC, jeden model ma 300mVp-p, a napięcie diody będzie w granicach 36V, drugi model ma 350mVp-p, a napięcie wyjściowe będzie ok 70V - i są to wartości maksymalne, czyli większe nie będą, a najprawdopodobniej będą mniejsze. Tak więc w tym przypadku tętnienia nawet przy 50Hz byłyby nie widoczne. Ostatnia sprawa to zjawisko bezwładności luminoforu w diodach. O ile przy kilkudziesięciu Hz i skokach 3Vp-p niewiele nam ta bezwładność da, o tyle przy Khz i nawet 5Vp-p dzięki dzięki tej właściwości luminoforu świecenie będzie ciągłe, bez żadnej zadyszki.

  • #11 19 Lip 2016 10:09
    Sabre
    Poziom 18  

    @a_noob no cóż, przerazić nie chciałem a uzmysłowić jakie kuku robią nam producenci zasilaczy. Ja do ledów mam inne zasilacze i niestety miały tętnienia na poziomie około 2,5Vp-p, co przy 9 ledach dawało widoczne migotanie. Nie wiem dlaczego jest to 100Hz, ale tak jest, i nie ma to żadnego związku z częstotliwością pracy przetwornicy. Większość zasilaczy, które mają na wyjściu dławik z podwójnym uzwojeniem do tłumienia tych tętnień, pracuje właśnie na 100Hz. Ja nawet dołączałem układ na tranzystorze do wyjścia zasilacza, aby niwelować te tętnienia, ale ma to sens do 10W, powyżej 10W za bardzo grzeje się tranzystor i nie wygładza aż tak tych tętnień. Mam chyba jeszcze filmy nagrywane 1000fps żeby obejrzeć dokładnie to migotanie i efekt po dołączeniu układu na tranzystorze. Teraz mam założone jakieś chińskie zasilacze na jakimś małym mikrokontrolerze PIC. Zasilacze są ściemnialne i pracują na znacznie wyższych częstotliwościach i nie da się zauważyć tego nieszczęsnego migotania na 100Hz.

  • #12 19 Lip 2016 10:21
    a_noob
    Poziom 22  

    Dziwią mnie twoje doświadczenie, korzystałem z kilku serii zasilaczy przemysłowych napięciowych tej firmy i chyba trzech serii prądowych typowych do LED. Nigdy się z migotaniem nie spotkałem, a w pracy praktycznie wszystko jest wykorzystuje do zasilania LED'ów - czy to w reklamie czy oświetleniu.
    Możesz napisać jakie to konkretnie modele i jak wyglądały układy zasilane nimi?

    @TechEkspert wybacz za offtop ;)

  • #13 19 Lip 2016 11:38
    Sabre
    Poziom 18  

    @a_noob nie, ja nie korzystałem z zasilaczy firmy Mean Well. Swego czasu wykonałem u siebie w mieszkaniu pełne oświetlenie na ledach. Miałem problem z zauważalnym dla mnie migotaniem diod, ale tylko z zasilaczami, które mają możliwość ściemniania. Zainteresowałem się wtedy bardziej tematem i zacząłem baczniej przyglądać się datashetom poszczególnych zasilaczy gdy szukałem nowego kandydata do moich ledów. Wszystkie ściemnialne zasilacze firmy Mean Well, których noty przejrzałem, a które można gdzieś było kupić, miały niestety zbyt wysokie napięcie międzyszczytowe na wyjściu. Każdy zasilacz tego typu ma najwyższą sprawność przy obciążeniu jak najwyższym napięciem dopuszczalnym. Moje plafony miały po 9/3W diod łączonych szeregowo, zasilałem je z zasilacza 350mA przystosowanego do zasilania max 10 diod w szeregu. Przy takiej konfiguracji da się zauważyć przygaszanie diod już nawet przy 2Vp-p, a nawet i niższych różnicach. U mnie było 2,6-2,8Vp-p. Diody nie gasły całkowicie, ale ich jasność spadała na tyle mocno, że dawało się zauważyć efekt stroboskopowy gdy machało się dłonią stojąc pod plafonem.

    Tak więc osobom, które planują wykonać takie oświetlenie sugeruję baczne przeglądanie dokumentacji zasilaczy. Napięcie na wyjściu musi koniecznie posiadać jak najniższe napięcie międzyszczytowe, rzędu kilkuset mV maksymalnie.

  • #14 19 Lip 2016 13:32
    deus.ex.machina
    Poziom 32  

    TechEkspert napisał:
    @deus.ex.machina zarówno moduł aktywnej lub statycznej korekcji PF często można potraktować jako osobny moduł w zasilaczu. Swego czasu w dość prymitywny sposób porównałem kształt prądu na wejściu zasilacza z APFC i bez:


    Akurat nie chodziło mi kształt prądu tylko o wysokość napięcia na wyjściu PFC i jego względna stałość - w tym kontekście właściwy zasilacz nie pracuje już z szerokim zakresem napięć wejściowych, z kolei obecność PFC (zazwyczaj aktywnego) w zasilaczach większej mocy (>75W) jest chyba uwarunkowana prawnie (EN61000-3-2).

  • #15 19 Lip 2016 15:39
    a_noob
    Poziom 22  

    @Sabre zmierzyłem model APC-16-350, napięcie wyjściowe 37,3V, prąd 354mA. Tętnienia dochodzą co prawda do 800mVp-p (wg noty katalogowej pomiar jest dokonywana na przewodach z dołączonymi kondensatorami, dlatego są mniejsze wartości), jednak ich częstotliwość wynosi ok 60kHz, sama szpilka trwa do 100ns, a echo ciągnie do 2us i potem ok 14us "ciszy". Przy szpilkach sięgających kilku V taki zasilacz może trochę "siać w eterze", ale migania bez super mocy nie dostrzeżesz. Nie handluje tymi zasilaczami (więc to ni jest reklama), jednak ich sporo używam i mogę śmiało Ci polecić jak masz problemy w instalacji o których piszesz.

  • #16 19 Lip 2016 16:01
    Sabre
    Poziom 18  

    @a_noob ja potrzebowałem ściemnialnego zasilacza. Zwykłe raczej nie migają (nie liczę "zasilaczy" wbudowanych w żarówki led).

  • #17 21 Lip 2016 18:29
    TechEkspert
    Redaktor

    deus.ex.machina napisał:
    TechEkspert napisał:
    @deus.ex.machina zarówno moduł aktywnej lub statycznej korekcji PF często można potraktować jako osobny moduł w zasilaczu. Swego czasu w dość prymitywny sposób porównałem kształt prądu na wejściu zasilacza z APFC i bez:


    Akurat nie chodziło mi kształt prądu tylko o wysokość napięcia na wyjściu PFC i jego względna stałość - w tym kontekście właściwy zasilacz nie pracuje już z szerokim zakresem napięć wejściowych, z kolei obecność PFC (zazwyczaj aktywnego) w zasilaczach większej mocy (>75W) jest chyba uwarunkowana prawnie (EN61000-3-2).


    W pewnym sensie blok PFC przypomina topologię przetwornicy step-up, nic dziwnego że może pojawiać się podwyższona wartość napięcia za blokiem PFC.