Modern dağıtım sistemleri tipik olarak izole edilmiş ve izole edilmemiş AC/DC ve DC/DC güç dönüştürücülerinin karmaşık kombinasyonlarını gerektirir. İzolasyon dönüştürücüler esas olarak tek veya birden fazla arıza durumunda sistemleri ve kullanıcıları korumak için kullanılır; Sinyal bütünlüğünü korumak için izole edilmiş alt işlevlere güç sağlamak da gereklidir.
Prensip olarak, gelişmiş IC'ler kullanılarak, yaklaşık 1000 watt gücünde düşük ila orta güçte dönüştürücüler kolayca tasarlanabilir ve farklı mimariler aracılığıyla farklı performans değiş tokuşları elde edilebilir. Ancak gerçekte dönüştürücülerin geliştirilmesi ve doğrulanması basit olmaktan uzaktır. Nominal çıkış voltajı ve akımı, verimlilik, geçici yanıt, fiziksel boyutlar ve devreler, yükler ve güç kaynakları için arıza koruması da dahil olmak üzere en az bir temel işlevsel performans gereksinimleri kümesini karşılamanız gerekir.
Tasarım zorlukları temel bilgilerle sınırlı değildir. Şu anda güvenlik performansını, farklı yük seviyelerinde verimliliği, kapatma performansını, termal performansı, elektromanyetik girişim (EMI) emisyonunu ve bağışıklığı kapsayan bir dizi zorunlu düzenleyici gereksinime uymak gerekmektedir. Bu özelliklerin sertifikalı bir test laboratuvarı tarafından doğrulanması gerekir; bu da tasarım süresini önemli ölçüde artıracaktır. Basit, bağımsız bir araştırma ve geliştirme planı hızla son derece yüksek risklere yol açabilir ve kısa sürede bağımsız araştırma ve geliştirme veya dış kaynak kullanımı arasında seçim yapmaya gelince, hızla ikincisine yöneleceğinizi göreceksiniz.
Hala şüpheniz varsa dönüştürücünün elektriksel izolasyon fonksiyonuna da sahip olması gerektiğini düşünebilirsiniz. Bu hemen hemen tüm AC/DC dönüştürücüler için ortak bir gereklilik olmasına rağmen, bazı DC/DC dönüştürücüler ayrıca elektriksel izolasyon gerektirir. Bu gereklilik, yeni düzenlemeler, zorunlu güvenlik ve sertifikasyon standartlarını getirerek, güç kaynağı özelliklerine bakılmaksızın kendi geliştirdikleri ve dış kaynak kullananların kararlarını satın almaya daha yatkın hale getiriyor.
İyi haber şu ki, devre kartına monte edilmiş izole edilmiş ve izole edilmemiş güç dönüştürücüler, aralarından seçim yapabileceğiniz birden fazla nominal voltaj ve akıma sahiptir. Bu ürünler, savunma, iletişim, test ve ölçüm (izole edilmiş) ve mobil robotlar (izole edilmemiş) gibi uygulama alanlarında ürün tasarımını ve dağıtımını büyük ölçüde basitleştirir ve güç dağıtım işlevlerini gerçekleştirmek için birleştirilebilir.
Bu tip dönüştürücü tak ve çalıştır işlevini gerçekleştirir, ana baskılı devre kartına (PC kartı) takılabilir ve dağıtım rayı için özel konum optimize edilir. Ayrıca bu tip dönüştürücüler bağımsız destek veya braket gerektirmez. Basitçe söylemek gerekirse, bu tür bir ürün, doğrudan güç işlevselliğini sağlayan kapalı, eksiksiz bir tak ve çalıştır çözümü olarak hizmet verebilir.
Elektriksel izolasyonla ilgili temel bilgiler
Elektrik izolasyonu, bir sinyalin veya güç yolunun iki ucu arasında iletken ("Ohmik") bir yol oluşumunu önlemek için kullanılan bir elektriksel bariyerdir. Ancak bu bariyerin yine de enerji ve elektriğin diğer iletim araçlarıyla iletilmesine izin vermesi gerekiyor. Sinyalin, güç kaynağının veya her ikisinin de yalıtılması gerekir, ancak bu tasarıma bağlıdır. Kullanılan izolasyon teknolojisi, izole edilen akımın spesifik özelliklerine bağlıdır.
Elektrik izolasyonunun gerekli olmasının birçok nedeni vardır. Sinyaller için elektriksel izolasyon, sensörlerin bütünlüğünü iyileştirebilir, topraklama döngülerini ortadan kaldırabilir veya bir arıza durumunda kullanıcıları ve devreleri koruyarak akımın sinyal yoluna akmasını önleyebilir.
Güç kaynağı açısından asıl amaç, kullanıcının güvenliğini sağlamak ve AC kablolarla veya yüksek voltajlı DC güç kaynaklarıyla kazara temastan kaynaklanan elektrik çarpmasını önlemektir. Elektrik izolasyonu aynı zamanda güç dışı sinyaller için kullanılan, yani devre topraklamasına bağlı olmayan "değişken" devrelere yönelik gereksinimi de karşılar.
Genel olarak konuşursak, elektriksel izolasyon, Kirchhoff'un akım yasasına (KCL) dayalı olarak akım akışının yönünü belirlemeye yönelik bir yöntemdir. Herhangi bir akım akışının kaynağa giden bir yolu olmalıdır ve elektriksel izolasyonun işlevi bu yolu kesmektir. Olası bir elektrik çarpması durumunda güç kaynağındaki izolasyon transformatörü (Şekil 1, sağ), kullanıcı üzerinden geçen arıza akım yolunun tamamını keserek toprağa geri dönecektir (Şekil 1, sol).
Şekil 1: Elektrik çarpmasını önlemek için güç kaynağındaki izolasyon transformatörü (sağda), kullanıcıdan geçen ve toprağa dönen arıza akımı yolunu keser (solda). (Resim kaynağı: Lümen Öğrenme)
Yaygın bir elektrik çarpması senaryosunda, yalıtım katmanı aşındığında, canlı/ısıtılmış güç kablosu doğrudan ekipmanın metal kasasıyla temas edecektir. Cihaz normal çalışabilse bile topraklama bağlantısı kesilirse (ki bu sık karşılaşılan bir durumdur), arıza akımı topraklama kablosunu güvenli bir şekilde geçmek yerine kullanıcı üzerinden toprağa akacak ve kullanıcı bu sırada elektrik çarpmasına maruz kalabilecektir.
Bu riski kontrol altına almak için güç kaynağındaki izolasyon fonksiyonu, orijinal voltaj kaynağı ile ekipman arasındaki akım yolunu kesecektir. Bu sayede aralarında bir devre oluşmasının önüne geçilebildiği gibi, hat arızası olsa bile elektrik çarpması riskini de ortadan kaldırabilmektedir.
Risk voltajının AC hat voltajını ve çok çekirdekli pil paketinin voltajı gibi eşdeğer DC voltajını içerdiğini lütfen unutmayın. Çoğu düzenleyici standart, gerçek duruma ve voltaj türüne bağlı olarak, tehlikeli voltajı 60 voltun üzerindeki voltaj olarak tanımlar.
Güç izolasyonu neredeyse her zaman transformatörlerin manyetik bağlantısıyla sağlanır. Manyetik bağlantı mükemmel elektrik verimliliğine, güçlü teknik pratikliğe, esnek uygulamaya, yüksek güvenilirliğe, kolay özelleştirmeye sahiptir ve aynı anda düzenleme ve devre gereksinimlerini karşılayabilir.
Çok sayıda yüksek kaliteli çözümün seçilmesinin nedenleri
Modern sistemlerde çoklu güç raylarının kullanılması nedeniyle dağıtım planlamasında birçok mimari seçenek bulunmaktadır. Bununla birlikte, devrenin belirli bölümlerinin yalıtılması gerektiğinde, diğer bölümlerinin izolasyon gerektirmediği ya da yasaklamadığı durumlarda, uygun güç dönüştürücüsünün seçilmesi son derece zorlu hale gelir.
Bazı durumlarda, yüksek voltajlı AC/DC veya DC/DC güç rayları izolasyon gerektirmez, ancak izolasyonun dağıtım bağlantısında daha aşağı yönde sağlanması gerekir. Tasarımcıların vermesi gereken kararlar şunları içerir: tek bir büyük kapasiteli izole güç kaynağının mı yoksa birden fazla küçük kapasiteli izole güç kaynağının mı kullanılacağı; Ve gerekli konumlarda yalnızca izole edilmiş güç kaynaklarının, diğer konumlarda ise izole edilmemiş güç kaynaklarının kullanılıp kullanılmayacağı (Şekil 2).
Şekil 2: Tam bir sistem düzeyinde dağıtım mimarisi, tipik olarak izole edilmiş ve izole edilmemiş AC/DC ve DC/DC güç dönüştürücülerinin bir kombinasyonunu gerektirir. (Resim kaynağı: TDK Lambda)
Bu ihtiyaçları karşılamak için TDK Lambda, çoklu giriş/çıkış anma gerilimi ve anma akımı seçenekleri sağlayan çeşitli yerleşik düşürme/yükseltme (buck/boost) yalıtımlı ve yalıtımsız AC/DC ve DC/DC güç dönüştürücüleri sunar. Özellikle şunları içerir:
Yalıtılmış AC/DC: PFE500F-28/T, 85 ila 265 volt alternatif akım (VAC) girişi için kullanılan tek çıkışlı, 28 volt/18 amper (A) dönüştürücüdür. Bu dönüştürücü, konveksiyon veya cebri havayla soğutmanın mümkün olmadığı ortamlar için uygun, 3000 volt VAC giriş ve çıkış izolasyon özelliğine sahip 122 × 70 × 12,7 mm tamamen kapalı tuğla modülü kullanır.
Yalıtımsız AC/DC: PF1500B-360 kapalı modülü de tam tuğla boyutundadır ve AC girişini 360 VDC düzenlenmiş çıkışa dönüştürebilir. Yalıtılmış yüksek voltajlı DC/DC dönüştürücülerle veya yüksek voltajlı güç kaynağı gerektiren yüklerle donatılmış dağıtılmış güç sistemleri için uygundur. 170 ila 265 VAC giriş voltajında nominal gücü 1512 watt'tır; 85 ila 265 VAC giriş voltajında nominal güç 1008 watt'tır. Bu modülün güç faktörü 0,98'dir ve verimliliği %96,5'e kadar çıkar.
İzole DC/DC: GQA2W024A050V-007-R İzole DC/DC dönüştürücü, kompakt boyuttadır, çeyrek tuğla halinde paketlenmiştir ve mükemmel performansa sahiptir. 120 watt güç çıkışı sağlayabilir ve 3000 VDC'ye kadar giriş ve çıkış izolasyon voltajına sahiptir. Bu dönüştürücünün çalışma giriş voltajı aralığı 9 V ila 36 V arasındadır ve 24 A'da 5 V akım çıkışı sağlayabilir. Mekanik ambalajı, harici soğuk plakalar veya ısı emiciler aracılığıyla konveksiyon ve iletim yoluyla soğutulabilen alt plaka, yalıtılmış ve kapsüllenmiş (bkz. Şekil 3) gibi çeşitli yapısal konfigürasyonlar sağlar.
Şekil 3: GQA2W024A050V-007-R dönüştürücü, birden fazla paketleme yapılandırma seçeneği sunarak tasarımcılara genel paketleme tasarımı ve dönüştürücü soğutma konusunda yüksek esneklik sağlar. (Resim kaynağı: TDK Lambda)
Yalıtımsız DC/DC: I6A24014A033V-003-R Yalıtımsız Yük Noktası (PoL) DC/DC dönüştürücü, 12 VDC veya 24 VDC güç kaynaklarından yüksek akım çıkış voltajı rayları oluşturmak için idealdir. Bu dönüştürücünün giriş voltajı aralığı 9 V ila 40 V, çıkış akımı 14 A'ya ve çıkış düzenleme aralığı 3,3 V ila 24 V arasındadır. Kompakt 1/16 tuğla tasarımında paketlenmiştir.