Surse de alimentare Întrebări frecvente #2

30 NOIEMBRIE 2017

Sursa de alimentare cu putere electrică este inima unui sistem bazat pe energie electrică. Nu subestimați importanța sursei de alimentare. O sursă de alimentare bună servește drept piatră de temelie pentru un sistem cu o întreținere redusă și cu o înaltă fiabilitate. Dar, de cele mai multe ori, sisteme pre-construite (ex. PC-uri, sisteme de alarmare și supraveghere video, UPS-uri …), conțin cele mai ieftine surse de alimentare, baterii și încărcătoare de baterii care îndeplinesc criteriile de garanție a produselor lor. Sunt mulți producători anonimi care oferă pe piață produse ieftine, ce sunt asemănătoare ca formă, gabarit și borne cu alte produse ale firmelor cu nume consacrate, ca MeanWell. Prima indicație că un produs nu e de calitate și nu prezintă încredere, este lipsa documentației însoțitoare care să ofere detalii asupra caracteristicilor (ex. eficiență, ajustări de tensiune sau curent, dependența performanțelor de temperatură, compensarea factorului de putere, mediul de lucru, încadrarea în standarde de siguranță și de perturbații emise sau acceptate, fiabilitatea și faptul că a fost testat funcțional în condiții limită de putere și mediu). Astfel de produse dubioase au o documentație sumară scrisă cu litere mici, un text cu generalități și adesea cu greșeli de exprimare. Produsele superioare au documentația amănunțită, iar prețul mai mare reflectă calitatea.

Seria ODLV-65 MeanWell: Driver LED 65W cu ieșire PWM 1KHz. Intrare 180 … 295VAC, 254 … 417VDC, ieșire 12/24/36/48/60VDC, dimming 100%, PFC activ > 0.95, curent de scurgere < 0.75mA la 277VAC, carcasă plastic clasa II, IP67, consum fără sarcină <0.5W, temperatură carcasă -20 … +85°C la răcire prin convecție. Sarcina 100% la până la 45°C. Ieșire auxiliară 12V@50mA.

8. Ce este PFC și ce importanță are?
O sursă de alimentare este o sarcină pentru rețeaua AC publică din care își ia puterea. Factorul de putere este raportul dintre puterea reală (Watt) și puterea aparentă (VA) – ce conține o parte reactivă datorită sarcinilor inductive. Corecția factorului de putere (PFC) are ca scop îmbunătățirea raportului dintre puterea aparentă și puterea reală. Valoarea factorului de putere este între 0 și 1, iar o valoare mai mare de 0.8 arată că dispozitivul utilizează energia eficient. Factorul de putere este doar 0.4 ~ 0.6 la sursele ieftine, non-PFC. În modelele cu PFC, factorul de pute­re ajunge mai mare 0.95. Puterea se calculează în două moduri: Puterea aparentă (VA) = Tensiunea de intrare (V) × Curent de intrare (A) sau Puterea reală (W) = Tensiunea de intrare (V) × Curent de intrare (A) × Factor de putere.

Utilizarea reală de ener­gie electrică trebuie să fie definită de o putere reală. Dacă factorul de putere este de 0.5, centrala electrică ce alimentează rețeaua publică trebuie să producă mai mult de 2VA pentru a satisface puterea reală de 1W =1V×1A. Dacă factorul de putere este de 0.95, trebuie doar 1.06VA pentru un necesar de 1W putere reală, centrala fiind astfel mult mai eficientă. Corecția factorului de putere permite ca distribuția energiei electrice să se facă cu eficiență maximă. O sursă standard bine proiectată poate ajunge la un factor de putere de 0.70-0.75, dar o sursă de alimentare cu PFC are un factor de putere de 0.95 – 0.99. Două tipuri de PFC se implemen­tează în sursele de alimentare: PFC activă și PFC pasivă. Tipul PFC activ este mai scump, folosind un circuit electronic de corectare a PF, dar este capabil să ofere PFC peste 95% la o gamă largă a tensiunii AC de intrare și în plus, diminuează semnificativ armonicele care produc perturbații și pierderi prin încălzirea firelor. PFC pasiv e folosit uzual, fiind mai ieftin (simplu filtru capacitiv), dar se folosește la pu­teri mici, fiind afectat de condițiile de mediu și cerând ca tensiunea de intrare AC să fie setată ma­nual. În UE este obligatorie utilizarea surselor cu PFC, dacă depășesc 75W. Directiva EN61000-3-2 limi­tea­ză și conținutul de armonice injectate în rețeaua de echipamente conectate la sistemul public (fiindcă o sursă cu comutare absoarbe pulsuri scurte de curent, cu amplitudine mare și conținut ridicat de armonice). În prezent, nu există standarde internaționale obli­gatorii care să reglementeze factorul de putere la echipamente electronice, dar există standarde indus­triale și programe voluntare, ca Energy Star și 80 PLUS care cer ca sursele din PC să aibă PF > 0.9 la sarcină nominală. MeanWell specifică pentru toate produsele sale dacă au PFC și ce valoare.

Seria RSD-60 MeanWell: Convertor DC/DC 60W, izolată galvanic, foarte robustă pentru lucrul în medii grele (vibrații, praf, temperaturi extreme). Intrare 9 … 36VDC (var. G), 18 … 72VDC (var. L), 40 … 160VDC (var. H), ieșire 3.3/12/15/ 24VDC, temp. de lucru -40 … +70°C, izolare I/O 4KVDC, protecții totale, limitarea la curent constant, încadrare în standarde de mediu în transporturi EN50155 și EN45545-2, imunitate ridicată EMC.

9. De ce este importantă testarea burn-in a sursei?
Burn-in – reprezintă testare accelerată, în care o componentă sau un produs este supus la stres mai mare decât orice stres tipic, pentru a determina rata defectării timpurii (‘infantile’, ‘early failure’). Burn-in’ este o tehnică utilizată pentru a verifica cali­tatea componentelor și a produselor prin testare în condiții de mediu normale sau accelerate, înainte de expediere. Dacă o procedură ‘burn-in’ este eficientă, produsele slabe dintr-un lot sunt eliminate.

Produsele care sunt livrate la client după testare sunt superioare celor netestate. Criteriile principale folosite pentru evaluarea eficienței de testare sunt: (1) medie maximă de viață reziduală, (2) probabili­tatea maximă de funcționare sigură după ‘burn-in’.
Costul testării – considerat unul dintre obiective (deoarece crește costul de livrare al produsului) include: (a) costul testului, (b) costul pe durata de garanție, (d) costul obiectelor pierdute prin testarea ‘burn-in’ și (e) costul de remediere a defectării. Deci, o sursă testată ‘burn-in’ e ceva mai scumpă decât una similară la care nu se specifică această testare.

Strategia de testare ‘burn-in’ implică 2 întrebări:
1) Dacă este justificată testarea ‘burn-in’ pentru toate produsele?
2) Dacă da, care este timpul optim de testare ‘burn-in’?

Justificarea testării ‘burn-in’: În primul rând, trebuie acceptat că testarea ‘burn-in’ nu este necesară pentru toate produsele. Inginerii colectează date despre defectări de la utilizatori, pentru a decide dacă este necesar testul ‘burn-in’ pentru un anumit produs.
Timpul optim de testare este stabilit funcție de obiective:

1. O rată minimă de defectări la sfârșitul testării ‘burn-in’.
2. Un nivel de fiabilitate maxim, după efectuarea testării ‘burn-in’.
3. Cost minim de testare.
4. Eliminarea produselor cu funcționare nesigură.
5. O medie de viață reziduală declarată după testare.

Seria ISI-501 MeanWell® Invertor 500W DC/AC sinusoidal (True Sine Wave, THD<3%) și încărcător baterie în 3 etape solar MPPT (eficiența 98%). Vârf de putere 1000W, eficiență max. 88%, protecții totale I/O, control de la distanță, indicare stări de operare și nivel baterie. Temperatură de lucru -20 … +40°C, +60°C la sarcină 50%, ventilator controlat cu termostat. Folosit și pe vehicule, ambarcații, poate alimenta aparate, scule cu motor.

MeanWell livrează pe piață surse de alimentare care lucrează uzual la temperatură ridicată a componentelor (50-60°C), astfel că rata de apariție a defectelor latente ar putea fi accelerată.
În testarea ‘burn-in’ sursele de alimentare MeanWell sunt supuse la lucrul cu sarcină maximă (rezultând disiparea maximă de căldură), forțate să dea pu­tere ciclic, la o tensiune de intrare variată de la tensiunea maximă la cea minimă, pentru a lucra cu stres maxim de tensiune, fie stres maxim de curent, în funcție de sursă.
MeanWell are majoritatea surselor cu răcire în aer liber, prin convecție, dar folosește condensatoare electrolitice și etaje finale (piesele cele mai afectate de temperatura de lucru ridicată) de înaltă calitate, știind că acestea determină dramatic fiabilitatea sursei (la fiecare creștere cu 10°C se reduce viața unui condensator electrolitic la jumătate). Verificați că se specifică testarea ‘burn-in’ dacă vreți un sistem cu fiabilitate mare. Sursele MeanWell de uz industrial cu montare pe șină DIN (seriile MDR, DRA, DR/DRP, DRH/DRT, ERD, NRD, SDR, TDR, WDR, KNX) sunt testate ‘burn-in’.

10. Ce invertor DC/AC aleg, sinusoidal sau cu undă sinusoidală modificată?
Invertorul DC/AC este un dispozitiv care preia pu­terea de curent continuu DC – polaritate constantă (de la baterie sau panou solar fotovoltaic-PV) și o convertește în putere de curent alternativ AC, pentru alimentarea echipamentelor care cer la intrare putere AC. Un UPS include un invertor DC/AC și încărcătorul bateriei într-o singură unitate.
Care e diferența dintre undă sinusoidală și undă sinusoidală modificată? Generatoarele AC dau o tensiune ondulatorie ce variază de la pozitiv la ne­gativ. Acest lucru are avantaje în transmisia puterii pe distanțe lungi. Puterea AC din rețeaua publică este strict reglementată să fie o undă sinusoidală perfectă, pentru că undele sinusoidale radiază cea mai mică cantitate de energie radio în timpul transmisiei la distanță. Unda sinusoidală adevărată sau pură (True Sine Wave) o realizează seriile TS și TN de invertoare MeanWell cu puteri între 200…3000W: TS-200…TS-3000 și invertoarele solare TN-1500 și TN-3000. Invertoarele DC/AC sinusoidale au precizie controlată a puterii și eficiență de 85 – 90%, asigurând că orice tip de sarcină alimentată la rețeaua publică să funcționeze și pe un sistem cu invertor DC/AC, generând perturbații electromagnetice minime.
Necesită alimentarea AC cu undă sinusoidală adevă­rată aparate precum: unele ceasuri digitale și unele încărcătoare de baterii, variatoare de lumină, imprimante cu laser, unele gadget-uri care funcționează cu baterii reîncărcate într-un adaptor de curent alternativ, încărcătoare și scule de mână (care au o etichetă de avertizare) și unele aparate stereo ieftine care au surse de energie ce nu pot elimina pertur­bațiile de mod comun. La echipamentele medicale se recomandă numai invertoare cu undă sinusoidală adevărată, fabricate și testate pentru aceste aplicații.
Invertoarele cu undă sinusoidală modificată dau putere AC comutând puterea DC, on și off. Rezultă o undă trapezoidală numită undă sinusoidală modificată (Modified Sine Wave) care conține o mulțime de armonice perturbative. Invertoarele de acest tip sunt ieftine, dar verificați dacă dispozitivul alimentat acceptă o astfel de tensiune.
Majoritatea surselor moderne de alimentare cu comutare pornesc prin redresarea tensiunii de intrare folosind diode. Acestor surse de alimentare nu le pasă de unda sinusoidală modificată. De fapt, vor accepta și tensiune de intrare DC. Unele dis­po­zi­tive utilizează totuși un transformator sau o corecție a factorului de putere care se bazează pe inductoare. Atunci când alimentați un transformator sau inductor cu undă sinusoidală modificată, se va produce încălzirea și apare saturația magnetică, auzindu-se un zgomot ca un bâzâit. Cele mai multe dintre sursele de alimentare sunt concepute pentru a avea o toleranță suficient de mare la forma de undă a tensiunii de intrare. Dar, un motor electric de curent alternativ este un inductor, de aceea nu trebuie să îl alimentați cu undă sinusoidală modificată, fiindcă motorul va funcționa mai lent și mai fierbinte. Motorul va funcționa în limitele toleranțelor și se va reduce durata de viață. Având în vedere că un motor este o componentă în mișcare care poate avea asociat stres mecanic, situația nu este la fel de simplă ca în cazul unui transformator, unde pur și simplu aveți o toleranță mai mare. Invertoarele DC/AC nesinusoidale sunt adecvate sarcinilor rezistive și celor inductive mici. Pot lucra bine cu o undă sinusoidală modificată: încărcătoare de laptop, de telefon mobil și aparate foto, aparate cu motor de putere mică și turație fixă, prăjitoare, cafetiere, cele mai multe aparate stereo, imprimante cu jet, frigidere mici, televizoare, aparate video, multe cuptoare cu microunde.
Seria A301/A303 MeanWell – cu puteri 100 … 2500W simulând o undă sinusoidală în aspectele cele mai importante, poate alimenta multe tipuri de aparate, încadrându-se în standardele pentru nivele de perturbații radio.

Produse noi! Seria MFM/MPM-15/20 MeanWell. Sursa AC/DC 15W/20W, domeniul medical, MFM fără / MPM cu carcasă. Intrare 110/230V, ieșire 3.3/5/12/15/24VDC; MFM PCB mount; izolare 2×MOPP, Standard medical EN/UL 60601-1. Consum fără sarcină < 0.075W și curent de scurgere extrem de redus < 80µA @ 264VAC. Ultrafiabilă (MTBF min. 779Khrs).

11. Ce sunt izolarea electrică și izolarea galvanică și unde se cer?
Izolarea reprezintă separația fizică și electrică a părților unui dispozitiv (între canale funcționale, între intrare și ieșire, între canale și carcasă, între canale și borna de împământare). Izolarea protejează circui­tele electrice și operatorii umani, evită buclele de masă și îmbunătățește rejecția tensiunii de mod co­mun și a zgomotului electric. Izolarea se clasifică în: izolare electrică și izolare galvanică (de siguranță).
Izolarea electrică se verifică prin tensiunea de izolare care descrie eficacitatea acestei separări de circuite electrice. Tensiunea de izolare este tensiunea maximă (AC sau DC) care poate fi aplicată continuu între circuitele izolate fără a se produce o defecțiune. La convertoarele DC/DC, aceasta este specificată în mod normal ca izolare intrare-ieșire sau izolare între intrare și carcasă. Nivelurile minime de tensiune de izolare trebuie să fie menținute pentru a respecta majoritatea reglementărilor de siguranță. Amplitudinea de tensiune care poate fi aplicată între intrare și ieșire fără să rezulte un curent semnificativ, se măsoară în kilovolt (kV). Standardul UL60950 dă tabele detaliate cu tensiuni de lucru și tensiunile de test la care se supune un dispozitiv electric.
Izolarea galvanică este un principiu de izolare electrică și fizică a secțiunilor funcționale din sistemele electrice, adică nu există curent electric direct de la o secțiune la alta. Energie sau informații pot fi însă schimbate între secțiuni prin diverse mij­loace: capacitiv, inductiv, unde RF, prin mijloace optice, acustice sau electromecanice. Izolarea galvanică este impusă de standardele de siguranță pentru sisteme electronice medicale alimentate de la rețeaua AC, pentru a proteja pacienții și operatorii să nu aibă accidente traumatizante datorită curentului electric. Legătura directă între un sistem electronic și pacient, prezența în corp de fluide conductoare și geluri conductive folosite la electrozii de măsură ar crește riscul de accident prin electrocutare. În echipamentele electronice industriale se utilizează izolarea galvanică pentru a proteja sisteme și operatori din procese tehnologice expuși la tensiuni potențial pe­riculoase. În diverse industrii, cu zone având riscuri de incendiu sau explozie (numite “Hazardous Locations”, “Hazardous Areas”, “Explosive Atmospheres”), se folosesc dispozitive de izolare galvanică care împiedică transferul de potențiale periculoase. De aceea materialele izolatoare utilizate în aceste sisteme trebuie să fie robuste și fiabile.

Izolarea galvanică este folosită:
1. Pentru considerente de siguranță, prevenind ca un curent electric să ajungă la sol (sau la podeaua clădirii) accidental, prin corpul unei persoane. Rețineți că izolarea galvanică separă doar cablurile de alimentare. Zgomotul electric datorită proastei împământări nu este eliminat. Izolarea galvanică cere mai multă putere (rezultând mai multă căldură!) și introduce capacități parazite (fiind necesare filtre TJ).
2. În situațiile în care două sau mai multe circuite electrice trebuie să comunice, dar masele (GND – Ground) lor pot fi la potențiale diferite. Este o metodă eficientă de rupere a buclelor de masă – grounding loops – pentru prevenirea curentului nedorit care curge între două unități separate doar printr-un conductor de masă (GND). Datorită buclelor de masă semnalele au nivele alterate. Buclele de masă apar atunci când două sau mai multe circuite au o cale comună de întoarcere a curenților la borna de potențial cel mai scăzut a sursei de alimentare, care are denumiri variate: borna GND, COM, masă, zero sau minus a sursei. Corect ar fi ca întoarcerea curenților din diverse zone ale unui sistem spre borna GND să se facă separat pe fire sau trasee legate radial la această bornă.
MeanWell MPM/MFM-05/10/30: surse de alimentare AC/DC miniaturale de înaltă densitate de 5W, 10W sau 30W care pot fi aplicate tipului BF de echipamente medicale. Aceste surse de alimentare au variante încapsulate (MPM-05/10/30) și PCB (MFM-05/10/30) care au o temperatură mai mare de funcționare, o eficiență mai mare și un consum redus de energie fără sarcină decât generația anterioară de surse medicale. MeanWell MPM-05/10/30 și MFM-05/10/30 sunt conforme cu normele de siguranță IEC / EN60601-1 și ANSI / AAMI ES60601-1. Aceste surse de alimentare posedă un nivel de izolare de 2 × MOPP, tensiunea de izolație I/O 4KVAC și un curent de scurgere mai mic de 80μA. Imunitatea EMC conform standard EN61000.

https://www.adminstrumentengineering.com.au/new-miniature-ac-dc-medical-grade-power-supplies

Seria HDR-100 MeanWell® Surse LPS 85 … 100W, gabarit ultra mic, montare pe șină DIN, intrare 85 … 264VAC, ieșire 12/15/24/48VDC, ajustabilă, respectă SELV, consum fără sarcină < 0.3W, izolație Clasa II, protecții, limitare la curent constant, răcire prin convecție, tensiunea de izolație 500V.

12. La ce se referă încadrarea în Standardele Europene de siguranță normală (EN60950-1) și cea medicală (EN60601-1)?
Siguranța în utilizare se referă la funcționarea apa­ratelor fără să afecteze sănătatea sau viața utilizatorului. Standardele de bază sunt UL2601-1, EN60601-1, EN60950-1. Marcajul voluntar indică certificarea de siguranță în Europa sau certificarea internațională. Datorită cerinței EMI, vor exista condensatoare Y între alimentarea de la rețeaua AC (fază și nul) la borna de împământare FG (dacă carcasa e metalică) pentru a îmbunătăți EMC. Aceste condensatoare Y vor cauza un curent de scurgere (leakage current) de la fază sau nul la carcasă (în mod normal, carcasa va fi conectată la pământ). Dacă echipamentul nu are borna FG bine legată la pământ, curentul curge prin alte căi, cum ar fi corpul uman. Acest lucru se poate întâmpla și în cazul în care legarea la pământ este ineficientă sau întreruptă. Standardul EN60950-1 cere ca acest curent să nu poată depăși 3.5mA pentru echipamente IT. Standardul EN60601-1 cere să nu depășească 0.3mA în domeniul medical. Măsurile de siguranță pentru sursele MeanWell în domeniul medical sunt sporite, dublând: grosimea izolațiilor, tensiunile de străpungere ale izolațiilor și numărul de siguranțe, astfel încât, curentul de scurgere este max. 0.1mA.

În principiu, curentul de scurgere care apare la carcasa metalică nu va afecta corpul uman. Conectarea corectă la pământ va rezolva problema curentului de scurgere. Sursele MeanWell au specificată încadrarea izolării electrice în standardele de siguranță IEC60950-1, respectiv IEC60601-1: au izolația de bază la 1.5kVAC și izolația suplimentară la 3kVAC sau 4kVAC. Clasa I (cu bornă de împământare) are curenți de scurgere: la împământare ≤ 0.3mA și la carcasă ≤ 0.1mA, Clasa II (fără bornă de împămân­tare) are curenți de scurgere la carcasă ≤ 0.1mA. Sursele medicale au aprobarea de siguranță medicală (izolare 4kVAC între intrare / ieșire, I/O). La convertoarele DC/DC care au izolare galvanică se menționează că tensiunea de izolare I/O este 1000-3000VDC. Invertoarele DC/AC au izolare totală I/O.

Detalii despre utilizarea și montarea surselor MeanWell: www.meanwell.com/manual.html

MeanWell® are serii de surse standard care acoperă toată gama de aplicații şi puteri, dar produce la cerere, surse pentru orice aplicație.

Constantin Savu
Director General
Ecas Electro

ECAS Electro | www.ecas.ro

ECAS Electro este distribuitor autorizat pentru sursele de alimentare MeanWell®

Detalii tehnice: ing. Emil Floroiu emil.floroiu@ecas.ro – Asistent tehnic

Detalii tehnice și comerciale: birou.vanzari@ecas.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *