Faktem jest, że dane gromadzone w laboratorium różnią się od danych zebranych podczas faktycznego użycia. Jak to się dzieje? Jedno musi być jasne dla wszystkich - samochód testowany bez obciążenia na konkretnym torze testowym spala mniej niż w trakcie jazdy z całą czteroosobową rodziną po zboczu góry.
Aby podjąć ostateczną decyzję podczas wyboru auta, weźmiesz pod uwagę kilka okoliczności. Dlaczego? Ponieważ, na przykład Porsche 911 jest niesamowitym samochodem, ale nie pojedziesz nim na wyprawę do Afryki Południowej, gdzie Jeep z napędem na 4 koła będzie lepszym rozwiązaniem.
Wybór odpowiedniego źródła zasilania jest jeszcze bardziej skomplikowany, a w większości przypadków nie chodzi tutaj o budżet. Jak należy podejść do wyboru odpowiednich komponentów zapewniających moc?
Analizując zapotrzebowanie
Pierwszy krok - należy zastanowić się, jakie konkretne źródło zasilania jest nam potrzebne.
Kluczowym celem jest sprowadzenie napięcia wejściowego w naszym rozwiązaniu do nowego potencjału.
- Czy potencjał powinien być dzielony, czy nie?
- Jaki powinien być poziom niezawodności całego obwodu i tworzonego rozwiązania?
- Co będzie produktem końcowym?
- Ile mam dostępnego miejsca? Czy inne elementy na płytce będą miały na nie wpływ?
- W jakich warunkach środowiskowych rozwiązanie będzie używane?
- Jaki jest zakres napięcia wejściowego i wyjściowego? Co jest potrzebne i przy jakim prądzie wyjściowym?
- Jakich przepisów należy przestrzegać (przemysłowych, kolejowych lub medycznych)?
Prawdopodobnie wszyscy chcielibyśmy mieć przetwornicę, która spełnia wszystkie wymagania jednocześnie - gotowe rozwiązanie. Niestety, przeważnie musimy się trochę bardziej postarać – a to dlatego, że do spełnienia poszczególnych wymagań potrzebujemy więcej niż jednej przetwornicy. Możemy również potrzebować dodatkowego okablowania w celu osiągnięcia wymaganych wartości.
A zatem co należy ustalić, aby wybrać odpowiednie rozwiązanie?
Pierwszym krokiem będzie określenie, jakich wartości pomiarowych wymagamy - prosty pomiar pozwala nam dokonać wstępnej, pobieżnej oceny:
- napięcie wejściowe i wyjściowe na przetwornicy,
- na obciążeniu oraz
- ewentualne zmiany w wydajności.
1. Jak dokonywać prawidłowych pomiarów i unikać błędów?
Każdy pomiar zmienia rzeczywisty stan obwodu, a każdy wpływ musi być możliwie najmniejszy.
Oznacza to, że wykonanie pomiaru czterema przewodami nawet w przypadku „prostego pomiaru” jest wskazane. Pomiar prądu i napięcia niezależnymi przewodami pomiarowymi oznacza, że „rezystancja własna” będzie miała mniejszy wpływ na wartości. Nie zapominajmy również o rodzaju zastosowania.
Na przykład w operze długość przewodu pomiędzy źródłem zasilania i faktycznym obciążeniem może wynosić nawet 30 m. Jeżeli obciążenie wymaga 24V, źródło zasilania wymaga wyższego napięcia wyjściowego, aby zrównoważyć straty napięcia w przewodzie.
Oznacza to, że należy pomierzyć zarówno obciążenie, jak i źródło. Spójrz poniżej na przykład klasycznego 4-przewodowego pomiaru napięcia przy źródle zasilania.
Rysunek 1: 4-przewodowy pomiar napięcia przy źródle zasilania i przy obciążeniu
2. Jak radzić sobie z tętnieniem i szumami?
Bez względu na zastosowanie, źródło tętnienia i szumów przetwornicy DC/DC może leżeć w jej rzeczywistym miejscu eksploatacji, na przykład w mostku pomiarowym, tak więc kwestię tę należy osobno rozważyć i ocenić.
Mówimy o tętnieniu w obwodzie AC/DC i DC/DC, gdy nieregularne zakłócenia są spowodowane przez obwody wewnętrzne, podczas gdy szum oznacza okresowo powracające wartości szczytowe, wytwarzane podczas przekształcania impulsu przy częstotliwości przełączania.
Aby ustalić rzeczywiste wartości, głowica czujnika musi być w bezpośrednim kontakcie:
- ze stykami,
- z uziomem,
- z końcówką pomiarową (patrz Rysunek 2)
Aby możliwe było porównanie wyników z danymi producenta, pasmo oscyloskopu jest ograniczone do 20MHz, co jest powszechną wartością stosowaną podczas prac w laboratorium.
Rysunek 2: Prawidłowe przyłączenie końcówek pomiarowych do przetwornicy DC/DC ze stykami.
Zwykle szum i tętnienie można ograniczyć poprzez dwa równoległe kondensatory przełączane. Na przykład kondensator 100nF powlekany folią metalową i kondensator elektrolityczny 10µF.
Należy zawsze pamiętać, że w trakcie końcowej eksploatacji na wartości przedstawione w kartach katalogowych mogą mieć wpływ również inne czynniki.
Oferta produktów szwajcarskiego producenta Traco Power obejmuje ponad 25 rodzin 3-watowych przetwornic DC/DC, takich jak seria TVN z ultraniskim tętnieniem i szumami lub seria THM, która posiada certyfikat dla zastosowań medycznych, warianty typu „open frame” lub seria TMR-WIR zatwierdzona do zastosowań kolejowych z izolacją napięciową wynoszącą 3000 VDC - cała gama możliwości.
3. Co się dzieje w przypadku prądu rozruchowego?
Informacja taka jest istotna w celu zapewnienia, że podzespoły znajdujące się wyżej w układzie mają odpowiednie wymiary
- Prąd zależy przede wszystkim od szybkości przełączania, tak więc w laboratorium najlepiej będzie zastosować wyłączniki rtęciowe.
- Źródło powinno mieć możliwie najniższą rezystancję wewnętrzną.
- Prąd należy mierzyć za pomocą rozmagnesowanej końcówki.
Temperatura otoczenia również ma duży wpływ na prąd rozruchowy. Na przykład zastosowanie kondensatora elektrolitycznego jest wysoce zależne od temperatury.
Rysunek 3: Prąd rozruchowy przetwornicy DC/DC w stanie nieaktywnym (zimno = temperatura pokojowa 25°C)
Wykres przedstawia przykładowy prąd rozruchowy lampy LED (żółta linia). Na rysunku kolorem filetowym oznaczono również wzorzec napięcia w lampie. Warto zwrócić uwagę na zaznaczony moment, w którym urządzenie zostało włączone (T, na pomarańczowo), który osiąga wartość maksymalną około 10A i w ciągu 10m/s znów powraca do 300mA.
Jeśli masz problemy z prądem rozruchowym oddziałującym na obwód, pomocne może okazać się zastosowanie termistora (NTC).
4. O czym należy pamiętać biorąc pod uwagę kompatybilność elektromagnetyczną? (EMC)
EMC jest istotna w zastosowaniach ogólnych. Użycie przetwornicy DC/DC z wewnętrznym filtrem nie oznacza automatycznie, że wartości zadane dla danego rozwiązania będą przestrzegane. Wiadomo, że na kompatybilność EMC często może wpływać kilka czynników.
W wielu przypadkach ze względów bezpieczeństwa napięcie wyjściowe musi być połączone z uziomem ochronnym, co może mieć znaczący wpływ na EMC. Należy pamiętać, że producent źródła zasilania może udzielić porady, jak przestrzegać wartości EMC.
Większość producentów źródeł zasilania oferuje na swojej stronie internetowej pomoc w doborze odpowiednich filtrów. Na przykład na Traco Power dane można pobrać bezpośrednio ze strony danego urządzenia.
Przed dokonaniem oceny i wyboru ważne jest, aby jasno zdefiniować wymagania oraz pamiętać o tym, że istnieje istotna różnica pomiędzy tym, czego naprawdę potrzebujemy, a tym, czego byśmy sobie życzyli.
Wracając do producentów samochodów, o których mówiliśmy wcześniej, ważne jest, by zastanowić się, jak należy prawidłowo dokonać pomiarów i jakie znaczenie ma każda pomierzona wartość. Karty testowe i warunki laboratoryjne określane są podczas konstruowania obwodu, ale w jakich warunkach obwód będzie faktycznie wykorzystywany?
Spełnienie wymogów EMC zależy w dużej mierze od obszaru zastosowań i wymaganych w nim warunków, podobnie jak w przypadku tętnienia, szumu i prądu rozruchowego.
Wiadomo, że istnieje wielu producentów, tak więc jakość, jak również cena danego produktu może się znacznie różnić.
W przypadku zainteresowania jakimkolwiek produktem firmy Traco Power lub w celu uzyskania dalszych informacji, prosimy o kontakt pod adresem info@soselectronic.pl
Źródło: Florian Haas, Traco Electronic AG,
Czy spodobały Ci się nasze artykuły? Nie przegap żadnego! Zajmiemy się wszystkim za Ciebie i chętnie sami Ci je dostarczymy.
