Обзор технологических решений, применяемых в преобразователях напряжения.
Во всех преобразователях напряжения, выпускаемых ЦНС ТЕХПО, применяется микропроцессорная система управления. Эта современная
система позволяет реализовать различные уникальные технологии, расширяющие область применения и повышающие удобство
использования и надежность изделий. Сущность данных технологий раскрыта далее в порядке перечисления:
1. Пороговые значения входного напряжения включения и выключения.
2. Стабилизация входного напряжения.
3. Стабилизация температуры.
4. Формирование выходной вольт -амперной характеристики.
5. Режим повышенной кратковременной мощности.
6. Защита от прикосновения.
7. Ограничение реактивной мощности.
8. Режим кратковременного снижения напряжения отключения.
1.Пороговые значения входного напряжения включения и выключения.
Данная технология предназначена для ограничения рабочего диапазона входных напряжений преобразователя. С помощью этой технологии
достигаются следующие преимущества:
1) Увеличивается надежность функционирования преобразователя вследствие работы
только при заданных значениях входного напряжения.
2) Защита химического источника энергии (аккумулятора) от переразряда.
3) Защита от возбуждения в контуре источника энергии.
Для того чтобы процессы включения и выключения преобразователя совершались четко, без дребезга, используются различные пороги
напряжения на включение и выключение преобразователя (переключение с гистерезисом). Так как область допустимых напряжений
ограничивается как сверху, так и снизу, поэтому используется 4 различных порога (рис.1.):
- Vнр, минимальное напряжение, при котором преобразователь остается включенным.
- Vнв, минимальное напряжение, при котором преобразователь включается.
- Vвр, максимальное напряжение, при котором преобразователь остается включенным.
- Vвв, максимальное напряжение, при котором преобразователь включается.
Таким образом, при повышении входного напряжения от нуля, преобразователь включится при напряжении Vнв и выключится при
напряжении Vвр. А при понижении напряжения преобразователь включится при напряжении Vвв и выключится при напряжении Vнр.
Рис. 1. Пороговые значения напряжения.
Данная технология применяется в следующих устройствах:
1) Преобразователь напряжения DC\DC 24В в 12В модели ПН1.
2) Преобразователь напряжения DC\AC 24В/12В в 220В модели ПН2.
3) Преобразователь напряжения DC\DC c полной гальванической развязкой ПН4.
4) Ксеноновый блок ПН-3.
2.Стабилизация входного напряжения.
Данная технология применяется для того, чтобы полностью использовать энергию аккумулятора, но не допускать его переразряда.
С помощью этой технологии выходная мощность преобразователя меняется в зависимости от входного напряжения. Зависимость мощности
преобразователя от входного напряжения является плавной и имеет вид кривой, изображенной на рис.2.
Рис.2.Зависимость мощности преобразователя от входного напряжения
Таким образом, если аккумулятор разряжен и его напряжение под нагрузкой становится меньше порогового значения, мощность
нагрузки уменьшается, и напряжение аккумулятора стабилизируется. При этом работоспособность преобразователя сохраняется вплоть до
состояния полностью разряженного аккумулятора, лишь снижается допустимая мощность нагрузки.
Данная технология применяется в следующих устройствах:
1) Преобразователь напряжения DC\DC 24В в 12В модели ПН1.
2) Преобразователь напряжения DC\AC 24В/12В в 220В модели ПН2.
3) Преобразователь напряжения DC\DC c полной гальванической развязкой ПН4.
3.Стабилизация температуры.
Данная технология предназначена для ограничения максимальной температуры преобразователя. С помощью этой технологии достигаются
следующие свойства:
1) Защита внутренних элементов преобразователя от перегрева.
2) Защита места установки преобразователя от перегрева.
3) Обеспечение работоспособности преобразователя при недостаточном охлаждении.
Все преобразователи электрической энергии выделяют тепло и нагреваются. Температура перегрева преобразователя относительно
окружающей среды зависит от количества выделяемого тепла и условий теплоотвода (теплового сопротивления). Количество этого тепла
зависит от эффективности преобразователя и от выходной мощности. Так как условия теплоотвода и температура окружающей среды зависят
от места установки, то в некоторых случаях преобразователь может перегреваться, если не ограничить количество выделяемого им тепла. Для
предотвращения перегрева, в случае увеличения температуры система уменьшает допустимую мощность преобразователя, ограничивая
тепловыделение. Зависимость выходной мощности от температуры приведена на рис.3.
Рис.3. Зависимость выходной мощности от температуры.
По этому графику можно заметить, что при значительно затрудненном теплоотводе, температура преобразователя стабилизируется
на некотором уровне. Причем в этом случае преобразователь сохраняет работоспособность, то есть обеспечивает заявленные параметры
выходного напряжения при сниженной выходной мощности.
Данная технология применяется в следующих устройствах:
1) Преобразователь напряжения DC\DC 24В в 12В модели ПН1.
2) Преобразователь напряжения DC\AC 24В/12В в 220В модели ПН2.
3) Преобразователь напряжения DC\DC c полной гальванической развязкой ПН4.
4.Формирование выходной вольт - амперной характеристики.
Данная технология предназначена для определения поведения преобразователя при электрической перегрузке, то есть при
подключении нагрузки, мощность которой больше мощности преобразователя. С помощью этой технологии достигаются следующие
возможности:
1) Возможность запуска устройства, требующего большой пусковой мощности.
2) Защита преобразователя от превышения выходного тока (в том числе и в режиме К.З.).
Технология выполняет функцию ограничения выходного тока преобразователя на безопасном уровне в зависимости от выходного напряжения.
Реализацию технологии определяет график зависимости выходного тока от выходного напряжения. Система управления работает
соответственно этому графику, который является уникальным для каждой модели преобразователя.
Для оценки важности этой технологии рассмотрим широко распространенный пример – лампу накаливания в качестве нагрузки. На рис.4.
приведены вольт - амперные характеристики преобразователя и нагрузки.
Рис.4 Вольт - амперные характеристики преобразователя и нагрузки.
Для примера выбраны 2 разных вольт - амперные характеристики преобразователя 1 и 2. Преобразователь с характеристикой 1
увеличивает выходной ток при снижении выходного напряжения, а преобразователь с характеристикой 2 наоборот уменьшает ток при снижении
выходного напряжения, однако оба они обеспечивают одинаковую номинальную мощность, ограниченную током Imax. Вольт-амперная
характеристика лампы изображена красным цветам и имеет разный вид в холодном (пунктирная линия) и нагретом (сплошная линия) состоянии.
Рабочая точка преобразователя находится в месте пересечения вольт - амперных характеристик преобразователя и нагрузки. Из графика
следует, что номинальная мощность лампы меньше номинальной мощности преобразователя, так как ток лампы при номинальном напряжении
меньше номинального тока преобразователя. При подключении лампы она имеет низкую температуру, и ее вольт - амперная характеристика
изображена пунктиром. Соответственно рабочая точка находится на наклонной части вольт - амперной характеристики преобразователя, причем
напряжение, ток и мощность сильно различается у разных преобразователей и значительно выше у преобразователя с характеристикой 1. От
приложенной мощности лампа разогревается и ее вольт - амперная характеристика смещается в сторону характеристики, изображенной
сплошной линией. При этом для преобразователя с характеристикой 1 происходит плавное снижение тока и увеличение напряжения вплоть до
выхода на режим номинального напряжения. А для преобразователя с характеристикой 2 прогрев лампы сопровождается увеличением тока и
напряжения, но только до определенной точки на наклонной части вольт - амперной характеристики преобразователя, в этой точке процесс о
станавливается, так и не выходя на номинальный режим. Таким образом, получается, что один из преобразователей одинаковой мощности
запускает лампу, а другой - нет. Данный факт доказывает важность управления вольт- амперной характеристикой преобразователя.
Данная технология применяется в следующих устройствах:
1) Преобразователь напряжения DC\DC 24В в 12В модели ПН1.
2) Преобразователь напряжения DC\AC 24В/12В в 220В модели ПН2.
3) Преобразователь напряжения DC\DC c полной гальванической развязкой ПН4.
4) Ксеноновый блок ПН-3.
5.Режим повышенной кратковременной мощности.
Данная технология предназначена для запуска устройств, требующего большой пусковой мощности, и для работы устройств с
импульсным характером потребления тока. Данная технология позволяет кратковременно использовать преобразователь определенной
мощности как преобразователь большей мощности. Существует значительная группа устройств, которые более требовательны к
кратковременной пиковой мощности, чем к долговременной, например:
- Аудиотехника.
- Электродвигатели.
- Некоторые осветительные устройства.
Режим увеличенной мощности ограничен во времени из-за опасности перегрева на уровне единиц секунд. Система автоматически оценивает
состояние преобразователя и допускает определенную длительность работы в режиме повышенной мощности в зависимости от предыстории
работы преобразователя. Например, если преобразователь длительное время работал с мощностью ниже номинальной, то допускается работа в
режиме повышенной мощности в течение максимально разрешенного времени, а если преобразователь был перегружен на длительное время,
то режим повышенной мощности вообще не активируется. Особенности реализации этой функции можно наблюдать на рис.5.
Рис.5. Зависимость выходной мощности от нагрузки.
Черной линией изображен график изменения фактической мощности во времени, а красной - график допустимой мощности.
Данная технология применяется в следующих устройствах:
- Преобразователь напряжения DC\DC 24В в 12В модели ПН1.
- Преобразователь напряжения DC\AC 24В/12В в 220В модели ПН2.
- Преобразователь напряжения DC\DC c полной гальванической развязкой ПН4.
6.Защита от прикосновения.
Данная технология предназначена для обеспечения безопасности оператора при подключении неисправного оборудования.
Технология применяется в преобразователях с выходом переменного напряжения 220В, которое является опасным для жизни. Опасность
поражения электрическим током появляется при подключении неисправного электроприбора с поврежденной изоляцией входных клемм от
корпуса. Система диагностирует такую неисправность по появлению токов утечки на землю. Механизм защиты реализуется путем отключения
преобразователя с восстановлением работоспособности только при отключении входного питания.
7.Ограничение реактивной мощности.
Данная технология предназначена для защиты преобразователя от больших реактивных токов. Технология применяется только в
преобразователях с выходом переменного напряжения 220В. В этих преобразователях данная технология необходима, потому что реактивные
токи могут достигать больших величин в зависимости от нагрузки и эти токи являются незаметными для других систем защиты, потому что они
не связаны с преобразованием энергии из первичного источника. Система определяет величину реактивной мощности и в случае превышения
некоторого порога отключает преобразователь на время около 10с.
8. Режим кратковременного снижения напряжения отключения.
Данная технология предназначена для защиты нагрузки от отключений преобразователя при кратковременном снижении входного
напряжения. Технология применяется в преобразователях DC\DC 24В в 12В для обеспечения непрерывного питания оборудования во время
запуска двигателя стартером.
При запуске двигателя происходит значительное, но кратковременное снижение входного напряжения. Система управления выявляет момент
запуска и уменьшает порог отключения преобразователя на время около 10с. Если напряжение не восстановилось за это время, преобразователь
отключается и включается только при повышении напряжения до уровня Vнв. Данный алгоритм позволяет одновременно защищать аккумулятор
от глубокого переразряда и обеспечивать непрерывное питание оборудования во время запуска двигателя стартером.
|
