Негізгі қорытындылар

• Жалпы негіз топологияны анықтайды. Кіріс пен шығыс бір теріс рельсті бөліседі, сондықтан энергияны жоғалту үшін трансформаторлық кедергі жоқ.

• 90% жоғары тиімділік қалыпты жағдай. Энергия магниттік кедергіден гөрі индуктор арқылы қозғалатындықтан, толық жүктеме кезінде өткізгіштік жоғалтулар төмен болып қалады.

• Ешқандай тосқауыл өтпелі блоктаудың жоқтығын білдіреді. Қысқа сәтсіздікке ұшыраған коммутациялық транзистор жүктемеге толық кіріс кернеуін бере алады.

• Buck, boost немесе buck-boost автобуспен жүреді. 48 В немесе 24 В-тан төмендетіңіз, 12 В-тан жоғарылатыңыз және батарея мақсатқа қарай ауытқыған кезде күшейтуді пайдаланыңыз.

• Дерейтинг нақты ағымдағы рейтингті анықтайды. Алдыңғы беттегі тақырыптың ток күшін емес, шкафтың ортасындағы қисық сызықты оқыңыз.

• Жер бетіндегі ілмектер жасырын шығындар болып табылады. Шкафтар арасындағы ортақ қайтарулар ағынды ток әкеледі, сондықтан модульдерді қоспас бұрын бір нүктелік жерге қосуды жоспарлаңыз.

Кіріспе

Оқшауланбаған тұрақты ток түрлендіргіші кіріс және шығыс терминалдары арасында ортақ негізді бөлісетін жоғары тиімді қуатты басқару құрылғысы болып табылады. Оқшауланған әріптестерінен айырмашылығы, бұл түрлендіргіштер жоғары жиілікті трансформаторды пайдаланбайды, бұл олардың физикалық ізін және өндірістік күрделілігін айтарлықтай азайтады. Индуктивті энергияны сақтау және жылдам ауысу механизмдеріне сүйене отырып, олар гальваникалық тосқауыл қауіпсіздік немесе шуды азайту стандарттарымен қатаң талап етілмейтін қолданбалар үшін кернеуді дәл реттеуді қамтамасыз етеді. Олар телекоммуникациялық инфрақұрылымда, автомобиль жүйелерінде және таратылған қуат сәулетінде кеңінен қолданылады. Жабық шкафтың ішінде, а 12В/24В-дан 5В-қа дейінгі су өткізбейтін бак модулі көбінесе бұл шешімнің артындағы бірінші кезең болып табылады.

Жалпы негіз және оқшауланбаған шектеулер: негізгі айырмашылықтар

Қуат тарату желісін жобалау кезінде жалпы жер сәулетінің салдарын түсіну оқшауланбаған тұрақты ток түрлендіргішіндегі апатты жүйе ақауларын болдырмау үшін өте маңызды.

Ортақ негіз принципі

Оқшауланбаған архитектурада кіріс кернеу көзінің теріс терминалы (жер) шығыс жүктемесінің теріс терминалына тікелей қосылады. Бұл үздіксіз электрлік жол схеманың дизайнын жеңілдетеді және трансформатор арқылы магнитті тасымалдауға байланысты энергия шығындарын болдырмайды. Нәтиже – көбінесе 95% тиімділіктен асатын жоғары тиімді қуатты тасымалдау. Дегенмен, бұл ортақ анықтамалық нүкте кіріс шинасында кез келген жердегі шу немесе кернеудің ауытқуы шығыс тізбегіне тікелей қосылатынын білдіреді.

Шектеулер мен қауіпсіздік шектеулері

Гальваникалық оқшаулау кедергісі болмағандықтан, оқшауланбаған түрлендіргіштер төменгі ағындағы сезімтал микропроцессорларды ауыр жоғары вольтты кіріс өтпелі процестерінен немесе ақаулық жағдайлардан қорғай алмайды. Егер бастапқы коммутациялық транзистор қысқа тұйықталу күйінде сәтсіздікке ұшыраса, барлық кіріс кернеуі тікелей шығыс жүктемесіне түсіп, қосылған құрылғыларды бұзуы мүмкін. Сондықтан, бұл түрлендіргіштер негізінен бастапқы қуат көзі айнымалы ток желісінен оқшауланған және салыстырмалы түрде тұрақты орталарда қолданылады.

Жер үсті циклінің осалдықтары

Ортақ жердің маңызды шектеуі жердегі ілмектердің әлеуеті болып табылады. Бірнеше құрылғылар әртүрлі потенциалдары бар әртүрлі жер нүктелеріне қосылған кезде, жерге қайтару жолы арқылы күтпеген токтар ағып кетуі мүмкін. Бұл электромагниттік кедергі (EMI) мен сигналдың бұрмалануын енгізеді. Инженерлер оқшауланбаған модульдерді орналастыру кезінде осы мәселелерді жеңілдету үшін мұқият ПХД орналасу әдістерін және бір нүктелік жерге қосу стратегияларын қолдануы керек.

1-кесте: 12V/24V/48V жүйелеріндегі жалпы топырақ пен гальваникалық оқшаулау

Back, Boost және Buck-Boost: дұрыс 12V/24V/48V қадамын таңдау

негізгі функционалдығы Оқшауланбаған тұрақты ток түрлендіргіштерінің 12В, 24В және 48В өнеркәсіптік тұрақты ток шиналарындағы кернеу деңгейлерін басқару үшін арнайы коммутация топологияларына сүйенеді.

Төмен (Бак) түрлендіргіштері

Бак түрлендіргіші тек кіріс кернеуін төменгі шығыс кернеуіне дейін төмендетуге арналған. Мысалы, 24 В өндірістік шинаны тұрақты 12 В немесе 5 В қуат логикалық контроллерлерге түрлендіру. Ол коммутациялық транзисторды, диодты (немесе синхронды түзеткішті), индукторды және конденсаторды пайдаланады. Ол токты импульспен тартатындықтан, бірақ индуктор арқылы үздіксіз ток беретіндіктен, ол жоғары тиімді және минималды шығыс кернеуінің толқынын жасайды, бұл оны сезімтал микроконтроллерлерді қуаттандыруға өте ыңғайлы етеді.

Үстелдейтін түрлендіргіштер

Керісінше, күшейткіш түрлендіргіш төменгі кіріс кернеуін жоғары шығыс кернеуіне дейін көтереді. Бұл 12 В батарея жүйесі 24 В немесе 48 В сенсорлық желіні немесе жетек массивін қуаттандыруы қажет қолданбаларда өте маңызды. Күшейткіш топология коммутатордың қосылу уақыты кезінде индуктордағы энергияны сақтайды және кейіннен оны кіріс кернеуімен бірге өшіру кезінде жүктемеге шығарады. Шығу тогының үзіліссіз сипатына байланысты күшейткіш түрлендіргіштер әдетте кернеу толқынын тегістеу үшін үлкен шығыс конденсаторларын қажет етеді.

Buck-Boost реттегіштері

Күшейткіш түрлендіргіш кіріс кернеуінің мақсатты шығыстан жоғары немесе төмен ауытқуына қарамастан реттелетін шығыс кернеуін сақтау арқылы соңғы икемділікті қамтамасыз етеді. Бұл әсіресе батарея кернеуі толық зарядталғанда жоғары басталатын (мысалы, 14В), бірақ зарядсызданған кезде айтарлықтай төмендейтін (мысалы, 9В) батареямен жұмыс істейтін жүйелерде өте маңызды. Қажетті шығыс тұрақты 12 В болса, күшейту топологиясы кернеуді төмендетуден оны арттыруға үздіксіз ауысады, бұл қосылған жүктеменің үздіксіз жұмысын қамтамасыз етеді.

2-кесте: 12В/24В/48В автобустармен салыстырғандағы Buck, Boost және Buck-Boost

12 В логикасын беретін 24 В рельс үшін, а 1,5А-дан 100А-ге дейінгі 24В-тен 12В-қа дейінгі төмендету блогы топологияны өзгертпестен бүкіл ток аралығын қамтиды, ал 48В шина басқа айналу коэффициентімен бірдей тізбекті пайдаланады.

Өнеркәсіптік автобустар үшін оқшауланбаған модульдерді қалай таңдауға болады

біріктіру Оқшауланбаған тұрақты ток қуат модулін қатаң өндірістік ортаға негізгі кернеуді түрлендіруден тыс электрлік және механикалық параметрлерді мұқият бағалауды талап етеді.

Тиімділік қисықтарын бағалау

Тиімділік статикалық сан емес; ол кіріс кернеуіне және жүктеме тоғына байланысты динамикалық түрде өзгереді. Модульді таңдаған кезде деректер парағында берілген тиімділік қисықтарын мұқият тексеріңіз. Жоғары сапалы түрлендіргіш жүктеменің кең ауқымында 90%-дан жоғары тиімділікті, әдетте максималды сыйымдылықтың 20%-дан 100%-ға дейін сақтауы керек. Жеңіл жүктемелердегі төмен тиімділік күту режимінде ұзақ уақыт өткізетін жүйелерде жол берілмейтін жылу диссипациясына әкелуі мүмкін.

Жылумен басқару және қоршаған орта температурасы

Олар өте жинақы болғандықтан, оқшауланбаған түрлендіргіштер жоғары қуат тығыздығына ие, бұл жылуды басқаруды маңызды етеді. Орнату ортасының ең жоғары қоршаған орта температурасын анықтаңыз (мысалы, желдетілмейтін басқару шкафының ішінде) және модульдің жылуды азайту қисығымен кеңесіңіз. Түрлендіргіштің қажетті үздіксіз токты оның максималды қауіпсіз жұмыс түйінінің температурасынан асырмай бере алатынына көз жеткізіңіз, бұл көбінесе кәстрөлді немесе сыртқы жылуды сіңіруді қажет етеді.

Динамикалық жүктеме реакциясы

Соленоидтар, қозғалтқыштар немесе жоғары жылдамдықты релелер сияқты өнеркәсіптік жүктемелер жиі ағымдағы сұраныстың кенеттен өсуін көрсетеді. Түрлендіргіштің динамикалық жүктеме реакциясы (немесе өтпелі реакция) айтарлықтай асып кету немесе төмендеусіз кенет жүктеме қадамынан шығыс кернеуінің қаншалықты жылдам қалпына келетінін анықтайды. Бір қуат шинасын ортақ пайдаланатын PLC және автоматтандыру контроллерлерінде логиканы қалпына келтіруді немесе тұрақсыз әрекетті болдырмау үшін жылдам өтпелі жауап өте маңызды.

48 В орамы 12 В жетекті қоректендіретін жерде, а 100А-ға дейін есептелген 48В-тен 12В-қа дейінгі төмендеткіш модульдің өлшемдері біріншіден төмендету қисығынан, екіншіден ең жоғары токтан алынады.

Қорытынды

қолдану Оқшауланбаған тұрақты ток түрлендіргішті белгіленген, төмен вольтты қуат архитектурасында жоғары тиімді кернеуді реттеуге қол жеткізудің тиімді стратегиясы болып табылады. Жалпы негіздің шектеулерін түсіну, сәйкес бак немесе күшейту топологиясын таңдау және жылу және динамикалық жүктеме параметрлерін қатаң бағалау арқылы инженерлер 12 В, 24 В және 48 В қуатты тарату желілерін жобалай алады.

Келесі қадам болжау емес, өлшеу болып табылады: жүктеме астында модуль терминалдарындағы шина кернеуін тіркеу, ең ыстық сағатта шкафтың ортасын жазып алу және рельс көретін ең үлкен жүктеме қадамын ескеру. Бөлшек БОМ-ға тапсырылмас бұрын әр фигураны құнсыздану қисығымен және өтпелі жауап сызбасымен салыстырыңыз.

Жүйеңіздің қуат тиімділігін оңтайландыруға дайынсыз ба? Сенімді, ықшам кернеуді түрлендіру шешімдері үшін оқшауланбаған Buck DC-DC түрлендіргіштерін зерттеңіз немесе салыстырыңыз. Boost-buck диапазоны, мұнда кіріс шығыстың үстінде және астында өзгереді.

Жиі қойылатын сұрақтар

С: Оқшауланбаған тұрақты ток түрлендіргіш не үшін пайдаланылады?

A: Ол ортақ теріс рельсті сақтай отырып, тұрақты токтың бір деңгейін екіншісіне түрлендіреді, сондықтан ол оқшауланған алдыңғы жағы бар жабдықтың ішінде төмендету және жоғарылату міндеттеріне сәйкес келеді. Әдеттегі пайдаланулар 48В-тен 12В-қа дейінгі логикалық рельстер, 12В-тен 24В-қа дейінгі жетектердің қорлары және батареямен жұмыс істейтін аспаптар.

С: Оның орнына оқшауланған түрлендіргішті қашан таңдауым керек?

A: Жүк адамға тигенде, екі жерге тұйықталған шкафты біріктіру қажет болғанда немесе кіріс шығысқа жетпеу керек үлкен өтпелі процестерді тасымалдай алатын кезде оқшаулауды таңдаңыз. Оқшауланбаған модуль тұйықталған қосқышты тікелей өткізеді, сондықтан кедергі ақаулық энергиясын шектейді.

С: 12 В батарея оқшауланбаған модульмен 24 В жүктемені іске қоса ала ма?

A: Иә, күшейту топологиясымен. 12 В-дан 24 В-қа дейінгі күшейту сатысы батарея рельсін жоғары қарай алып, батареяның төмендеуіне қарай реттеуді сақтайды, бірақ кіріс тогы күшейту қатынасына пропорционалды түрде көтеріледі, сондықтан беру сымдары осы жоғары ток үшін өлшемді болуы керек.

С: Неліктен тиімділік жеңіл жүктемеде төмендейді?

A: Шығу қуаты төмендеген кезде ауысу және негізгі жоғалтулар шамамен тұрақты болып қалады, сондықтан 10% - 20% жүктеме кезінде арақатынас нашарлайды. Ұзақ уақыт бойы жұмыс істемейтін жүйелер тек толық номиналды шығыста ғана емес, күту режиміндегі токқа жақын тиімділік қисығы бойынша тексерілуі керек.

С: Екі шкаф арасындағы жерге тұйықталуларды қалай болдырмауға болады?

A: Әрбір шкафты өз түрлендіргішінен беріңіз және бір байланыс нүктесін сақтаңыз, сондықтан ешқандай қайтару тогы сигнал жерімен жолды бөліспейді. Екі негіз сәйкес келуі керек жерде, а Қалқымалы шығыс жағы бар 13,8 В рельстерге арналған IP68 күшейту модулі циклды толығымен жояды.