سیستم های توزیع مدرن به طور معمول نیاز به ترکیبی پیچیده از کنورترهای قدرت AC / DC و DC / DC جدا شده و غیر جدا شده دارند.کنورترهای عایق بندی عمدتاً برای محافظت از سیستم ها و کاربران در صورت یک یا چند خطا استفاده می شوندهمچنین لازم است که برای حفظ یکپارچگی سیگنال، به فرعی از عملکردهای جدا شده، برق عرضه شود.
در اصل، با استفاده از IC های پیشرفته می توان به راحتی کنورترهای کم تا متوسط قدرت را با قدرت حدود 1000 وات طراحی کرد.و می توان از طریق معماری های مختلف به مبادلات عملکردی مختلف دست یافت.با این حال، در واقع، توسعه و اعتباربخشی کنورترها بسیار ساده نیست. شما باید حداقل یک مجموعه اساسی از الزامات عملکردی را برآورده کنید.از جمله ولتاژ خروجی نامی و جریان، بهره وری، پاسخ گذرا، ابعاد فیزیکی و حفاظت از خطا برای مدارها، بارها و منابع برق.
چالش های طراحی محدود به دانش پایه نیستند. در حال حاضر لازم است که به مجموعه ای از الزامات قانونی اجباری، شامل عملکرد ایمنی،بهره وری در سطوح مختلف بار، عملکرد خاموش کردن، عملکرد حرارتی، انتشار تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و ایمنی. این ویژگی ها باید توسط یک آزمایشگاه آزمایش گواهی شده تأیید شوند،که به طور قابل توجهی زمان طراحی را افزایش می دهدیک برنامه تحقیق و توسعه مستقل ساده می تواند به سرعت منجر به خطرات بسیار بالا شود.و شما به زودی متوجه خواهید شد که وقتی نوبت به انتخاب بین تحقیق و توسعه مستقل یا برون سپاری می رسد، شما به سرعت به سمت دوم ميل خواهید کرد.
اگر هنوز شک دارید، ممکن است در نظر بگیرید که کنورتر نیز باید عملکرد عایق الکتریکی داشته باشد.برخی از کنورترهای DC/DC نیز نیاز به عایق الکتریکی دارند.این نیاز مقررات جدید، ایمنی اجباری و استانداردهای صدور گواهینامه را معرفی می کند و تصمیمات خود توسعه یافته و برون سپاری شده را بیشتر به سمت خرید،بدون در نظر گرفتن مشخصات منبع برق.
خبر خوب اینه که کنورترهای برق جدا شده و غیر جدا شده دارای ولتاژ و جریان های متعدد برای انتخاب هستند.این محصولات طراحی محصول و استفاده از آن را در زمینه های کاربردی مانند دفاع بسیار ساده می کنند.، ارتباطات، آزمایش و اندازه گیری (عزل شده) و روبات های تلفن همراه (غیرعزل شده) ، و می توانند برای دستیابی به توابع توزیع برق ترکیب شوند.
این نوع از کنورترها پلگ و پلی را درک می کنند، می توانند به صفحه اصلی مدار چاپی (PC board) وصل شوند و محل خاص برای ریل توزیع بهینه شده است.این نوع کنورتر نیازی به پشتیبانی یا براکت مستقل نداردبه عبارت ساده، این نوع محصول می تواند به عنوان یک راه حل بسته و کامل پلگ و پلی باشد که به طور مستقیم عملکرد قدرت را به دست می آورد.
دانش پایه ای از عایق برق
عایق الکتریکی یک مانع الکتریکی است که برای جلوگیری از تشکیل یک مسیر رسانا ("Ohmic") بین دو انتهای یک مسیر سیگنال یا قدرت استفاده می شود.این موانع هنوز نیاز به اجازه انتقال انرژی و برق از طریق سایر وسایل حمل و نقل دارد.سیگنال، منبع برق یا هر دو باید جدا شوند، اما این به طراحی بستگی دارد. تکنولوژی جداسازی مورد استفاده بستگی به مشخصات خاص جریان جدا شده دارد.
دلايل زيادي وجود داره که چرا جدايي الکتريکي لازم است براي سيگنال ها جدايي الکتريکي مي تونه تماميت حسگرها رو بهبود بدهیا محافظت از کاربران و مدارهای در صورت نقص، مانع از جریان جریان در مسیر سیگنال می شود.
از نظر منبع برق، هدف اصلی آن تضمین ایمنی کاربر و جلوگیری از شوک الکتریکی ناشی از تماس تصادفی با سیم های AC یا منابع برق DC ولتاژ بالا است.جداسازی الکتریکی همچنین نیاز به مدارهای شناور را برای سیگنال های غیر قدرت استفاده می کند، یعنی به مدار زمین متصل نیست.
به طور کلی، عزل الکتریکی یک روش برای تعیین جهت جریان جریان بر اساس قانون جریان کیرشوف (KCL) است. هر جریان فعلی باید مسیر بازگشت به منبع داشته باشد،و عملکرد عایق برق قطع کردن این مسیر استدر صورت ممکن ضربه الکتریکی، ترانسفورماتور عایق در منبع برق (شکل 1،راست) قطع مسیر کامل خطا در حال حاضر از طریق کاربر و بازگشت به زمین (شکل 1)، سمت چپ).
شکل 1: برای جلوگیری از شوک الکتریکی، ترانسفورماتور عایق (راست) در منبع تغذیه مسیر جریان نقص را که از طریق کاربر عبور می کند و به زمین باز می گردد، قطع می کند (منبع تصویر:یادگیری روشنایی)
در یک سناریوی شاک الکتریکی معمول، هنگامی که لایه عایق از بین می رود، سیم برق فعال / گرم به طور مستقیم با محفظه فلزی تجهیزات تماس می گیرد.حتی اگر دستگاه هنوز هم می تواند به طور طبیعی کار می کند، اگر اتصال زمین گیری / زمین گیری قطع شود (که یک وضعیت رایج است) ، جریان خطا به جای عبور ایمن از سیم زمین گیری از طریق کاربر به زمین جریان می یابد.و کاربر ممکن است در این زمان دچار شوک الکتریکی شود..
برای کنترل این خطر، عملکرد جداسازی در منبع برق مسیر جریان بین منبع ولتاژ اصلی و تجهیزات را قطع می کند.می تواند از تشکیل یک مدار بین آنها جلوگیری کند، و حتی اگر خط خطا وجود دارد، می تواند خطر شوک الکتریکی را از بین ببرد.
لطفا توجه داشته باشید که ولتاژ خطر شامل ولتاژ خط AC و ولتاژ DC معادل، مانند ولتاژ یک باتری چند هسته ای است.اکثر استانداردهای نظارتی ولتاژ خطرناک را به عنوان ولتاژ بالاتر از 60 ولت تعریف می کنند، بسته به وضعیت واقعی و نوع ولتاژ.
جداسازی قدرت تقریباً همیشه از طریق اتصال مغناطیسی ترانسفورماتورها به دست می آید. اتصال مغناطیسی دارای بهره وری الکتریکی عالی، کاربرد فنی قوی، کاربرد انعطاف پذیر، قابلیت استفاده از دستگاه های مختلف و قابلیت استفاده از دستگاه های مختلف است.قابلیت اطمینان بالا، سفارشی سازی آسان، و می تواند به طور همزمان نیازهای نظارتی و مدار را برآورده کند.
دلایل انتخاب بسیاری از راه حل های با کیفیت بالا
با توجه به استفاده از ریل های قدرت متعدد در سیستم های مدرن، انتخاب های معماری زیادی در برنامه ریزی توزیع وجود دارد.زمانی که بخش های خاصی از مدار باید جدا شوند در حالی که بخش های دیگر نیاز به جداسازی ندارند یا منع می کنند، انتخاب کنورتر قدرت مناسب بسیار چالش برانگیز می شود.
در برخی موارد، ریل های قدرت AC/DC ولتاژ بالا یا DC/DC نیاز به انزوا ندارند، اما انزوا باید در جریان پایین تر در پیوند توزیع به دست آید.تصمیماتی که طراحان باید بگیرند شامل: اینکه آیا از یک منبع برق جدا شده با ظرفیت بزرگ یا چندین منبع برق جدا شده با ظرفیت کوچک استفاده شود.و اینکه آیا فقط از منابع انرژی جدا شده در مکان های مورد نیاز و منابع انرژی غیر جدا شده در مکان های دیگر استفاده شود (شکل 2).
شکل 2: یک معماری توزیع سطح سیستم کامل به طور معمول نیاز به ترکیبی از کنورترهای قدرت AC / DC و DC / DC جدا و غیر جدا (منبع تصویر: TDK Lambda) دارد.
برای پاسخگویی به این نیازها، TDK Lambda طیف وسیعی از تبدیل کننده های برق AC/DC و DC/DC جدا شده و غیر جدا شده را ارائه می دهد.ارائه چندین گزینه ولتاژ نامی ورودی/خرید و جریان نامیبه طور خاص شامل:
AC / DC جدا شده: PFE500F-28/T یک کنورتر خروجی واحد 28 ولت / 18 آمپر (A) است که برای ورودی جریان متناوب (VAC) 85 تا 265 ولت استفاده می شود. این کنورتر یک 122 × 70 × 12 را اتخاذ می کند.ماژول آجر 7 میلی متری کاملاً بسته با قابلیت جداسازی ورودی و خروجی VAC 3000 ولتمناسب برای محیط هایی است که خنک سازی با هوا یا خنک سازی با هوا ممکن نیست.
ماژول غیر منزوی AC/DC: PF1500B-360 نیز دارای اندازه کامل است و می تواند ورودی AC را به خروجی تنظیم شده 360 VDC تبدیل کند.مناسب برای سیستم های برق توزیع شده مجهز به کنورترهای DC/DC ولتاژ بالا یا بارهایی که نیاز به منبع برق ولتاژ بالا دارنددر ولتاژ ورودی 170 تا 265 VAC، قدرت نامی آن 1512 وات است. در ولتاژ ورودی 85 تا 265 VAC، قدرت نامی 1008 وات است. فاکتور قدرت این ماژول 0 است.98، با کارایی تا 96.5 درصد
DC / DC جدا شده: GQA2W024A050V-007-R کنورتر DC / DC جدا شده در اندازه فشرده است، در یک بلوک ربع بسته بندی شده است و عملکرد بسیار خوبی دارد.می تواند 120 وات قدرت را تولید کند و ولتاژ جداسازی ورودی و خروجی تا 3000 VDC داردمحدوده ولتاژ ورودی کار این کنورتر 9 ولت تا 36 ولت است و می تواند جریان 5 ولت را در 24 A تولید کند. بسته بندی مکانیکی آن پیکربندی های ساختاری مختلفی مانند صفحه پایین،مهر و موم، و غلاف شده (شکل 3 را ببینید) ، که می تواند با کنوکشن و هدایت از طریق صفحات سرد خارجی یا بخاری های گرما خنک شود.
شکل 3: کنورتر GQA2W024A050V-007-R گزینه های پیکربندی متعدد را ارائه می دهد که به طراحان انعطاف پذیری بالایی در طراحی کلی بسته بندی و خنک سازی کنورتر می دهد. (منبع تصویر:TDK لامبدا)
DC / DC غیر منزوی: I6A24014A033V-003-R ناقل DC / DC غیر منزوی نقطه بار (PoL) برای ایجاد ریل ولتاژ خروجی جریان بالا از 12 VDC یا 24 VDC ایده آل است.محدوده ولتاژ ورودی این کنورتر 9V تا 40V است، با یک جریان خروجی تا 14 A و محدوده تنظیم خروجی 3.3 V تا 24 V. این بسته بندی شده در یک طرح آجر 1/16 فشرده است.