• Читайте 3837 разів

    Гері Бокок, технічний директор, XP Power, пояснює моменти, які слід враховувати при встановленні відкритої рами та U-каналу для джерел змінного/постійного струму

    встановлення

    Джерела живлення змінного/постійного струму зазвичай постачаються у тому форматі, який відомий як відкритий формат. Відкритий формат, як правило, описується як джерело лише на друкованій платі, і як такий, це ще один компонент, призначений для встановлення всередині обладнання, який забезпечує корпус для всього кінцевого продукту.

    Іншим поширеним форматом джерел живлення для інтеграції в кінцеве обладнання є U-канал, де джерело, встановлене на друкованій платі, встановлюється в U-подібному шасі, як правило, в алюмінієвому, який часто використовується як частина управління теплом для силових напівпровідників, а також декількох варіанти кріплення для виробника обладнання для встановлення джерела в кінцевій збірці.

    Існує кілька міркувань при встановленні U-канального та джерела живлення з відкритим кодом; В основному вони пов’язані з безпекою, електромагнітною сумісністю (ЕМС) та тепловим управлінням. У цій статті ми звернемося до цих питань, що хвилюють дизайнера.

    Іншим важливим фактором є детальні технічні характеристики джерела живлення, особливо ті, що стосуються обмежень температури та вхідної напруги, порівняно з номінальними значеннями, зазначеними в технічній документації. Найкращі джерела підтримують номінальну потужність при температурі навколишнього середовища 50ºC та вхідній напрузі до 90VC, тоді як інші джерела повідомляють про обмеження потужності зі зниженням до 20% при низькій вхідній напрузі, а також для температури навколишнього середовища до 40ºC, що може становити ці джерела непридатні для остаточної заявки.

    Безпека

    При монтажі джерела живлення відкритої форми в корпусі обладнання необхідно дотримуватися необхідних відстаней повзучості та зазору від корпусу до всіх граней живлення.

    У системі класу I це означатиме закріплення 3 або 4 мм між будь-якою заземленою металевою частиною та будь-якою частиною первинного джерела живлення, залежно від того, чи є кінцеве застосування промисловим чи медичним, оскільки може знадобитися використання ізоляції. постачання в зборі.

    При використанні джерела живлення класу I заземлювач безпеки є невід’ємною частиною системи електробезпеки і повинен бути надійно підключений до заземлення обладнання. Це підключення, як правило, доступне через один з отворів для кріплення, через вхідний роз'єм змінного струму або через роз'єм фастона на друкованій платі. Ймовірно, що від набору буде потрібно більше одного наземного підключення, що вплине на електричні викиди та рівень сприйнятливості; ми з цим розберемося пізніше.

    Там, де використовується джерело класу II, відстань повзучості та відстані може бути більшим у металевих корпусах, хоча корпуси обладнання, де вони використовуються, зазвичай не є електропровідними.

    Рисунок 1: Блок живлення у відкритому форматі.

    Конструкція U-каналу полегшує критичні точки, пов'язані з безпекою, оскільки шасі з'єднане із заземлювачем безпеки джерела та може бути прикріплене безпосередньо до корпусу обладнання разом із джерелом заземлення. Хоча вимоги щодо безпечної відстані між друкованою платою та U-каналом, який її оточує, виконуються, закінчення та верхня частина цього U-подібного вузла зазвичай відкриті, і в цих зонах слід подбати, щоб гарантувати відстань витоків та розділення.

    Рисунки 2a і 2b: U-канальне джерело живлення з кришкою та без неї.

    Конструкція U-каналу має додаткову перевагу в простоті обробки та монтажу. U-шасі забезпечує більш міцну конструкцію та включає різьбові кріпильні отвори для використання установником, зменшуючи апаратне кріплення до простого гвинтового кріплення. Необхідно враховувати максимальну глибину проникнення гвинтової вставки, щоб безпечно підтримувати відстань повзучості та зазору.

    Ще однією перевагою U-каналу є можливість додаткового охолодження силових компонентів за допомогою провідності до корпусу обладнання, знижуючи як температуру приклеєних компонентів, так і загальну температуру в конструкції U-каналу.

    Як джерела живлення відкритого формату, так і U-канали, включають один, а іноді і два, у випадку джерел, призначених для медичного обладнання, вхідні запобіжники, які також є частиною загальної конструкції системи безпеки обладнання, і захищають від небезпеки пожежі у випадку дуже серйозної несправності. Цей запобіжник, як правило, постійно встановлений у джерелі живлення і не призначений для заміни, оскільки єдиною причиною заміни запобіжника є несправність блоку живлення.

    Оскільки для обох конструкцій потрібна вхідна проводка, для кінцевого обладнання також потрібен додатковий запобіжник, щоб захистити його від потенційних проблем пожежі, що створюються кріпленням роз’ємів, індикаторів, вимикачів та самої проводки.

    Вихідні кабелі повинні мати розмір відповідно до максимальної потужності джерела живлення, включаючи максимальні допуски відповідно до його специфікацій захисту від перевантаження, щоб забезпечити безпечну роботу в разі виходу з ладу того самого обладнання.

    Є також теплові міркування, які слід взяти до уваги, оскільки деякі найважливіші компоненти безпеки мають максимальне обмеження температури; Ми будемо детально обговорювати цей пункт пізніше в процесі управління теплом.

    Електромагнітна сумісність (ЕМС)

    Джерела живлення відкритої форми зазвичай вимагають заземлення двох, а іноді і трьох точок кріплення. Як вже згадувалося раніше, в системі класу I одне з цих з'єднань, як правило, потрібно для заземлення безпеки і знаходиться на вході; Це з'єднання також з'єднує конденсатори фільтру загального режиму, які є прямими до землі та нейтральними до землі, також відомими як "Y" конденсатори.

    Ці конденсатори "Y" працюють спільно з індуктивностями загального режиму в блоці живлення, щоб послабити шум, пов'язаний зі швидкими змінами напруги на каскаді потужності джерела. Інші, як правило, знаходяться на вторинній стороні і підключають вихідні конденсатори загального режиму фільтра до землі. Елемент диференціального фільтра, призначений для зменшення шуму, пов'язаного зі швидкими змінами струму, знаходиться в лінії джерела та нейтральних з'єднаннях.

    Цей конденсатор загального режиму є частиною реалізації ЕМС у блоці живлення і повинен бути підключений для відповідності. Коли комп'ютер використовує металевий корпус, це рідко буває проблемою. Але в пластикових корпусах, будь то в конфігураціях класу I або класу II, необхідні інші заходи для з'єднання цих точок для забезпечення відповідності стандартам ЕМС. Точки, які вимагають заземлення, як правило, ідентифікуються в технічній документації джерела живлення, як у прикладі нижче.

    Рисунок 3: Механічне креслення джерела у відкритому форматі, що показує заземлення.

    Оптимальним способом з’єднання цих точок є встановлення джерела відкритого формату на металевій основі, яке не потрібно підключати до іншого елемента і яке забезпечує малий опір з невеликими паразитними елементами для підключення конденсаторів фільтра.

    Коли такий тип кріплення не є практичним, для підключення цих точок кріплення слід використовувати інші методи, наприклад, набір кабелів.

    У конструкції U-каналу всі наземні з'єднання виконуються в шасі цього U, що спрощує встановлення джерела живлення з точки зору ЕМС. Хороший електричний зв’язок від шасі U до корпусу обладнання через кілька точок фіксації є дуже корисним, мінімізуючи паразитні елементи.

    Рисунок 4: Типові механічні деталі джерела живлення U-каналу, що деталізує кріплення та з'єднання.

    В обох випадках вхідний та вихідний кабелі повинні бути добре відокремленими та уникати близькості до відкритого вузла, щоб уникнути можливих проблем з випромінюванням від комутаційних компонентів та магнітних вузлів всередині джерела живлення, що може спричинити систему. і випромінювали викиди в кінцеве обладнання.

    Теплове управління

    Джерела живлення відкритої форми можуть мати номінальну потужність при конвекційному охолодженні, примусовій вентиляції або обох.

    У випадку з U-подібними шрифтами ми також маємо кондукційне охолодження, використовуючи корпус обладнання або зовнішній радіатор для подальшого кріплення охолодження.

    Монтажне положення, орієнтація, навколишній простір, прикладене навантаження та деталі навколо джерела, а також будь-яке охолодження є унікальними для кожного застосування. Важливо перевірити робочу температуру ключових компонентів у блоці живлення після встановлення, щоб переконатись, що критичні компоненти безпеки не перевищують своїх максимальних значень, зазначених у документації про затвердження для безпеки, і що надійність та термін служби джерела не впливають.

    Технічна документація джерел у відкритому форматі та в U-каналі, придатна для їх інтеграції в команду, зазвичай визначає ключові компоненти безпеки та їх максимальні значення температури, які варіюються в залежності від використовуваного ізоляційного обладнання. Вони також, як правило, забезпечують розрахункову криву терміну служби на основі температури електролітичних конденсаторів, які є єдиними компонентами, що несуть механізм зносу всередині джерела живлення.

    Рисунок 5: Таблиця та графіки, що показують межі безпеки та оцінку строку корисного використання для цілодобової роботи

    Прогнози життєвого циклу базуються на проектному ресурсі електролітичних конденсаторів при їх максимальній температурі та середній температурі, яку він буде відчувати в кінцевому застосуванні протягом усього робочого періоду. Зрозуміло, що максимальну температуру не можна перевищувати ні за яких обставин, ні в екстремальних умовах.

    Всі розрахунки терміну служби електролітичного конденсатора базуються на рівнянні Арреніуса, де, якщо швидкість реакції зменшити вдвічі, термін служби подвоюється при кожному зниженні температури на 10 ° С, що робить його критичним елементом в життєвий цикл або термін служби всієї кінцевої програми.

    Розрахунки ресурсу, зроблені виробником блоку живлення, включатимуть елементи, що беруть участь у струмі пульсацій, але оскільки це недоцільно в остаточній обробці вузла подачі, можна знайти хороші показники терміну служби. Визначте, вимірюючи температури в компоненті інкапсуляція та застосування рівняння Арреніуса при заданій температурі та проектному ресурсі.

    Автор: Гері Бокок, технічний директор, XP Power