استخدام المحولات المثبتة على الألواح لتلبية متطلبات مصادر الطاقة المترددة/المباشرة والمترددة/المباشرة المعزولة وغير المعزولة

تتطلب أنظمة التوزيع الحديثة عادةً مزيجًا معقدًا من محولات الطاقة المترددة / المباشرة والمترددة / المباشرة المعزولة وغير المعزولة.يتم استخدام محولات العزل بشكل رئيسي لحماية الأنظمة والمستخدمين في حالة وجود خطأ واحد أو متعدد· من الضروري أيضاً توفير الطاقة إلى وظائف فرعية معزولة للحفاظ على سلامة الإشارة.

في المبدأ، باستخدام ICs المتقدمة يمكن بسهولة تصميم محولات طاقة منخفضة إلى متوسطة بقوة حوالي 1000 واط،ويمكن تحقيق مبادلات أداء مختلفة من خلال بنيات مختلفةومع ذلك ، في الواقع ، فإن تطوير وتحقق من صحة المحولات بعيد عن البساطة. يجب أن تستوفي مجموعة أساسية واحدة على الأقل من متطلبات الأداء الوظيفي ،بما في ذلك الجهد الخارجي الاسمي والتيار، الكفاءة ، الاستجابة العابرة ، الأبعاد الفيزيائية ، وحماية العيوب للدوائر والحملات ومصادر الطاقة.

تحديات التصميم لا تقتصر على المعرفة الأساسية. في الوقت الحالي، من الضروري الامتثال لسلسلة من المتطلبات التنظيمية الإلزامية، والتي تغطي أداء السلامة،الكفاءة عند مستويات الحمل المختلفة، أداء الإيقاف ، الأداء الحراري ، انبعاثات التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) ، والحصانة. يجب أن يتم التحقق من صحة هذه الصفات من قبل مختبر اختبار معتمد ،والذي سيزيد بشكل كبير من وقت التصميميمكن أن تؤدي خطة البحث والتطوير المستقلة البسيطة بسرعة إلى مخاطر عالية للغاية.و ستجدون قريباً أنه عندما يتعلق الأمر بالاختيار بين البحث والتطوير المستقل أو الاستعانة بمصادر خارجية، سوف تميل بسرعة نحو الأخير.

إذا كنت لا تزال لديك شكوك، قد تنظر في أن المحول يجب أن يكون أيضا وظيفة العزل الكهربائي.بعض محولات DC / DC تتطلب أيضًا عزلًا كهربائيًاهذا الشرط يقدم لوائح جديدة، ومعايير السلامة والشهادة الإلزامية، مما يجعل قرارات من تطوير الذاتية والشركات الخارجية أكثر ميلا نحو الشراء،بغض النظر عن مواصفات مصدر الطاقة.

الخبر السار هو أن محولات الطاقة المعزولة وغير المعزولة التي يتم تركيبها على لوحة الدوائر لديها عدة فولتات وتيارات لتختار من بينها.هذه المنتجات تبسط بشكل كبير تصميم المنتج ونشره في مجالات التطبيق مثل الدفاع، الاتصالات، الاختبار والقياس (معزول) ، والروبوتات المتنقلة (غير معزولة) ، ويمكن الجمع بينها لتحقيق وظائف توزيع الطاقة.

هذا النوع من المحولات يدرك plug and play ، ويمكن توصيله في لوحة الدوائر المطبوعة الرئيسية (لوحة الكمبيوتر) ، ويتم تحسين الموقع المحدد للسكك الحديدية التوزيعية.هذا النوع من المحولات لا يحتاج إلى دعم مستقل أو دعامةببساطة، هذا النوع من المنتجات يمكن أن يكون حلًا مغلقًا ومتكاملًا للشحن والتشغيل الذي يحقق وظائف الطاقة مباشرة.

المعرفة الأساسية للعزل الكهربائي
العزل الكهربائي هو حاجز كهربائي يستخدم لمنع تكوين مسار موصل ("Ohmic") بين الطرفين من طريق الإشارة أو الطاقة.هذا الحاجز لا يزال يحتاج إلى السماح بنقل الطاقة والكهرباء من خلال وسائل نقل أخرىيجب عزل الإشارة أو مصدر الطاقة أو كليهما ، ولكن هذا يعتمد على التصميم. تعتمد تقنية العزل المستخدمة على المواصفات المحددة للتيار المعزول.

هناك العديد من الأسباب التي تجعل العزلة الكهربائية ضرورية. بالنسبة للإشارات، العزلة الكهربائية يمكن أن تحسن سلامة أجهزة الاستشعار،أو حماية المستخدمين والدوائر في حالة وجود خطأيمنع التيار من التدفق إلى مسار الإشارة.

من حيث إمدادات الطاقة ، الغرض الرئيسي هو ضمان سلامة المستخدم ومنع الصدمة الكهربائية الناجمة عن الاتصال العرضي مع أسلاك التيار المتردد أو مصادر الطاقة المترددة عالية الجهد.العزل الكهربائي يلبي أيضاً متطلبات الدوائر "العائمة" المستخدمة لإشارات غير الطاقة، وهذا هو، لا متصلة إلى الأرض الدائرة.

بشكل عام، العزل الكهربائي هو طريقة لتحديد اتجاه التدفق الحالي بناءً على قانون كيرتشوف للتدفق الحالي (KCL). يجب أن يكون لأي تدفق كهربائي مسار يعود إلى المصدر،و وظيفة العزل الكهربائي هو قطع هذا المسارفي حالة حدوث صدمة كهربائية محتملة، محول العزل في مصدر الطاقة (الشكل 1،اليمين) سوف قطع مسار كامل خطأ التيار من خلال المستخدم والعودة إلى الأرض (الشكل 1، اليسار).

الشكل 1: لمنع الصدمة الكهربائية، يقطع محول العزل (اليمين) في مصدر الطاقة مسار تيار العيب الذي يمر عبر المستخدم ويعود إلى الأرض (اليسار).(التعلم بالضوء)

في سيناريو الصدمة الكهربائية الشائعة ، عندما تتآكل طبقة العزل ، سيأتي سلك الطاقة الموجود / المدفئ مباشرة إلى اتصال مع الغلاف المعدني للمعدات.حتى لو كان الجهاز لا يزال يمكن أن تعمل بشكل طبيعي، إذا تم فصل اتصال الأرض / الأرض (وهو حالة شائعة) ، سيتدفق تيار الخطأ من خلال المستخدم إلى الأرض بدلاً من المرور بأمان عبر سلك الأرض ،ويمكن للمستخدم أن يعاني من صدمة كهربائية في هذا الوقت.

للسيطرة على هذا الخطر، وظيفة العزل في مصدر الطاقة قطع مسار التيار الحالي بين مصدر الجهد الأصلي والمعدات.يمكن أن يمنع تشكيل دائرة بينها، وحتى لو كان هناك خطأ في الخط، فإنه يمكن أن يلغي خطر الصدمة الكهربائية.

يرجى ملاحظة أنّ الجهد الخطر يشمل جهد خط التيار المتردد وجهد متردد معادل، مثل جهد بطارية متعددة النواة.معظم المعايير التنظيمية تعريف الجهد الخطير كجهد أعلى من 60 فولت، اعتمادا على الوضع الفعلي ونوع الجهد.

يتم عزل الطاقة في معظم الأحيان من خلال الارتباط المغناطيسي للمحولات. يحتوي الارتباط المغناطيسي على كفاءة كهربائية ممتازة ، وعملية تقنية قوية ، وتطبيق مرن ،موثوقية عالية، تخصيص سهل، ويمكن أن تلبي في وقت واحد الاحتياجات التنظيمية والدائرة.

أسباب اختيار العديد من الحلول عالية الجودة
نظراً لاستخدام العديد من خطوط الطاقة في الأنظمة الحديثة، هناك العديد من الخيارات المعمارية في تخطيط التوزيع.عندما يجب عزل أجزاء معينة من الدائرة بينما لا تتطلب أجزاء أخرى عزل أو تحظر العزل، اختيار محول الطاقة المناسب يصبح تحديا كبيرا.

في بعض الحالات ، لا تتطلب خطوط التيار المتردد عالية الجهد AC/DC أو DC/DC العزلة ، ولكن يجب تحقيق العزلة أبعد من ذلك في خط التوزيع.القرارات التي يجب على المصممين اتخاذها تشمل: ما إذا كان يجب استخدام مصدر طاقة معزول واحد ذو قدرة كبيرة أو مصادر طاقة معزولة متعددة ذات قدرة صغيرة.وإذا ما كان لاستخدام مصادر الطاقة المعزولة إلا في المواقع المطلوبة ومصادر الطاقة غير المعزولة في المواقع الأخرى (الشكل 2).

الشكل 2: تتطلب بنية توزيع كاملة على مستوى النظام عادةً مزيجاً من محولات الطاقة AC / DC و DC / DC المعزولة وغير المعزولة. (مصدر الصورة: TDK Lambda)

لتلبية هذه الاحتياجات ، تقدم TDK Lambda مجموعة متنوعة من محولات الطاقة المترددة / المباشرة والمترددة / المباشرة المعزولة وغير المعزولة ،توفير خيارات متعددة لجهد الدخول / الخروج المسموح به والتيار المسموح بهوتشمل على وجه التحديد:

محول AC / DC المعزول: PFE500F-28/T هو محول منفذ واحد ، 28 فولت / 18 آمبر (A) يستخدم لدخول التيار المتبادل (VAC) من 85 إلى 265 فولت. يعتمد هذا المحول 122 × 70 × 12.7 ملم وحدة طوب مغلقة بالكامل مع 3000 فولت القدرة على عزل المدخلات والخارج VAC، مناسبة للبيئات التي لا يمكن فيها استخدام التبريد بالهواء القسري.

وحدة AC/DC غير المعزولة: PF1500B-360 المغلقة هي أيضًا بحجم الطوب الكامل ويمكنها تحويل مدخل AC إلى مخرج 360 VDC المنظم.مناسبة لأنظمة الطاقة الموزعة المجهزة بمحولات عالية الجهد DC / DC معزولة أو الأحمال التي تتطلب إمدادات الطاقة عالية الجهد. عند فولتاج المدخل من 170 إلى 265 فاكس ، تكون قوته المسجلة 1512 واط ؛ عند فولتاج المدخل من 85 إلى 265 فاكس ، تكون القوة المسجلة 1008 واط. عامل الطاقة لهذه الوحدة هو 0.98، مع كفاءة تصل إلى 96.5٪.

محول DC / DC معزول: GQA2W024A050V-007-R محول DC / DC معزول صغير الحجم ، معبأ في ربع الطوب ، وله أداء ممتاز.يمكن أن يخرج 120 واط من الطاقة ولها جهد عزل المدخل والخروج يصل إلى 3000 VDCنطاق فولت دخول العمل من هذا المحول هو 9 فولت إلى 36 فولت، ويمكن أن الخروج 5 فولت التيار في 24 A.مغلقة، وتغليفها (انظر الشكل 3) ، والتي يمكن تبريدها عن طريق الحمل والتوصيل من خلال الصفائح الباردة الخارجية أو المستنقعات الحرارية.

الشكل 3: يوفر محول GQA2W024A050V-007-R خيارات تشكيل تعبئة متعددة ، مما يوفر للمصممين مرونة عالية في تصميم التعبئة العامة وتبريد المحول. (مصدر الصورة:TDK لامبدا)

غير معزول DC / DC: I6A24014A033V-003-R غير معزول نقطة الحمل (PoL) محول DC / DC مثالية لإنشاء خطوط التيار الخارجي عالية من 12 VDC أو 24 VDC مصادر الطاقة.نطاق الجهد المدخل من هذا المحول هو 9 فولت إلى 40 فولت، مع التيار الخارجي يصل إلى 14 A ومدى تنظيم الإخراج من 3.3 فولت إلى 24 فولت.