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DIN导轨电源技术飞跃:转换效率95.2%,输入浪涌电流极低

供稿:普尔世贸易(苏州)有限公司 2015/7/3 12:54:03

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  • 关键词: 电源 工控 自动化 高效率 长寿命 低浪涌 新品
  • 摘要:为用户提供更可靠、更紧凑的电源是普尔世电源专家们的最高目标。提升电源的转换效率是达到这一最高目标的有效途径。PULS普尔世最新电源系列CP10,是目前全球240W功率级电源中体积最小、效率最高的优异电源产品;并再次延长了使用寿命预期,提高了MTBF(平均无故障时间)值;在全面提升了可靠性等相关性能的同时,也增加了更多与易用性相关的功能,满足更多应用需求。

    为用户提供更可靠、更紧凑的电源是普尔世电源专家们的最高目标。提升电源的转换效率是达到这一最高目标的有效途径。PULS普尔世最新电源系列CP10,是目前全球240W功率级电源中体积最小、效率最高的优异电源产品;并再次延长了使用寿命预期,提高了MTBF(平均无故障时间)值;在全面提升了可靠性等相关性能的同时,也增加了更多与易用性相关的功能,满足更多应用需求。

   “热量是你最大的敌人!”——这条普遍适用的规则激励着自然风冷的DIN导轨电源研发者们不断向更高的效率发起挑战。直到不久前,PULS普尔世还以94%的高转换效率赢得了DIN导轨电源领先制造商的美誉,如今,这款效率达到95.2%的普尔世电源新星再一次突破了极限,让电源技术又向最完美的状态迈近了一步。

    能够让转换效率更上一层楼的方法,是将部分传统的硅材料替换为新的宽带隙材料SiC碳化硅,以及采用扁平的LLC-变压器拓扑结构。所有的电路设计和热设计细节都是经由系统的流程和定制软件工具精心测算、模拟、多变量优化而得出的。即使每个细节只能提高一小步,所有的细节累积起来就能看到显著的效果。与已经十分优秀的上一代普尔世电源相比,转换效率由94%提高到95.2%的CP10使功率损耗降低了20%之多。



高转换效率的优势

    随着时代的发展,系统的体积越做越小,结构也越来越紧凑。能否使得体积变小是由发热因素与散热设计决定的。因此,一台功耗低的电源具备许多优势:

    1.)电源实际上需要的体积越小,散热就越容易。因此,对比前代产品缩小了35%、仅39mm宽的CP10为电柜的灵活设计开启了更多可能性。

    2.)功耗低意味着同时降低了散热功能的消耗。这点很容易从电源减少的重量上找到原因:重量仅600g的CP10,比大部分同等级别的电源产品轻30%,关键在于用硅材料代替铝材料。这使得电源能够耐受更强的冲击和振动,尤其适用于一些需求特殊的应用,如列车车载、船舶等应用。更轻的重量意味着对DIN导轨造成的压力有所减小。DIN导轨是针对安放轻量设备与组件而设计的,太沉重的电源即使有DIN导轨安装结构,但其实也并不适用。

    3.)另一个优势是高MTBF(平均无故障时间)所带来的低故障率。PULS普尔世在产品的数据表中也对处于不同的运行条件和环境条件下的这一特性进行了详实的描述。简单的Simple Part Count(部分计数法)并不满足普尔世数据表的要求,因为它只是针对每个元器件的故障率进行简单的计数,并没有考虑到具体的应用环境对故障率的影响。普尔世对每个元器件进行单独的应力测算,并采取部分应力法,得到尽可能精准的MTBF(平均无故障时间)值。CP10以优异的120万小时MTBF值,保证了更高的可靠性。有的供应商通过承诺更长的保修期来提高可靠性,但这不能取代MTBF值的作用,因为MTBF是唯一能够体现故障率的参数。比较产品的MTBF值时,注意其标准和应用环境是非常重要的。然而可惜的是,很多电源厂商并不提供这些标注。

    4.)使用寿命预期常与MTBF混淆,因为两者都是以“小时”作为单位来计量的。但使用寿命预期的意义与MTBF是不同的:MTBF定义了在使用寿命预期时间范围内的平均故障率。使用寿命预期,是指从开始使用到磨损老化明显妨碍到正常使用的周期。很多人认为电子设备不存在耗损,但这不能适用于元器件中含有电解电容器的电子设备。随着使用时间的增加,电解电容中的电解液会通过密封口扩散,电解电容器将逐渐干涸,于是性能也将逐渐消失。这样的过程与电解电容的工作环境温度息息相关:温度每升高10℃,电解电容的寿命将减半。

    电解电容器的生产厂商根据一定的环境温度确定电解电容器的使用寿命预期,这个环境温度是电解电容能够承受的最高温度,最终确定的时间值是该电解电容使用寿命的最小值。作为电源中的元器件,每个电解电容都有特定的工作环境温度,根据电解电容供应商提供的数据,普尔世工程师计算出它们的寿命。电源的使用寿命越长,相应地,电源所使用的电解电容的品质必须越高,另一方面,电源工作时不能因发热过多而影响其电解电容的寿命。根据电解电容的温度测算和厂商提供的电解电容数据表,用户甚至可以自己粗略估算出电源的使用寿命预期。

    CP10的最短使用寿命预期达到10.1万小时,测试条件为40℃环境温度满负载状态,明显高于目前市场上的平均水平。

    普尔世认为,详细描述的使用寿命预期对用户来说是非常重要的信息。因此早在2005年,普尔世就在旗下的DIMENSION概念型产品线的所有产品数据表中加入了详细使用寿命预期参数,此举成为业界首创。在40℃环境温度下,DIMENSION概念型全系标准电源产品的使用寿命预期均超过5万小时。为达成这一目标,普尔世电源研发工程师们付出了漫长的努力和艰辛的汗水,最终成就了一句在普尔世内部广为传颂的名言:“宁让普尔世工程师流汗,不让普尔世电源流汗。”

    5.)整个系统中除电源外的其它设备及部件也受益于更高的转换效率:电源产生的热量越少,局部环境温度越低,因此系统的可靠性越高,同时也降低了对通风散热的要求。

输入浪涌电流极低

    开关电源理论上需要一个较大的缓冲电解电容,在电源接入电网电压时,为该电解电容被充电的电流被称为输入浪涌电流。为了抑制输入浪涌电流,在输入端需要串联一个热敏电阻。当刚接入电网时,热敏电阻的阻值很大,随后流通的输入电流使之逐渐变热,阻值降低。因此,正如“热敏电阻”的命名,为了达到低阻值,必须使其变热。

    热敏电阻在表面温度达到160℃的电源中会成为一个发烫点。此外,热敏电阻会造成不必要的浪费。为了抑制输入浪涌电流,有时候一个热敏电阻要与一个低阻值电阻装在一起使用,但这只能适当地抑制输入浪涌电流。另外,热敏电阻还有可能导致误判断等问题:如热启动时,温度还比较高,抑制电流的作用十分有限;或者相反,当环境温度极低的情况下,预热很可能达不到要求导致无法开机;突然产生负载跳跃和低电网电压时,也容易因为热敏电阻的高阻值拉低电压,从而导致输出电压崩溃。

    所有这些问题和矛盾都可以通过主动式浪涌电流抑制原理妥善解决,CP10正是采用了这一机制。它在输入端后的高阻值热敏电阻上并联了干接点。这不仅使得输入浪涌电流极低,转换效率进一步提升,还能允许电源在-40℃环境中正常工作。

实用便利的功能

    CP10的外壳尺寸很小,也非常容易安装。接线端子允许4mm2截面的大尺寸的线径,方便接线。负极设计了三个接线口,可直接接入更多负载。可选择快速弹压式接线端子版本,以满足多振动和冲击的应用环境需求。实用的DC-OK信号输出干接点,快速连接即可实时监控输出电压。在+45℃工作环境温度中可持续提供功率达288W。-25℃~+60℃工作环境温度范围内输出无降额。此外,CP10还获得了完备的标准和认证,如ATEX/IECex防爆认证等。

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