Toiteplokid | Energiatehnika

BLOCK-PM-0112-020-0-30125451-01.jpg

mai 28, 2020

Kuidas valida toiteplokki?

Valik toiteplokke siin

Toiteploki valikuga enamasti keegi eriti pead murdma ei hakka. Valitakse võimalikult odav seade, mille elektroonikapoest või netist leiab. Kui pinged ja voolud sobivad ning plokk oma  kohale ära mahub, siis ongi valik tehtud. Praktikas näeme, et toiteploki valikul tehakse vigu, mis hiljem valusasti tunda annavad häiringutest elektriõnnetuse, turult kõrvaldamise ja kahjunõueteni. Artikkel “Kuidas valida toiteplokki?” kirjeldab ja aitab vältida levinumaid probleeme toiteploki valikul.

Lõpp-klient toiteplokile erinõudmisi esitada ei oska. Seda peab tegema seadme või masina projekteerija või tootja, lähtudes vastaval turul kehtestatud elektriohutuse, keskkonna alastest jm nõuetest. Euroopa Liidus tuleb arvestada Madalpingedirektiivi (LVD), Elektromagnetilise ühilduvuse (EMC) direktiivi, Ohtlike ainete piiramise direktiivi (RoHS), Masinaohutuse direktiivi (MD), Ökodisaini direktiivi ja nendega seotud harmoneeritud standardeid. Näiteks, EN 60204 Masinate elektriseadmete  ohutus, EN 62638 Info- ja telekommunikatsiooniseadmete ohutus, EN 60335 Kodumajapidamis- ja olmeseadmete ohutus, EN 60601 Meditsiiniseadmete ohutus jne. Kui teie masinale või seadmele vastavat tootestandardit ei leidu või selle nõudeid täita ei saa, tuleb teha selle riskianalüüs nt standardi ISO 12100 põhjal. See standard hõlmab kõiki võimalikke riske, sh ka elektriohutusega seotuid. Kui on oht, et seadme kaitsemaanduse ahel võib katkeda, näiteks pikendusjuhtme kasutamisel, tuleb olenevalt raskeimatest võimalikest kasutusoludest kasutada tugevdatud isolatsiooniga või kaitseväikepinge toiteplokki. Kaitseväikepinge on vahelduvpinge väärtusega kuni 50 (42) V AC või alalispinge kuni 75 (60) V DC.

Kuidas valida toiteplokki

Tugevdatud isolatsiooniga meditsiiniline kaitseväikepinge SELV toiteplokk PM-0124-020-4

 

Millised on tehnilised nõudmised toiteplokkidele?

 Esmane nõue on ohutuse tagamine. Toiteplokk on elektriohu ja häiringute allikas ning võib sisaldada ohtlikke aineid, näiteks pliid. Ohutusnõuded erinevad riigiti. Kui seadet eksporditakse, siis tuleb tagada vastavus lõppkliendi juures kehtivatele nõuetele. Euroopa Liidus näitab toote nõuetele vastavust CE, USAs UL, Kanadas CSA, Hiinas CCC, Jaapanis PSE, Venemaal EAC tähis jne. Kõige kindlam on toiteplokk samuti valida lõppkliendi maa sertifikaadiga toodete hulgast. See lihtsustab oluliselt teie toote sertifitseerimist, mis võib olla nõutav. Näiteks EL-s nõutakse meditsiiniseadmete, ohutusseadiste sertifitseerimist, USAs ja Kanadas tuleb elektriseadmed turule laskmise eel sertifitseerida NRTL nimekirja kuuluvates akrediteeritud testimislaborites. Ohtlikud ja kehtestatud nõuetele mittevastavad tooted võidakse kohustada turult eemaldada ja tagasi osta. Euroopa Liidus on ohtlike toodete registreerimiseks ja turult kõrvaldamise nõudmiseks eraldi amet RAPEX (rapid alert system for dangerous non-food products – “Safety Gate”). Toiteploki või -adapteri isolatsiooni puudulikkus on üks levinumaid elektriseadme põhjusi sellesse registrisse sattumisel.

Võrgutoide

Võrgupinged ja -pistikud erinevad riigiti. Euroopas Liidus on põhiline TNS 230/400 V 50 Hz, USAs ja Kanadas esinevad võrgupinged TNS 115 V, 208 V, 240 V, 480 V, 575 V 60 Hz. Maailma riikides võib leida muidki pingeid ja juhistikusüsteeme. Näiteks Norras on kasutusel isoleeritud IT juhistikusüsteem. Seda kasutatakse sageli ka laevades. Kui teie seadet võidakse müüakse üle maailma ja seda võidakse kasutada mitmes riigis, siis peaks ka seadme toiteplokk olema sobiv või kohandatav kõigi sihtriikide jaoks. Või siis tuleb toode varustada erinevate toiteadapteritega vastavalt lõppkliendi asukohas kehtivatele nõuetele. Toiteploki sisselülitamisel tekib käivitusvoolu impulss, mis peab olema piiratud. Kui seda ei ole tehtud, sõltub käivitusvoolu tippväärtus võrgupingest ja toitevõrgu näivtakistusest. Alajaama lähedal võib sellise toiteploki käivitusimpulss kergesti kaitsmed välja lüüa.

Kuidas valida toiteplokki kaitsefunktsioonide järgi

Toiteploki väljund peab olema kaitstud lühise ja liigvoolu eest. Toiteploki väljundi lühiskaitset ei saa reeglina teostada sulavkaitsmega, kuna toiteploki väljundi kaitsmiseks pole sulavkaitse piisavalt kiire. Seetõttu piiratakse väljundvoolu automaatselt maksimaalväärtusega, vähendades vastavalt pinget.

Teise võimalusena kasutatakse nn voolulõiget. See tähendab, et väljundpinge katkestatakse ülekoormuse tuvastamisel. Seejärel võib toiteplokk jääda perioodiliselt käivituma ja kontrollima, kas ülekoormus on kadunud (trip&restart). See avaldub toitepinge perioodilise sisse-välja klõpsimisena. Sellise liigvoolukaitsega toiteplokid ei sobi suure käivitusvoolu korral, nt kondensaatorite või akude laadimiseks. Neis tuleks kasutada kas piiratud voolu või piiratud võimsusega toiteplokke. Toiteplokil võib olla ka kombineeritud ülekoormuskaitse.

Toiteplokist toidetavad elektriahelad vajavad samuti vähemalt lühisekaitset. Ideaaljuhul peaks olema ette nähtud eraldi kaitse igale toidetavale seadmele. Seda enamasti ei tehta, kui kõik ahelad on teostatud sellise ristlõikega juhtmega, mis talub kestvalt toiteploki lühisvoolu. Sageli on osa nt andurite juhtmeid sellest oluliselt peenemad ja lühise korral ähvardab seadme süttimine. Mida siis teha? Siin on abi piiratud võimsusega toiteploki kasutamisest. Kui aga toiteplokk peab olema võimsam, tuleb kasutada täppiskaitsmeid. Kõige täpsemad on elektroonilised kaitsmed.

Toiteploki sisend peab olema kaitstud toite liigpingete eest, mis võivad kasutuskohas esineda. Enamasti on toiteplokil võrgu poolel vajalik kaitse 2,5 kV impulsi eest, mis võib elektripaigaldises esineda. Kui toiteplokil piisavalt tugevat liigpingekaitset pole, tuleb kasutada välist liigpinge kaitseseadist koos sulavkaitsmetega. Samuti peavad kõik toiteploki sisendid ja väljundid olema piisaval määral kaitstud staatilise elektri laengute eest.

Akude laadimiseks kasutatavad toiteplokid peavad vastavalt kasutatava aku nõuetele piirama laadimisvoolu ja -pinget ning kaitsma akut ülelaadimise eest. Näiteks väiksematel liitiumakudel on vastav akumonitori elektroonikaplokk sisse ehitatud.

Liigtemperatuurikaitsest

Toiteplokil peab ülekuumenemise ja süttimise vältimiseks olema liigtemperatuurikaitse. Kui liigtemperatuurikaitset ei ole, siis näiteks puuduliku jahutuse tõttu ülekuumenenud toiteplokk jätkab tööd, kuni maha põleb. Lühisel tekkiv kaarleek võib kergesti süüdata põlevaid materjale. Toiteploki materjalid peavad olema raskesti süttivad ja isekustuvad. Isolatsioonimaterjalide kohta on eraldi nõuded, mis on eriti olulised ühistranspordivahendites, avalikes kohtades ja kõrghoonetes.

Isolatsiooni nõuetest

Toiteploki või -adapteri isolatsiooni tagab eelkõige kõrgsagedustrafo, mille ehitus on ohutuse seisukohalt kriitilise tähtsusega. Vastavates standardites on antud isolatsioonivahemikud õhus ja mööda isolatsioonipindu, samuti nõuded mähistraadile, mähise alustele ja trükkplaatide materjalidele. Mõnel pool kasutatakse trafo primaar- ja sekundaarmähise vahel maandatud ekraani, mis ei võimalda mähiste vahelise isolatsiooni läbilööki, kuna enne tekib lühis. Trafole võidakse mõnel juhul nõuda eraldi sertifitseerimist.

Diagnostika ja juhtimine

Toiteploki veadiagnostika piirdub enamasti rohelise lediga, mis põleb, kui väljundpinge on korras. Leidub ka kasutajaliidesega toiteplokke, millel saab jälgida koormust, seadistada kaitseid, vaadata järelejäänud ressurssi, mille määrab tavaliselt kondensaatorite ja jõupooljuhtide vananemine kuumenedes ja jahtudes. Samuti on saada releeväljundiga toiteplokke, mis signaliseerivad korrasolekust kontakti sulgumisega. Mõnedel toiteplokkidel on distantsjuhtimissisend, mis võimaldab plokki distantsilt digitaalsignaaliga sisse ja välja lülitada. Keerukamatel, nt programmeeritavatel laboratoorsetel või telekomi toiteplokkidel võib olla ka kuvar ja arvutiliides(ed). Täiendavalt võivad toiteplokkidel olla ülema ja alluva toiteploki ühendamise ja sünkroniseerimise sisendid. See võimaldab vajaduse korral toiteplokke rööbiti ja jadamisi ühendada.

Jada- ja rööpühendus

Impulsstoiteplokke üldjuhul jadamisi ja rööbiti ei ühendata, kui see pole lubatud kasutusjuhendis. Sellised ühendused on tavaliselt siiski piiratud lõpliku arvu kindlat tüüpi toiteplokkidega. Toiteplokil võivad olla ka juhtimissisendid ja mõõtesisendid nt pinge stabiliseerimiseks pikemate juhtmetega ühendatud koormusel.

Kuum reserv ja töökindlus

Mida teha, kui seadmel on vaja toiteplokk välja vahetada, kuid välja lülitada ei tohi. Kuum vahetus (hot swap)  on vajalik näiteks serverite või telekomi toiteplokkidel. Sellisel juhul tuleb kasutada kas liiasusega (redundancy) või varutoite akuga nn UPS toiteplokke. Vahetuseks tuleks koormust niipalju vähendada, et töösse jäävat toiteplokki või aku ahelaid üle ei koormata. Rakendustes, kus liiasus e kuum reserv on vajalik ohutuse või 100% töökindluse tagamiseks, ei või koormus ületada ühele toiteplokile kestvalt lubatut. Kui toiteplokki kasutatakse ohutusega seotud seadmete toiteks, peaks ka toiteploki töökindlus olema piisav. Seda näitab MTTF (mean time to failure) väärtus tundides. Parematel toiteplokkidel on MTTF u 700 000 tundi. See väärtus võib olla saavutatud suure arvu toiteplokkide töökindlustestidega või arvutuslikult.

Väljundpinge stabiliseerimise kvaliteedist

Kõige levinum probleem on toiteploki pinge kõikumine. Tühijooksul on pinge kõrgem, koormamisel see langeb. Toitepinge suurenedes väljundpinge tõuseb, temperatuuri tõustes tavaliselt langeb. Väljundpinge väärtus peaks võimalikult vähe sõltuma koormusest, temperatuurist, toitepingest ja komponentide ajalistest muutustest ehk vananemisest. Väljundpinge kvaliteedi kohta saab lugeda artiklist „Toiteplokid“ (link).

Toitepokkide klassidest

Sarnaselt muude elektriseadmetega jagunevad ka toiteplokid IEC klassidesse. Klass I on kaitsemaanduskontaktiga, klass II tugevdatud isolatsiooniga ja kaitsemaanduskontaktita, klass III ohutu väikepingeline (SELV) toiteplokk. Toiteploki klass peab vastama elektriseadme klassile ja vastupidi. See tähendab, et toiteplokist võib sõltuda elektriseadme klass. Klassi II seadet ei tohi toita I klassi toiteplokist, kuna tekivad juhtivuslikud häiringud. Klassi I seadet võib mõnel juhul toita klassi II toiteplokist, tagades seadme nõutava kaitsemaanduse.

Toiteplokkide võimsusklassid USA NEC (National Electrical Code) alusel. LPS (limited power source) 1. klassi kuuluvad signalisatsiooni- ja kaugjuhtimis- ning piiratud võimsusega ahelad. Klassi 1 piiratud võimsusega ahela toitepinge ei tohi üldjuhul ületada 30 V ja toiteploki automaatne võimsuspiirang kuni 1000 VA. Sellest toidetavat elektriskeemi osa nimetatakse 1. klassi piiratud võimsusega ahelaks.  Teise klassi toiteploki automaatne võimsuspiirang ülekoormusel, lühisel vm ei tohi ületada 100 VA taset. 2. klassi automaatse võimsuspiiranguga toiteploki pinge võib olla kuni 150 V AC/DC. Välise liigvoolukaitsega võib pinge olla kuni 30 VAC või 60 V DC. Sellest toidetav 2. klassi elektriahel loetakse elektri- ja tuleohutuks. 3. klassi automaatse võimsuspiiranguga toiteploki väljundpinge võib olla kuni 100 V AC/DC. Välise liigvoolukaitsega võib 3. klassi toiteploki pinge olla kuni 150 V AC/DC.

Elektromagnetilisest ühilduvusest

Toiteplokkide elektromagnetilise ühilduvuse (EMC) tasemed näitavad raadiohäiringute ja juhtivuslike häiringute tugevust sisend- ja väljundpingetes. A-klassi EMC tasemega toiteplokid on ette nähtud kasutamiseks äri- ja tööstuskeskkondades. B-klassi EMC tasemega toiteplokid on ette nähtud kasutamiseks olmekeskkondades, kus lubatavad häiringud ja nõuded häiringukindlusele on nõrgemad. Kui toiteplokki on kavas kasutada audioseadme vm tundliku analoog-mõõteahela toiteks, tuleks valida B-klassi toiteplokk või lineaarne toiteallikas.

Elektromagnetilise ühilduvuse teemadega liituvad ka lekkevoolu, võrguvoolu moonutuste, filtreerimise, võimsusteguri kompenseerimise jm probleemid. Nende lähem käsitlemine on siinkohal välja jäetud artikli piiratud pikkuse tõttu.

Keskkonnanõuetest

Seadme lõppkasutaja juures võib esineda teistsugune keskkond, kui esmapilgul eeldada võiks. Temperatuur, samuti õhuniiskus võib olla kõrgem või madalam. Võivad esineda vesi, tolm, mis võib mõnel juhul olla vooljuhtiv või plahvatusohtik. Mõnesid seadmeid võidakse kasutada plahvatusohu olukorras, näiteks tanklates, kütusehoidlates või kaevandustes. Seadmele võivad mõjuda vibratsioon ja löögid transpordil või ka lõppkasutaja juures, näiteks seismilises piirkonnas. Seade mustub kasutamisel, mis halvendab jahutust. Näiteks ehitusmasinad kattuvad aegamööda betoonikihiga, puidutööstuses aga tungib tolm pikkamööda kõikjale. Seadmesse võivad elama asuda putukad. Seda on esinenud ka Eestis. Oli juhtum, kus putukad tegid pesa garaažiukse ajamisse. Jahutus halvenes niivõrd, et toitetrafo temperatuurikaitse põles läbi. Toiduainetetööstuse seadmete ja meditsiinitehnika pesemiseks ja desinfitseerimiseks võidakse kasutada kangeid korrodeerivaid kemikaalilahuseid. Tugevalt korrodeerivad gaasid võivad esineda näiteks keemiatööstuses ja (reo)veepuhastusseadmetes. Olulist kahju võivad teha vandaalid. Kilbiuksi soditakse, lõhutakse ja kangutatakse lahti, tuleb ette ka süütamiskatseid.

Toiteplokkide tühijooksu võimsuse piiramisega hakati tegelema sajandivahetuse eel, kui saadi aru, et mitu elektrijaama EL-s töötavad ainult selleks, et toota sadade miljonite võrku ühendatud tühijooksul töötavate toiteplokkide võimsust. EL Ökodisaini direktiivi määrusega  (EL) 2019/1782 on sätestatud kuni 250 W toiteplokkide – määruses välistoiteallikate – tühijooksuvõimsuse piirangud 0,1 W nimivõimsusel alla 50W ja üle selle 0,21 W. Samuti on ette antud kasutegurid erineval koormusel. Need on väga karmid tehnilised nõuded, mille täitmine nõuab toiteploki skeemi, iga komponendi ja režiimi hoolikat valikut.

Toiteplokke puudutavaid direktiive on teisigi. RoHS piirab plii, elavhõbeda, kaadmiumi, 6-valentse kroomi, polübroomitud bifenüüli (PBB) ja polübroomitud difenüüleetri (PBDE) kasutamist elektroonikatoodetes. Näiteks ei tohi kasutada pliid sisaldavaid tinajoodiseid. Elektri- ja elektroonikaseadmete jäätmete direktiiv sätestab nõuded elektri- ja elektroonikaseadmete jäätmete tekke vältimiseks, nende jäätmete korduvkasutamiseks ja ümber töötlemiseks.

Kokkuvõte

Artiklis on antud lühiülevaade toiteplokkidega seotud probleemistikust. Temaatika on väga lai, hõlmates erinevaid ohutusnõudeid, liigitust, skeemitehnikat, keskkonna aspekte, disaini, ergonoomiat, töökindlust, katsemetoodikaid, rakendusi jne. Suur osa toodud infost on kogemuslik.

Valik toiteplokke siin

Kui soovite täiendavat infot ja nõuannet kuidas valida toiteplokki, pöörduge Energiatehnika OÜ  poole telefonil 655 1312 või emailiga info@energiatehnika.ee. Energiatehnika OÜ on firmade Delta Electronics, kes on maailma suurim toiteplokkide tootja, ja Saksamaa toiteplokkide ja trafode tootja Block GmbH esindaja Eestis.

Nimi*

E-mail*

Sisu


toiteplokk.jpg

aprill 29, 2020

 

Toiteplokid

 

Mis on toiteplokid? Kuidas neid liigitatakse ja mida need teevad?

 

Toiteplokk on elektrotehnikas kasutatav seade, mis varustab elektrienergia tarbijat sobivate parameetritega elektriga (pinge, voolutugevus jne). Toiteplokid muundavad energia tarbijale sobivaks, näiteks keemilise energia elektrienergiaks või vahelduva võrgupinge alalispingeks.

Üldine tehniline info

 

Alalisvoolu toiteplokke (AC-DC) kasutatakse peamiselt vahelduva võrgupinge (AC) muundamiseks sobiva väärtusega alalispingeks (DC). Olemas on ka DC-DC toiteplokid, mis muudavad alalispinge ja -voolu väärtuseid vastavalt vajadusele.

Alalisvoolu toiteplokkide ehitus sõltub nende kasutuseesmärgist. Erinevad nõuded on välja toodud järgnevates standardites:

EN 60204/IEC 60204, EN 60335/ IEC 60335, EN 60950/IEC 60950, EN 62368,

EN 61558/ IEC 61558, EN 61204/ IEC 612041, EN 60601/IEC 60601.

 

Oluline kriteerium toiteplokkide valikul on sisend- ja väljundahelate vaheline isolatsioonitugevus.

 

Teiseks eristatakse, kuidas vahelduvpinge ja -vool muundatakse alalispingeks ja -vooluks.

  • AC-DC muundur

Vahelduvpinge sisend, alalispinge väljund

 

  • DC-DC muundur

Alalispinge sisend,  alalispinge väljund

 

  • DC-AC muundurd

Alalispinge sisend, vahelduvpinge väljund

 

  • AC-AC muundur

Vahelduvpinge sisend, vahelduvpinge väljund

 

Toiteploki valikul tuleb arvestada ka väljundpinge stabiilsuse ja pulseerimisega.  Sellest tulenevalt eristatakse järgnevaid kategooriaid:

  • Stabiliseerimata alalisvoolu toiteplokid
  • Stabiliseeritud alalisvoolu toiteplokid

 

Standardid

Firma Block toiteplokid on toodetud vastavalt järgnevatele standarditele, kui pole kliendiga muud nõuded kokku lepitud.

  • Stabiliseerimata toiteplokid

EN 61558, IEC 61558: Trafode, reaktorite, elektritoiteplokkide ja nende kombinatsioonide ohutus. Osa 1: Üldnõuded ja katsetused

  • Stabiliseeritud toiteplokid

EN 61558, IEC 61558 Trafode, reaktorite, elektritoiteplokkide ja nende kombinatsioonide ohutus. Osa 1: Üldnõuded ja katsetused ja osa 2-17 Erinõuded lülititalitluses toimiva elektrivarustuse trafodele

EN 61204, IEC 61204: Madalpinge alalisvooluväljundiga elektrivarustusseadmed. Talitlusomadused ja ohutusnõuded

EN 62368, IEC 60950: Infotehnikaseadmed. Ohutus.

 

Stabiliseerimata alalisvoolu toiteplokid

Stabiliseerimata toiteplokkide väljundi alalispinge väärtus muutub vastavalt sisendpinge kõikumisele ja väljundis olevale koormusele.

Pinge pulsatsioon defineeritakse tavaliselt protsentides väljundpinge väärtusest.

Isegi tänapäeval on stabiliseerimata toiteplokid kasutusel tänu oma tugevale ja lihtsale ehitusele, mis tagab suure töökindluse.

 

Stabiilsus

Nimi-väljundpinge 24 VDC vastab sisendi nimipingele ja 50-75% koormusele. See vastab üldjuhul tavalistele rakendustele.

Toiteploki sisetakistus määrab väljundpinge piirväärtuse tühijooksul ja suurima lubatud koormusega olukorras. Mida kõrgem väljundpinge stabiilsus on vajalik, seda keerukam komponentide struktuur on vajalik. Piirväärtused on määratud rakenduse tehniliste nõuetega või tootestandardiga.

Nendes piirväärtustes püsimine on tagatud ka toite (lubatud vahemikus) ala- ja ülepinge korral  sõltumata koormusest. Lubatud ülepinge on kuni +10% nimipingest.

Pingepulsatsioon

Stabiliseeritud alalisvoolu toiteplokid

Stabiliseeritud toiteplokkides on elektroonilised pinge reguleerimisahelad, mis hoiavad alalispinge (mõnel juhul ka alalisvoolu) ettenähtud vahemikus. Väljundpinge reguleerimisel arvestatakse pidevalt sisendpinge kõikumise ja koormuse muutustega.

Väljundi alalispinge pulsatsioon on millivoltides ja koormus väljundil mõjutab seda ainult vähesel määral. Tihti on ka väljundi alalisvool piiratud, mis võib pakkuda kaitset ülekoormuse eest.

Toiteplokkide liigid:

  • Lineaarsed toiteplokid
  • Impulsstoiteplokid

Lineaarsed toiteplokid

Paljudel juhtudel koosneb lineaarne toiteplokk trafost, filtreeritud väljundiga alaldist ja stabilisaatorist. Stabilisaator koosneb tavaliselt jõutransistoridest.

Elektroonilised juhtahelad kindlustavad stabiilse väljundpinge. Väljundit võrreldakse pidevalt tugipingega. See pidev võrdlus juhib regulaatorit ja määrab täpse väljundpinge.

Eelised:

  • Galvaaniline eraldus tänu võrgutrafole
  • Erinevad pinge väärtused tänu trafo väljavõtetele
  • Lihtne ehitus
  • Stabiliseerib kiiresti
  • Väga madal pulsatsioon
  • Väga vähe EMÜ (elektromagnetilise ühilduvuse) probleeme
  • Soodne kuni võimsuseni 50 W

 

Puudused:

  • Madal kasutegur
  • Kasutegur sõltub suuresti sisendpinge kõikumistest
  • Märkimisväärne soojenemine, eriti suurte väljundvoolude korral
  • Ehituslikult suured mõõtmed
  • Suurem kaal

Energia- ja materjalisäästlikkuse vajaduse tõttu lineaarseid toiteplokke enam laialdaselt ei kasutata.

Impulsstoiteplokid

Kui lineaarselt stabiliseeritavate toiteplokkides väljundpinget ja -voolu reguleeritakse pidevalt, siis impulsstoiteplokkide puhul neid suuruseid lülitatakse (lõigatakse). See tähendab, et transistoreid kasutatakse lülititena, et saavutada sobiv väljundpinge. Selliseid toiteplokke iseloomustab kõrge kasutegur. Jõupooljuhtide lülitamisel ja elektrienergia ülekandmisel tekkivad kaod on väikesed.

Väljundi reguleerimist teostatakse impulsside täiteteguri muutmisega püsival sagedusel või muutuval sagedusel konstantse täiteteguri korral. Selle tulemusel tekkiv nelinurkpinget saab trafoga muundada peaaegu igale soovitud pingetasemele, misjärel pinge alaldatakse. Kõrge taktsagedus, alates 20 kHz kuni mitmed MHz, võimaldab kasutada väikeseid ja oluliselt soodsama maksumusega feriittrafosid, drosseleid ja kondensaatoreid.

Sekundaarpoolne impulsstoiteallikas

Elektrivõrku on ühendatud 50 või 60 Hz trafo, mis vastab elektrilise isolatsiooni ohutusnõuetele. Pärast trafo sekundaarpinge alaldamist on laadimiskondensaatoril soovitust kõrgem potentsiaalide vahe. Alalisvooluahelasse on järgmisena ühendatud pinget vähendav muundur, mille lülitussagedus on tavaliselt üle 20 kHz.

Regulaator lülitab jõupooljuhte, et saavutada väljundis stabiilne alalispinge. Regulaator võrdleb väljundpinget tugipingega. Nende kahe pinge võrdluse tulemusel muudetakse täitetegurit, et hoida pinget stabiilsena õige väärtuse juures.

 

Eelised:

◦ Trafo galvaaniline isolatsioon tagab eralduse võrgupingest

◦ Saab kasutada mitut sisendpinget vastavalt trafo primaarmähise väljavõtetele

◦ Väga lihtsad ahelad

◦ Suhteliselt kõrge kasutegur, toitevõrgu pingemuutused ei avalda suurt mõju

 

Puudused:

◦ Suured mõõtmed ja kaal (madalsagedustrafo tõttu)

◦ Väljundi stabiliseerumisaeg sõltub taktsagedusest ja on aeglasem kui lineaarsel toiteplokil           ◦ Suhteliselt palju müra väljundis ja esineb pingepiike

◦ EMÜ (elektromagnetilise ühilduvuse, ka EMC) probleemid seoses taktsagedusjuhtimisega

 

Primaarpoolne impulsstoiteplokk

Tööpõhimõte on sama nagu eelmisel variandil, aga puudub võrgusageduslik trafo. Lisaks feriittrafo isolatsioon peab vastama ohutusnõuetele, et eraldada väljundahel ohtlikust võrgupingest.

Eelised:

  • Väga kõrge kasutegur; toitepinge kõikumised mõjutavad vähesel määral
  • Väikesed mõõtmed
  • Kergem
  • Lai sisendpinge vahemik
  • Sõltuvalt vajadustest võib toide olla nii vahelduv- kui ka alalispinge

 

Puudused:

  • Keerulisemad ahelad (rohkem osi, rohkem võimalikke tehnilisi probleeme)
  • Suhteliselt pikem väljundpinge stabiliseerumisaeg, mis sõltub taktsagedusest
  • Suhteliselt mürarikas väljundpinge, pingepiigid
  • Taktsagedusjuhtimise tõttu EMÜ probleemid, mürarikkam kui võrgutrafoga toiteplokid

 

Stabiilsus

Stabiliseeritud väljundiga toiteplokkide väljundpinge stabiilsust mõjutavad peamiselt järgmised asjaolud:

  • Toitevõrgu pinge

Tüüpilised piirväärtused standardi EN 61204 järgi on -15% kuni +10% nominaalpingest.

 

 

  • Koormus

Koormusel 0-100% väljundi nimivoolust ja kõige ebasoodsamal võrgupingel peab väljund olema stabiilne.

 

  • Temperatuuri mõju

Tihti vaadeldakse temperatuuri mõju kõige halvemate temperatuuritingimuste korral, nagu

◦ Külm toiteplokk, mis töötab madalal koormusel ja kõige madalama lubatud ümbritseva keskkonna temperatuuri juures.

◦ Toiteplokk on töötemperatuuril, rakendatud on maksimaalne koormus ja suurim lubatud keskkonna temperatuur.

 

Toiteploki  väljundpinge ebastabiilsustegur näitab alalispingeväljundi võimalikku kõikumist protsentides, võttes arvesse tegureid nagu toitevõrgu pinge, koormus ja keskkonna temperatuur. Tehnilistes andmetes toodud stabiilsusprotsent lähtub väljundi nimipingest.

 

Tüüpilised väärtused:

0,5% lineaartoiteplokkide korral

2% impulsstoiteplokkide korral

Hälve

Alalisvoolu toiteplokkide väljundpinge puhul saab üldjuhul arvestada nimiväärtusega. Selle väärtuse täpsus sõltub toiteploki ehitusest. Mõnda tüüpi toiteplokkidel saab väljundväärtust ise muuta. Tavaliselt 24 VDC toiteplokkide väljundpinge reguleerimisulatus on 22 VDC kuni
28,8 VDC. Tuleb arvestada, et toiteploki väljundi ebastabiilsus võib muutuda, kui muuta väljundpinge suurust.

Stabiliseeritud toiteplokkidel, mille väljundpinge on fikseeritud väärtusega, on lubatud piirhälve üldjuhul ±2% või ±5% nimiväärtusest.

Pulsatsioon

Stabiliseeritud alalisvoolu toiteplokkide pulsatsioon on palju madalam, võrreldes stabiliseerimata toiteplokkidega, kus väljundi pulsatsioon ulatub mitmetesse voltidesse. Seetõttu pole stabiliseeritud toiteplokkide pulsatsioon välja toodud enam protsentides, vaid absoluutväärtusena millivoltides. Siiski võivad esineda pingepiigid, mis tekivad väljundi reguleerimise ja lülitusprotsesside käigus. Pulsatsioon sõltub ka stabiliseeritud toiteploki tööpõhimõttest.

Kui toiteploki väljund peab olema nii puhas kui võimalik, siis väiksematel võimsustel on soovitatav kasutada lineaarselt stabiliseeritud toiteplokki.

Voolupiirang

Stabiliseeritud toiteplokkidel on üldjuhul väljundvoolu piirangu või voolulõike funktsioon. See välistab koormuse riknemise korral liigse voolutarbe ja võib vältida tulekahju teket näiteks vigase koormuse tõttu. Lisaks koormuse kaitsmisele kaitseb toiteplokk ka ennast hävimise eest, kui koormus peaks rikki minema.

Tugiaeg

Tugiajaks nimetatakse aega, mille jooksul toiteplokk suudab väljastada väljundis nimivoolu, kuigi toitepinge on eemaldatud. Selle aja jooksul on väljundpinge tolerantsi piires, juhul kui toite eemaldamise hetkel oli sisendpinge vähemalt 90% nimiväärtusest.

Kõige lihtsam viis tugiaja suurendamiseks on laadimiskondensaatori mahtuvuse suurendamine. Kuigi kondnesaatori mahtuvuse suurendamine mõjub positiivselt tugiajale, võib see endaga kaasa tuua ka soovimatuid kõrvalmõjusid. Näiteks, aeglane pingetõus väljundil pärast toite sisselülitamist ja reguleerimistunnusjoonte muutus.

Enamikel juhtudel jääb tugiaeg vahemikku 3-10 ms, mõningatel juhtudel isegi 20 ms. Et tugiaega märkimisväärselt pikendada, on tavaliselt vajalik UPS toiteallikas.

Kui Sul on küsimusi või vajad tehnilist konsultatsiooni, siis võta meiega julgesti ühendust! Edasta oma kontaktandmed ja kirjelda lühidalt oma olemasolevat või planeeritavat rakendust ning vajadusi. 

Nimi*

E-mail*

Sisu


ENERGIATEHNIKA

Kontakt

Võta ühendust!

+372 655 1312

www.energiatehnika.ee

info@energiatehnika.ee

ASUKOHT


Väike-Männiku tn 3, 11216 Tallinn

Kvaliteet




Edukas Eesti Ettevõte Energiatehnika

Liikmelisus



Jälgi meid: