Блоки питания RECOM: установил и забыл

Следует отметить, что в подавляющем большинстве случаев заказчики четко формулируют свои требования: ИП должны соответствовать определенным техническим стандартам и работать в течение многих лет без каких-либо проблем. Другими словами (что совершенно естественно), заказчик хочет установить блоки питания и «забыть» о них. Поскольку «продажники» сосредоточены, прежде всего, на цене, производителям приходится стремиться к выпуску продукции, в которой максимально достижимое высокое качество будет сочетаться с конкурентной стоимостью. Однако использование дешевых изделий создает риск высоких издержек, вызванных остановкой производства из-за сбоев в системе питания. Именно поэтому общей тенденцией в развитии ИП, монтируемых на DIN-рейку и предназначенных для применения в промышленном производстве, является повышение надежности и расширение гарантийных обязательств.

MTBF и срок службы как критерии надежности

Первое представление о надежности ИП дает средняя наработка на отказ MTBF (Mean Time Between Failure), указанная в технических характеристиках. Величина MTBF является расчетной, т. е. чисто теоретической. Она приводится со ссылкой на официальные документы, такие как стандарт MIL HDBK 217F и дополнительные данные по наработке отдельных компонентов, содержащихся в устройстве. Следовательно, значение MTBF дает некоторое представление о качестве используемых компонентов, но оно не способно много рассказать о надежности самого блока питания.

ИП для монтажа на DIN-рейку, устанавливаемые в шкафах управления, часто эксплуатируются круглосуточно в течение многих лет в тяжелых условиях. Новые блоки питания REDIN компании RECOM имеют очень высокую надежность, поэтому они обеспечены семилетней гарантией (рис. 1).

Рис. 1. Блоки питания REDIN компании RECOM

Весьма полезной информацией является срок службы ИП. Эта величина может быть определена в ходе ускоренных ресурсных испытаний HALT (High Acceleration Lifetime Tests) и, как правило, зависит от ресурса самого слабого звена всей системы. В ходе HALT устройства подвергаются воздействию вибрации, повышенной влажности и быстрых смен температурных циклов с уровнями, существенно превышающими величины, соответствующие условиям нормальной эксплуатации. Данные испытания обычно проводятся на этапе прототипирования в целях выявления и устранения слабых мест конструкции. На основе данных о тестировании большого числа образцов из производственной партии изготовитель может составить точные прогнозы относительно среднего срока службы модуля. Однако такие испытания еще не стали общепринятыми в промышленности, и лишь немногие фирмы публикуют их реальные результаты.

Более десяти лет назад компания RECOM создала современную испытательную лабораторию (рис. 2), где все новые продукты проходят тщательное тестирование, прежде чем появятся на рынке. Это лишь одна из мер, предпринимаемых компанией для достижения целевого нулевого процента отказов и максимального увеличения срока службы путем раннего выявления любых дефектов конструкции. Новейшие ИП с установкой на DIN-рейку серии REDIN уже доказали свою безотказность в течение примерно десяти лет непрерывной эксплуатации.

Рис. 2. Лаборатория тестирования отказоустойчивости в новой штаб-квартире RECOM

В новой штаб-квартире RECOM в г. Гмунден (Австрия) действует собственная лаборатория тестирования отказоустойчивости, где прототипы ИП серии REDIN проходят особо тщательное тестирование.

Зачастую именно электролитические конденсаторы (ЭК) отвечают за ограничение срока службы оборудования. Было бы, однако, несправедливо рассматривать их как самые «ущербные» компоненты. При правильном выборе и использовании в пределах спецификации они, как правило, надежно работают в течение длительного времени.

Одной из основных причин преждевременного выхода из строя ЭК является испарение электролита. Этот процесс наиболее активно идет при повышенных температурах. Разработчики ИП, прежде всего, должны убедиться в том, что данные компоненты расположены как можно дальше от радиаторов, трансформаторов и тепловыделяющих полупроводниковых ключей.

Кроме того, необходимо свести к минимуму пульсации тока, вызванные быстрыми циклами заряда и разряда. Из-за наличия эквивалентного последовательного сопротивления пульсирующие токи приводят к нагреву ЭК. Чем меньше ток пульсации, тем ниже мощность, рассеиваемая внутри конденсатора. Стремление к созданию все более компактных и дешевых источников приводит к тому, что эти четкие правила проектирования игнорируются, вследствие чего ИП вынужден постоянно работать при повышенной температуре. С учетом того что во многих шкафах управления обеспечивается только минимальная циркуляция воздуха, вероятность отказа ИП многократно повышается.

В модулях новой серии REDIN разработчики RECOM заменили ЭК на емкости других типов везде, где это возможно. В тех узлах, где такая замена нецелесообразна по техническим причинам, использованы дорогие высоконадежные компоненты, имеющие рабочую температуру до +105 °C.

Оптимизация тепловой конструкции для повышения надежности

Следует отметить, что весьма часто циркуляция воздуха в шкафах управления недостаточна для обеспечения эффективного отвода тепла. Поэтому очень важно, чтобы конструкция системы питания на DIN-рейке была оптимизирована с точки зрения равномерного распределения тепла внутри прибора. Для нахождения потенциальных точек локального перегрева внутри ИП на стадии разработки прототипа RECOM использует тепловизоры (рис. 3). Задача оптимизации тепловых характеристик является весьма непростой, так как зачастую она может быть решена только путем изменения схемы и конфигурации устройства. Чтобы обеспечить хорошую электромагнитную совместимость, расстояния между силовыми транзисторами и фильтрами должны быть как можно меньше. Кроме того, каждый миллиметр дополнительной токопроводящей дорожки на печатной плате оказывает влияние на КПД блока питания, что, в свою очередь, увеличивает эффект «саморазогрева» внутри модуля. Современные тепловизионные технологии используются для оптимизации тепловой конструкции за счет расположения ЭК в наименее нагретых зонах печатной платы.

Рис. 3. Современные тепловизионные технологии для оптимизации тепловой конструкции

Обеспечение длительного срока службы

На разработку новейшей серии REDIN у компании RECOM ушло больше года (рис. 4). Как результат, новые ИП мощностью 45 (REDIN45) и 60 Вт (REDIN60) с выходным напряжением постоянного тока 12 и 24 В теперь доступны на рынке. При ширине 41 мм эти модули являются довольно компактными, несмотря на изогнутый корпус. В шкафах управления, имеющих ограниченную глубину, данные устройства могут быть установлены под углом 90°. Новейшие блоки питания REDIN45 и REDIN60 для монтажа на DIN-рейку предназначены как для стандартного крепления, так и для бокового способа установки, который имеет особое преимущество в ограниченном пространстве.

Рис. 4. Новейшие блоки питания REDIN45 и REDIN60 для установки на DIN-рейку

ИП, конструкция которых оптимизирована с учетом длительного срока службы, могут эксплуатироваться с полной нагрузкой в диапазоне температур –20…+50 °C. С учетом КПД 87% и низкой мощности рассеяния при отсутствии нагрузки (<0,5 Вт), энергопотребление и тепловыделение модулей REDIN сведено к минимуму. В стандартном исполнении они имеют функции защиты от перегрузки по току, перегрева, перенапряжения и короткого замыкания.

Благодаря отличным возможностям по регулировке входных и выходных параметров блоки серии REDIN обеспечивают постоянное и стабильное выходное напряжение, что подтверждается индикатором DC OK. Интегрированное реле состояния позволяет осуществлять дистанционное управление. Выходное напряжение может быть точно отрегулировано с помощью потенциометра, расположенного на лицевой панели. Высокая эксплуатационная надежность также обеспечивается за счет контроля напряжения сети, производимого в течение 50 мс при полной нагрузке.

Модули с конвекционным охлаждением сертифицированы по международным стандартам безопасности EN/UL60950 и UL508, они рассчитаны на диапазон входных напряжений 85–264 В переменного тока, т. е. могут применяться во всем мире.

«Установил и забыл»

Чтобы гарантировать работу ИП REDIN с монтажом на DIN-рейку в режиме 24×7, компания RECOM провела испытания в предельных режимах с максимальной загрузкой и гарантирует, что все модули проходят строгий выходной контроль. Расчетный срок службы изделий значительно превышает 10 лет, этот показатель был определен в ходе проведения HALT в реальных условиях эксплуатации. Таким образом, вполне логично, что RECOM предоставляет на свои ИП комплексную семилетнюю гарантию. Руководство компании комментирует это так: «Мы выбрали для себя девиз «установил и забыл», поскольку хотим, чтобы наши клиенты так и делали».

Компания RECOM Electronics GmbH (RECOM) — крупнейший производитель маломощных источников питания для электронной аппаратуры. Разработка и тестирование оборудования осуществляется в Австрии, производство — в Азии. Продукция RECOM относится к средней ценовой категории и отличается от ближайших конкурентов качеством и надежностью. Потребителями продукции компании являются крупнейшие европейские производители промышленной и бортовой электроники, медицинского оборудования и транспорта.

RECOM была основана в 1974 г. и за время своего существования добилась больших успехов на мировом рынке ИП. Продукция RECOM в первую очередь ориентирована на широкое применение в следующих областях:

• автомобильная электроника;
• промышленная автоматизация;
• полупроводниковая светотехника;
• медицинская техника;
• ж/д транспорт;
• авиация.