Villanyszerelők Lapja

Kapcsolóüzemű vagy lineáris tápegységet válasszunk?

| |  2585 | |

Kapcsolóüzemű vagy lineáris tápegységet válasszunk?

A Computer Controls Hungary a nyár folyamán több sikeres webináriumot is tartott, az egyik legnépszerűbb ezek közül a kapcsolóüzemű vagy lineáris tápegységekről szóló előadás volt, most ebbe szeretnénk egy rövid betekintést nyújtani.

A Computer Controls Hungary a nyár folyamán több sikeres webináriumot is tartott, az egyik legnépszerűbb ezek közül a kapcsolóüzemű vagy lineáris tápegységekről szóló előadás volt.

Azt nem lehet egyértelműen kimondani, hogy akár a kapcsolóüzemű, akár a lineáris tápegység architektúrája jobb lenne. Mindkét típus mellett szólnak érvek, ellenérvek, ezért inkább azt kell megvizsgálnunk, hogy a mi alkalmazásainkhoz melyik illik jobban.

Lineáris tápegységek

A lineáris tápegységek alacsony hullámosságot és kis zajú működést biztosítanak és a különböző tranziensekkel szemben gyorsan reagálnak. Emellett azonban nem rendelkeznek igazán jó hatásfokkal és nagyon sok hőt termelnek, valamint a hardver felépítése miatt igen nehezek. Ennek eredményeként a legtöbben akkor választanak ilyen tápegységet, ha alacsony - általában 500 W alatti - kimeneti teljesítményre van szükségük.

Tipikus alkalmazások:

  • rádió vagy mobil kommunikációs eszközök tesztelése,
  • radar rendszer demodulátorának tesztelése.

Annak érdekében, hogy ezen egységek valódi teljesítménytesztjét el tudjuk végezni, gondoskodnunk kell arról, hogy a DC tápegységünk semmilyen káros vagy parazita zajt ne adjon hozzá a teszt rendszerünkhöz. S mivel a lineáris tápegységeknek- a hardver felépítésükből adódóan- alacsonyabb a kimeneti hullámossága és zaja összehasonlítva a kapcsoló-üzemű tápegységekkel, ezen alkalmazás szempontjából a lineáris tápegység a legjobb választás.

Lineáris tápegységKapcsolóüzemű tápegységek

Ha egy rendszer vagy alkalmazás több kimeneti csatornát vagy nagyobb teljesítményt igényel, egy kapcsolóüzemű tápegység mindenképpen jobb választás. A kapcsolóüzemű tápok nagyobb fajlagos teljesítmény-leadásra képesek, mint a lineáris tápegységek. Például kapcsolóüzemű tápegységet használva akár 12 VDC mellett 4000W teljesítményt is kivehetünk egyetlen tápegységből. Továbbá a kapcsolóüzemű tápegységek vezérlése lényegesen egyszerűbb a lineárisokhoz képest. Ezen kívül a kapcsolóüzemű tápegységek rugalmasabban használható tápok, mint a lineárisak és nagyobb teljesítménysűrűséget biztosítanak. Ezek alapján nyilvánvaló, hogy, nem minden, de számos alkalmazás szempontjából közkedveltek. Viszont a kapcsolóüzemű tápegységeknek legfőbb előnye egyedül nagy kimeneti teljesítmény-szintnél jelentkezik. Vagyis alacsonyabb teljesítményigényű alkalmazások esetén ahol egy kimenet DC teljesítménye 1-200 Watt, költséghatékonyabb megoldás egy DC lineáris tápegység választása.

Továbbá azt is fontos figyelembe venni, hogy mekkora a teljes kimeneti teljesítmény igényünk. Vagyis, hogy az alkalmazásunk hány kimenetet igényel és ezen egyes kimeneteken mekkora DC teljesítményre van szükségünk. 3-4 kimeneti csatorna esetén (amikor a teljes kimeneti teljesítmény relatíve alacsony), ha az előbbi 1-200 Wattos egy csatornára eső teljesítményből indulunk ki, célszerű lehet például 4 db lineáris tápegység használata, melyet akár egymás alá-fölé-mellé rackbe is tudunk építeni.

Kapcsolóüzemű tápegység

Általános jellemzők

Amellett, hogy milyen architektúrával (lineáris vagy kapcsolóüzemű) rendelkező tápot használunk egy nagyon fontos paraméter a tápegységünk ún. tranziens válasza.
A tranziens válasz annak a mértéke, hogy a tápegységünk mennyire jól birkózik meg az áramfelvételben történő változásokkal vagyis, hogy a tápegység mennyire jól követi a terhelésünk impedancia változásait. Ez a legtöbb alkalmazás szempontjából egy igen fontos jellemző. Szintén fontos paraméter a DC kimeneti feszültség ún. slew rate-je vagy meredeksége (fel- és lefutási ideje). Ami annyit jelent, hogy milyen gyorsan áll be a kimenet a beállított feszültség értékre.

A kimeneti hullámosság és zaj specifikációk javítására a programozható DC tápegységekben kimeneti szűrőket alkalmaznak, melyekben nagy kondenzátorok viszonylag nagy energiákat tárolnak. Ezeknek a szűrőkben használt kondenzátoroknak a töltési és kisütési ideje kombinálva a DUT-unk áramfelvételével határozza meg a tápegységünk slew rate-jét. A feszültség meredeksége, slew rate-je a legtöbb esetben független attól, hogy milyen DUT-ot csatlakoztatunk a tápegységünkhöz.

A DC kimenetünk felfutási ideje is egy igen fontos szempont - főleg azért, hogy a választott DC tápegységünk illeszkedjen az alkalmazásunkhoz. Azonban a lefutási időt szintén érdemes figyelembe venni. A lefutási vagy leprogramozási idő nem csak a belső DC kimeneti LCR szűrőktől függ, de szorosan kapcsolódik a csatlakoztatott DUT-hoz is. Ha a DUT áramfelvétele viszonylag kicsi, összehasonlítva a tápegység maximális áramértékével akár több másodpercig is eltarthat míg kapacitások által tárolt energia távozik vagy elszivárog a DUT-on keresztül.

Az említetteken felül további olyan jellemzőket is érdemes megvizsgálnunk, hogy például mekkora a tápegységünk stabilitása, mely egy hosszú-távú működésre vonatkozó feszültség vagy áram driftet / eltolódást jelent. Vagy éppen ha szükségünk lehet akár több kimeneti áramra vagy feszültségre, mindenképpen fontos szempont, hogy a választott tápegységek párhuzamosíthatók illetve kaszkádosíthatók legyenek. Az analóg programozási lehetőség sok esetben döntő érv lehet. Az analóg interfészen keresztül például olyan paramétereket állíthatunk be, mint az túlfeszültség vagy túláram-védelem, vagy akár egy PLC analóg interfészén keresztül képes a tápegység kimenetének vezérlésére ezen interfészen keresztül.

Sok tápegység konfigurálható ún. local /helyi érzékelés vagy remote sense /távoli érzékelés üzemmódban, így pontosabb kimeneti feszültség beállítást biztosítanak. Remote sensing üzemmódban a tápegység érzékeli, vagyis méri a kimeneti feszültséget azon a ponton, ahol a terheléskapcsolódik a tápegységhez. Ez a módszer kompenzálja a vezetékeken eső feszültséget, biztosítva a DUT-unk pontosabb feszültség ellátását.

A legtöbb tápegység szintén rendelkezik CC vagy kontans áram móddal vagyis képes az áramgenerátoros meghajtásra. Nagyon sok olyan alkalmazás van, mely esetében ez az üzemmód elengedhetetlen. Amikor a tápegység ebben, vagyis CC üzemmódban működik, néhány funkció letiltásra kerül, valamint nem minden specifikáció érvényes erre az üzemmódra. Például áramgenerátoros üzemmódban a távoli érzékelés/remote sensing funkció nem használható - ugyanúgy nincs jelentősége a pontos kimeneti feszültségnek vagy felbontásnak. Ami viszont fontos, az a pontos kimeneti áram vezérlése.

Bizonyos alkalmazások szempontjából szintén fontos a bekapcsolási áram vagy inrush current. A bekapcsolási áram a egy elektromos készülék bekapcsolásakor jelentkező pillanatnyi bemeneti áramerősség. Néhány terhelés, úgymint elektromos motorok vagy teljesítmény konverterek igen nagy bekapcsolási árammal rendelkeznek. Egy tápegység kiválasztásakor ez szintén érdemes lehet figyelembe venni.

Összefoglaló

Egyértelműen nem lehet azt mondani, hogy az egyik jobb lenne mint a másik. A kapcsolóüzemű tápok minden bizonnyal egy fejlettebb technológiát használnak viszont számos olyan alkalmazás van ahol a lineárisak preferáltabbak pl.  az akkumulátor szimuláció esetében. Abban azonban mindenki egyetért, hogy a tápegység egy fontos, alapvető eszköz, amely részét képezi az alábbi, korlátozott ideig elérhető műszercsomagnak. Sőt, kétféle szettből is választhatunk, alkalmazásainknak és igényeinknek megfelelően.

[MEGNÉZEM A CSOMAGOT]

ElektronikaMűszer