Zasilacze impulsowe


Dr inż. Ryszard Siurek

IMCON-INTEC S.C. - Gliwice

Ogólne wskazówki i kryteria wyboru zasilaczy impulsowych


Wstęp

Większość urządzeń elektrycznych i elektronicznych wymaga zastosowania odpowiedniego zasilacza, którego podstawowe zadania są następujące:

  • zapewnienie jednego lub kilku napięć stałych, najczęściej niskich (od kilku do kilkudziesięciu V), potrzebnych do zasilania cyfrowych lub analogowych układów sterujących, kontrolnych lub pomiarowych, a także układów wykonawczych (silniki, siłowniki, przekaźniki itp.)
  • stabilizacja tych napięć z dokładnością wymaganą dla poszczególnych obwodów zasilanych
  • zapewnienie izolacji pomiędzy obwodami niskich napięć wyjściowych, a siecią energetyczną stanowiącą najczęściej pierwotne źródło zasilania – izolacja ta jest konieczna ze względu na bezpieczeństwo (spełnienie wymagań jednej z Dyrektyw obowiązujących w Unii Europejskiej) i ochrony przed porażeniem elektrycznym


Ogólny schemat funkcjonalny zasilacza przedstawiono na poniższym rysunku

Powszechnie stosowane zasilacze można podzielić na dwie podstawowe grupy – są to zasilacze impulsowe oraz ciągłe (zwane również liniowymi lub konwencjonalnymi).


W zasilaczu ciągłym napięcie sieciowe jest transformowane do wymaganego niskiego (bezpiecznego) poziomu, a następnie prostowane i filtrowane (kondensator). Tak uzyskane stałe napięcie jest z kolei doprowadzone do stabilizatora liniowego.

Podstawowe zalety takiej struktury to:

  • prostota konstrukcji
  • niewielka liczba elementów
  • niski poziom szumów i tętnień napięcia wyjściowego

Natomiast istotne wady są następujące:

  • duże gabaryty transformatora pracującego przy niskiej częstotliwości 50Hz
  • duże wymiary kondensatora filtrującego napięcie tętnień o niskiej częstotliwości i niewielkiej wartości średniej
  • duże straty mocy w liniowym stabilizatorze (powodujące znaczny wzrost temperatury wewnątrz zasilacza)
  • ze względu na zastosowanie wejściowego transformatora sieciowego zasilacz nie może być zasilany z napięcia stałego (np. 220V DC)
  • niewielki zakres dopuszczalnego wejściowego napięcia zasilania
  • ogólna niska sprawność energetyczna zasilacza (zwykle < 40 % - 50%)


W typowym zasilaczu impulsowym napięcie wejściowe (sieciowe) jest wyprostowane w prostowniku wejściowym, odfiltrowane na kondensatorze i jako wysokie napięcie stałe doprowadzone jest do przetwornicy impulsowej pracującej z częstotliwością kilkudziesięciu do kilkuset kHz. Przetwornica zamienia wysokie napięcie stałe na ciąg impulsów prostokątnych (w wielu zaawansowanych konstrukcjach impulsy te mają kształt quasi-prostokątny lub zbliżony do sinusoidy), które są następnie transformowane do wymaganego niskiego poziomu w transformatorze impulsowym. Impulsy wyjściowe z transformatora są następnie prostowane w prostowniku wyjściowym, a dolnoprzepustowy filtr wyjściowy obcina wyższe składowe harmoniczne wyprostowanego przebiegu pozostawiając na wyjściu praktycznie tylko wartość średnią (praktycznie napięcie stałe). Ważne jest to, że wielkość tego napięcia stałego jest zależna od tzw. współczynnika wypełnienia impulsów wyjściowych z przetwornicy – a więc relacji pomiędzy czasem trwania impulsu i czasem przerwy pomiędzy poszczególnymi impulsami. Ten współczynnik wypełnienia może być płynnie regulowany w układzie przetwornicy impulsowej. Tak więc zapewniając odpowiednie sterowanie praca przetwornicy można zmieniać (a więc i stabilizować) stałe napięcie uzyskiwane na wyjściu zasilacza impulsowego.

Podstawowe zalety zasilaczy impulsowych są następujące:

  • bardzo małe wymiary transformatora impulsowego (transformującego przebiegi o dużej częstotliwości)
  • małe wymiary wejściowego kondensatora filtrującego (pracującego przy dużym napięciu)
  • małe wymiary elementów w filtrze wyjściowym (duża częstotliwość pracy)
  • brak stabilizatora wyjściowego (brak strat mocy i przyrostu temperatury)
  • możliwość zasilania napięciem stałym lub zmiennym i to w szerokim zakresie
  • napięć (np. od 90V AC do 260V AC lub 110VDC – 400V DC))
  • ogólna bardzo wysoka sprawność energetyczna (zwykle > 80%)

Zasilacz impulsowy posiada także kilka niedogodności, do których należy zaliczyć:

  • złożoność konstrukcji
  • zwiększony poziom szumów i tętnień napięcia wyjściowego
  • zwiększony poziom zakłóceń elektromagnetycznych generowanych do sieci zasilającej oraz do otoczenia

Schematy blokowe obu rozwiązań przedstawiono na kolejnych rysunkach. Nad poszczególnymi blokami pokazane są uproszczone przebiegi napięć występujących w poszczególnych punktach układu zasilacza.



Właściwy dobór zasilacza nie zawsze jest sprawą łatwą i często zdarza się, że pochopna decyzja (np. oparta głównie na kryterium minimalnej ceny) jest powodem poważnych problemów. Poniżej przedstawiamy kilka uwag, które mogą ułatwić podjęcie decyzji dotyczącej wyboru właściwego rozwiązania do określonego zastosowania.

1. Napięcie zasilania
Podstawowym parametrem, który bierze się pod uwagę jest dostępne napięcie sieci zasilającej. Najczęściej mamy do dyspozycji sieć energetyczną o napięciu zmiennym 230V i częstotliwości 50Hz. Warto zdobyć nieco więcej informacji na temat możliwości prawidłowej pracy zasilacza przy obniżeniu poziomu napięcia poniżej wartości określanych odpowiednimi normami (zwykle -10% lub +10%). A najwygodniej zastosować zasilacz impulsowy, który przewidziany jest do współpracy z szerokim zakresem napięcia zasilania np. 90 -260 V AC.

Istotna jest również informacja o zachowaniu się zasilacza w przypadku krótkich zaników napięcia zasilania (1/2 lub nawet całego okresu napięcia sieci), które mogą spowodować chwilowe zaniki lub znaczne obniżenia się napięcia wyjściowego. W tym miejscu warto zwrócić uwagę na fakt, że zasilacz obciążony na wyjściu prądem nominalnym zdecydowanie gorzej zniesie takie chwilowe zaniki napięcia, niż w przypadku obciążenia go w zakresie np. 50 - 60% wartości nominalnej. Tak więc optymalny wydaje się dobór mocy wyjściowej zasilacza odpowiednio większy w stosunku do przewidywanej ciągłej mocy obciążenia. Wprawdzie taki przewymiarowany zasilacz będzie droższy ale korzyści wynikające ze zwiększenia niezawodności, znacznego przedłużenia czasu bezawaryjnej pracy, obniżenia temperatury urządzenia (a więc i możliwość prawidłowej pracy w wyższych temperaturach) oraz większa odporność na zakłócenia występujące w sieci zasilającej będą z pewnością warte poniesionych kosztów.

Często dostępne jest napięcie zasilania z zakładowej lub pokładowej sieci prądu stałego (110 – 220V DC). Optymalnym rozwiązaniem jest wykorzystanie standardowego zasilacza, który może być dołączany zarówno do źródła napięcia zmiennego, jak i stałego. Należy więc dokładnie sprawdzić czy, i w jakim zakresie jest to dla danego modelu zasilacza impulsowego możliwe.


2. Stałe napięcia wyjściowe

Należy określić liczbę oraz wartości napięć potrzebnych do zasilania po-szczególnych układów lub obwodów. Bardzo ważne jest podanie wymagań dotyczących dokładności ustawienia oraz dokładności stabilizacji poszczególnych napięć. Dla optymalizacji układu zasilania istotne jest, aby niepotrzebnie nie podwyższać wymagań dotyczących dokładności napięć stałych. Jest oczywiste, że w przypadku zasilania układów cyfrowych, procesorów itp. napięcia te muszą zmieścić się w określonych katalogowo tolerancjach, w precyzyjnych układach pomiarowych tolerancje te dla niektórych napięć mogą być bardzo małe.

Ważne jest jednak, aby użytkownik nie traktował napięć zasilających jako napięć odniesienia stosowanych do celów pomiarowych. Ten częsty błąd uniemożliwia często skuteczne uruchomienie całości urządzenia.

Bardzo ważne jest określenie wzajemnej izolacji pomiędzy stałymi napięciami wyjściowymi. W niektórych układach jest ona konieczna ze względu na to, że obwody zasilane mogą być dołączone do różnych potencjałów lub mogą być narażone na zakłócenia przenoszące się przez zasilanie do innych newralgicznych części układu.

Należy pamiętać, że stosowanie izolacji galwanicznej pomiędzy napięciami wyjściowymi jest dodatkowym utrudnieniem i zwiększa koszt oraz wymiary zasilacza, a często uniemożliwia uzyskanie dokładnej stabilizacji i większych prądów obciążeń.


3. Prądy obciążeń dla poszczególnych napięć stałych (wyjściowych).

Są to prądy pobierane przez poszczególne zasilane obwody. Oszacowanie wartości tych prądów ma kluczowe znaczenie przy doborze właściwej mocy modułów zasilania. W praktyce jest zdecydowanie trudniej określić prąd obciążenia, niż wymagane napięcie zasilania. Prąd ten zależy od bardzo wielu zmiennych takich, jak:

  • warunki pracy układu (szczególnie istotne w układach charakteryzujących się dwu- lub wielostanowym rodzajem pracy)
  • tolerancje elementów składowych układu
  • warunki zewnętrzne (temperatura, napiecie zasilania, starzenie elementów)


Tym niemniej oszacowanie prądów obciążeń jest konieczne w celu optymalizacji układu zasilania. Często stosowane przez użytkowników znaczne zwiększanie zapotrzebowania na prąd zasilania w stosunku do rzeczywistych potrzeb powoduje wzrost ceny oraz gabarytów zasilaczy. W przypadku stosowanych powszechnie układów zasilaczy impulsowych takie postępowanie prowadzi czasami do uniemożliwienia współpracy urządzenia z układem zasilanym, ponieważ proste rozwiązania układowe zasilaczy impulsowych nie są skuteczne przy zbyt małym w stosunku do nominalnego (np poniżej 10%) prądzie obciążenia.

Przy oszacowaniu wielkości prądów obciążeń należy również zwrócić uwagę na średnie oraz chwilowe wartości tych prądów. W przypadku impulsowego pobierania prądu istotne jest określenie czasu trwania impulsu prądu i współczynnika wypełnienia. Z reguły każdy zasilacz jest zdolny do wytrzymania znacznych, ale krótkotrwałych przeciążeń bez dodatkowej komplikacji układowej i niepotrzebnego przewymiarowania elementów.

Mając do czynienia z kilkoma napięciami zasilania trzeba ustalić wzajemną relację pomiędzy prądami obciążeń i stwierdzić, które z nich mają charakter stały, a które zmieniają się w szerokim zakresie.

Im dokładniej przedstawione zostaną warunki poboru prądu zasilania, tym łatwiej będzie dobrać najmniejszy, najtańszy i najbardziej niezawodny zasilacz.


4. Odpowiedź na skokowe zmiany obciążenia.

Wiele układów zasilanych (najczęściej elementy wykonawcze takie, jak silniki, przekaźniki itp.) pobiera prąd impulsowo w czasie załączania, a przerywa jego przepływ przy wyłączaniu. Powstają w takich sytuacjach wahania napięcia zasilającego (przedstawione na rys. 1), za które odpowiada wielkość impedancji wyjściowej źródła zasilania oraz charakterystyka dynamiczna zamkniętego obwodu stabilizacji napięcia tego źródła. Te chwilowe zmiany napięcia mogą w wielu wypadkach zakłócić pracę innych odbiorników dołączonych do tego samego źródła. Właściwe rozpoznanie i zdefiniowanie impulsowego poboru prądu ułatwia podjęcie decyzji o rozdzieleniu napięć zasilających, stosowaniu zasilacza o lepszych własnościach dynamicznych lub zastosowaniu dodatkowych elementów filtrujących (kondensatory, dławiki szeregowe) bezpośrednio w układzie zasilanym. W takich przypadkach dobranie specjalizowanego zasilacza impulsowego przy ścisłej współpracy z działem konstrukcyjnym producenta lub kompetentnym przedstawicielem handlowym daje z reguły najlepsze efekty.


5. Szumy i tętnienia napięcia zasilającego.

We wszystkich układach zasilających pojawia się pewna składowa zmienna napięcia nałożona na właściwe wyjściowe napięcie stałe. Przyczyny powstawania tych szumów i tętnień są następujące:

  • niepełna filtracja tętnień powstających na prostowniku wejściowym (w przypadku układów zasilanych z sieci prądu zmiennego) najczęściej o częstotliwości 100 Hz
  • tętnienia związane z przełączaniem elementów kluczujących (tranzystory, tyrystory, IGBT) o częstotliwości równej lub będącej wielokrotnością częstotliwości porzełączania
  • impulsy szpilkowe związane z dużymi stromościami przełączanych prądów i napięć w elementach kluczujących i współpracujacych z nimi elementach indukcyjnych (transformatory, dławiki)
  • szumy elementów elektronicznych


Charakter tętnień przedstawiono na rysunku 2.

Ważne jest, aby zdawać sobie sprawę z istnienia i charakteru tych tętnień, które z reguły w prawidłowo zaprojektowanych i wykonanych układach zasilających nie przekraczają kilkudziesięciu do kilkuset mVp-p. W niektórych układach (szczególnie pomiarowych) konieczna jest dodatkowa filtracja tych tętnień. Należy jednak pamiętać, że zbyt surowe wymagania dotyczące tłumienia tętnień w zasilaczu impulsowym prowadzą do znacznego wzrostu jego kosztów. W większości przypadków skuteczne tłumienie o wiele łatwiej jest przeprowadzić bezpośrednio w okolicy elementów szczególnie wrażliwych na tętnienia i szumy napięcia zasilającego.

Przy definiowaniu wymagań dotyczących parametrów wyjściowych zasilacza należy zawsze pamiętać, że tradycyjne układy rozwiązań konwencjonalnych (ciągłych) mają znacznie mniejszy poziom tętnień napięcia wyjściowego i dlatego często optymalnym rozwiązaniem dla użytkownika staje się zastosowanie takiego zasilacza lub połączenie układu impulsowego (małe wymiary, duża sprawność) ze stabilizatorami liniowymi stosowanymi na jednym lub kilku wyjściach w celu poprawy współczynnika stabilizacji oraz zmniejszenia poziomu tętnień. Należy jednak pamiętać, że takie rozwiązanie związane jest najczęściej z istotnym ograniczeniem poboru prądu z tych wyjść oraz z pojawieniem się problemów związanych z dodatkowymi stratami mocy powodującymi podwyższenie temperatury urządzenia. Z reguły pojawia się konieczność zastosowania dodatkowych radiatorów i konstrukcyjnego zapewnienia skutecznego odprowadzania ciepła (perforacja, wentylator itp.).

Przy dokonywaniu pomiarów i ocenie tętnień napięcia wyjściowego należy przestrzegać zasad prawidłowego pomiaru (sposoby pomiarowe opisane są szeroko w literaturze [1],[2]. W szczególności w układach impulsowych często zdarza się, że pomiar obarczony jest bardzo dużym błędem wynikającym z indukowania się szybkozmiennych napięć w przewodach pomiarowych. Ze względu na możliwość indukowania się zakłóceń w przewodach łączących wyjście zasilacza impulsowego z obciążeniem, zaleca się stosowanie układów tłumiących (najczęściej będzie to bezindukcyjny kondensator) bezpośrednio w sąsiedztwie obciążenia.



W tym miejscu warto również wspomnieć o tym, że przy ustalaniu dokładności stabilizacji napięć wyjściowych należy brać pod uwagę wielkość tętnień napięcia wyjściowego. Często zdarzają się przypadki wymagań dokładności stabilizacji średniej wartości napięcia wyjściowego znacznie poniżej poziomu realnej wartości tętnień, co jest całkowicie bezzasadne.


5. Zabezpieczenie przeciwzwarciowe i przeciążeniowe.

Z reguły wszystkie współczesne, bardziej rozbudowane układy zasilające są zabezpieczone przed przeciążeniem lub zwarciem występującym w obwodach wyjściowych. Wyjątek stanowią proste i tanie układy zasilające zintegrowane na stałe z obwodami zasilanymi łatwymi w serwisie i nie pełniącymi zbyt odpowiedzialnych funkcji.

Ze względu na różnorodne metody zabezpieczeń stosowane w układach zasilających trzeba sobie zdawać sprawę, że niektóre z nich mogą być nie do pogodzenia z wymaganiami stawianymi przez układ obciążenia. Poniżej przedstawione zostaną podstawowe rodzaje najczęściej stosowanych zabezpieczeń i ich charakterystyki.


  • Stabilizacja prądu

W tym przypadku w razie przeciążenia na wyjściu, układ zabezpieczający powoduje, że zasilacz przechodzi z reżimu stabilizacji napięcia do reżimu stabilizacji prądu wyjściowego na określonym poziomie (Imax). Prąd ten utrzymuje się na stałej lub nieznacznie zwiększającej się wartości niezależnie od wielkości przeciążenia aż do zwarcia zasilacza impulsowego. Charakterystyka wyjściowa zasilacza z takim zabezpieczeniem przedstawiona jest na rysunku 3.

Do wad takiego sposobu zabezpieczenia należy przede wszystkim występowanie znacznych strat mocy w układzie zasilacza impulsowego (w szczególności w stanach bliskich zwarcia) oraz przepływ dużego prądu (Imax) przez obwody obciążenia, co może powodować powstawanie kolejnych uszkodzeń.


Należy jednak pamiętać, że tego typu zabezpieczenie umożliwia niezawodne załączenie się zasilacza dla większości rodzajów liniowych i nieliniowych obciążeń, co jest szczególnie ważne przy zasilaniu urządzeń pobierających w momencie załączenia prąd znacznie większy od nominalnego (żarówki, silniki krokowe, grzałki itp.).



  • Ograniczenie prądu

Ten rodzaj zabezpieczenia powoduje zmniejszenie prądu wyjściowego po przekroczeniu dopuszczalnej wartości prądu obciążenia (zmniejszaniu rezystancji obciążenia). Jest on bardzo dogodny dla samego zasilacza, gdyż zabezpiecza go przed nadmiernymi stratami mocy w stanie dużego przeciążenia lub zwarcia lecz bardzo często uniemożliwia współpracę zasilacza z obciążeniem o charakterze nieliniowym. Na rysunku 4 przedstawiono charakterystykę wyjściową urządzenia z takim zabezpieczeniem i hipotetyczny punkt pracy, który może się ustabilizować przy próbie załączenia lub przy krótkotrwałym przeciążeniu.



  • Wyłączenie zasilacza

Zabezpieczenie tego typu jest coraz częściej stosowane, szczególnie w zasilaczach impulsowych, gdzie stosunkowo łatwo realizować można wyłączenie sterowania układem kluczującym. Podstawową zaletą tego rozwiązania jest uproszczenie konstrukcji (przede wszystkim pod kątem możliwości odprowadzania ciepła), gdyż nie trzeba przewidywać długotrwałej pracy zasilacza w stanie przeciążenia lub zwarcia. Jednocześnie wraz z zabezpieczeniem przeciążeniowym zintegrować można zabezpieczenie termiczne, które również powinno zasilacz impulsowy wyłączać. Istotną wadą zabezpieczenia wyłączającego jest natomiast brak możliwości współpracy z odbiornikami, które pobierają chwilowo prąd znacznie większy od nominalnego i w ten sposób powodują każdorazowo wyłączenie zasilacza. Problem ten jednak w praktyce nie stanowi zbyt dużej przeszkody. Zwykle bowiem próg zadziałania zabezpieczenia i wyłączenia zasilacza jest dużo wyższy (130% do nawet 200% Inom) od prądu nominalnego ze względu na bardzo krótki czas, przez który zasilacz impulsowy pracuje z dużym przeciążeniem. Po drugie, z reguły wyłączenie następuje po czasie kilkudziesięciu lub kilkuset milisekund, w którym zasilacz impulsowy zazwyczaj pracuje w trybie zbliżonym do stabilizacji prądu. Jeżeli przeciążenie ustąpi w tym okresie czasu, to oczywiście wyłączenie nie nastąpi. Często zasilacze mające zabezpieczenie wyłączające załączają się automatycznie po krótkim czasie i jeżeli stan przeciążenia lub zwarcia ustąpił, rozpoczynają normalną pracę. W wielu przypadkach takie zachowanie się układu zasilającego jest wystarczające i nie stwarza kłopotów użytkownikowi.


6. Zabezpieczenie nadnapięciowe

Niektóre układy zasilane są wrażliwe na zwiększenie się napięcia zasilania i jeżeli koszty ich naprawy są znaczne, to nawet przy założeniu, że uszkodzenie zasilacza impulsowego powodujące wzrost napięcia na jego wyjściu jest bardzo mało prawdopodobne, warto jest zastosować w zasilaczu zabezpieczenie nadnapięciowe. Warunkiem skuteczności tego typu zabezpieczenia jest szybkość jego reakcji i rzeczywiste niedopuszczenie do wzrostu napięcia na zaciskach wyjściowych zasilacza. Najskuteczniejszym sposobem zabezpieczenia jest dołączenie do zacisków wyjściowych szybkiego układu zwierającego te zaciski w przypadku wzrostu napięcia. Najczęściej stosuje się szybkie tyrystory załączane przez specjalne obwody sterujące, które nie wnoszą dużych opóźnień. Należy pamiętać, że często stosowana w układach zasilaczy impulsowych metoda wyłączania przetwornicy lub samych elementów kluczujących nie zawsze zapewnia pełne bezpieczeństwo układom zasilanym, gdyż energia zgromadzona w elementach indukcyjnych filtru wyjściowego może spowodować chwilowy wzrost napięcia wyjściowego już po wyłączeniu samej przetwornicy. Warto również wziąć pod uwagę fakt, że szybkie zabezpieczenie nadnapięciowe umożliwia ochronę układów zasilanych przed dużymi impulsami napięciowymi powstającymi (szczególnie w trudnych warunkach przemysłowych) poza zasilaczem i przenoszonymi przez obwody zasilania, których filtry nie zawsze są w stanie ograniczyć ich wartość do akceptowalnego poziomu.


7. Zabezpieczenie termiczne

W wielu zastosowaniach w celu podwyższenia niezawodności systemu zasilania stosuje się dodatkowe zabezpieczenie termiczne. Umożliwia ono najczęściej wyłączenie zasilacza impulsowego w przypadku niebezpiecznego dla jego newralgicznych podzespołów wzrostu temperatury pracy. Sytuacja taka ma miejsce najczęściej w awaryjnych stanach pracy takich, jak: zbyt wysoka temperatura otoczenia, praca przy nadmiernym obciążeniu lub zwarciu itp. Zabezpieczenie to ma na celu przede wszystkim ochronę samego zasilacza i jego podzespołów obniżając koszty ewentualnego serwisu. Współczesne specjalizowane obwody scalone zawierające w sobie główne elementy sterujące i wykonawcze przetwornic napięcia lub stabilizatorów szeregowych mają wbudowane systemy automatycznego zabezpieczenia termicznego. Stosowanie tego typu zabezpieczeń bardzo często umożliwia znaczne zmniejszenie powierzchni chłodzących lub uproszczenie stosowanych systemów chłodzenia, które nie muszą już być projektowane pod kątem uwzględnienia wszystkich (nawet zdarzających się sporadycznie) stanów awaryjnych. Ma to niebagatelne znaczenie również przy analizie bezpieczeństwa pracy urządzeń, bowiem odpowiednie normy narzucają ograniczenia na nagrzewanie się poszczególnych elementów i podzespołów w układach elektronicznych.


Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej

Europejskie Dyrektywy (Niskonapięciowa - ang. LVD oraz Kompatybilności Elektromagnetycznej – ang. EMC) nakładają wymagania dotyczące bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej, a zharmonizowane z nimi normy przedstawiają odpowiednie zalecenia i wymogi dotyczące konstrukcji urządzeń elektronicznych. Wymagania te w zasadzie odnoszą się do urządzeń będących całkowitymi i skończonymi konstrukcjami przeznaczonymi do realizacji określonych funkcji w systemach automatyki, kontrolno-pomiarowych lub będących urządzeniami powszechnego użytku. Z reguły zasilacz impulsowy jest tylko podzespołem, jedną z części składowych złożonego urządzenia.

Najczęściej spotykane wymagania, które zostały ujęte w odpowiednich normach i dyrektywach obowiązujacych na terenie Unii Europejskiej to:

  • bezpieczeństwo użytkowania - obowiązującą normą w Unii Europejskiej jest PN-EN 60950,
  • emisja zakłóceń elektromagnetycznych - rozpatrywane są tu dwa rodzaje propagacji zkłóceń: 1. zakłócenia przewodzone do sieci zasilającej, 2. zakłócenia emitowane na drodze elektromagnetycznej bezpośrednio do otoczenia. Odnośnymi normami są tu PN-EN 55022 (telekomunikacja i urządzenia informatyczne) i PN-EN 55011(urządzenia przemysłowe, sprzęt laboratoryjny i medyczny)
  • kształt prądu pobieranego z sieci zasilającej - wymagania na tzw. cosf, który w większości urządzeń o mocy powyżej 50W powinien być zbliżony do 1. Kształt pobieranego z sieci zasilającej prądu powinien również charakteryzować się niewielką zawartością harmonicznych (udział wyższych harmonicznej jest w normach ściśle określony) Odpowiadająca norma, to PN-EN 61000-3-2.
  • prąd udarowy - szczytowa wartość prądu przy włączaniu urządzenia lub wkładaniu do gniazdka sieciowego wtyczki powinna być ograniczona.
  • odporność na wyładowania elektrostatyczne - urządzenia winny wykazywać się odpornością na wyładowania elektrostatyczne charakteryzyjące się wysokim napięciem i niewielką energią. Wyładowania te zwiazane są głównie z gromadzeniem się ładunków elektrycznych i przenoszeniem ich przez personel i obsługę. Odpowiadające normy to: PN-EN 50082-1, PN EN 61000-4-2
  • odporność na przepięcia i zakłócenia występujące w sieci zasilającej - urządzenie powinno być odporne na typowe zakłócenia występujące w sieci energetycznej w warunkach przemysłowych. Odpowiadające normy to: PN-EN 61000-4-4 dotycząca odporności na serie krótkich impulsów o małej energii (ang. fast transients, bursts - zakłócenia występujące najczęściej w warunkach przemysłowych przy zadziałaniu styczników, przełączników lub pochodzące od komutatorów maszyn elektrycznych) PN-EN 61000-4-5 dotycząca odporności na przepięcia w sieci (ang. Voltage Surge - zakłócenia pochodzące od przełączeń energetycznych lub wyładowań atmosferycznych)
  • odporność na wpływ zewnętrznego pola elektromagnetycznego - urządzenie winno pracować poprawnie w obecności zewnętrznego pola elektromagnetycznego o określonym w normie natężeniu (PN-EN 61000-4-8, PN-EN 61000-4-9, PN-EN 61000-4-10)
  • dopuszczalny poziom hałasu - normy stanowią jakie są dopuszczalne poziomy hałasu dla urządzeń pracujących w różnych środowiskach.
W większości przypadków najistotniejsze wymogi dotyczące bezpieczeństwa oraz emisji zakłóceń dotyczą przede wszystkim zasilaczy, których podstawowym zadaniem jest oprócz zapewnienia odpowiednich napięć właśnie bezpieczne oddzielenie układów od sieci energetycznej. Współczesne systemy zasilające są w wielu układach same głównym źródłem zakłóceń (zasilacze impulsowe), a dodatkowo z reguły wymaga się, aby stosowane w nich filtry i zabezpieczenia nie dopuszczały do przedostawania się zakłóceń powstających w układzie zasilanym do sieci.

NIEZAWODNOŚĆ

Problem niezawodności urządzeń elektronicznych, a w tym również urządzeń zasilających jest bardzo dokładnie przedstawiony w bogatej literaturze ([4]). Wybór urządzenia o najwyższych wskaźnikach niezawodności (Intensywność Uszkodzeń - IRF lub Średni Czas Pomiędzy Uszkodzeniami - MTBF) sprowadza się do zastosowania kilku prostych, często wręcz oczywistych reguł:

  • prosta, sprawdzona konstrukcja, minimalna liczba elementów
  • stosowanie urządzeń pochodzących od renomowanych, sprawdzonych dostawców (producentów)
  • stosowanie urządzeń wydzielających jak najmniej ciepła ciepła, o dużej sprawności energetycznej
  • maksymalne obniżenie temperatury otoczenia w miejscu instalowania urządzeń, umożliwienie skutecznego odprowadzania ciepła
  • wykorzystywanie urządzeń w sposób zapewniający nie przekraczanie 50% do 70% ich mocy nominalnej przy ciągłej pracy

Przedstawione w tym krótkim opracowaniu uwagi mogą być pomocne przy wyborze odpowiedniego zasilacza do konkretnego zastosowania, choć z pewnością nie obejmują całości zagadnień związanych z trudnymi problemami zasilania układów elektronicznych i elektrycznych. W niektórych przypadkach szczegółowa wiedza ani doświadczenie nie są tak bardzo potrzebne i wyboru zasilacza można dokonać bardzo szybko na podstawie kilku podstawowych parametrów.

Jednak w bardziej rozbudowanych systemach, w dokładnych układach pomiarowych, teletransmisyjnych oraz przy rozbudowanych układach automatyki, w których współpracują różne elementy wykonawcze charakteryzujące się specyficznym poborem prądu, dobór zasilacza (lub całego systemu zasilania) staje się procesem niezwykle złożonym i wymagającym sporej znajomości tematu oraz dużego doświadczenia.

Dlatego wydaje się niezwykle istotne, aby użytkownik lub konstruktor był w stanie możliwie szczegółowo określić swoje wymagania, aby następnie móc prawidłowo podać specyfikacje i skonfrontować z parametrami dostępnych na rynku zasilaczy impulsowych. Bardzo cenna staje się możliwość bezpośredniego kontaktu z producentem, którego doświadczona kadra inżynierska najlepiej potrafi doradzić optymalne rozwiązanie, a często dopasować swój produkt bezpośrednio do specyficznych wymagań. Warto również upewnić się, czy korzystając z usług dystrybutora urządzeń zasilających możemy naprawdę polegać na jego doświadczeniu i wiedzy technicznej.