Индустриальные и медицинские источники питания MEAN WELL в открытом исполнении

Индустриальные и медицинские источники питания MEAN WELL в открытом исполнении

Использование модульных источников питания (ИП) открытого типа широко распространено в современных устройствах. Эти ИП обеспечивают их стабильную и надежную работу в самых разных условиях. Присущие им компактность, гибкость в интеграции и высокая эффективность делают их отличным решением для систем промышленной автоматизации, телекоммуникационного оборудования, медицинской техники, устройств "умного дома" и прочих приложений.

В этом обзоре мы рассмотрим трех ярких представителей класса источников питания открытого типа (PCB Type), подходящих для применения в промышленных устройствах — серии EPS, EPP и RPS производства компании MEAN WELL (MW). Серии имеют достаточно большое количество вариантов (их различие и будет рассмотрено далее) и многолетнюю историю производства, что показывает их востребованность и удачность решения, а постоянное совершенствование и применение передовых компонентов делают эти изделия обладателями одними из лучших наборов технических характеристик на рынке (в соответствующем данному классу устройств сегменте).

Немного о компании MW

Компания MEAN WELL, основанная на Тайване более четырех десятилетий назад, начинала свой путь как небольшой производитель импульсных источников питания для компьютеров таких гигантов, как Apple и IBM. Сегодня MW уверенно удерживает позиции одного из мировых лидеров в разработке и производстве высококачественных модульных источников питания, включая модели открытого типа. В ее обширном портфеле представлены AC/DC- и DC/DC-конвертеры, инверторы, светодиодные драйверы, зарядные устройства и адаптеры, охватывающие диапазон мощностей от нескольких ватт до десятков киловатт. Общее количество моделей превышает 10 000 наименований. Продукция MW отличается широтой ассортимента, надежностью и качеством, подтвержденными сертификацией ISO и строгими тестами в собственных лабораториях (результаты, как правило, доступны для каждого продукта на веб-сайте компании), а также достаточно большими сроками гарантии. Особое внимание компания уделяет унификации решений: большинство ее источников питания относится к категории «стандартных», что подразумевает соответствие не только международным стандартам, но и неформальным отраслевым нормам, сложившимся на протяжении десятилетий. Это позволяет MW предлагать решения, которые легко интегрируются в любые проекты, от бытовых устройств до сложных промышленных систем. Кроме того, компания длительное время поддерживает производство одних и тех же серий, что позволяет облегчить сервисное обслуживание оборудования.

Особенности источников питания открытого типа

Модульные ИП открытого типа не имеют защитного корпуса, но несмотря на кажущуюся уязвимость, имеют свою нишу применения, пользуются стабильным спросом и являются одним из самых популярных вариантов AC/DC-преобразователей благодаря следующим преимуществам:

• Компактность и легкость: открытая конструкция (рисунок 1) позволяет минимизировать габариты и вес устройства, что особенно важно для устройств/систем с ограниченным пространством.
• Стоимость: за счет упрощенной конструкции такие источники питания обычно дешевле своих защищенных аналогов.
• Теплоотвод: отсутствие корпуса способствует лучшему охлаждению компонентов и дает возможность гибко подходить к проектированию систем охлаждения (например, использовать общую систему устройства), что повышает надежность работы в правильных условиях эксплуатации и снижает себестоимость оборудования. Следует отметить, что источники питания повышенной мощности (зависит от модели и серии) для обеспечения максимального выходного тока требуют обязательного обдува, направление, скорость и объем которого указывается в спецификации.
• Простота монтажа: стандартные размеры и геометрия, клеммы и разъемы.

Рис. 1. Источник питания открытого типа

К недостаткам открытых ИП можно было бы отнести чувствительность к внешним воздействиям и ограниченную безопасность, однако они не предназначены для работы вне оборудования или в составе оборудования без корпуса, а доступ к открытому устройству разрешен лишь квалифицированному персоналу. В нормальных условиях эксплуатации (внутри устройств с защитным корпусом и отсутствием доступа обычных пользователей) благодаря компактности, экономичности и эффективности такие источники питания становятся оптимальным выбором для устройств, где важны габариты и стоимость, а также скорость разработки и выхода на рынок, если сравнивать с проектированием собственного ИП.

Источники питания открытого типа серий EPS, EPP и RPS компании MEAN WELL

Источники питания этих серий представляют собой печатную плату (рисунок 1) с размещенными на ней электронными компонентами и разъемами для подключения к первичной электросети (штырьковый тип) и нагрузке (штырьковый тип или винтовые клеммы для более мощных моделей). Кроме того, на плате установлен светодиод, сигнализирующий о состоянии ИП, потенциометр для коррекции значения выходного напряжения, а также могут иметься дополнительные разъемы для сервисных функций, например, измерительные входы для компенсации падения напряжения на проводах нагрузки, дистанционное управление «вкл/выкл», независимые выходы дежурного питания (5 В) и внешнего вентилятора (12 В). Набор этих функций различен для разных моделей: как правило, ИП малой мощности их не имеют, с ростом мощности функциональность расширяется.

Основное различие между сериями заключается в назначении и наличии корректора коэффициента мощности (ККМ):

• EPS — индустриальное применение, ККМ отсутствует;
• EPP – индустриальное применение, есть ККМ;
• RPS – для медицинского оборудования, наличие ККМ зависит от мощности.

Занимаемые области применения, варианты мощности и наличие корректора коэффициента мощности представлены графиком на рисунке 2.

Рис. 2. Занимаемые сериями EPS, EPP и RPS области мощности, применения и ККМ

Входное напряжение для большинства вариантов источников питания универсально по диапазону и роду тока: переменного или постоянного. В обоих случаях питание подается на одни и те же входные разъемы, обозначенные как “AC/N(+)” и “AC/L(-)” (в скобках указана полярность для подключения постоянного напряжения).

Выходное напряжение имеет один канал фиксированного значения, которое, как было сказано выше, подстраивается в некоторых пределах встроенным потенциометром. Мощность и выходное напряжение указываются в наименовании ИП (рисунок 3).

 Рис. 3. Расшифровка наименования ИП MEAN WELL открытого типа

Следует отметить, что в рассматриваемых сериях могут присутствовать варианты исполнения с перфорированным или сплошным кожухом, а в более мощных ИП – и со встроенным вентилятором. В наименовании таких моделей добавляется суффикс «-C» (например, EPS-45-12-C). В этом случае габариты увеличиваются, например, если размеры открытого типа 101,6 х 50,8 х 29,0 мм (ДхШхВ), то с кожухом они составляют 103,4 х 62,0 х 37,0 мм. Некоторые устройства выпускаются в компактном исполнении, обозначенном буквой S (от английского "Small"), что указывает на их уменьшенные размеры по сравнению с базовыми вариантами, некоторые другие параметры также могут отличаться.

Установка источника питания в устройство осуществляется через четыре монтажных отверстия, расположенные по углам платы. Расстояния между этими отверстиями, как и габариты устройств, унифицированы, что обеспечивает полную совместимость приборов одного типоразмера по установочным местам. Значения габаритов указаны в дюймах (за исключением EPS-15 в целых числах), и если они совпадают у разных моделей ИП, в том числе разных серий, то установочные места также совпадают. Это является одним из ключевых преимуществ унификации, так как позволяет выполнить простую замену источника питания одной модели на другую, если потребовалась иные выходные мощность и напряжение, наличие дополнительного функционала или по другим причинам. Как можно увидеть в таблице 1, каждый вариант типоразмера предлагает достаточно широкие возможности замены, если не учитывать наличие сервисных функций, корректора коэффициента мощности и специального медицинского назначения серии RPS, о чем будет рассказано далее, которое ограничивает ее замену требованием к безопасности оборудования.

Серии EPS и EPP производитель позиционирует для применения в промышленности и как экологичные (Industrial - Green PCB Type). Рассмотрим их подробнее.

Источники питания серии EPS

Серия EPS представляет собой наиболее бюджетную линейку ИП открытого типа (рисунок 4). Низкая стоимость обусловлена небольшой мощностью (доступны варианты 15, 25, 45, 65 и 120 Вт), отсутствием ККМ и каких-либо дополнительных функций. Лишь у EPS-120 есть дополнительный выход 12 В для внешнего вентилятора (рисунок 6), необходимого для работы на полной мощности (без него выходная мощность ограничена 70%).

Рис. 4. Внешний вид ИП EPS-25 (слева) и EPS-120 (справа)

При выборе источника питания по выходной мощности, в том числе и других серий, следует учитывать три важных фактора:

1. Мощность, указанная в наименовании, не всегда соответствует действительной. Она лишь определяет общую группу для некоторых моделей ИП, и в случае малых значений выходного напряжения может быть меньше. Например, EPS-15-3,3 имеет выходную мощность 9.9 Вт;
2. Максимальная выходная мощность возможна не во всем диапазоне рабочих температур, а также ограничена при минимальном входном напряжении (рисунок 5);
3. Мощные ИП (обычно от 100 Вт и более) требуют дополнительного обдува для 100% нагрузки.

  Рис. 5. Зависимость нагрузки RPS-45S от температуры и входного напряжения

Серия EPS – единственная из рассматриваемых, которая имеет уменьшенные модификации (EPS-45S и EPS-65S). Как видно из таблицы 2, уменьшение размеров повлияло на некоторые характеристики.

Общие характеристики и особенности источников питания EPS:

• Потребление мощности на холостом ходу менее 0.3 Вт (для «S» менее 0,1 Вт);
• Стабильность выходного напряжения при изменении входного: 0.5 %;
• Стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки: 0.5...2% (большее значение у моделей с меньшим выходным напряжением и большей мощностью;
• Диапазон температур эксплуатации -30...70°C при относительной влажности воздуха 20...90%;
• Напряжение изоляции 3 кВ «вход-выход», 2 кВ «вход-земля», 0.5 кВ «выход-земля»;
• Сопротивление изоляции 100 МОм (все направления, при 500 В постоянного тока).

Рис. 6. Блок-схемы ИП ESP-15...65 (вверху) и ESP-120 (внизу)

Все AC/DC-преобразователи серии EPS имеют защиту от короткого замыкания и перегрузки, которая автоматически отключается при устранении причины, и защиту от перенапряжения от выхода, для сброса которой источник питания необходимо перезапустить. На рисунке 4 можно заметить, что ESP-120 помимо дополнительного выхода для вентилятора имеет еще одно отличие от остальных моделей в своей серии - защиту от перегрева (OTP, требует ручного перезапуска блока питания).

Таблица 2. Некоторые параметры источников питания серии ESP

Примечание: вес источника питания, указанный здесь и далее в таблицах параметров, взят из характеристики «упаковка» спецификации производителя. Допустимо использовать лишь как оценочный параметр, а не фактический.

Источники питания серии EPP

Если приложение требует питания большой мощности и обязательного наличия корректора коэффициента мощности, то серия EPP (рисунок 7) — отличное решение для обеспечения питанием индустриального оборудования и прочих устройств.

Рис. 7. Внешний вид ИП серии EPP (слева направо: EPP-100, EPP-120S, EPP-500)

Начиная с мощности 200 Вт в этой серии появляется новый типоразмер 5”×3”. Большая мощность требует улучшенного охлаждения, поэтому у всех преобразователей EPP (кроме EPP-120S) имеется дополнительный выход для питания внешнего вентилятора (12 В/0,3...0,5 А), который должен обеспечить поток 20...25 CFM. Однако, если 100% нагрузка не требуется, то принудительный обдув необязателен. В таблице 3 в первой строке показана мощность, доступная при конвекционном охлаждении. Как уже говорилось выше, при малом входном напряжении или высокой температуре окружающей среды доступная мощность будет снижена.

За исключением наличия корректора коэффициента мощности и обязательной для всех моделей защиты от перегрева, особенности источников питания EPP не сильно отличаются от предыдущей серии:

Коэффициент мощности: не менее 0.93...0.95 (в зависимости от модели) при 230 В АС;

• Потребление на холостом ходу менее 0.5 Вт
• Стабильность выходного напряжения при изменении входного: 0.5 %;
• Стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки: 1.0 %;
• Диапазон температур эксплуатации -30...70°C при относительной влажности воздуха 20...90%;
• Напряжение изоляции 3 кВ «вход-выход», 2 кВ «вход-земля», 0.5 кВ «выход-земля»;
• Сопротивление изоляции 100 МОм (все направления, при 500 В постоянного тока).

Следует отметить, что ряд характеристик ИП EPP-120S достаточно сильно отличается:

• Потребление мощности на холостом ходу менее 0.3 Вт;
• Нет дополнительного выхода 12 В для вентилятора — обдув не требуется;
• Диапазон температур эксплуатации -30...85°C;
• Напряжение изоляции 4 кВ «вход-выход», 2 кВ «вход-земля», 1.5 кВ «выход-земля».

Это позволяет его применить там, где по температурному режиму не подходят другие источники питания, притом среди серий ESP и EPP это самый маленький преобразователь в диапазоне мощности 100...120 Вт. Забегая вперед: в серии RPS есть аналогичный вариант.

Обеспечение безопасности работы источников питания EPP включает в себя автоматическую защиту от перегрузки, короткого замыкания, сбрасываемую принудительно защиту от перенапряжения на выходе, а также защиту от перегрева (автоматический сброс только у EPP-400 и EPP-500).

Блок-схемы ИП EPP-100, EPP-150 и EPP-200 (а также EPP-120S, но без питания вентилятора) аналогичны ESP-120 на рисунке 8. Большая мощность источников питания EPP-300, EPP-400 и EPP-500 потребовала отдельного измерительного входа для компенсации падения напряжения на проводах нагрузки (рисунок 8). Кроме того, они обладают дополнительным удобным функционалом: дежурным источником питания 5 В с достаточно большим током: 0.6 А без обдува или 1 А при обдуве; вход дистанционного управления PS/ON и выход сигнала состояния PG, что позволяет пользователю или автоматизированной системе удаленно наблюдать и управлять питанием оборудования.

Рис. 8. Блок-схема ИП EPP мощностью от 300 Вт

Примечание: производитель не указал на блок-схеме EPP-300/400/500 защиту от перегрева.

Таблица 3. Некоторые параметры источников питания серии EPP

AC/DC-преобразователи серий ESP и EPP имеют отличные характеристики, но для медицинского оборудования требуется обеспечить значительно большую безопасность при эксплуатации, а именно улучшенную изоляцию между первичной и вторичной сторонами источника питания.

Источники питания серии RPS (для медицинских приложений)

Компания MEAN WELL предлагает серию источников питания открытого типа RPS (рисунок 9), специально разработанную для применения в устройствах медицинского назначения. Преобразователи этой серии имеют двукратную защиту пациента от поражения электрическим током (2xMOPP, Means Of Patient Protection).

Рис. 9. Внешний вид, типоразмер и выходная мощность ИП серии RPS

Серия RPS насчитывает значительно больше вариантов исполнения по группам мощности, чем рассмотренные выше, и, в отличие от последних, варианты значительно сильнее отличаются по функциональности друг от друга. Эти различия сведены в таблицу 4.  Источники питания мощностью до 75 Вт в таблице не указаны, так как у них какие-либо дополнительный функции, а также защита от перегрева, отсутствуют.

Таблица 4. Функциональные особенности серии RPS

Требованием соответствовать ГОСТ Р МЭК 60601-1 обусловлены значительно меньший ток утечки (таблица 5) и большее напряжение изоляции у ИП серии RPS, чем у серий EPP и EPS. По стабильности выходного напряжения и ряду других параметров источники питания всех серий схожи:

• Коэффициент мощности (для моделей с ККМ): не менее 0.93...0.94 (в зависимости от модели) при 230 В АС;
• Стабильность выходного напряжения при изменении входного: 0.5 %;
• Стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки: 1.0...2.0%;
• Напряжение изоляции 4 кВ «вход-выход», 2 кВ «вход-земля», 1.5 кВ «выход-земля»;
• Сопротивление изоляции 100 МОм (все направления, при 500 В постоянного тока);
• Защита от перегрузки, короткого замыкания, перенапряжения есть у всех моделей серии, от перегрева – у указанных в таблице 4. Режим восстановления защиты зависит от варианта ИП, у RPS-500 все виды защит имеют автоматический сброс после исчезновения причин, вызвавших срабатывание.

Таблица 5. Некоторые параметры источников питания серии RPS

Заключение

Представленные три серии – EPS, EPP и RPS – способны удовлетворить нужды в питании оборудования малой и средней мощности промышленного и медицинского сегмента, а унификация габаритов дает некоторую гибкость при разработке и модернизации приложений, а также при последующем обслуживании.

Серьезный опыт, современные технологии, грамотная политика и ответственное отношение к клиентам позволяет компании MEAN WELL несколько десятилетий прочно занимать высокое место на рынке среди мировых лидеров в производстве источников питания. Благодаря своим качествам и надежности продукция MW очень популярна, узнаваема и пользуется стабильным спросом в широкой области применений. Ассортимент продукции MEAN WELL не ограничивается вышеописанными источниками питания, он поистине громаден и способен решить задачу по обеспечению питанием практически любого уровня.

Разделы: AC-DC источники питания

Опубликовано: 18.06.2025