EN
Põhilised elektrilised ja keskkonnatingimused tööstuslikele pinge regulaatoritele
Tööstuslikud pinge regulaatorid peavad säilitama täpse väljundreguleerimise ka siis, kui sisendpinge muutub – näiteks 24 V alalispinge võrgus, mille pinge võib langeda 18 V-ni või tõusta 36 V-ni. Olulised elektrilised parameetrid hõlmavad:
Sisend-/väljundvahemik: püsiv ±1 % väljundtäpsus kogu tööstuslikus sisendvahemikus
Langemispinge: 0,3 V erinevus LDO-de puhul, et vältida madalpingetõrkeid madala sisendpinge tingimustes
PSRR (toitepinge tagasilöögi suhe): >70 dB sagedusel 100 kHz, et vähendada PLC-analoogmoodulites lülitusmüra ja säilitada mikrovolt-tasemel signaali terviklikkus mootorijuhtimise tagasisideahelates, mis võib põhjustada liikumiskontrollis rippliikumise viga.
Sooritusvõime ja tõhusus täiskoormal karmides keskkondades
Soojuse haldamine muutub seadmete eluiga mõttes kriitiliseks umbes 85 °C juures. Tavalised lineaarsed regulaatorid teisendavad üleliialise pinget soojuseks ja raiskavad seega energiat. Näiteks 12 volti teisendamine 3,3 volti 2 ampris tarbib 17 vatti. Isegi soojuse kohta rääkides valivad insenerid suured soojuslahutid ja kasutavad komponente nende maksimaalsest väärtusest madalamal tasemel. Lülitusregulaatorid on erinevad: enamik kaasaegseid disainilahendusi saavutab tavaliselt üle 90 % või isegi suurema tõhususe, vähendades samal koormusel kaotusi alla 2 vattini.
Temperatuuri langus 10 kraadi võrra võib komponentide eluiga enne katkemist peaaegu kahekordistada. Seetõttu teevad tõsised paigaldused pingutusteste infrapunakameratega, et tuvastada soojusprobleeme, eriti kitsastes ruumides või kuumas keskkonnas paigaldatud seadmete puhul.
Usaldusväärsuse valideerimine: MTBF, derating ja laiendatud temperatuurikompatiivsus (–40 °C kuni +105 °C+)
Täiesti tööstusliku klassi jõudluse saavutamiseks peab usaldusväärsuse valideerimine ületama andmesoovitud spetsifikatsioonides loetletud nõuded:
MTBF üle 1 miljon tundi 105 °C juures, kinnitatud kiirendatud eluiga testidega vastavalt Telcordia SR-332 või JEDEC JESD22-A108 standardile
Strateegiline komponentide derating: kondensaatorid 80 % nimipingel, MOSFET-id ≤ 75 % VDS juures ja soojusmarginaalid üle 20 °C alla maksimaalse ühenduspunktitemperatuuri
Laiendatud temperatuuritsüklitus: 1000-tunnine töökindluse kinnitamine temperatuuravahemikus –40 °C kuni +105 °C (või kõrgem, kui on määratud) vastavalt standarditele IEC 60068-2-14 (soojuslik šokk), IEC 60068-2-6 (vibratsioon) ja IEC 60068-2-30 (niiskus), et tagada usaldusväärsus valtsides, välistes jaamades või soojendamata ladudes
Lineaarse ja lülitava pinge regulaatori valik tööstuslikuks kasutamiseks
Müra tundlikkus ja elektromagnetiline häiring (EMI) PLC-s, HMI-s ja anduri signaalikettas
Tööstuslikud juhtsüsteemid, eriti PLC-d, HMI-d ja kõikide asjade juhtimiseks kasutatavad analoogsete andurite ühendused, vajavad oma õigeks toimimiseks väga puhta toite. Madala languse regulaator (LDO) on väga hea valik, sest sellel on kõrge toitepinge tagasilükkamise suhe (PSRR), mis on suurem kui 60 dB, ning väga madal elektromagnetiline häire (EMI). See teeb selle väga sobivaks 4–20 mA vooluringide terviklikkuse kaitseks ning kõrgtugevusega võimendusahelate toitmiseks, mida saab lihtsalt häirida ebapiisavalt puhas toide. Lülitusregulaatorid on aga teistsugune lugu. Nad teevad just vastupidist – nad tekitavad laiaribalisi müra, mis võib üle kanduda signaalijuhtmetele ja mõjutada mõõtmisi millivoltide tasemel.
Muidugi saavad insenerid teatud alamsüsteemide filtreerimise ja ekraanipakkumise valikut kasutada, kuid see suurendab kulusid, nõuab väärtuslikku ruumi plokisüsteemiplaadil (PCB) ja nõuab keerukamaid disainilahendusi. Alamsüsteemide, nagu analoogsisend/väljundmoodulite ja kodeerijaliideste puhul, mis töötavad vooludega alla 5 ampri, eelistavad enamikku disainerid LDO-sid, kuigi on olemas tõhusamad alternatiivid. Kriitiliste rakenduste puhul on kompromiss signaali täpsus.
LDO-de ja lülitusmuundurite (buck converter) võrdlus
Lineaarregulaatorid on paljude juhtudel ebaõiglaselt seotud soojuse tekkimisega pinge langustes. Näiteks annab lineaarne teisendur, mis teisendab 24 volti 3,3 volti, samal ajal kui sellest läheb välja 2 amprit, tõhususe 14%. See tähendab, et üle 85% võimsusest läheb kaotsi soojusena. See on probleem piiratud ruumala ja kõrgel ümbrustemperatuuril. Insenerid peavad lisama suured soojuslahutid ja jahutusventilaatoreid või piirama süsteemi jõudlust, et hoida lineaarregulaatorid ohututes temperatuuripiirides. Sellised lahendused suurendavad süsteemi katkemise tõenäosust ja aeglaselt ka hoolduskulusid. Parema alternatiivina on lülitusregulaator, mis kasutab energiatõhusaks liikumiseks pulslaiuse reguleerimist ja induktiivsusi. Need saavutavad tõhususe 85–95% isegi suurte 20 ampriste koormuste korral. Lülitusregulaatorite väike soojusjälg võimaldab kompaktseid väikeseid disainilahendusi ilma ventilaatoriteta. Need on ideaalsed robotite, mootorijuhtimissüsteemide ja tööstusliku automaatika jaoks. Allpool olev tabel võrdleb lineaarregulaatoreid lülitusregulaatoritega.
Parameetritega LDO-regulaatorid ja buck-teisendajad
Kõrgvoolulistes alamsüsteemides, näiteks UPS-i varuallikates või servoamplifikaatorite toitepingeahelates, on EMI vähendamise lisakomplekssus täiesti põhjendatud buck-teisendajate parema tõhususe ja suuruse suhtega koos integreeritud laiendspektrumiga kellaga ja optimeeritud plaadi paigutustega.
Palun pidage meeles, et peate tagama, et pingeregulaator sobib kasutamiseks etteantud tööstuskoormusprofiilidega.
Robotite, mootorijuhtmete ja UPS-süsteemide koormusprofiliid sisaldavad tavaliselt sisselülitusvoolusid ja koormuse ajutisi muutusi, mida tuleb hallata.
Modernsed tööstusharud, kus kasutatakse automatiseerimist, koosnevad tööstuslikust koormusprofiliist, millel on oluline muutuvus liikuvate robotkätega, servojuhtmetega ja varuenergia süsteemidega, mis kõik põhjustavad tõsiseid dünaamilisi koormusi. Masinate käivitamisel tõmbab neid normaalse töörežiimi ajal kuni 10–20 korda suurem vool. Mõelge näiteks äkkmiste suunamuutuste, seadmete ja kiire AC–DC pöörlemise toitmisele. Pinge regulaatorite paigaldamine, mis on kohandatud normaalsetele töötingimustele, teeb regulaatorile mehaanilisi ja elektrilisi lööke, millele regulaator pole ette nähtud, mistõttu tekib peamine väljakutse – komponentide õige valik vastavalt tegelikele tingimustele.
Tippvool <. Reageerimisaeg < 50 µs, et taastada transientid 2 % piires, vältimaks mikrokontrolleri lähtestamist ja andmete moonutamist. Ülekoormuskaitse eelistatakse hiccup-režiimis (ise taastuv) asemel lukustumisrežiimis (latch-off), et missioonikriitilistes süsteemides vältida käsitsi sekkumist.
Koormuse dünaamika arvessevõtmata jätmine viib vara soojuslikku seiskumiseni, kondensaatorite eluiga lüheneb ja toimub alampinge lukustumine, mis kõik negatiivselt mõjutab süsteemi saadavust ning suurendab omaniku kogukulutusi.
Võrgukõikumistega kaasneb palju probleeme, näiteks toite langemine alla 80% tööpiirväärtusest, pingelanged, mille pinge ületab allika nimipinget 140%, ning lühikeste pingepiikide esinemine, näiteks 6 kV transientid. Need kõikumised võivad tõsiselt kahjustada laia valikut olulisi seadmeid, näiteks PLC-sid, mootorijuhtimisjuhte ja turvalisuse jälgimise seadmeid. Üks lahendustest nende toitekõikumiste korral on kvaliteetsete pingenormaatorite kasutamine, mis suudavad elektrilised transiendid kõrvaldada ning hoida toitu lühikesteks ja sügavateks pingekõikumisteks ligikaudu 200 millisekundi pikkuseks. Selle tüüpi reguleerimine võimaldab elektrooniliste süsteemide tööd ebameeldivates vähenenud pingetingimustes, mida reaalelus kõige sagedamini esineb. Selliste süsteemide testimine tuleb teha range juhendite alusel, kasutades programmeeritavaid vahelduvvooluallikaid, mis vastavad rahvusvahelistele standarditele pingekõikumiste kohta, näiteks IEC 61000-4-11, ning pingelangede kohta, näiteks IEC 61000-4-5. Seadmed, mis vastavad neile parameetritele, kõrvaldavad kulukad tootmisseisakud, kaitsevad tundlikke seadmeid kahjulike elektriliste langede eest ning pikendavad tööstusseadmete eluiga halvas elektrifitseerimisega keskkonnas.
KKK jaotis
Mis on regulaatori väljalülitumispinge?
Väljalülitumispinge on väikseim pingeregulaatoris kasutatav diferentsiaalparameeter, mis kontrollib väljundpinget.
Mis on tööstusliku pingeregulaatori sooritusvõime kuumuse suhtes?
soojuse lagunemine on kriitiliselt tähtis regulaatori töökindluse ja kõrges ümbritsevas temperatuuris asuvate seadmete usaldusväärsuse tagamiseks.
Millised on LDO-de eelised teiste seadmete tüüpide ees?
LDO-d on ideaalsed PLC-de ja sensorite liideste jaoks, sest neil on kõige väiksem müra, kõrgeim vastupisu välistele müraallikatele ning kõige väiksem elektromagnetiline häired (EMI) kõigi pingeregulaatorite tüüpide seas.