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产品应用与无风扇解决方案-UHP-1000

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文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2021-06-10 08:35:00

UHP系列为明纬专为无风扇解决方案所开发出的产品线,独特的无风扇设计能解决过去电源风扇应用在多尘环境下,吸入粉尘所造成的故障问题,可有效减少设备维护频率以及成本开销,同时也非常适合使用于具有安静要求的场合与室内设备,尤其UHP-1000(图一)的功率设定与弹性功能设计,产品应用场合非常广泛的,本文特别将以UHP-1000当作范例,深入探讨其相关应用。

由于UHP-1000强大与多元的控制接口与弹性化散热接口选择,产品应用范围非常广泛,可以从一般工控恒压到充电恒流应用。半灌胶设计使UHP-1000成为坚固、纤薄的无风扇电源,也可抵抗震动和灰尘的进入,并具有相当长的使用寿命。符合IEC/EN/UL62368-1的国际安规要求,并可根据客户需求提供EN61558-1和家庭安规EN60335-1的申请。除了可以在-30℃~+70℃的宽温度范围内工作,并能用在全范围的AC输入电源,同时也可在5000m的高海拔区域操作。另外,UHP-1000有12V、24V、36V和48V四个机型,输出电压范围宽广,可以适用于各种系统。
 

   
图一:UHP-1000         
 

可编程输出功能:

除了DC OK信号、Remote ON-OFF控制和12V辅助输出功能外,UHP-1000还包括可编程输出电压(PV)跟可编程输出电流(PC)功能;进而能采用固定或动态控制的宽输出电压范围,以适合大多数的应用,例如:热控腔会感应温度并调节电源输出电压以相应地控制加热组件,达到热控腔控温或定温的功能,或者可编程电流应用于充电应用或LED相关应用。

如图二输出电压控制曲线所示,UHP-1000输出电压可以透过直流电压讯号2.5V至6V,让输出电压于额定电压50%至120%范围内进行调整。在使用PV功能时,最大输出电流限制会根据设定的输出电压进行自动调整,建议客户依输出电压需求执行相关降载要求,以防止产品过热或触发保护。




图二: PV调整曲线与输出电流自动调整曲线

如图三所示,PC功能最低可将电流限制为额定输出电流的20%,例如:马达或电容性负载等许多应用会产生高浪涌电流,PC功能对于将浪涌电流限制在使用者认可的某个恒定电流值,以防止触发过电流保护。另外,对于需要恒定电流操作的应用,例如LED照明或充电系统,透过PC功能控制,可达到亮度控制与充电曲线设定。



圖三:  PC調整曲線
 

同步使用PV和PC功能的组合,使得UHP-1000的应用更灵活,适用于充电应用(参考应用示例1)以及有高浪涌电流系统的应用(参考应用示例2)。

振动和冲击:

UHP-1000的机构采用铝制外壳以及灌半胶的设计,形成坚固而可靠的结构,能够承受5G振动,满足汽车行业对冲击和振动方面高抵抗力的要求。

散热注意事项和设计指南:

铝制外壳与灌半胶特殊设计,可以有效地散发产生的热能,同时排除使用风扇的需求,这大大提高UHP-1000的使用寿命和可靠性,同时使其适用于对噪声敏感的应用以及灰尘多的环境。透过优化组件散热方式,实现41mm的薄型设计以及高功率密度。其纤薄的外形可于有限空间应用。为了充分利用UHP-1000的高功率密度优势,应特别注意其冷却方式,客户需了解每个冷却方式的特点与注意事项,选择合适的散热方式。

1. 自然对流冷却:




图四: 自然对流的降载曲线

自然对流冷却是消散电源运转过程中产生之热能的最便捷方式,由于没有使用风扇,因此不会发出吵人的噪音,同时电源内部也不会有灰尘被吹入。根据图四的降载曲线,该解决方案适用于额定功率低于60-70%的负载,为了使气流在设备中确实流通,应注意其上方的间隙距离要有10cm,对于更高的功率需求,强制风冷和传导冷却则较为合适。
 
2. 强制风冷:


图五:强制风冷的降载曲线

如果需要更高的功率,则可以选择强制风冷;在UHP-1000的侧面增加一个外部风扇将可以达到更好的散热效果,建议的安装方式如图六所示。


图六: 风扇配置方式

该解决方案可以利用您系统本身已经存在的风扇,只要它可以提供足够的风流,将设备维持在图五降载曲线范围内的温度即可。

3. 传导冷却:



图七: 传导冷却的降载曲线

这种冷却方法特别适合于具有高功率需求以及不希望使用风扇的情况。如UHP-1000应该锁附到较大的金属板上,以帮助设备吸收和散发热能,金属板的材质有许多种可选择使用,图八显示为使用铝板的参考设计。

图八: 散热铝板配置
 
如果UHP-1000可以直接安装在系统金属机箱上,只要表面光滑且组装涂上导热膏,那么传导冷却的方式会非常方便。
 
散热设计验证:

无论选择哪种解决方案,建议都必须做温度验证,以下是温度验证范例:


图九: Tcase温度曲线
 
将机器运转待温度稳定后,量测外壳Tc温度(在tc点处,如图十所示)可以很好地确认冷却设计的可靠性,只要Tc最高温度温度未达到80-90oC,就表示系统散热设计是有效。

图十: Tc位置图

要考虑的另一个重要因素是环境温度。对于所有冷却方法,如果系统环境温度达到40-50oC,则用户应根据降额曲线自行限制UHP-1000的使用功率,必要时建议升级产品功率,以提升系统信赖性。

应用实例:
1. 充电应用:
UHP-1000的多功能性可应用于许多充电系统,从铅酸电池到超级电容器组,UHP-1000都可以有效并可靠地适合各种充电应用。

铅酸电池:
此案例应用在12V/200Ah铅酸电池的充电,铅酸电池的规格如下。

-充电电压:可以透过VR或PV功能,将充电电压位准调整到14.4V。
-充电电流:依据电池规格,最大充电电流为60A,因此可以透过PC功能,在PC脚位上外加4.5V外部电压,将充电电流设定为60A。
-浮充阶段:此阶段的充电电压应降低至13.6V。这可以透过VR调低或PV脚位外加5.6V的外部电压来实现。

超级电容器组:
此外,对于超级电容器组充电应用,应注意其最大容量;如果它的容量超过表一的数值,则由于在充电过程开始时,施加的电压太低,电源将进入欠压保护模式并在3秒后关闭。


表一: 超级电容器组最大容量限制

注解 1: 该值是针对额定电流为110%的恒定电流充电给出的,电容器组直接连接到UHP-1000,而没有限流装置。


2. 加热组件:
 

透过PV功能可以很方便地控制加热组件所产生的热能。事实上,电阻组件的损耗功率P=V²/R,因此输出电压与产生的热能是有直接的关系。当系统需要不同的温度与加热阶段,PV功能尤其有用。此外,大多数加热组件的特性是在启动时呈现极低的阻抗,当电源供应器提供电压时,这会造成高浪涌电流。UHP-1000会透过内部电流限制电路,会自动将浪涌电流箝制在额定输出电流的105~120%;当涌浪电流持续时间较长时,产品将进入过载保护模式,并在3秒后关闭。如果加热组件可于3秒内利用105%~120%额定电流加热至设定阻抗或初始温度,且不触发产品过载保护,客户可以将额定功率为1000W的48V加热组件直接连接到UHP-1000-48应用。如果加热时间不足以让阻抗升高至不触发过电流保护,则建议可以另外搭配产品PV/PC功能应用。

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