Как выбрать источник питания для телекоммуникационных, сетевых и транспортных систем

Выбор источника питания для телекоммуникационного, сетевого или транспортного оборудования означает необходимость обеспечения непрерывности работы, а не рабочего цикла: нагрузка никогда не отключается, ввод редко бывает чистым, а устройство часто запечатано в шкафу, который годами никто не открывает. Это меняет порядок приоритетов. Входной диапазон и время удержания важнее эффективности, топология резервирования важнее формата шасси, а снижение номинальных характеристик в условиях реальной внутренней окружающей среды гораздо чаще определяет мощность, чем номинальная мощность, указанная на паспортной табличке. В этом руководстве излагаются требования, которые на самом деле предъявляют эти три семейства приложений, а затем рассматриваются размеры, которые определяют, по какому номеру детали вы запрашиваете ценовое предложение.

Ключевые выводы

• Целью проекта является непрерывность обслуживания. Эти нагрузки работают непрерывно, поэтому в спецификации определяется доступность, а не пиковая эффективность.

• Входной диапазон — это первый фильтр. Телекоммуникационные установки постоянного тока, автомобильные системы и промышленные сети имеют разные окна; предложение, подходящее одному, редко подходит другому.

• Время ожидания — это требование, а не бонус. Оно должно охватывать время, необходимое вашей нагрузке, прежде чем она сможет безопасно отключиться, измеренное при реальной нагрузке.

• Резервирование — это отдельный компонент. 1+1 и N+1 достигаются с помощью модуля резервирования, а не только за счет параллельного подключения источников питания.

• Снижение номинальных характеристик при температуре окружающей среды в герметичном шкафу. Полезную мощность определяет внутренняя температура, а не комнатная температура.

• Подтвердите соответствие из собственной декларации поставщика. Стандарты применяются к конечному оборудованию, и их объем необходимо проверять, а не предполагать.

Что эти системы требуют от источника питания

Почему непрерывная работа меняет технические характеристики?

Телекоммуникационная стойка, коммутатор агрегации или шкаф сигнализации работают 24 часа в сутки, поэтому каждый час простоя — это сервисное событие, а не неудобство планирования. Это смещает акцент с эффективности преобразования на тепловой запас, защитное поведение и способность продолжать работу даже при входных помехах. Пороги защиты имеют большее значение, чем кривая эффективности: источник питания, который отключается при кратковременном провале входного сигнала, приводит к сбою приложения, даже если его паспортная эффективность превосходна. Механизмы, лежащие в основе этой взаимосвязи, описаны в нашем руководстве о том, как импульсный источник питания повышает надежность системы..

Насколько широким должен быть входной допуск?

Шире, чем предполагает номинальная цифра. В телекоммуникационной сети постоянного тока напряжение 48 В держится близко к 48 В, но не совсем, а напряжение промышленной шины 24 В повышается во время зарядки и проседает под нагрузкой. При транспортировке источником может быть батарея, напряжение на клеммах которой существенно меняется в течение цикла зарядки и разрядки. Запишите минимум и максимум, которые может предоставить ваша система, затем выберите в этом окне с запасом — источник питания, указанный только при номинальном напряжении, отключится в наименее удобный момент.

Почему переходные процессы и скачки напряжения влияют на характеристики?

Потому что источник питания является первым компонентом, которого достигает возмущение. В опубликованных спецификациях этого портфолио импульсный ток составляет 20 А при 115 В переменного тока и 40 А при 230 В переменного тока, при этом пусковой ток должен допускаться защитой на входе. В этом помогают более широкий входной допуск и внешний блок PFC: регулируемый источник PFC мощностью 1000 Вт для телекоммуникаций обеспечивает входной диапазон 110–240 В переменного тока с частотой 47–63 Гц, максимальную выходную мощность 1008 Вт, диапазон выходного тока от 6,7 А до 42 А в окне регулировки 24–150 В, эффективность преобразования от 88,3% до 91% и среднее время безотказной работы не менее 720 600 часов. На стороне постоянного тока применяется та же логика: понижающий преобразователь, питающий телекоммуникационную шину, должен выдерживать переходные процессы, присутствующие на шине, не передавая их в нагрузку.

Размеры выбора

Сколько времени удержания на самом деле требуется вашему грузу?

Время удержания — это интервал, в течение которого источник питания сохраняет свою мощность после отключения входа, указанный при определенной нагрузке. В одном опубликованном примере указано время удержания 60 мс при 230 В переменного тока и 12 мс при 115 В переменного тока при полной нагрузке. Число, которое имеет значение, — это то, сколько времени потребуется вашей нагрузке для безопасного отключения или переключения на резервный источник питания — это не самая большая цифра, доступная в таблице данных. Сначала измерьте или рассчитайте это требование, а затем сравните его с опубликованным значением при фактической нагрузке, поскольку задержка сокращается по мере увеличения нагрузки.

1+1 или N+1 — какая топология резервирования подходит?

В схеме 1+1 используются два источника питания, размер которых позволяет любому из них выдерживать полную нагрузку, что обеспечивает защиту от единичного отказа за счет простой проводки. N+1 использует N источников питания для нагрузки плюс один резервный, что является обычным выбором, когда нагрузка распределяется между несколькими преобразователями или когда система должна выдерживать один отказ без перерыва в более крупной установке. Оба требуют резервного модуля для развязки выходов: специальный модуль на DIN-рейку на 20 А, работающий от напряжения 12 В, 24 В или 48 В постоянного тока, поддерживает конфигурации 1+1 и N+1. Два источника питания, подключенные параллельно без такой развязки, не обеспечивают изоляции, которую предполагает топология.

Как снизить номинальные характеристики внутри герметичного шкафа?

Прочтите кривую снижения характеристик при внутренней температуре, затем проверьте, приведена ли кривая с принудительным воздушным потоком или без него. В опубликованном примере из этого портфолио указана рабочая температура от -25 °C до +50 °C со снижением номинальных характеристик выше 50 °C, что говорит о том, что это значение не является рабочим пределом, а представляет собой кривую, которую следует считывать. В герметичном наружном шкафу внутренняя среда может находиться значительно выше наружного воздуха, поэтому правильным исходным значением для расчета является измеренная температура шкафа в месте установки. Для стоечных шкафов источники питания на DIN-рейке следуют той же логике и часто образуют уровень распределения постоянного тока.

Что меняются требования к изоляции и электромагнитным помехам?

Требования к изоляции вытекают из схемы заземления оборудования, а не из предпочтений. Если нагрузка не должна использовать общий источник опорного напряжения, требуется изолированный преобразователь; там, где стойка уже обеспечивает общий источник опорного напряжения, неизолированный преобразователь является экономичным выбором, и вместо этого можно сэкономить на защите корпуса — стандартным вариантом для этой задачи является Что касается электромагнитных помех, источник питания с коррекцией коэффициента мощности обеспечивает профиль тока с более низкими гармониками, что упрощает аргументацию на уровне конечного оборудования, а телекоммуникационный преобразователь постоянного тока с 48 В в 13,8 В. блоки питания телекоммуникационного и промышленного класса в этом портфолио охватывают схемы как с входом переменного, так и с входом постоянного тока.

Какие функции сигнализации и мониторинга имеют значение?

Для необслуживаемых объектов ответом являются функции, которые позволяют удаленному оператору отличить неисправность питания от неисправности нагрузки. Опубликованные наборы защиты в этом портфолио включают короткое замыкание, перегрузку, перенапряжение, перегрев, отказ вентилятора и пониженное напряжение, а флаг отказа вентилятора или пониженного напряжения сообщает вам, ухудшается ли устройство или он полностью вышел из строя. Прежде чем окончательно определить номер детали, решите, какие из этих сигналов может принимать ваша система мониторинга.

Какие стандарты и этапы обеспечения соответствия применяются?

Стандарты применяются к конечному оборудованию, а не к источнику питания в отдельности, поэтому вопрос соответствия начинается с категории вашего продукта — например, IEC/EN 62368-1 для оборудования информационных и коммуникационных технологий или медицинский стандарт IEC/EN 60601-1, где это применимо, который добавляет ограничения по току утечки. Выбросы гармоник тока для оборудования, подключенного к общественной сети низкого напряжения, подпадают под действие стандарта IEC 61000-3-2. В каждом случае попросите поставщика предоставить его собственную декларацию и сохраните ее вместе с файлом проекта, а не делайте вывод о соответствии на основании сводки технических данных.

Таблица 1. Профиль требований по приложениям

Таблица 2. Продукт и рейтинговое покрытие

Цифры, приведенные выше, взяты из опубликованных обозначений серий и таблиц технических характеристик. Перед заказом подтвердите точную модель, окно ввода и кривую снижения номинальных характеристик в таблице данных.

Рабочий пример: определение времени задержки и избыточности

Рассмотрим 48-вольтовую телекоммуникационную стойку, которая должна выдерживать одиночный сбой питания без отключения нагрузки, где нагрузке требуется 15 мс для завершения контролируемого отключения и она потребляет 20 А при 48 В.

Шаг 1 — Преобразуйте нагрузку в мощность. При 48В и 20А нагрузка составляет 960Вт.

Шаг 2 — Создайте окно ввода. Подтвердите минимум и максимум, которые может обеспечить установка постоянного тока, затем выберите источник питания, опубликованный диапазон входного напряжения которого охватывает оба конца с запасом.

Шаг 3. Сравните время задержки с требуемым. Опубликованное время задержки указано при полной нагрузке и определенном входном напряжении и сокращается при более высокой нагрузке. Если опубликованное значение для вашей нагрузки не покрывает требуемые для нагрузки 15 мс, либо примите немного больший источник питания, либо добавьте емкость на нагрузке, но размер запаса выбирайте из таблицы данных, а не из номера заголовка.

Шаг 4. Выберите топологию резервирования. При единственной нагрузке, требующей бесперебойной работы, простым ответом является схема 1+1, при которой каждый блок питания рассчитан на полную мощность 960 Вт; N+1 становится актуальным, когда нагрузка распределяется по нескольким каналам.

Шаг 5 — Добавьте компонент развязки. Укажите модуль резервирования с номиналом выше 20 А на источник питания и подтвердите его заявленное падение напряжения и эффективность при вашей нагрузке, чтобы падение не потребляло запас, рассчитанный вами на шаге 3.

Только иллюстративный метод; не является спецификацией продукта SMUN.

Контрольный список поставщиков перед запросом ценового предложения

1. Окно ввода — минимум и максимум, которые может предоставить источник, с запасом.

2. Внутренняя температура окружающей среды — измерена внутри закрытого шкафа в монтажном положении.

3. Профиль нагрузки — непрерывный ток, пусковой ток и продолжительность нагрузки при потере входного сигнала.

4. Топология резервирования — 1+1, N+1 или отсутствие плюс номинал модуля развязки.

5. Сигналы мониторинга — какие флаги неисправностей может использовать ваша система.

6. Область соответствия — стандарт, регулирующий ваше конечное оборудование, и необходимая вам декларация поставщика.

Заключение

Источники питания для телекоммуникаций, сетей и транспорта выбираются по доступности, а доступность строится на основе четырех решений в фиксированном порядке: входное окно, которое представляет источник, время удержания, необходимое нагрузке, топология резервирования, требуемая уровнем обслуживания, и тепловой запас, который оставляет установленная окружающая среда. Эффективность и стоимость следуют за этими решениями, а не руководят ими.

Самая распространенная ошибка в спецификации в этой категории — использование паспортной таблички как доступного выходного сигнала. Блок мощностью 2000 Вт, рассчитанный на температуру +50 °C в герметичном наружном шкафу, не является блоком мощностью 2000 Вт при внутренней температуре, в которой находится шкаф. Считывание кривой снижения характеристик при измеренной температуре превращает паспортную табличку в фактические данные.

Прежде чем запросить предложение, подтвердите окно ввода, внутреннюю среду, требования к удержанию и наличие модуля резервирования. Ответьте на эти четыре, и короткий список обычно состоит из двух или трех номеров деталей.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Сколько времени задержки мне следует указать?

Ответ: Достаточно, чтобы охватить все, что ваша нагрузка должна выполнить после потери входного сигнала — контролируемое отключение, переход на резервное питание или преодоление кратковременного сбоя. Сравните опубликованные данные с фактической нагрузкой и входным напряжением, поскольку с увеличением нагрузки задержка сокращается.

Вопрос: Могу ли я подключить два одинаковых источника питания для резервирования?

О: Не соединяя выходы напрямую. Резервирование требует развязки, чтобы вышедший из строя блок не мог отключить общую шину; специальный модуль резервирования с номиналом выше тока питания обеспечивает эту функцию для конфигураций 1+1 и N+1.

Вопрос: Всегда ли более высокая номинальная мощность означает больший тепловой запас?

О: Нет. Номинальные характеристики указаны для определенных условий окружающей среды и нагрузки, а достижимая выходная мощность падает по мере повышения внутренней температуры. В герметичном шкафу кривая снижения характеристик при измеренной внутренней температуре окружающей среды, а не данные на паспортной табличке, определяет возможности устройства.

Вопрос: Требуется ли внешний блок PFC для телекоммуникационного оборудования?

О: Применимость зависит от класса оборудования, входного тока и ограничений по току гармоник, регулирующих ваше изделие; В стандарте IEC 61000-3-2 рассматриваются выбросы гармонических токов для оборудования, подключенного к общественной сети низкого напряжения. Входной каскад PFC является распространенным способом удовлетворения этих ограничений, а также снижает входной ток при той же выходной мощности.

Вопрос: Какие сигналы неисправности мне следует искать?

A: Те, которые позволяют удаленному оператору отличить неисправность питания от неисправности нагрузки. Опубликованные наборы защиты в этом портфолио включают в себя короткое замыкание, перегрузку, перенапряжение, перегрев, отказ вентилятора и пониженное напряжение, а флаги отказа вентилятора и пониженного напряжения обычно наиболее полезны для объектов, не требующих обслуживания.