Новые модели источников электропитания в корпусе на DIN рейку производства NEXTYS

15.12.2017

Виктор Алексеев, к.ф-м.н

Одним из приоритетных направлений швейцарской фирмы NEXTYS является разработка и производство источников питания в конструктиве «DIN Rail». В статье рассмотрены основные технические характеристики новых моделей в корпусах на DIN рейку: миниатюрный, программируемый DC-DC конвертер NDW240 мощностью 240 Вт; двухфазный программируемый AC-DC конвертер SBP200L мощностью 200 Вт, с расширенным диапазоном выходных напряжений 24 – 120; однофазный программируемый AC-DC конвертер PSH-150 мощностью 150 Вт, с защитой от поражения электрическим током Class II и изоляцией между входом и выходом 10 кВ.

Введение

Швейцарская фирма NEXTYS, основанная в 1998 году является одним из известных мировых производителей источников питания (ИП) различной конфигурации, тестового телекоммуникационного оборудования, систем контроля работы и зарядки батарей и аккумуляторов, механической фурнитуры для радиоэлектронной промышленности, контроллеров промышленных инфракрасных обогревателей. Наибольшую популярность в разных странах завоевали источники питания NEXTYS, предназначенные для медицины, железнодорожного транспорта, бескорпусные ИП и источники питания на DIN рейку. Кроме того, фирма разрабатывает и выпускает малыми партиями источники питания по индивидуальным проектам. Одним из важных аспектов структуры фирмы является мощный отдел научно-технических разработок, который позволяет фирме регулярно выпускать новые модели, на базе последних мировых инноваций. Так, например, в период 2016-2017 годы NEXTYS выпустила около двадцати новых источников питания, среди которых можно отметить: NPSM30S (30W), NPSM121IP (120W), NPSM241IP (240W), MEPS150 (150W), PSH150 (150W, 10kV Isolation Programmable), NPSM962 (960W), NPST962 (960W), SBP200L (200W, 24...120Vdc Programmable Output), NDD3-1205 (3W),NDW240 (240W, 5...55Vdc Programmable Output), NEF210 (DC Overcurrent Protector / Static Switch), NISO-20 (800W, DC/DC Isolation Module),NCP12 (12V Super Capacitors Module),DCW20 (960W, Combo DC-UPS / DC-DC Converter,MODUS (USB to RS-485 Converter).

Особое внимание фирма NEXTYS уделяет разработке и производству источников питания в конструктиве «DIN Rail» (Дин рейка).

В данной статье рассмотрены основные технические характеристики новых моделей в корпусах на DIN рейку: NDW240, SBP200L, PSH150.

Новый программируемый DC-DC конвертер NDW240 в конструктиве «DIN Rail»

Внешний вид DC-DC конвертера NDW240 показан на рисунке 1. На передней панели расположены:

Рис.1

Индикаторное табло для установки и контроля выходного напряжения; Разъем USB для работы с управляющим ПО «POWERMASTER» с помощью ПК (WINDOWS) или планшета (ANDROID); Разъем выходного напряжения (2 контакта плюс и минус Uвых и 2 контакта нормально разомкнутого реле для контроля превышения уровня заданного напряжения >90%, «DC OK»; Разъем входного напряжения (2 контакта плюс и минус Uвх); Три контрольные кнопки для выбора режимов работы и установки выходного напряжения

Рис. 2.

На задней стенке имеется крепление DIN-M, (38 x 95.2 x 10.5 мм), предназначенное для монтажа конвертера на стандартную ДИН рейку (рисунок 2). Встроенный микропроцессор конвертера позволяет управлять режимами работы и контролировать выходное напряжение и токи в соответствии с заданными параметрами. В случае, если выходное напряжение превышает 15% от заданного значения, выход отключается и загорается надпись «OU».

Встроенная кольцевая система мониторинга аварийных ситуаций (ORing) позволяет в реальном времени, практически мгновенно, переключать систему на резервный источник питания в случае выхода из строя основного ИП. Для подобных случаев предусмотрен режим «Parallel - PA», когда основной и резервный конвертеры NDW240 подключаются параллельно. Эта функция является крайне важной для систем, критичных к сбоям электропитания таким, например, как военное и специальное оборудование, телекоммуникационные серверы, аварийные системы и т.д.

Максимальный выходной ток конвертера (Imax) можно ограничить значениями в диапазоне от 1A до 11A (по умолчанию 10A). Когда нагрузка запрашивает больше тока, чем запрограммированный Imax, конвертер автоматически переходит в режим ограничения тока. С помощью раздела меню «Output Current – IO» в конвертере NDW240 можно в зависимости от конкретного приложения использовать два разных алгоритма ограничения тока. В режиме «Hiccup – HU» предельно допустимый выходной ток ограничен значением ,в полтора раза превышающим Imax.

Сразу после превышения выходного тока значения Imax запускается таймер. Если ток нагрузки не уменьшается ниже Imax в течение 5 секунд, выход отключается на 10 секунд.

При этом на дисплее отображается сообщение об ошибке перегрузки (OL).

Затем этот цикл повторяется до тех пор, пока ток нагрузки не уменьшится ниже Imax. Этот режим работы рекомендуется при использовании нагрузки с высокими пусковыми токами. В случае короткого замыкания на нагрузке выход конвертера отключается не более чем через 0.2 секунды и остается в этом положении на 10 секунд. При этом на дисплее высвечивается сообщение об ошибке короткого замыкания (SC).

Другой режим контроля выходного тока конвертера NDW240, с названием «Constant Current – CC», ограничивает ток значением Imax. При достижении этой величины выходной ток ограничивается и замыкаются контакты реле «DC-OK». Процесс ограничения выходного тока продолжается до тех пор, пока Iвых не уменьшится до 90% Imax. При этом размыкаются контакты реле «DC-OK». Этот режим ограничения выходного тока рекомендуется для систем питания мощных емкостных нагрузок. Следует обратить внимание, что при параллельном подключении конвертеров возможно ограничение тока только в режиме «Constant Current – CC».

Кроме того, включать и отключать выход конвертера можно удаленно с использованием адреса шины Modbus 0x1014.

В конвертере имеется также тепловая защита. При превышении заданной температуры загорается надпись «Over Temperature warning – Ht». Если температура не снижается, загорается аварийная надпись «Over Temperature - Ot» и выход NDW240 отключается.

Конвертер можно программировать через интерфейс USB при отключенном выходе. В этом случае на индикаторном табло высвечивается надпись «- -»

В конвертере NDW240 поддерживаются протоколы обмена данными Modbus/RTU в полном соответствии с документами «MODBUS over Serial Line» и «MODBUS APPLICATION PROTOCOL SPECIFICATION» [2].

Более подробное описание работы с конвертером NDW240 можно найти в инструкции пользователя [3].

Удаленный контроль и управление конвертером NDW240 осуществляется с помощью специального программного обеспечения «POWERMASTER NDW240 - Software», доступного свободно на сайте [4]. Это программное обеспечение может работать как ОС Windows, так и с ОС Android.

Программа позволяет контролировать и выводить на экран компьютера, планшета или смартфона текущие значения и изменения во времени входных и выходных напряжений и токов, а также задавать параметры устройства.

Главное окно программы «POWERMASTER NDW240 - Software» показано на рисунке 3.

В этом разделе «Device and connection» задаются идентификационные данные конвертера, скорость обмена данными, порт обмена, стоповые биты, паритетность, сведения о проекте, контролируемые параметры, выводимая информация. В разделе «Status» на экран компьютера выводятся текущие значения токов и напряжений, а также информационные сообщения (SC, HT, OT, OO). Страничка «Variables» предназначена для установки параметров Modbus и выбора режимов ограничения тока. Конфигурационные параметры конвертера можно записывать в файлы и при необходимости записывать нужный вариант в память устройства.

На страничке «Chart» выводятся графики изменений токов и напряжений во времени. Эти зависимости можно сохранять в виде файлов. Кроме того, это программное обеспечение позволяет обновлять базовую прошивку устройства. Более подробное описание программы «POWERMASTER NDW240 - Software» можно найти на сайте [5].

Новый программируемый AC-DC конвертер SBP200L в конструктиве «DIN Rail»

Новый программируемый AC-DC конвертер SBP200L, мощностью 200 Вт, выполненный в конструктиве «DIN Rail», дополняет линейку источников питания данного типа в диапазоне выходных напряжений от 24 до 120 В,.

Основные отличительные особенности SBP200L:

• SBP200L - это управляемый микропроцессором регулируемый источник питания со следующими характеристиками:
• Цифровое управление и контроль выходных напряжений и токов с помощью встроенного микропроцессора;
• Диапазон программируемых выходных напряжений от 24 до 120 В;
• Широкий диапазон 1 и 2 – фазных напряжений переменного тока от 170 до 550 В (47 – 63 Гц);
• Возможность работы с входными напряжениями постоянного тока в диапазоне от 250 до 725 В;
• Высокая эффективность (>90 %) при небольших габаритных размерах (80 х 120 х 100 мм);
• Активная коррекция коэффициента мощности (PFC);
• Защита от перегрузок по току, напряжению и температуре;
• Удаленное управление интерфейсом Modbus через RS-485;
• Аналоговое переключение режимов работы по входу ENABLE;
• Монтаж на ДИН-рейку (DIN rail, IEC 60715 TH35-7.5<-15>);
• Работа с универсальным управляющим программным обеспечением POWERMASTER в ОС Windows и Android;
• Возможность использования в качестве интеллектуального зарядного устройства для свинцово- кислотных, никелевых и литиевых аккумуляторов;
• Использование в качестве источников питания в светодиодных экранов средней мощности;
• Расширенный температурный диапазон (от минус 40 до плюс 70 С).

Следует отметить, что от предыдущей модели SBP200 (Uвых 36-205 В) конвертор SBP200L отличается диапазоном выходных напряжений и расширенным интерфейсом пользователя (RS485).

Внешний вид AC-DC преобразователя SBP200L показан на рисунке 4 [6].

На передней панели расположены: информационное табло, кнопки переключения режимов работы, разъем интерфейса RS485, разъемы входного и выходного напряжений, сигнальные выводы аварийного реле «DC-OK» и канала управления «ENABLE».

Рис. 4. Внешний вид AC-DC преобразователя SBP200L

Используя силовой разъем «L1, L2(N), EG» конвертер SBP200L можно подключать: 1-фазное напряжение переменного тока (L1 = Фаза, N = Нейтраль, I = «Земля»); 2-фазное напряжение переменного тока (L1 = Фаза 1, L2 = Фаза 2, I = «Земля); Напряжение постоянного тока (L1 = «плюс», L2 = «минус», I = «Земля»). На рисунке 5 показаны возможные варианты схемы подключения конвертера SBP200L к сетям переменного и постоянного тока [7].

Рис. 5. Возможные варианты схемы подключения конвертера SBP200L к сетям переменного и постоянного тока

Следует обратить внимание на то, что модель не имеет встроенного предохранителя входного каскада. Поэтому настоятельно рекомендуется подключать вход конвертера через стандартные схемы защиты от бросков напряжения.

Вывод «DC OK» (24 В пост. ток, 1 A, сухой контакт) используется для контроля наличия напряжения на выходе конвертера.

Ввод ENABLE (5-30 В пост. ток) может быть использован для удаленного включения и выключения SBP200L, а также для других функций управления выходным напряжением.

Конвертер может работать в трех режимах. Выбор режима работы определяется уровнем и длительностью сигнала, подаваемого на вход «ENABLE». По умолчанию на этом входе низкое напряжение. Если на «ENABLE» подать высокий логический уровень, то включается режим «Operating mode 1» (enable/disable), в котором на выходе конвертера будут номинальные значения выбранных напряжений и токов. Возврат уровня «ENABLE» в низкое состояние отключает выход конвертера. Это режим работы можно применять для заряда аккумуляторов и для питания светодиодных экранов.

Для управления конвертером задействуются следующие параметры, которые можно выставлять, используя три установочные кнопки и информационное табло:

• Output voltage 1 (U1);
• Output current 1 (I1);
• Output voltage 2 (U2);
• Output current 2 (I2);
• Delay (Del);
• Enable polarity (Pol).

В режиме «Operating mode 1» на выходе снимается U1 (Nominal voltage) и I1 (Nominal current).

В этом режиме конвертер, в зависимости от нагрузки, работает как источник постоянного напряжения или источник постоянного тока. При достижении номинального тока выходное напряжение остается постоянным до тех пор, пока не изменится нагрузка. Если нагрузке потребуется больше тока, конвертер автоматически снизит выходное напряжение так, чтобы номинальный ток не превысил заданное граничное значение. Величины номинального напряжения (Unom) и номинального тока (Inom), которые выбираются пользователем в зависимости от режима работы, могут быть изменены с помощью последовательности сигналов на входе «ENABLE».

Режим «Operating mode 2» (external toggle) позволяет работать с двумя, напряжениями и токами: U1 (Nominal voltage 1) и I1 (Nominal current 1) реализуются при ENABLE=1, а U2 (Nominal voltage 2) и I1 (Nominal current 2) устанавливаются при ENABLE=0.

В режиме «Operating mode 3» (enable/disable with timer) выход инвертора активируется на U1 при высоком уровне «ENABLE», а на второе напряжение переключение происходит через определенное время, которое задается установками таймера.

Через интерфейс RS-485 в конвертере SBP200L поддерживается Modbus который задействован для установки параметров и выбора режимов работы. Например, адрес 0x1000 (4096), Hold register используется для выбора режима работы. Адреса 0x1001(4097), 0x1002 (4098), 0x1003 (4099), 0x1004 (4100), 0x1005 (4101), 0x1005 (4102) используются для установки параметров U1, I1, U2, I2, Del, Pol.

Подробно установка параметров с помощью Modbus описана в [8].

На задней стенке SBP200L расположено крепление для монтажа на ДИН-рейку, аналогичное показанному на рисунке 3.

Технические характеристики SBP200L приведены в таблице 1.

Специально для SBP200L разработано управляющее программное обеспечение POWERMASTER с поддержкой Windows и Android. Работа этого ПО аналогична описанному выше «POWERMASTER NDW240 - Software».

Новый программируемый AC-DC конвертер PSH-150 в конструктиве «DIN Rail» с защитой Class II

Модель PSH150 – это однофазный AC-DC конвертер мощностью 150 Вт, имеющий второй класс защиты от поражения электрическим током и изолированную схему с напряжением пробоя 10 кВ. Поскольку устройства с классом защиты «Class II» подразумевают наличие двойной или усиленной изоляции и не требуют заземления корпуса, то их использование допускается без ограничений, за исключением условий повышенной влажности. Конвертор PSH150 преобразует напряжение однофазной сети переменного тока в диапазоне 90-277 В в любое напряжение постоянного тока в интервале от 5 до 55 В. Таким образом эта модель позволяет получать все необходимые стандартные напряжения питания большинства электронного оборудования 5, 9, 12, 18, 24, 48 В на базе магистрали обычной сети переменного тока 220 В. Эти качества, а также усиленная изоляция между входом и входом (10 кВ) и второй класс защиты, дают возможность применения PSH150 в очень широком спектре различных приложений, критичных к защите от поражения электрическим током, таких, например, как медицина, электротранспорт, бытовые приборы, телекоммуникационное оборудование и другие.

Из основных отличительных черт AC-DC конвертера PSH150 можно выделить следующие [9]:

• Защита от поражения электрическим током в соответствии с IEC60664 – Class II;
• Усиленная изоляция между входным и выходным каскадами – 10 кВ;
• Широкий диапазон входных напряжений переменного тока 90-240 В;
• Широкий диапазон входных напряжений постоянного тока 110 – 400 В;
• Программируемые выходные напряжения в диапазоне от 5 до 55 В;
• Дистанционный контроль и управление работой конвертера;
• Возможность аварийного автоматического переключения на запасной источник питания;
• Активная коррекция коэффициента мощности (PFC);
• Служебный вывод 12 В/100 мА для внешних устройств;
• Поддержка Modbus с помощью интерфейсов RS-485 или USB;
• Работа под управлением специального программного обеспечения POWERMASTER в среде Windows или Android);
• Крепление на ДИН- рейку (IEC 60715 TH35-7.5-15);
• Небольшие габаритные размеры 179.5 х 116.5 х 64.5 мм.

Разъемы и органы управления конвертора PSH150 показаны на рисунке 6.

Рис. 6. Внешний вид конвертора PSH150

На нижней стенке расположены: 2-контактный силовой разъем для подачи входного напряжения постоянного или переменного тока (N, L); 4-контактный разъем USB; 3-контактный разъем RS-485, 7-контактный разъем, на который выведены сигнальные линии INHIBIT, 12V AUX, DC-OK; 4-контактный разъем для выходного напряжения. На передней панели расположены: индикаторное табло, кнопки управления меню настроек, два (напряжение и ток) светодиода индикации нормальной работы и один светодиод аварийной ситуации.

На клемму N входного разъема подается ноль переменного тока или минус постоянного тока. На клемму L подается фаза переменного тока или плюс постоянного тока. На разъем RS-485 выведены три линии: TX/RX D1, TX/RX D0, GND. Порт USB поддерживает четыре сигнала: VBUS (+5V), Data (D-), Data (D+), GND.

Опто-изолированный ввод «INHIBIT» предназначен для управления выходом конвертера. С помощью аналоговых сигналов (плюс/минус 5-30 В), подаваемых на этот ввод, можно включать и отключать выход конвертера.

Служебный вывод «Auxiliary 12V» обеспечивает постоянное напряжение плюс/минус 12 В (100 мА), которое не отключается при выключении основного выходного каскада конвертера. Это вывод имеет общую «землю» с основным выходным разъемом.

Вывод «DC-OK», предназначенный для контроля наличия напряжения на выходе, представляет собой «сухие контакты» нормально разомкнутого реле: COM, NO, NC.

Во время нормальной работы на цифровом табло высвечиваются текущие значения выходного напряжения, тока и мощности. Каждый параметр отображается в течение трех секунд, затем выводится следующее измерение. Два зеленых светодиода показывают, какое именно значение отображается в данный момент времени: верхний - напряжение V, нижний – ток A, горят оба – мощность W.

При возникновении сбоев в работе загорается красный светодиод и на табло появляется соответствующее обозначение: OE - Over-temperature protection (сработала защита по температуре); SC - Short circuit protection (короткое замыкание); --- неизвестная внутренняя неисправность, выход отключен.

При отключенном входном напряжении загорается индекс USb, который означает, что питание на порт USB подано и можно работать с управляющим программным обеспечением POWERMASTER-PSH150.

В конвертере PSH150 поддерживается Modbus RTU с помощью RS-485 или USB (Virtual com port). Также, как и в рассмотренных выше моделях, в конвертере PSH150 можно с помощью Modbus выбирать режимы работы и устанавливать необходимые параметры.

Конверторы PSH150 можно соединять параллельно для переключения в случае аварии на запасной канал с помощью встроенной системы oRing.

Подробно работа с конвертером PSH150 описана в [10].

Заключение

В настоящее время на рынке РФ представлены AC-DC и DC-DC конвертеры, производства различных фирм. Среди множества разнообразных источников питания особое место занимают AC-DC и DC-DC преобразователи NEXTYS в конструктиве DIN Rail. С уверенностью можно говорить о том, что линейка продукции этого класса, выпускаемая NESTYS, по разнообразию, надежности, возможностям удаленного управления и инновационным техническим решениям, не имеет мировых аналогов. Конвертеры NEXTYS имеют сертификат соответствия ЕЭС (EC declaration of conformity) [11].

Область использования каждой из моделей этой серии определяется условиями эксплуатации, входными и выходными напряжениями, мощностью и допустимым уровнем шумов. Одним из магистральных направлений использования AC-DC и DC-DC конвертеров NEXTYS являются системы питания различных устройств внутри жилых помещений, разрешенные стандартами EN55022, EN60255-27, IEC60664-1, UL508, EN60255-27. Именно поэтому продукцию NEXTYS можно найти во многих жилых домах европейских стран в сетях электропитания SELV (Safe Extra Low Voltage - 12, 24 В), а также в сетях электропитания телекоммуникационных систем (Telecommunications Network Voltage, TNV – 48 В).