설치만 하면 끝: 조용히 작업을 수행하는 1kW AC/DC!

1kW 수준의 AC 입력 장비 전원 공급 장치는 산업 에서 전기 통신, 운송및 의료에 이르기까지 여러 부문에서 활용되고 있습니다. 전원 공급 장치 제조업체는 AC/DC 제품제품에 더 많은 기능과 모니터링, 제어 기능을 제공하기 위해 노력하지만 동시에 이들을 “사라지게” 하려는 고객의 압력도 있습니다. 사용자는 장비 전원 공급 장치가 소리와 EMI 관점 모두에서 더 작고 가볍고 조용하기를 원합니다. 전원 공급 장치는 높은 출력 부하에서 시원하게 실행되어 시스템의 온도를 거의 높이지 않아야 하며 대기 또는 셧다운 상태에서는 손실이 미미해야 합니다.

비용도 적당해야 합니다. 이와 동시에 시스템 엔지니어는 작업을 제한하는 “알아보기 힘든 작은 글자”(예: 고도)로 인한 불쾌한 상황에 처하기를 원치 않으며, 조달 부서는 각각 적합한인증을 갖추고 가능한 한 많은 분야에 활용할 수 있는 하나의 재고 품목을 원합니다.

심호흡하기

AC/DC 설계 팀은 집단 심호흡을 하고 연필(요즘은 스타일러스 펜을 사용하는 경우가 많습니다)을 들고 수천 가지의 설계 결정을 내려야 하는 사안을 검토하기 시작합니다. 이러한 결정은 종종 서로 충돌하며 회로 이론부터 안전, EMC, 자기, 역학, 냉각, 미학, 표준 준수 등에 이르기까지 다양한 분야에 걸쳐 있습니다. 이 전력 수준의 최신 설계에는 항상 펌웨어가 내장된 디지털 요소가 포함되므로 프로그래밍 기술이 통합되어야 하는 또 다른 요소가 됩니다. 이는 긴급하게 요구되며 제품 관리에 따라 사양이 변경될 수 있으므로 프로젝트 관리는 필요한 관련 분야 중 소홀히 할 수 없는 분야입니다.

AC/DC 제품 설계자들의 공감을 불러일으킬 수 있기를 바라며, 이제 이 모든 것이 성공적으로 결합된 예로서 RECOM RAC1200-V 시리즈(그림 1)를 살펴보고 최근 업그레이드를 통해 제품이 어떻게 더욱 개선되었는지 살펴보겠습니다. 이 AC/DC는 범용 80~264VAC에서 작동하며 1kW 연속 및 95% 일반 효율에서 넓은 조정 범위를 가진 단일 24V, 36V 또는 48V 출력을 제공합니다.

좋은 것은 작은 꾸러미로 온다

RACM1200-V의 크기는 전체 치수가 228 x 96.2 x 40mm(미터법이 어렵다면 9 x 3.8 x 1.57인치)로, 첫 번째 요구조건을 만족합니다. 이는 시장에서 가장 높은 전력 밀도 등급 중 하나를 나타내며 표준 1U 랙 높이(1U = 1.75인치)에 맞습니다. AC 입력과 DC 출력은 편리한 연결과 효율적인 내부 레이아웃을 위해 서로 반대편 끝에 있습니다. 그러나 주장하는 정격 출력에 필요한 냉각과 관련하여 크기를 항상 고려해야 합니다.

이러한 제품의 일반적인 응용 분야에서 내부 팬은 유지보수와 소음 이유로 인해 바람직하지 않으므로 제품의 정격을 독립형, 냉벽, 강제 공기 냉각용으로 매깁니다. 일반적인 1kW 응용 분야에 대해 이야기하고 있지만 제품 부품 번호에 힌트가 있습니다. 1,200W는 정의된 기간 동안 또는 적당한 2.5m/s 공기 흐름으로 지속적으로 피크 전력 정격으로 사용할 수 있으며 최대 베이스플레이트 온도는 85°C입니다.

주변 및 냉벽 온도, 공기 흐름, AC 입력 전압, 피크 전력 지속 시간 등 특정 전원 출력을 달성하는 데 있어 고려해야 할 변수가 있으며, RECOM은 제품 데이터 시트에서 가능한 사항에 대한 광범위한 가이드를 제공하고 있습니다. 사양에서 자주 누락되는 한 가지 매개변수는 피크 정격 전력의 허용 반복률입니다. 이는 여러 번의 연속 피크 부하 이벤트로 인해 온도가 높은 수준으로 “급격히 올라가지” 않는 데 필요한 냉각 기간을 말합니다. RECOM은 그림 2와 같이 이와 관련하여 지침을 제공합니다.

정밀 제어로 전원 공급 장치의 한계 내에서 안전한 작동 가능

RACM1200-V는 다용도를 염두에 두고 제작했으며 제공된 열 데이터를 통해 사용자는 특정 조건에서 제품으로부터 최대한의 전력을 뽑아낼 수 있으므로 더 비싸고 더 크고 더 높은 정격의 AC/DC가 필요하지 않습니다. 하지만 정밀 과전류 감지, 작은 과부하를 위한 정전력 모드, 정전류, “딸꾹질”과도 같은 셧다운을 포함하여 래치 오프 전에 4번 순환하는 광범위한 보호 체계를 통해 제품에 대한 응력을 방지합니다(그림 3). 이와 동시에 과열 및 출력 과전압 보호가 작동합니다.

하지만 내장된 PMBus^™ 인터페이스를 통해 보호 수준을 조정할 수 있어 더 많은 유연성이 제품에 내장되어 있습니다. 과열 보호에도 레벨이 있습니다. 기본 스위치 감지 시 “급속하고” 즉각적인 셧다운과 출력 구성품 감지 시 “부드러운” 셧다운이 있습니다. 전원 공급 장치는 온도가 계속 상승하면 안전 스위치를 끄기 전에 처음에 출력 전력을 줄이고 경고 플래그를 설정하는 식으로 반응합니다.

RACM1200-V의 디지털 인텔리전스용 펌웨어가 크게 업그레이드되어 제품이 전력 수요를 실시간으로 효과적으로 모니터링하고 여러 위치에서 측정한 AC 주전원 전압과 온도의 외부 조건을 고려하여 제품의 능력에 맞출 수 있습니다. 그 결과, 제품이 손상되거나 수명 단축에 이를 수 있는 과응력을 받지 않는다고 사용자를 안심시킬 수 있습니다. 이를 추가적으로 지원하기 위해 엔드 시스템에 팬 드라이브 출력이 제공되며 제공된 “tacho” 신호를 통해 속도와 상태를 모니터링할 수 있습니다. 팬 속도의 온도 제어로 손실이 감소하고 소음이 최소화됩니다.

PMBus는 RACM1200-V를 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 또는 지능형 전원 관리 시스템에 통합할 수 있도록 추가 모니터링과 제어 기능을 제공합니다. 그러나 빠르고 안전한 아날로그 제어도 잊지 않았습니다. AC 주전원에 장애가 발생한 후 보류 시간이 소진되기 전에 경고하기 위해 ACOK 신호와 함께 원격 감지와 켜짐/꺼짐이 지원됩니다. PSU GOOD 신호는 출력이 사양 내에 있음을 보여주기 위해 사용할 수 있으며 1A에서 “항상 켜짐” 상태의 5V 대기 출력은 주 출력의 유용한 1.5kV 절연과 함께 제공됩니다. 앞서 언급한 팬 드라이브 출력은 꺼짐 또는 1A 정격으로 5V와 12V 사이로 사전 설정될 수 있습니다. 시각적 흥미로움을 더하기 위해 RGB LED는 연속, 점멸 및 교대 색상의 조합으로 7가지 다른 PSU 상태를 나타냅니다.


제품의 정밀 제어 수준이 높아서 제품이 다양한 부하 유형에 적합합니다. 예를 들어 돌입 전류가 높은 모터는 내장된 정전류 특성의 이점을 누릴 수 있습니다. 배터리 충전은 또 다른 응용 분야입니다. 납산 배터리 는 여전히 널리 사용되고 있으며 정전류와 전압으로 충전합니다. 이것은 RACM1200-V의 제어 기능 내에서 수용할 수 있습니다.

이 제품으로 부족할 경우 최대 3개를 병렬로 연결하여 전력 정격을 높일 수 있습니다. 공유는 각각이 동일한 전류 기여도를 제공하도록 “드룹(droop)” 방법을 통해 수행됩니다.

응용 분야마다 서로 다른 표준 준수가 필요

지금까지 광범위한 제어와 모니터링을 통해 제품이 다양한 부하 유형에 어떻게 적합한지 논의했습니다. 그러나 응용 분야가 달라지면 특정한 표준 준수가 요구되며 다용도라고 주장하는 AC/DC 는 “조건과 이의” 없이 이를 충족해야 합니다. 최신 제품에서 기대할 수 있는 최소 사항은 RACM1200-V가 5,000m 고도에 대해 보유한 IT 및 멀티미디어 표준 IEC/EN/UL 62368-1 관련 인증을 보유하고 있다는 것입니다. 또한 4,000m 고도에 대한 변압기와 전원 공급 장치 관련 안전 표준인 IEC/EN 61558-1/2과 테스트 장비, 프로세스 제어 장비, 실험실 제품 관련 안전 표준인 IEC/EN 61010-1/2를 준수합니다. 이 제품은 IEC 62368-1 및 IEC 61010-2에 따른 과전압 범주 II(OVC II)와 IEC 62477에 따른 최대 2,000m 고도의 과전압 범주 III(OVC III) 등급을 받아 부품을 전기적으로 잡음이 많은 환경에 장착할 수 있습니다. 에코디자인 요건은 일반적으로 2W의 무부하 소비와 최대 1W의 대기 소비로 충족합니다.

그러나 인증은 의료 표준 IEC/EN ANSI-AAMI 60601-1까지 이어집니다. 이 제품이 최대 4,000m 고도의 250VAC 시스템에서 요구되는 가장 높은 공통 수준인 2x 환자 보호 조치(2x MOPP)를 충족하므로 제외에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 이 수준의 표준에서 요구하는 대로 절연 전압은 4kVAC이며 이중 입력 퓨징이 제공됩니다. 의료 응용 분야에서 주전원 누설 전류가 제한되며 이 제품은 정상 조건(NC)에서 최대 100µA, 단일 고장 조건(SFC)에서 최대 500µA의 환자 누설 전류를 달성합니다. 그래서 이 제품은 내장된 의료용 BF(바디 플로팅) 연결과 병원 및 치료 환경의 광범위한 적용 분야에서 사용할 수 있습니다.

섀시에 대한 출력 절연은 1.5kVAC이므로 이 등급이 필요한 PoE(Power over Ethernet) 응용 분야에서 부품을 사용할 수 있습니다.

EMC 준수는 광범위하여, 부품이 IEC/EN 60601에서 클래스 B, EN 55011, EN55032 및 FCC 47 CFR Pt 15의 EMC 방출 사양을 모두 클래스 B 수준으로 충족합니다. 내성 수준은 각각 멀티미디어 및 산업용 장비에 대한 EN 55035 및 EN 55024와 함께 IEC/EN 61000 시리즈 표준의 요건을 충족합니다.

괴짜들을 위해

RACM1200-V는 경제적인 가격에 첨단 사양, 전력 밀도, 다용성을 갖춘 놀라운 성과물입니다. 이를 실현하기 위해 설계자들은 인터리브 부스트 PFC 스테이지와 최첨단 “LLC” 절연과 변환 스테이지를 포함한 최신 변환 기술을 사용했습니다. 이 공진 토폴로지는 공진 “탱크”의 응답 곡선을 오르내리기 파워 스테이지 드라이브 파형의 주파수를 변경하고 스테이지 게인과 출력 전압을 변경하며 출력의 피드백을 통한 아날로그 제어를 사용하여 조절을 달성합니다.

출력 정류기는 최고의 효율을 위한 능동-동기식 유형입니다. 제어 루프 피드백은 아날로그이지만 마이크로컨트롤러는 통신 인터페이스, 외부 제어, 모니터링을 처리합니다. 별도의 저전력 AC/DC 소스는 내부 및 외부 보조 제어 전원을 제공합니다(그림 4).

정말 설치만 하면 끝인가?

RECOM RAC1200-V는 설계는 기술의 최전선에 있지만 눈에 거슬리고 사용자에게 부담이 되어 방의 뒤편에 있습니다. 범용 입력 범위, 광범위한 인증, 안전 기능으로 인해 모든 일반 응용 분야에 쉽게 통합할 수 있습니다. 새로운 모듈식 펌웨어의 명확한 논리적 형식을 통해 구성이 훨씬 더 쉽고 제조업체가 맞춤형 변형에 대한 빠른 전환을 제공할 수 있습니다.

설치만 하면 끝입니다. 계속 녹색으로 켜져 있는 LED는 전원 공급 장치가 안정적으로 작동하고 있음을 조용히 알려줍니다. 하지만 주의가 거의 필요하지 않으면 외로워질 수 있습니다. 때때로 PMBus 쿼리를 보내서 관심을 갖고 있음을 알릴 수 있습니다.