Ahojte, už tu spousta věcí padla. Taky si přisadím :-)
Nám se v práci takovéhle požadavky vyskytují pravidelně - stavíme počítače pro "průmysl" a 220V DC je oblíbené napájecí napětí v silnoproudé automatizaci: rozvodny a trafačky VN/VVN. V techto provozech je SS napájení vybaveno baterkami. Ano jsou na to hotové ATX zdroje určené jmenovitě pro tuto hladinu, trochu těžko se hledají.
Obvyklí podezřelí Emacs/Zippy a Fortron/FSP umí ledacos, jejich veřejný katalog na webu není kompletní. Pro velké stálé zákazníky samozřejmě rádi vyrobí zakázkovou variantu (to není můj zaměstavatel v ČR, ale výrobci průmyslových počítačů už ano).
Pro "bezpečná malá" stejnosměrná napětí je výběr podstatně širší - kromě výše uvedených dvou značek třeba ještě německý Bicker, zřejmě mají svůj vlastní vývoj nebo přinejmenším hodně silnou technickou podporu, výroba předpokládám v Číně. Pár modelů má Sunpower (TW) a jsou i další čínské značky.
Jasné je, že na hladině 12V člověk mnoho kilowattů nenažene, protože odpor a ohřev vodičů - ale třeba na 48V už to tolik nebolí, a výběr je. Taky je třeba si uvědomit, že primár na malé DC napětí bude mít mizivou schopnost překlenovat výpadek, protože elyty na hladinu okolo 400V vycházejí energetickou hustotou na objem a váhu překvapivě dobře, oproti nízkým hladinám. Na bezpečném malém napájení se proto baterka může hodit i z tohoto důvodu.
Ohledně nápadu, provozovat standardní ATX zdroj se stejnosměrným vstupem bych upřesnil následující:
Když si vezmete, na kolik Voltů se usměrní standardní síťové napětí (V(ef) * 1,41) tzn. 110V AC => 155V DC , 240V AC => 340V DC, tak 220V DC je někde uprostřed. Pokud tímhle zkusíte krmit klasický počítačový zdroj (spíš AT než ATX), tzn. ten s přepínačem napěťové hladiny, tak 220V DC bude pro vyšší rozsah málo, pro nižší rozsah moc. Na vyšším rozsahu, pokud se zdroj rozběhne a nebude se vypínat, hrozí přetížení primáru nadproudem. Na nižším rozsahu hrozí zničení zdroje přepětím (kondíky, tranzistory, co já vím co všecko). Tzn. klasícký AT zdroj nebo ATX s mechanickým přepínačem rozsahů bych vůbec nezkoušel. Teoreticky také hrozí, že takový zdroj očekává střídavinu, a na stejnosměr by mohl jít do zkratu = unikne dým...
Pak jsou ATX zdroje bez přepínače, s tzv. "pasivním PFC". Poznají se podle toho, že mají na primáru nápadně velkou tlumivku s jádrem z trafo-plechů. Tzn. podle hmotnosti vnějším ohmatáním by člověk řekl "hm, asi poctivá konstrukce" ale jenom než si posvítíte baterkou skrz lopatky ventilátoru a najdete ty trafo-plechy. Obvykle mají také poměrně úzký rozsah okolo jmenovitého napětí (v našich končinách něco jako 200-250V AC). Opět bych si nebyl jistý, zda nemají nějakou závislost na střídavině, a hlavně podpětí hrozí trvalým nadproudem, což té tlumivce nemusí dělat dobře.
Naopak relativně doboru šanci máte s kvalitním ATX zdrojem, který má
aktivní PFC - odkaz je jenom dotaz do Googlu, který vysype mraky datasheetů a appnotes od výrobců PFC controller čipů. Aktivní PFC je vlastně zvyšující switch-mode předstupeň (vysokofrekvenční měnič). VF PWM střída je modulována usměrněnou sínusovkou 50 Hz. Na vstupu hned za Graetzem je relativně maličký kondík s nízkým ESR a velkou proudovou odolností, který "se veze na sínusu" = má za úkol ten VF obdélníkový odběr PFC měniče ofiltrovat do vstupního sínusového tvaru proudu. Proud (PWM střída) se moduluje tvarem vstupního sínusového napětí, jakýmsi "zrcadlovým obvodem". Výstup PFC předstupně se láduje do hlavního akumulačního kondenzátoru primární strany, ze kterého je následně živ hlavní snižující měnič. Vtip je v tom, že tenhle primární kondík je nabíjen PFC stupněm až na nějakých 400V DC (stabilních) - čili ještě o pár desítek Voltů nad úroveň usměrněného vstupního sínusu. Takže hlavní měnič má na vstupu stabilních 400V, při vstupu klidně okolo 100V AC nebo DC :-) S tím souvisí, že tyto zdroje mají širokánský jmenovitý rozsah vstupu - a i při nízké úrovni vstupního napětí si zachovávají prakticky konstantní energii pro překlenutí krátkých výpadků vstupu. Alespoň teoreticky by měly snést (relativně vysoký) proud odpovídající jmenovité wattáži a dolní hranici rozsahu vstupního napětí (prakticky jsem u některých zdrojů měl podezření na systematickou designovou vadu / kompromis v tomto bodě). Snad ještě zmíním, že tento PFC předstupeň má zřejmě relativně pomalou smyčku zpětné vazby, která stabilizuje napětí na zmíněném velikém kondíku (asi 400V) - jeho veliká akumulovaná energie spolu-funguje ve stabilizaci této relativně pomalé smyčky, která z druhé strany musí dovolit feed-forward modulaci PWM střídy 50Hz sínusem (resp. spektrálními složkami 50 Hz a rychlejšími). Ono by PFC bez tohoto velikého "mezikondíku" (např. rovnou na výstup nízkého napětí) zřejmě moc nefungovalo, protože by zdroj mohl mít problém, ustabilizovat výstup při kolísání zátěže. Protože na nějakých 12V mají elyty mnohem horší energetickou hustotu (na objem, váhu a cenu) a ten výstup už má být stabilní v mezích +/- 5%. Asi proto jsou konstrukce s PFC kontrolérem a přímým "flyback transformátorem" poměrně vzácné, a omezují se na relativně maličké měniče (desítky W).
Výše zmíněné "modulační zrcadlo", které ze vstupní usměrněné sinusoidy odvozuje proudový odběr, zřejmě obecně
funguje i pro napájení DC vstupem :-) Protože dotyčný slaboproudý vstup PWM controller chipu je stejnosměrně vázaný. Prostě se PWM střída PFC nemoduluje střídavinou, ale jede na cca konstantní šířce - řízena pomalou regulační smyčkou, která podle nějaké reference hlídá napětí na velkém primárním kondíku.
Tzn. moderní ATX zdroj se širokým rozsahem (110-240V AC bez manuálního přepínání) bude mít velmi pravděpodobně aktivní PFC (což bývá hrdě zmíněno v datasheetu) a v tom případě je velmi slušná šance, že mu něco jako 160-200V DC neublíží.
Takže se nabízí nápad, použít běžný trochu kvalitní ATX zdroj se stejnosměrným krmením, v rozsahu třeba 90-350V. Konkrétně SunPower nám svého času dokonce posvětil konkrétní starší model "střídavého" ATX zdroje (s konektorem C14) pro stejnosměrný vstup. Jiní výrobci se tomu brání.
Důvody, proč tohle nedělat, jsou nenápadné, ale zřejmě docela pádné.
A nejde zdaleka jenom o byrokratické umytí si rukou "toto nebylo součástí specifikací, ani typové zkoušky".
Jsou tam bezpečnostní aspekty s návazností na konstrukci.
A nedávný update norem pro napájecí zdroje zřejmě ještě o něco utáhl šrouby / utěsnil skuliny.
Jak už tu několik lidí zmínilo, stejnosměr je problém odpojit mechanickým vypínačem. Čím větší proud protéká, tím horší problém - protože vytažený oblouk je o to lépe ionizovaný a má větší výdrž. Už při provozu relátek na napětí 12 nebo 24V ss je problém s ohoříváním kontaktů (čímž na nich postupně narůstá přechodový odpor). Jističe i tavné pojistky musí být na stejnosměr o konkrétním napětí zvlášť konstruované - aby dokázaly uhasit oblouk! Důležitým parametrem vedle jmenovitého napětí obvodu je také přípustný zkratový proud. A teď si uvědomte, že na stejnosměru jsou oblíbené velké kondenzátory a baterie...
Toto je zcela konkrétní důvod, proč zdroje určené pro stejnosměrné napájení mívají vstup řešený nikoli konektorem, ale šroubovací svorkovnicí, s pečlivými přepážkami mezi šroubovacími svorkami. Úkolem šroubovací svorkovnice je zabránit uživatelům / obsluze ve vypnutí zařízení vytažením kabelu ze zdroje. Třeba klasický konektorový spoj C13+C14 má sice dostatečnou izolační pevnost ve smyslu statického napětí, ale při vytažení pod napětím hrozí vytažení hořícího oblouku na napájecím kabelu - čím větší proud, tím větší riziko.
Další problém s tvrdostí stejnosměrných napájecích soustav představuje inrush při zapnutí. Intuitivně by člověk prostě sepnul ss napájecí větev spínačem, jako na "střídavině". I na relativně měkké střídavé síti musí mít zdroje zabudované omezení inrushe, ve zdrojích pro nižší stovky W na to většionu stačí termistor se zápornou závislostí (NTC). Pro konkrétní hladinu napětí by měl teoreticky tentýž termistor stačit i na stejnosměr... teoreticky. Jenom tipuji, že i v dimenzování této součástky (co do nedestruktivně absorbovatelné energie) bude pro DC provoz potřeba určitá velkorysost. Nákladově o něco dráž vychází inteligentní omezovač inrushe s aktivní součástkou (patrně tranzistorem), který při sepnutí napřed nabije vstupní kondíky spotřebiče nějakým relativně normálním proudem (během třeba pár milisekund) = řízeně absorbuje energii vyrovnávacího děje, a následně sepne natvrdo, aby nehřál a nemařil energii za běžného provozu. Viděl jsem to kombinováno s ochranou proti přepólování. Samozřejmě je vhodné, aby navazující snižující měnič nezačal nabíhat zbytečně dřív, než dojde k nabití primáru (vyrovnání potenciálů).
Obtížně uhasitelný oblouk je problém i v dalších aspektech návrhu primární strany zdrojů. Třeba plošný spoj v oblasti vstupu "univerzálního" zdroje pro AC i DC napájení (EMC filtr, graetz, inrushový termistor, tavná pojistka) bude muset být navržen se zvýšenou pozorností k izolační pevnosti i v případě nějakého destruktivního jiskřivého děje... nejsem ale odborník na návrh a schvalování zdrojů, toto si cucám z palce.
Pokud chcete experimentovat, sám říkáte, že odborné vzdělání a praxi máte... takže si odpovědnost nesete sám :-)
Zazněl tu nápad, "použít nějaký levný zdroj co mi zbyl na půdě a na kterém mi nezáleží" - před tím bych osobně spíš varoval: je značné riziko, že takový kousek nebude mít aktivní PFC, a tedy že mu stejnosměr "někde mezi" nebude dělat dobře. Chcete-li si hrát, jak již zmíněno na Vaši vlastní zodpovědnost (rizika jsem popsal):
- sáhněte po zdroji s aktivním PFC a jmenovitě širokým rozsahem vstupu bez mechanického přepínače
- při prvním pokusu zařaďte do obvodu žárovku. Něco jako 240V / 100W. Jednoduchý a účinný omezovač proudu.
- nevypínejte zařízení vytažením konektoru! Daleko vhodnější jako "improvizovaný odpojovací prvek" by byl jistič specifikovaný pro SS provoz. Nebo třeba nějaký vypínač pro solární použití.
27 Odpovědí
3277 Zhlédnutí