文: Mathis Picot /Technical Service Center
mathis@meanwell.eu

UHP系列為明緯專為無風(fēng)扇解決方案所開發(fā)出的產(chǎn)品線，獨(dú)特的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)能解決過去電源風(fēng)扇應(yīng)用在多塵環(huán)境下，吸入粉塵所造成的故障問題，可有效減少設(shè)備維護(hù)頻率以及成本開銷，同時(shí)也非常適合使用于具有安靜要求的場(chǎng)合與室內(nèi)設(shè)備，尤其UHP-1000(圖一)的功率設(shè)定與彈性功能設(shè)計(jì)，產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)合非常廣泛的，本文特別將以UHP-1000當(dāng)作范例，深入探討其相關(guān)應(yīng)用。

由于UHP-1000強(qiáng)大與多元的控制接口與彈性化散熱接口選擇，產(chǎn)品應(yīng)用范圍非常廣泛，可以從一般工控恒壓到充電恒流應(yīng)用。半灌膠設(shè)計(jì)使UHP-1000成為堅(jiān)固、纖薄的無風(fēng)扇電源，也可抵抗震動(dòng)和灰塵的進(jìn)入，并具有相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命。符合IEC / EN / UL 62368-1的國(guó)際安規(guī)要求，并可根據(jù)客戶需求提供EN61558-1和家庭安規(guī)EN60335-1的申請(qǐng)。除了可以在-30℃ ~ +70℃的寬溫度范圍內(nèi)工作，并能用在全范圍的AC輸入電源，同時(shí)也可在5000m的高海拔區(qū)域操作。另外，UHP-1000 有12V、24V、36V和48V四個(gè)機(jī)型，輸出電壓范圍寬廣，可以適用于各種系統(tǒng)。
 

   
圖一：UHP-1000         

可編程輸出功能:

除了DC OK信號(hào)、Remote ON-OFF 控制和12V輔助輸出功能外，UHP-1000還包括可編程輸出電壓（PV）跟可編程輸出電流（PC）功能；進(jìn)而能采用固定或動(dòng)態(tài)控制的寬輸出電壓范圍，以適合大多數(shù)的應(yīng)用，例如:熱控腔會(huì)感應(yīng)溫度并調(diào)節(jié)電源輸出電壓以相應(yīng)地控制加熱組件，達(dá)到熱控腔控溫或定溫的功能，或者可編程電流應(yīng)用于充電應(yīng)用或LED相關(guān)應(yīng)用。

如圖二輸出電壓控制曲線所示，UHP-1000輸出電壓可以透過直流電壓訊號(hào)2.5V至6V，讓輸出電壓于額定電壓50％至120％范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。在使用PV功能時(shí)，最大輸出電流限制會(huì)根據(jù)設(shè)定的輸出電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，建議客戶依輸出電壓需求執(zhí)行相關(guān)降載要求，以防止產(chǎn)品過熱或觸發(fā)保護(hù)。

圖二: PV調(diào)整曲線與輸出電流自動(dòng)調(diào)整曲線

如圖三所示，PC功能最低可將電流限制為額定輸出電流的20%，例如:馬達(dá)或電容性負(fù)載等許多應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生高浪涌電流，PC功能對(duì)于將浪涌電流限制在使用者認(rèn)可的某個(gè)恒定電流值，以防止觸發(fā)過電流保護(hù)。另外，對(duì)于需要恒定電流操作的應(yīng)用，例如LED照明或充電系統(tǒng)，透過PC功能控制，可達(dá)到亮度控制與充電曲線設(shè)定。

圖三:  PC調(diào)整曲線
 

同步使用PV和PC功能的組合，使得UHP-1000的應(yīng)用更靈活，適用于充電應(yīng)用（參考應(yīng)用示例1）以及有高浪涌電流系統(tǒng)的應(yīng)用（參考應(yīng)用示例2）。

振動(dòng)和沖擊：

UHP-1000的機(jī)構(gòu)采用鋁制外殼以及灌半膠的設(shè)計(jì)，形成堅(jiān)固而可靠的結(jié)構(gòu)，能夠承受5G振動(dòng)，滿足汽車行業(yè)對(duì)沖擊和振動(dòng)方面高抵抗力的要求。

散熱注意事項(xiàng)和設(shè)計(jì)指南：

鋁制外殼與灌半膠特殊設(shè)計(jì)，可以有效地散發(fā)產(chǎn)生的熱能，同時(shí)排除使用風(fēng)扇的需求，這大大提高UHP-1000的使用壽命和可靠性，同時(shí)使其適用于對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用以及灰塵多的環(huán)境。透過優(yōu)化組件散熱方式，實(shí)現(xiàn)41mm的薄型設(shè)計(jì)以及高功率密度。其纖薄的外形可于有限空間應(yīng)用。為了充分利用UHP-1000的高功率密度優(yōu)勢(shì)，應(yīng)特別注意其冷卻方式，客戶需了解每個(gè)冷卻方式的特點(diǎn)與注意事項(xiàng)，選擇合適的散熱方式。

1. 自然對(duì)流冷卻：

圖四: 自然對(duì)流的降載曲線

自然對(duì)流冷卻是消散電源運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生之熱能的最便捷方式，由于沒有使用風(fēng)扇，因此不會(huì)發(fā)出吵人的噪音，同時(shí)電源內(nèi)部也不會(huì)有灰塵被吹入。根據(jù)圖四的降載曲線，該解決方案適用于額定功率低于60-70％的負(fù)載，為了使氣流在設(shè)備中確實(shí)流通，應(yīng)注意其上方的間隙距離要有10cm，對(duì)于更高的功率需求，強(qiáng)制風(fēng)冷和傳導(dǎo)冷卻則較為合適。
 

2. 強(qiáng)制風(fēng)冷：

圖五：強(qiáng)制風(fēng)冷的降載曲線

如果需要更高的功率，則可以選擇強(qiáng)制風(fēng)冷；在UHP-1000的側(cè)面增加一個(gè)外部風(fēng)扇將可以達(dá)到更好的散熱效果，建議的安裝方式如圖六所示。

圖六: 風(fēng)扇配置方式

該解決方案可以利用您系統(tǒng)本身已經(jīng)存在的風(fēng)扇，只要它可以提供足夠的風(fēng)流，將設(shè)備維持在圖五降載曲線范圍內(nèi)的溫度即可。

3. 傳導(dǎo)冷卻：

圖七: 傳導(dǎo)冷卻的降載曲線

這種冷卻方法特別適合于具有高功率需求以及不希望使用風(fēng)扇的情況。如UHP-1000應(yīng)該鎖附到較大的金屬板上，以幫助設(shè)備吸收和散發(fā)熱能，金屬板的材質(zhì)有許多種可選擇使用，圖八顯示為使用鋁板的參考設(shè)計(jì)。

圖八: 散熱鋁板配置
 

如果UHP-1000可以直接安裝在系統(tǒng)金屬機(jī)箱上，只要表面光滑且組裝涂上導(dǎo)熱膏，那么傳導(dǎo)冷卻的方式會(huì)非常方便。
 

散熱設(shè)計(jì)驗(yàn)證:

無論選擇哪種解決方案，建議都必須做溫度驗(yàn)證，以下是溫度驗(yàn)證范例:

圖九: Tcase溫度曲線
 

將機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)待溫度穩(wěn)定后，量測(cè)外殼Tc溫度（在tc點(diǎn)處，如圖十所示）可以很好地確認(rèn)冷卻設(shè)計(jì)的可靠性，只要Tc最高溫度溫度未達(dá)到80-90oC，就表示系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)是有效。

圖十: Tc位置圖

要考慮的另一個(gè)重要因素是環(huán)境溫度。對(duì)于所有冷卻方法，如果系統(tǒng)環(huán)境溫度達(dá)到40-50oC，則用戶應(yīng)根據(jù)降額曲線自行限制UHP-1000的使用功率，必要時(shí)建議升級(jí)產(chǎn)品功率，以提升系統(tǒng)信賴性。

應(yīng)用實(shí)例：

1. 充電應(yīng)用：
UHP-1000的多功能性可應(yīng)用于許多充電系統(tǒng)，從鉛酸電池到超級(jí)電容器組，UHP-1000都可以有效并可靠地適合各種充電應(yīng)用。

鉛酸電池:
此案例應(yīng)用在12V/200Ah鉛酸電池的充電，鉛酸電池的規(guī)格如下。

-充電電壓：可以透過VR或PV功能，將充電電壓位準(zhǔn)調(diào)整到14.4V。
-充電電流：依據(jù)電池規(guī)格，最大充電電流為60A，因此可以透過PC功能，在PC腳位上外加4.5V外部電壓，將充電電流設(shè)定為60A。
-浮充階段：此階段的充電電壓應(yīng)降低至13.6V。這可以透過VR調(diào)低或PV腳位外加5.6V的外部電壓來實(shí)現(xiàn)。

超級(jí)電容器組:
此外，對(duì)于超級(jí)電容器組充電應(yīng)用，應(yīng)注意其最大容量；如果它的容量超過表一的數(shù)值，則由于在充電過程開始時(shí)，施加的電壓太低，電源將進(jìn)入欠壓保護(hù)模式并在3秒后關(guān)閉。

表一: 超級(jí)電容器組最大容量限制

注解 1: 該值是針對(duì)額定電流為110％的恒定電流充電給出的，電容器組直接連接到UHP-1000，而沒有限流裝置。

2. 加熱組件：
 

透過PV功能可以很方便地控制加熱組件所產(chǎn)生的熱能。事實(shí)上，電阻組件的損耗功率P= V2/R，因此輸出電壓與產(chǎn)生的熱能是有直接的關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)需要不同的溫度與加熱階段，PV功能尤其有用。此外，大多數(shù)加熱組件的特性是在啟動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)極低的阻抗，當(dāng)電源供應(yīng)器提供電壓時(shí)，這會(huì)造成高浪涌電流。UHP-1000會(huì)透過內(nèi)部電流限制電路，會(huì)自動(dòng)將浪涌電流箝制在額定輸出電流的105~120％；當(dāng)涌浪電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)品將進(jìn)入過載保護(hù)模式，并在3秒后關(guān)閉。如果加熱組件可于3秒內(nèi)利用105%~120%額定電流加熱至設(shè)定阻抗或初始溫度，且不觸發(fā)產(chǎn)品過載保護(hù)，客戶可以將額定功率為1000W的48V加熱組件直接連接到UHP-1000-48應(yīng)用。如果加熱時(shí)間不足以讓阻抗升高至不觸發(fā)過電流保護(hù)，則建議可以另外搭配產(chǎn)品PV/PC功能應(yīng)用。