有許多不斷發(fā)展和新興的應(yīng)用正在推動電源精度、功耗和性能的界限。例如，激光切割、等離子切割、焊接、印刷和其他制造技術(shù)等應(yīng)用需要功能更強(qiáng)大的 AC-DC 轉(zhuǎn)換器電源單元 （PSU）?？紤]到激光切割市場的增長，以及競爭激烈的格局，PSU有很大的改進(jìn)空間，以提高激光切割性能。

許多商用 PSU 無法勝任為 10 千瓦提供可靠電力的任務(wù) 必要的精度和功能，例如支持高頻脈沖負(fù)載。應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的一部分 了解這些苛刻應(yīng)用需要 PSU 的性能要求和功能。 本應(yīng)用說明旨在教育專業(yè)人員設(shè)計或安裝高性能和高精度 具有多功能 PSU 的設(shè)備 有關(guān)現(xiàn)代 PSU 技術(shù)以及如何選擇合適的 PSU 解決方案的必要條件。

為高性能應(yīng)用選擇 PSU 的挑戰(zhàn)

激光切割等應(yīng)用正在突破 PSU 性能的界限。最新的激光切割機(jī)使用 高頻脈沖功率切割材料種類更廣，速度更快，精度更高，而且通常無需 需要后加工或?qū)Ｓ们邢鞴ぞ?。這是激光切割機(jī)大趨勢的一部分 變得更加復(fù)雜和自動化，以更好地與傳統(tǒng)加工技術(shù)競爭。因此 激光切割機(jī)越來越多地用于汽車、造船和航空制造。

現(xiàn)代激光切割機(jī)要克服的障礙之一是可靠性和性能的限制 源于激光切割機(jī)PSU的質(zhì)量和性能。這是一個結(jié)果，許多 市場上最終用于激光切割機(jī)的 PSU 是通用三相 AC-DC 轉(zhuǎn)換器。 此外，為了降低機(jī)器成本，一些設(shè)計和激光切割機(jī)組裝商更喜歡使用成本最低的 滿足激光器最低要求的 PSU。然而，這通常會導(dǎo)致次優(yōu)性能， 頻率維護(hù)和更換 PSU 導(dǎo)致停機(jī)時間過長、激光切割速度變慢 以及最終降低激光切割機(jī)精度和穿透力的可靠性問題。

為現(xiàn)代激光切割機(jī)選擇 PSU 時，主要考慮的領(lǐng)域是處理高頻的能力 動態(tài)負(fù)載、寬交流輸入電壓、可變直流輸出電壓、即使在極端情況下也能監(jiān)控和可靠性 工業(yè)環(huán)境常見的操作條件。以下部分討論這些注意事項。

處理高頻動態(tài)負(fù)載

最新激光切割機(jī)和激光切割應(yīng)用的成功依賴于快速高效的切割 各種材料，具有最高的精度。這需要對激光峰值功率進(jìn)行極其精確的控制， 脈沖頻率和占空比。許多通常用于激光切割應(yīng)用的 PSU 并非旨在提供 高頻動態(tài)負(fù)載的精確功率輸出和可靠性。不僅更可能出現(xiàn)未指定不足的 PSU 在這些操作條件下發(fā)生故障，但故障可能會允許浪涌和干擾，從而可能損壞 激光器的其他電子元件。利用具有適當(dāng)電路的 PSU 變得越來越重要 以減少負(fù)載處的振蕩并優(yōu)化 PSU 和負(fù)載之間的功率因數(shù)。

適應(yīng)寬交流輸入電壓范圍

在一個國家設(shè)計激光器的情況并不少見，包括許多其他國家制造的零件，組裝 在不同的國家/地區(qū)，并運(yùn)送到全球任何地方。能夠承受全球電網(wǎng)電壓，包括國內(nèi)和 工業(yè)電壓是激光系統(tǒng)設(shè)計人員和供應(yīng)商的競爭優(yōu)勢。因此，激光切割機(jī)PSU能夠 寬范圍的交流輸入電壓可以降低必須設(shè)計、供應(yīng)或服務(wù)激光切割的復(fù)雜性 帶有 PSU 的產(chǎn)品系列適合每個電網(wǎng)電源電壓范圍。這不僅節(jié)省了開發(fā)過程中的設(shè)計時間， 而且還簡化了激光切割單元的未來維護(hù)和維修，具有更多的通用部件。

啟用可變直流輸出電壓設(shè)置和監(jiān)控

許多類型的激光器對電壓變化非常敏感，即使是很小的電壓變化也會導(dǎo)致 在激光器經(jīng)歷的大電壓或電流擺動中。為了確保激光可靠和安全的操作，激光 切割器PSU需要具有精確的直流電壓控制和監(jiān)控系統(tǒng)。由于激光切割機(jī)通常用于 各種不同的應(yīng)用和材料厚度，PSU電壓輸出的廣泛變化也有助于 確保激光切割機(jī)的精確操作。由于激光切割機(jī)的直流輸出PSU取決于三相的行為 交流輸入，仔細(xì)監(jiān)控PSU的輸入電壓對于精確的直流輸出電壓也至關(guān)重要。 這需要實(shí)時監(jiān)控輸入和輸出電氣參數(shù)以及復(fù)雜的 PSU 控制器 能夠適應(yīng)工業(yè)設(shè)施常見的環(huán)境和操作變化。

極端環(huán)境下的可靠性

早期的激光切割系統(tǒng)以前只能在原始實(shí)驗室或他們自己的專用區(qū)域中找到。 制造設(shè)施。隨著激光切割機(jī)現(xiàn)在進(jìn)入與其他切割機(jī)相同的空間，它們還必須 現(xiàn)在處理極端工業(yè)環(huán)境的相同碎片和波動的環(huán)境條件。在這些 條件 顆粒、腐蝕性/反應(yīng)性氣體、切割碎屑和水分的進(jìn)入可以大大減少 電氣元件的使用壽命或隨著時間的推移以不可預(yù)測的方式降低其性能。

鑒于激光切割機(jī)對精確輸入功率的需求，可靠且堅固的 PSU 正變得越來越可靠 重要。對于某些環(huán)境，風(fēng)扇冷卻的 PSU 太容易受到環(huán)境損壞 需要入口和更可靠的調(diào)用方法。一種這樣的技術(shù)，使用冷板和精度 設(shè)計了內(nèi)部組件和結(jié)構(gòu)的熱管理，可以確保長期可靠性 最惡劣的工業(yè)環(huán)境。

利用創(chuàng)新 PSU 技術(shù)的力量

解決具有支持高頻功能的可選功能的工業(yè)級 PSU 的這些注意事項 高達(dá) 100 kHz 的動態(tài)負(fù)載是貝爾動力解決方案 TCP3500/4000 和 TXP3500/4000 系列 3 相交流-直流 變換 器。TCP/TXP 系列轉(zhuǎn)換器設(shè)計具有 3-115 V 的通用三相交流輸入電壓范圍 和 277-200 V（線對線），提供與工業(yè)和公共電網(wǎng)電力系統(tǒng)的全球兼容性。這 能力滿足了激光切割和其他工業(yè)機(jī)器在全球設(shè)施中運(yùn)行的需求。

這些轉(zhuǎn)換器是模塊化的，能夠并行運(yùn)行多達(dá) 16 個單元，達(dá)到 57.6 kW 總功率通過主動均流增強(qiáng)，以避免陣列內(nèi)任何單個單元的負(fù)載過大。雖然 信號單元的單個功率輸出可以達(dá)到 4000 W，這些轉(zhuǎn)換器足夠緊湊，可容納 4 個單元 在 2U 19“ 機(jī)架內(nèi)。如此小的占位面積和高輸出功率滿足了對緊湊和高功率的需求 密度（16 瓦/英寸）3） PSU 解決方案和高總輸出功率。

此外，TCP/TXP 轉(zhuǎn)換器系列還包括標(biāo)稱輸出電壓為 28 V、48 V 和 90 V 的型號，具有 即將推出的 60 V 選項，可調(diào)范圍為 10 至 32 VDC、10 至 50 VDC 和 30 至 100 VDC。這些可調(diào) 電壓范圍適應(yīng)多種激光切割和工業(yè)機(jī)器輸入電壓 要求。TCP/TXP 系列 PSU 的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是能夠調(diào)節(jié)全范圍輸出電壓 使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) RS5 接口在 485 ms 內(nèi)設(shè)置，具有極快的 200 微秒響應(yīng) 到 Vout 集命令。此外，每個 TCP/TXP PSU 單元都配備了內(nèi)部電壓監(jiān)控 基于 DSP 架構(gòu)的系統(tǒng)，有助于確保每個三相交流輸入端的電壓達(dá)到最佳狀態(tài) 無論激光切割機(jī)或工業(yè)機(jī)器如何，都能提供所需的直流輸出。

對于激光切割應(yīng)用而言，最重要的是可選的脈沖負(fù)載操作能力，可以適應(yīng) 直流至 100 kHz 頻率動態(tài)負(fù)載，占空比為 0 至 100%。由于細(xì)致入微，此功能是可能的 路徑電感的設(shè)計，并增加形態(tài)電容器，以消除負(fù)載上的振蕩。這 特性意味著 TCP/TXP 系列 PSU 甚至可以支持高頻動態(tài)負(fù)載，而不會產(chǎn)生疲勞和 由于市場上普遍可用的 PSU 常見的內(nèi)部組件故障而導(dǎo)致的故障。

為了進(jìn)一步提高 TXP PSU 的可靠性，TCP 系列 PSU 采用冷板冷卻設(shè)計 表面，無需內(nèi)部風(fēng)扇。液體冷卻或傳導(dǎo)冷卻可用于保持 TCP系列PSU在良好的工作溫度下，同時實(shí)現(xiàn)可靠的性能，MTBF遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)時間 正式發(fā)布的 PSU。還有帶有集成冷板的TCP3500版本，也符合半導(dǎo)體 無硅間隙墊/間隙填充劑的行業(yè)要求，因為冷板功能消除了氣流和 特殊設(shè)計可減少潛在的工藝污染。

審核編輯：郭婷