有許多不斷發(fā)展和新興的應(yīng)用正在推動(dòng)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）。考慮到激光切割市場(chǎng)的增長(zhǎng)，以及競(jìng)爭(zhēng)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(wú)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(duì)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(shuō)明旨在教育專(zhuān)業(yè)人員設(shè)計(jì)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(lèi)更廣，速度更快，精度更高，而且通常無(wú)需 需要后加工或?qū)Ｓ们邢鞴ぞ摺＿@是激光切割機(jī)大趨勢(shì)的一部分 變得更加復(fù)雜和自動(dòng)化，以更好地與傳統(tǒng)加工技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。因此 激光切割機(jī)越來(lái)越多地用于汽車(chē)、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(gè)結(jié)果，許多 市場(chǎng)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(jì)和激光切割機(jī)組裝商更喜歡使用成本最低的 滿(mǎn)足激光器最低要求的 PSU。然而，這通常會(huì)導(dǎo)致次優(yōu)性能， 頻率維護(hù)和更換 PSU 導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、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(wèn)題。

為現(xiàn)代激光切割機(jī)選擇 PSU 時(shí)，主要考慮的領(lǐng)域是處理高頻的能力 動(dòng)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(jiàn)的操作條件。以下部分討論這些注意事項(xiàng)。

處理高頻動(dòng)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(lài)于快速高效的切割 各種材料，具有最高的精度。這需要對(duì)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(dòng)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(huì)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(lái)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(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)激光器的情況并不少見(jiàn)，包括許多其他國(guó)家制造的零件，組裝 在不同的國(guó)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(guó)內(nèi)和 工業(yè)電壓是激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和供應(yīng)商的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。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(jì)、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(gè)電網(wǎng)電源電壓范圍。這不僅節(jié)省了開(kāi)發(fā)過(guò)程中的設(shè)計(jì)時(shí)間， 而且還簡(jiǎn)化了激光切割單元的未來(lái)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(lèi)型的激光器對(duì)電壓變化非常敏感，即使是很小的電壓變化也會(huì)導(dǎo)致 在激光器經(jīng)歷的大電壓或電流擺動(dòng)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(duì)于精確的直流輸出電壓也至關(guān)重要。 這需要實(shí)時(shí)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(jiàn)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(yàn)室或他們自己的專(zhuān)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(dòng)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(shí)間的推移以不可預(yù)測(cè)的方式降低其性能。

鑒于激光切割機(jī)對(duì)精確輸入功率的需求，可靠且堅(jiān)固的 PSU 正變得越來(lái)越可靠 重要。對(duì)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(jì)了內(nèi)部組件和結(jié)構(gòu)的熱管理，可以確保長(zhǎng)期可靠性 最?lèi)毫拥墓I(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(jí) PSU 的這些注意事項(xiàng) 高達(dá) 100 kHz 的動(dòng)態(tài)負(fù)載是貝爾動(dòng)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(jì)具有 3-115 V 的通用三相交流輸入電壓范圍 和 277-200 V（線(xiàn)對(duì)線(xiàn)），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(mǎn)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(gè)單元，達(dá)到 57.6 kW 總功率通過(guò)主動(dòng)均流增強(qiáng)，以避免陣列內(nèi)任何單個(gè)單元的負(fù)載過(guò)大。雖然 信號(hào)單元的單個(gè)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(gè)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(mǎn)足了對(duì)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(chēng)輸出電壓為 28 V、48 V 和 90 V 的型號(hào)，具有 即將推出的 60 V 選項(xiàng)，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(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)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(gè) 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(gè)三相交流輸入端的電壓達(dá)到最佳狀態(tài) 無(wú)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(duì)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(dòng)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(jì)，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(dòng)態(tài)負(fù)載，而不會(huì)產(chǎn)生疲勞和 由于市場(chǎng)上普遍可用的 PSU 常見(jiàn)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(jì) 表面，無(wú)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(shí)實(shí)現(xiàn)可靠的性能，MTBF遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(wú)硅間隙墊/間隙填充劑的行業(yè)要求，因?yàn)槔浒骞δ芟藲饬骱?特殊設(shè)計(jì)可減少潛在的工藝污染。

審核編輯：郭婷