有許多不斷發展和新興的應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等應用需要功能更強大的 AC-DC 轉換器電源單元 （PSU）。考慮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 必要的精度和功能，例如支持高頻脈沖負載。應對這些挑戰的一部分 了解這些苛刻應用需要 PSU 的性能要求和功能。 本應用說明旨在教育專業人員設計或安裝高性能和高精度 具有多功能 PSU 的設備 有關現代 PSU 技術以及如何選擇合適的 PSU 解決方案的必要條件。

為高性能應用選擇 PSU 的挑戰

激光切割等應用正在突破 PSU 性能的界限。最新的激光切割機使用 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 需要后加工或專用切削工具。這是激光切割機大趨勢的一部分 變得更加復雜和自動化，以更好地與傳統加工技術競爭。因此 激光切割機越來越多地用于汽車、造船和航空制造。

現代激光切割機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PSU的質量和性能。這是一個結果，許多 市場上最終用于激光切割機的 PSU 是通用三相 AC-DC 轉換器。 此外，為了降低機器成本，一些設計和激光切割機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，這通常會導致次優性能， 頻率維護和更換 PSU 導致停機時間過長、激光切割速度變慢 以及最終降低激光切割機精度和穿透力的可靠性問題。

為現代激光切割機選擇 PSU 時，主要考慮的領域是處理高頻的能力 動態負載、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控和可靠性 工業環境常見的操作條件。以下部分討論這些注意事項。

處理高頻動態負載

最新激光切割機和激光切割應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用的 PSU 并非旨在提供 高頻動態負載的精確功率輸出和可靠性。不僅更可能出現未指定不足的 PSU 在這些操作條件下發生故障，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。利用具有適當電路的 PSU 變得越來越重要 以減少負載處的振蕩并優化 PSU 和負載之間的功率因數。

適應寬交流輸入電壓范圍

在一個國家設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，并運送到全球任何地方。能夠承受全球電網電壓，包括國內和 工業電壓是激光系統設計人員和供應商的競爭優勢。因此，激光切割機PSU能夠 寬范圍的交流輸入電壓可以降低必須設計、供應或服務激光切割的復雜性 帶有 PSU 的產品系列適合每個電網電源電壓范圍。這不僅節省了開發過程中的設計時間， 而且還簡化了激光切割單元的未來維護和維修，具有更多的通用部件。

啟用可變直流輸出電壓設置和監控

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致 在激光器經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控系統。由于激光切割機通常用于 各種不同的應用和材料厚度，PSU電壓輸出的廣泛變化也有助于 確保激光切割機的精確操作。由于激光切割機的直流輸出PSU取決于三相的行為 交流輸入，仔細監控PSU的輸入電壓對于精確的直流輸出電壓也至關重要。 這需要實時監控輸入和輸出電氣參數以及復雜的 PSU 控制器 能夠適應工業設施常見的環境和操作變化。

極端環境下的可靠性

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

鑒于激光切割機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。對于某些環境，風扇冷卻的 PSU 太容易受到環境損壞 需要入口和更可靠的調用方法。一種這樣的技術，使用冷板和精度 設計了內部組件和結構的熱管理，可以確保長期可靠性 最惡劣的工業環境。

利用創新 PSU 技術的力量

解決具有支持高頻功能的可選功能的工業級 PSU 的這些注意事項 高達 100 kHz 的動態負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 系列轉換器設計具有 3-115 V 的通用三相交流輸入電壓范圍 和 277-200 V（線對線），提供與工業和公共電網電力系統的全球兼容性。這 能力滿足了激光切割和其他工業機器在全球設施中運行的需求。

這些轉換器是模塊化的，能夠并行運行多達 16 個單元，達到 57.6 kW 總功率通過主動均流增強，以避免陣列內任何單個單元的負載過大。雖然 信號單元的單個功率輸出可以達到 4000 W，這些轉換器足夠緊湊，可容納 4 個單元 在 2U 19“ 機架內。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 轉換器系列還包括標稱輸出電壓為 28 V、48 V 和 90 V 的型號，具有 即將推出的 60 V 選項，可調范圍為 10 至 32 VDC、10 至 50 VDC 和 30 至 100 VDC。這些可調 電壓范圍適應多種激光切割和工業機器輸入電壓 要求。TCP/TXP 系列 PSU 的一個關鍵優勢是能夠調節全范圍輸出電壓 使用行業標準 RS5 接口在 485 ms 內設置，具有極快的 200 微秒響應 到 Vout 集命令。此外，每個 TCP/TXP PSU 單元都配備了內部電壓監控 基于 DSP 架構的系統，有助于確保每個三相交流輸入端的電壓達到最佳狀態 無論激光切割機或工業機器如何，都能提供所需的直流輸出。

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

為了進一步提高 TXP PSU 的可靠性，TCP 系列 PSU 采用冷板冷卻設計 表面，無需內部風扇。液體冷卻或傳導冷卻可用于保持 TCP系列PSU在良好的工作溫度下，同時實現可靠的性能，MTBF遠遠超過標準時間 正式發布的 PSU。還有帶有集成冷板的TCP3500版本，也符合半導體 無硅間隙墊/間隙填充劑的行業要求，因為冷板功能消除了氣流和 特殊設計可減少潛在的工藝污染。

審核編輯：郭婷