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)用需要功能更強大的 AC-DC 轉(zhuǎn)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(wù) 必要的精度和功能，例如支持高頻脈沖負載。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们邢鞴ぞ摺＿@是激光切割機大趨勢的一部分 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 激光切割機越來越多地用于汽車、造船和航空制造。

現(xiàn)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(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的 PSU 是通用三相 AC-DC 轉(zhuǎn)換器。 此外，為了降低機器成本，一些設(shè)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(dǎo)致次優(yōu)性能， 頻率維護和更換 PSU 導(dǎo)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(xiàn)代激光切割機選擇 PSU 時，主要考慮的領(lǐng)域是處理高頻的能力 動態(tài)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(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)負載

最新激光切割機和激光切割應(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。利用具有適當電路的 PSU 變得越來越重要 以減少負載處的振蕩并優(yōu)化 PSU 和負載之間的功率因數(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(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。隨著激光切割機現(xiàn)在進入與其他切割機相同的空間，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 100 kHz 的動態(tài)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(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)機器在全球設(shè)施中運行的需求。

這些轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)換器足夠緊湊，可容納 4 個單元 在 2U 19“ 機架內(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)標準 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到最佳狀態(tài) 無論激光切割機或工業(yè)機器如何，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載操作能力，可以適應(yīng) 直流至 100 kHz 頻率動態(tài)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(shè)計，并增加形態(tài)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(tài)負載，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，同時實現(xiàn)可靠的性能，MTBF遠遠超過標準時間 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