为高性能应用选择AC-DC PSU电源

有许多不断发展和新兴的应用正在推动电源精度、功耗和性能的界限。例如，激光切割、等离子切割、焊接、印刷和其他制造技术等应用需要功能更强大的 AC-DC 转换器电源单元 （PSU）。考虑到激光切割市场的增长，以及竞争激烈的格局，PSU有很大的改进空间，以提高激光切割性能。

许多商用 PSU 无法胜任为 10 千瓦提供可靠电力的任务 必要的精度和功能，例如支持高频脉冲负载。应对这些挑战的一部分 了解这些苛刻应用需要 PSU 的性能要求和功能。 本应用说明旨在教育专业人员设计或安装高性能和高精度 具有多功能 PSU 的设备 有关现代 PSU 技术以及如何选择合适的 PSU 解决方案的必要条件。

为高性能应用选择 PSU 的挑战

激光切割等应用正在突破 PSU 性能的界限。最新的激光切割机使用 高频脉冲功率切割材料种类更广，速度更快，精度更高，而且通常无需 需要后加工或专用切削工具。这是激光切割机大趋势的一部分 变得更加复杂和自动化，以更好地与传统加工技术竞争。因此 激光切割机越来越多地用于汽车、造船和航空制造。

现代激光切割机要克服的障碍之一是可靠性和性能的限制 源于激光切割机PSU的质量和性能。这是一个结果，许多 市场上最终用于激光切割机的 PSU 是通用三相 AC-DC 转换器。 此外，为了降低机器成本，一些设计和激光切割机组装商更喜欢使用成本最低的 满足激光器最低要求的 PSU。然而，这通常会导致次优性能， 频率维护和更换 PSU 导致停机时间过长、激光切割速度变慢 以及最终降低激光切割机精度和穿透力的可靠性问题。

为现代激光切割机选择 PSU 时，主要考虑的领域是处理高频的能力 动态负载、宽交流输入电压、可变直流输出电压、即使在极端情况下也能监控和可靠性 工业环境常见的操作条件。以下部分讨论这些注意事项。

处理高频动态负载

最新激光切割机和激光切割应用的成功依赖于快速高效的切割 各种材料，具有最高的精度。这需要对激光峰值功率进行极其精确的控制， 脉冲频率和占空比。许多通常用于激光切割应用的 PSU 并非旨在提供 高频动态负载的精确功率输出和可靠性。不仅更可能出现未指定不足的 PSU 在这些操作条件下发生故障，但故障可能会允许浪涌和干扰，从而可能损坏 激光器的其他电子元件。利用具有适当电路的 PSU 变得越来越重要 以减少负载处的振荡并优化 PSU 和负载之间的功率因数。

适应宽交流输入电压范围

在一个国家设计激光器的情况并不少见，包括许多其他国家制造的零件，组装 在不同的国家/地区，并运送到全球任何地方。能够承受全球电网电压，包括国内和 工业电压是激光系统设计人员和供应商的竞争优势。因此，激光切割机PSU能够 宽范围的交流输入电压可以降低必须设计、供应或服务激光切割的复杂性 带有 PSU 的产品系列适合每个电网电源电压范围。这不仅节省了开发过程中的设计时间， 而且还简化了激光切割单元的未来维护和维修，具有更多的通用部件。

启用可变直流输出电压设置和监控

许多类型的激光器对电压变化非常敏感，即使是很小的电压变化也会导致 在激光器经历的大电压或电流摆动中。为了确保激光可靠和安全的操作，激光 切割器PSU需要具有精确的直流电压控制和监控系统。由于激光切割机通常用于 各种不同的应用和材料厚度，PSU电压输出的广泛变化也有助于 确保激光切割机的精确操作。由于激光切割机的直流输出PSU取决于三相的行为 交流输入，仔细监控PSU的输入电压对于精确的直流输出电压也至关重要。 这需要实时监控输入和输出电气参数以及复杂的 PSU 控制器 能够适应工业设施常见的环境和操作变化。

极端环境下的可靠性

早期的激光切割系统以前只能在原始实验室或他们自己的专用区域中找到。 制造设施。随着激光切割机现在进入与其他切割机相同的空间，它们还必须 现在处理极端工业环境的相同碎片和波动的环境条件。在这些 条件 颗粒、腐蚀性/反应性气体、切割碎屑和水分的进入可以大大减少 电气元件的使用寿命或随着时间的推移以不可预测的方式降低其性能。

鉴于激光切割机对精确输入功率的需求，可靠且坚固的 PSU 正变得越来越可靠 重要。对于某些环境，风扇冷却的 PSU 太容易受到环境损坏 需要入口和更可靠的调用方法。一种这样的技术，使用冷板和精度 设计了内部组件和结构的热管理，可以确保长期可靠性 最恶劣的工业环境。

利用创新 PSU 技术的力量

解决具有支持高频功能的可选功能的工业级 PSU 的这些注意事项 高达 100 kHz 的动态负载是贝尔动力解决方案 TCP3500/4000 和 TXP3500/4000 系列 3 相交流-直流 变换 器。TCP/TXP 系列转换器设计具有 3-115 V 的通用三相交流输入电压范围 和 277-200 V（线对线），提供与工业和公共电网电力系统的全球兼容性。这 能力满足了激光切割和其他工业机器在全球设施中运行的需求。

这些转换器是模块化的，能够并行运行多达 16 个单元，达到 57.6 kW 总功率通过主动均流增强，以避免阵列内任何单个单元的负载过大。虽然 信号单元的单个功率输出可以达到 4000 W，这些转换器足够紧凑，可容纳 4 个单元 在 2U 19“ 机架内。如此小的占位面积和高输出功率满足了对紧凑和高功率的需求 密度（16 瓦/英寸）3） PSU 解决方案和高总输出功率。

此外，TCP/TXP 转换器系列还包括标称输出电压为 28 V、48 V 和 90 V 的型号，具有 即将推出的 60 V 选项，可调范围为 10 至 32 VDC、10 至 50 VDC 和 30 至 100 VDC。这些可调 电压范围适应多种激光切割和工业机器输入电压 要求。TCP/TXP 系列 PSU 的一个关键优势是能够调节全范围输出电压 使用行业标准 RS5 接口在 485 ms 内设置，具有极快的 200 微秒响应 到 Vout 集命令。此外，每个 TCP/TXP PSU 单元都配备了内部电压监控 基于 DSP 架构的系统，有助于确保每个三相交流输入端的电压达到最佳状态 无论激光切割机或工业机器如何，都能提供所需的直流输出。

对于激光切割应用而言，最重要的是可选的脉冲负载操作能力，可以适应 直流至 100 kHz 频率动态负载，占空比为 0 至 100%。由于细致入微，此功能是可能的 路径电感的设计，并增加形态电容器，以消除负载上的振荡。这 特性意味着 TCP/TXP 系列 PSU 甚至可以支持高频动态负载，而不会产生疲劳和 由于市场上普遍可用的 PSU 常见的内部组件故障而导致的故障。

为了进一步提高 TXP PSU 的可靠性，TCP 系列 PSU 采用冷板冷却设计 表面，无需内部风扇。液体冷却或传导冷却可用于保持 TCP系列PSU在良好的工作温度下，同时实现可靠的性能，MTBF远远超过标准时间 正式发布的 PSU。还有带有集成冷板的TCP3500版本，也符合半导体 无硅间隙垫/间隙填充剂的行业要求，因为冷板功能消除了气流和 特殊设计可减少潜在的工艺污染。

审核编辑：郭婷