Problém a řešení aplikací při špičkovém zatížení

Co je to špičkové zatížení?

Špičkové zatížení systémů je často způsobeno kapacitními a induktivními zátěžemi. Kapacitní zátěže vznikají v důsledku přítomnosti velkých hladkých kondenzátorů v systému, které při počátečním zapnutí napájení vyžadují větší množství proudu vzhledem ke svým vlastnostem. Na druhé straně induktivní zátěže vznikají v důsledku součástek s induktivními parametry, které využívají elektromagnetickou indukci. Tyto zátěže způsobují zpoždění proudu za napětím, což vede ke značným proudovým nárokům při spouštění. Níže uvedený průběh takových špičkových zátěží se běžně vyskytuje v aplikacích s elektromechanickými motory, čerpadly, ventilátory a solenoidy.

Proč používat napájecí zdroj se schopností špičkového výkonu?

Špičkový výkon požadovaný těmito aplikacemi je většinou výrazně vyšší než jmenovitý výkon. Protože napájecí zdroj nedokáže dlouhodobě udržet výstupní proud přesahující normální úroveň, může dojít k aktivaci nadproudové ochrany (OCP). Je však možné dodávat špičkový proud po krátkou dobu, obvykle v rozmezí mikrosekund až sekund, s nízkými pracovními cykly.

Tradiční návrh výkonu by vyžadoval, aby systémový inženýr navrhl systém na základě maximálního požadovaného výkonu, což by vedlo k tomu, že velikost, hmotnost a náklady systému by byly určeny špičkovým požadavkem na výkon. S rostoucí hustotou výkonu by systémoví inženýři čelili značným problémům, jak se vejít do prostorových nebo hmotnostních omezení.

K překonání těchto problémů se nabízí alternativní způsob, který spočívá v návrhu napájení podle průměrného výkonu, nikoliv podle špičkového výkonu. Tento přístup pomáhá předcházet nadměrným konstrukčním omezením. Je však nezbytné zajistit, aby průměrný výkon odebíraný systémem zůstal pod jmenovitým výkonem zdroje. Zde je uveden příklad:

V takovém případě můžeme místo 160W zdroje zvolit CFM81S od společnosti CINCON se špičkovým výkonem 160 W.

Jak vybrat správné řešení pro aplikace při špičkovém zatížení

Obecně se doba trvání špičkového zatížení pohybuje v rozmezí několika milisekund až sekund. Požadavek na špičkové zatížení lze rozdělit do dvou typů na základě jeho trvání:

1. Špičkový výkon po dobu několika milisekund

Pro řešení problému dodávání špičkového proudu trvajícího několik milisekund, kdy napájecí zdroj není navržen pro takový požadavek, je jednoduchým řešením, například v tomto případě, použití CFM500M180 spolu s kondenzátorem pro splnění požadavků na špičkový výkon. Při konfiguraci tohoto napájecího systému však musí technik vzít v úvahu maximální kapacitní zatížení zdroje a vhodně nastavit kondenzátor, aby úbytek napětí v zátěži zůstal v přijatelných tolerancích.

Například ve scénáři, kdy špičkové zatížení vyžaduje 1 kW a trvá 1 ms, zatímco běžný provoz potřebuje pouze 300 W, by tradiční přístup spočíval v konfiguraci zdroje pro plný 1 kW, přestože průměrný výkon je výrazně nižší. Naproti tomu navrhovaný přístup se osvědčuje tím, že využívá 500W napájecí zdroj v kombinaci s přídavným kondenzátorem, aby splnil požadavek na 1kW špičkové zátěže, jak je znázorněno níže.

∆V: přípustný úbytek napětí

Ip: špičkový proud

In: normální proud

C: kapacita externího kondenzátoru

2. Špičkový výkon po dobu několika sekund

Někteří výrobci se specializují na konstrukci napájecích zdrojů, které jsou výslovně uzpůsobeny k dodávání značných špičkových proudů. Tyto napájecí zdroje jsou schopny krátkodobě poskytovat špičkový proud v rozsahu 200 až 300 % svého jmenovitého proudu, aniž by došlo ke spuštění nadproudové ochrany. Společnost Cincon nabízí řadu napájecích zdrojů se schopností dodávat špičkový proud (200 %) po dobu 10 sekund v rozsahu 25 W až 80 W. V tabulce je uvedena kombinace produktů:

 

Kromě toho, protože většina nastavených bodů nadproudové ochrany (OCP) je nastavena na přibližně 140 % jmenovitého proudu, jsou některé napájecí zdroje navrženy tak, aby po dobu několika sekund nabízely dodatečných 20 % výkonu (pod prahovou hodnotou OCP). Tato konstrukce pomáhá zabránit aktivaci nadproudové ochrany. V následující tabulce jsou uvedeny zdroje střídavého/stejnosměrného proudu Cincon s možností špičkového výkonu (120 %) po dobu 5 sekund od 130 W do 500 W.

Závěr

S rozvojem chytrých domácností a chytrých výrobních zařízení vyžadují četné elektromechanické aplikace často krátkodobé proudové špičky. Volba AC/DC napájecích zdrojů vybavených schopností špičkového zatížení na rozdíl od tradičních PSU přináší několik výhod, včetně menšího objemu, nižších nákladů a nižší hmotnosti. Společnost Cincon nabízí řadu napájecích zdrojů navržených speciálně pro splnění požadavků na špičkový výkon. Při vývoji těchto napájecích zdrojů pečlivě zvažujeme zamýšlené požadavky na zatížení.

Pokud potřebujete pomoc s projektem špičkového výkonu, neváhejte se na nás obrátit. Rádi s vámi prodiskutujeme vaše požadavky a vyřešíme vaše konkrétní potřeby. Kontakt: office@vitecpower.com