Wyzwanie i rozwiązanie dla aplikacji szczytowego obciążenia

Co to jest obciążenie szczytowe?

Obciążenia szczytowe w systemach są często powodowane przez obciążenia pojemnościowe i indukcyjne. Obciążenia pojemnościowe wynikają z obecności dużych, gładkich kondensatorów w systemie, które wymagają większej ilości prądu, gdy zasilanie jest początkowo włączone ze względu na ich charakterystykę. Z drugiej strony, obciążenia indukcyjne wynikają z komponentów o parametrach indukcyjnych, wykorzystujących indukcję elektromagnetyczną. Obciążenia te powodują, że prąd pozostaje w tyle za napięciem, co prowadzi do znacznego zapotrzebowania na prąd podczas rozruchu. Przebieg takich obciążeń szczytowych pokazany poniżej jest powszechnie obserwowany w zastosowaniach z silnikami elektromechanicznymi, pompami, wentylatorami i solenoidami.

Dlaczego warto używać zasilacza o mocy szczytowej?

W większości przypadków moc szczytowa wymagana przez te aplikacje jest znacznie wyższa niż moc znamionowa. Ponieważ zasilacz nie może utrzymać prądu wyjściowego przekraczającego normalny poziom przez długi czas, może to spowodować wyzwolenie zabezpieczenia nadprądowego (OCP). Możliwe jest jednak dostarczanie prądu szczytowego przez krótki czas, zwykle od mikrosekund do sekund, przy niskich cyklach pracy.

Tradycyjny projekt zasilania wymagałby od inżyniera systemu zaprojektowania systemu w oparciu o maksymalną wymaganą moc, co prowadziłoby do tego, że rozmiar, waga i koszt systemu byłyby określane przez szczytowe zapotrzebowanie na moc. Wraz ze wzrostem gęstości mocy, inżynierowie systemów stanęliby przed poważnymi wyzwaniami związanymi z utrzymaniem ograniczeń przestrzennych lub wagowych.

Aby sprostać tym wyzwaniom, alternatywnym sposobem jest zaprojektowanie zasilacza pod kątem średniego zapotrzebowania na moc, a nie mocy szczytowej. Takie podejście pomaga uniknąć nadmiernych ograniczeń projektowych. Kluczowe jest jednak zapewnienie, że średnia moc pobierana przez system pozostaje poniżej znamionowej mocy zasilacza. Oto przykład:

W tym przypadku możemy wybrać CFM81S firmy CINCON o mocy szczytowej 160 W, a nie zasilacz o mocy 160 W.

Jak wybrać odpowiednie rozwiązanie do zastosowań szczytowego obciążenia?

Ogólnie rzecz biorąc, czas trwania obciążenia szczytowego wynosi od kilku milisekund do sekund. Zapotrzebowanie na obciążenie szczytowe można podzielić na dwa typy w oparciu o czas jego trwania:

1. Moc szczytowa przez kilka milisekund

Aby sprostać wyzwaniu dostarczania prądu szczytowego trwającego kilka milisekund, gdy zasilacz nie jest zaprojektowany do takiego zapotrzebowania, prostym rozwiązaniem, na przykład w tym przypadku, jest użycie CFM500M180 wraz z kondensatorem, aby spełnić wymagania dotyczące mocy szczytowej. Jednak podczas konfigurowania tego systemu zasilania inżynier musi wziąć pod uwagę maksymalne obciążenie pojemnościowe zasilacza i odpowiednio wyregulować kondensator, aby zapewnić, że spadek napięcia przy obciążeniu pozostanie w dopuszczalnych granicach tolerancji.

Na przykład w scenariuszu, w którym obciążenie szczytowe wymaga 1 kW i trwa 1 ms, podczas gdy normalna praca wymaga tylko 300 W, tradycyjne podejście polegałoby na skonfigurowaniu zasilacza na pełną moc 1 kW, mimo że średnia moc jest znacznie niższa. W przeciwieństwie do tego, proponowane podejście okazuje się skuteczne, wykorzystując zasilacz 500 W w połączeniu z dodatkowym kondensatorem, aby zaspokoić zapotrzebowanie na obciążenie szczytowe 1 kW, jak pokazano poniżej.

∆V: dopuszczalny spadek napięcia

Ip: prąd szczytowy

W: prąd normalny

C: pojemność zewnętrznego kondensatora

2. Moc szczytowa przez kilka sekund

Niektórzy producenci specjalizują się w projektowaniu zasilaczy specjalnie dostosowanych do dostarczania znacznych prądów szczytowych. Zasilacze te są w stanie zapewnić prąd szczytowy w zakresie od 200% do 300% ich prądu znamionowego przez krótki czas bez wyzwalania zabezpieczenia nadprądowego. Cincon oferuje serię zasilaczy o mocy szczytowej (200%) przez 10 sekund od 25W do 80W. Tabela przedstawia kombinację produktów:

 

Dodatkowo, ponieważ większość punktów nastawy zabezpieczenia nadprądowego (OCP) jest ustawiona na około 140% prądu znamionowego, niektóre zasilacze są zaprojektowane tak, aby oferować dodatkowe 20% mocy (poniżej progu OCP) przez kilka sekund. Taka konstrukcja pomaga zapobiegać aktywacji zabezpieczenia nadprądowego. Poniższa tabela przedstawia zasilacze AC/DC Cincon o mocy szczytowej (120%) przez 5 sekund w zakresie od 130 W do 500 W.

Wnioski

Wraz z rozwojem inteligentnych domów i inteligentnej produkcji, liczne aplikacje elektromechaniczne często wymagają prądów szczytowych przez krótkie okresy. Wybór zasilaczy AC/DC wyposażonych w funkcje obciążenia szczytowego, w przeciwieństwie do tradycyjnych zasilaczy, przynosi kilka korzyści, w tym mniejszą objętość, niższe koszty i mniejszą wagę. Cincon oferuje szereg zasilaczy zaprojektowanych specjalnie w celu zaspokojenia szczytowego zapotrzebowania na moc. Opracowując te zasilacze, starannie rozważamy zamierzone wymagania dotyczące obciążenia.

Jeśli potrzebujesz pomocy przy projekcie związanym z zasilaniem szczytowym, skontaktuj się z nami. Z przyjemnością omówimy Twoje wymagania i odpowiemy na konkretne potrzeby. Kontakt: office@vitecpower.com