În etapele fiecărui proiect, apare un punct în care dezvoltatorul trebuie să răspundă la întrebarea “care sursă de alimentare este cea mai potrivită aplicației?” Ciclurile de dezvoltare tot mai scurte, specificațiile mai stricte și bugetele tot mai reduse fac această selecție dificilă. Acest articol oferă o imagine de ansamblu asupra detaliilor care trebuie luate în considerare la efectuarea unei astfel de alegeri.
Sursa de alimentare reprezintă ,,inima” fiecărui sistem electric și totuși este atât de des neglijată până în ultimul moment. Alegerea alimentării potrivite pare o sarcină simplă: alegeți un dispozitiv cu tensiunea și curentul de ieșire corespunzătoare și la prețul cel mai favorabil. Dar pentru a avea o soluție satisfăcătoare la final, trebuie să aruncați o privire mai atentă asupra unor detalii.
O gamă largă de intrări pentru tensiunile nominale
De regulă, sursele de alimentare sunt conectate direct la rețeaua publică sau la o rețea de alimentare industrială. În cazuri rare, este folosit și un generator de energie electrică. Tensiunile nominale de la rețeaua publică sunt, de obicei, standardizate. În timp ce tensiunea nominală a rețelei în Europa este de 230Vac/50Hz ±10%, există și alte standarde disponibile în afara Europei. În SUA, valoarea de 120Vac/60Hz este cea comună, în timp ce în China 220Vac/50Hz este tensiunea ce se regăsește la prize. În mod ideal, sursa de alimentare selectată ar trebui să acopere toate aceste tensiuni nominale și zonele de graniță ale acestora. Rezultă un interval de operare de 85Vac la 264Vac. Având în vedere acest lucru, o privire mai atentă la foaia de catalog merită efortul. Chiar dacă sursa de alimentare selectată oferă o eficiență foarte bună, de peste 90% la o tensiune nominală de 230Vac, s-ar putea să fie doar 70% la 120Vac.
Figura 1: Rata de defectare în timpul vieții produselor (curba fiabilității). — (Sursă imagine: RECOM)
Influența randamentului energetic asupra duratei de viață
Figura 2: Configurarea tipică a testului ce determină durata de viață a produsului (de exemplu, test de 96 de ore sau test de 1000 ore) — (Sursă imagine: RECOM)
Atunci când comparăm diferite valori ale randamentului, unul sau două puncte procentuale mai mult nu par a fi o diferență semnificativă. Nici nu vor ajuta la realizarea unor economii majore de energie. Și totuși, aceste câteva puncte procentuale pot face o diferență uriașă. De exemplu, dacă comparați un dispozitiv cu un randament de 90% și unul cu 92%, diferența nu pare mare la prima vedere. Totuși, dacă aveți în vedere pierderile rezultate, o sursă de alimentare are doar 8%, iar cealaltă 10%. Dispozitivul cu un randament de 92% are, prin urmare, o pierdere cu o cincime mai mică, datorată căldurii. Uneori această diferență mică este suficientă pentru exclude o răcire forțată suplimentară, iar acest lucru, la rândul său, ajută la economisirea de spațiu valoros.
Un fapt mult mai important este însă acela că generarea de căldură mai mică are un impact pozitiv asupra duratei de viață a sistemului, întrucât disiparea de căldură are o influență directă asupra speranței de viață a unui sistem. Chimistul suedez Svante Arrhenius a descoperit, în 1889, relația dintre viteza de reacție chimică și temperatură. Ecuația Arrhenius oferă o regulă care afirmă că o creștere a temperaturii cu 10°C dublează probabilitatea de defectare. Cu alte cuvinte, speranța de viață este înjumătățită. Aceasta înseamnă că doar două puncte procentuale mai mult în randament pot contribui la extinderea semnificativă a speranței de viață a unei unități de alimentare cu regim în comutație.
MTBF – fiabilitatea calculată
Fiabilitatea unei sursa de alimentare în comutație este strâns legată de MTBF (mean time between failure – timpul mediu între defectări). Importanța MTBF este ilustrată cel mai bine prin așa-numita „curbă a fiabilității” (Figura 1). Aceasta se împarte în trei secțiuni: defectări timpurii, defectări în perioada utilă și defectări de uzură în finalul perioadei de viață. MTBF acoperă numai secțiunea din mijloc; adică nu acoperă „mortalitatea infantilă” sau efectele uzurii. Acest lucru explică cu ușurință de ce MTBF pentru sursele de alimentare este adesea stabilit la câteva milioane de ore.
Figura 3: Randamentul REDIN480 de la RECOM nu este de 93% doar la sarcină maximă, ci rămâne stabil și valori ridicate pentru o gamă vastă de sarcini. — (Sursă imagine: RECOM)
MTBF poate fi, de asemenea, determinat în conformitate cu diferite standarde. Cele mai frecvente sunt MIL HDBK 217F, Bellcore TR-NWT-000332 și SN29500, care este denumit și „Standard Siemens”. Rezultatele acestor metode de calcul diferă considerabil în unele cazuri. Prin urmare, atunci când se compară valorile MTBF, este important să se asigure că acestea sunt determinate în conformitate cu același standard și în aceleași condiții (de exemplu, temperatura ambiantă).
Un lucru pe care aceste metode îl au în comun este însă faptul că MTBF-ul unității de alimentare cu regim în comutație rezultă din suma valorilor componentelor. Acesta este motivul pentru care „numărul de componente” are, de asemenea, un impact decisiv asupra valorii MTBF. Sursele simple de alimentare cu regim în comutație au adesea o valoare MTBF semnificativ mai mare. Totuși, acest lucru nu înseamnă neapărat că sunt mai fiabile.
În concluzie, MTBF oferă o comparație bună a fiabilității dispozitivelor similare, dar nu vă permite să faceți declarații cu privire la speranța de viață. Acest lucru este posibil numai prin testări ample.
Fiabilitatea testată
O primă afirmație asupra produsului poate fi făcută după un test de 96 de ore. Acest test de efort accelerat (HAST- highly accelerated stress test) este realizat într-o cameră climatică în condiții ambientale bine definite (de exemplu, + 85°C/95% umiditate relativă), la fel ca așa-numitul test de stocare (adică probele de test nu sunt în funcțiune). Probele de test sunt măsurate în funcție de parametrii fișei de catalog, înainte și după testare. Pe baza diferențelor, se poate trage apoi o concluzie cu privire la durata de viață. 96 de ore în condițiile menționate anterior corespund, de exemplu, funcționării 24/7 timp de 7¼ ani. În plus, este adesea efectuat un test de 1000 de ore, opțional, în aceleași condiții ca un test de stocare (de exemplu + 85°C/50% umiditate relativă) sau ca un test de viață (adică probele de testare funcționează la temperatura maximă admisibilă) pentru a verifica rezultatele.
Randament stabil chiar și într-un interval de sarcină redusă
Figura 4: Dispozitivele RECOM au impedanță electrică mare și fiabilitate ridicată; ideal pentru dulapuri industriale care operează în medii dure. — (Sursă imagine: RECOM)
Un alt aspect important este comportamentul în diferite condiții de încărcare. În fișele de catalog, este destul de des specificată o valoare referitoare doar la sarcină maximă admisă, dacă este specificată. Acest lucru nu este foarte semnificativ, deoarece sursele de tensiune în comutație sunt proiectate pentru a obține cel mai bun randament aproape de puterea nominală. De exemplu, pe măsură ce sarcina electrică scade, randamentul scade până când tinde la zero, atunci când sursa funcționează în regim de inactivitate. Sursele de alimentare bine proiectate, pe de altă parte, oferă un randament ridicat și constant, în special în domeniul unde încărcarea este medie sau redusă.
Surse de alimentare fiabile, pe șină DIN, pentru medii cu 1-fază sau 2 și 3-faze
Pe baza experienței sale de a produce milioane de convertoare DC/DC și AC/DC, RECOM a dezvoltat o serie de surse de putere pe șină DIN, concepute pentru o durată de viață maximă. Pentru a crea circuite-tampon de siguranță adecvate, au fost utilizate numai componente de cea mai înaltă calitate a căror temperatură de funcționare este mult peste valorile specificate pentru sursele de alimentare.
Sursele de alimentare pe șină DIN din seria REDIN se caracterizează prin designul lor deosebit de subțire și sunt dotate suplimentar cu un sistem de montare laterală. Acest lucru este deosebit de avantajos în cazul tablourilor de comutatoare la rețea unde adâncimea de instalare este redusă. Gama largă de tensiuni de intrare cuprinse între 85Vac și 264Vac conferă siguranța că sunt adecvate pentru utilizare la nivel mondial. Datorită randamentului ridicat de 93%, este generată doar o cantitate redusă de căldură, ceea ce înseamnă că sursele de alimentare pot fi utilizate la temperaturi de funcționare de la -25°C la + 70°C, fără răcire suplimentară. Modulele sunt echipate cu PFC activ, iar factorul de putere este de peste 0.95. Acestea sunt potrivite pentru utilizarea în paralel, fie pentru a asigura redundanța, fie pentru a crește și menține constant curentul de ieșire. Modulele sunt echipate cu o protecție inteligentă la suprasarcină și scurtcircuit, care oprește dispozitivul imediat ce a fost atinsă temperatura maximă admisă pentru a evita deteriorarea permanentă. Sursele de alimentare sunt certificate IEC/EN/UL60950 și UL508.
Mai mult de atât, seria REDIN/3AC este acum disponibilă pentru funcționare în medii de alimentare care necesită 2 sau 3-faze. Această serie este concepută pentru o stabilitate extremă chiar și în mediul dur al automatizărilor de procese și rulează în mod fiabil la tensiuni de rețea de 320 – 575Vac, chiar și dacă faza a treia se defectează. Seria furnizează 120W, 240W, 480W sau 960W la o tensiune nominală de 24Vcc, cu un riplu de doar 40mV sau la o tensiune nominală între 22.5–29.5Vdc, reglată printr-un potențiometru de precizie. Pentru a crește valoarea curentului de ieșire, dispozitivele pot fi conectate în paralel fără alte precauții; controlul în modul de reducere, cu limitarea curentului, asigură o încărcare echilibrată.
Autori:
Axel Stangl, Director de Vânzări de Produse la Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
Bianca Aichinger, Director de Marketing de Produse la RECOM Power GmbH (Gmunden/Austria)
Rutronik | https://www.rutronik.com
