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Ventajas de los rangos de tensión y corriente constantes en las fuentes de alimentación de CC

Fuentes de alimentación de CC de potencia constante

¿Qué es la potencia constante y cómo funciona?

Las fuentes de alimentación de CC programables se han caracterizado históricamente por una capacidad de salida de potencia nominal puntual en vatios. El punto nominal implica que la salida de potencia máxima disponible de la fuente de alimentación sólo está disponible en un punto de funcionamiento. Este punto de salida de potencia es aquel en el que tanto la tensión de CC como la salida de corriente de CC se encuentran en el ajuste máximo de sus respectivos rangos disponibles. Por ejemplo, una fuente de 10kW con un rango de tensión de 0 ~ 250Vdc puede suministrar 10kW de salida sólo cuando la corriente de carga es de 40Adc. Esta forma de diseñar fuentes de alimentación de CC programables tiene dos implicaciones para el usuario final:

1. La fuente de alimentación seleccionada tiene que tener invariablemente un tamaño superior a las necesidades reales de potencia de la unidad sometida a prueba. Por lo tanto, la mayoría de las veces la fuente de alimentación se utiliza por debajo de su potencia, tensión y/o corriente nominales máximas.

2. Una vez seleccionada, la gama de aplicaciones en las que se puede utilizar la fuente de alimentación de CC está limitada tanto por la potencia como por el rango de tensión. En el ejemplo anterior, la fuente de alimentación de 250Vcc no puede utilizarse para ninguna aplicación que requiera más de 250Vcc de salida.

Debido a esta clasificación puntual, los fabricantes de fuentes de alimentación programables ofrecen un gran número de modelos de rangos de tensión en una determinada gama de modelos de fuentes de alimentación, a veces hasta 20 rangos de tensión diferentes para una serie de modelos. Obviamente, esto limita su capacidad para beneficiarse de las economías de escala en la fabricación, lo que se traduce en un elevado coste del producto y, por tanto, en el precio para el usuario final. Los usuarios finales han tenido que vivir con estas limitaciones durante décadas, pero los nuevos avances en la tecnología de conversión de potencia están eliminando algunas de estas restricciones.

Diseño de rango de potencia constante

Figura 1: Fuente de alimentación de CC DCS360-80-4

Al utilizar circuitos de mayor precisión y una tecnología de control y medición de mayor resolución, el diseño más avanzado de fuentes de alimentación programables ya no obliga al usuario final a elegir entre una amplia gama de modelos puntuales. En su lugar, estas nuevas fuentes de alimentación ofrecen una gama más amplia de tensión y corriente -en algunos casos con una relación de tres a uno para ambas- a un nivel de potencia determinado. Un buen ejemplo de ello es la serie DCS de fuentes de CC programables de potencia constante de Adaptive Power Systems. Los rangos de tensión y corriente de las fuentes DCS no están definidos por un único punto de ajuste de potencia máxima de salida, sino que están disponibles en una amplia gama de ajustes. Por ejemplo, el modelo DCS360-80 de 10 kW ofrece un rango de tensión de 0 ~ 360 Vcc y, al mismo tiempo, un rango de corriente de 0 ~ 360 Acc, todo ello con una potencia máxima de salida de 10 kW. Por lo tanto, podría cumplir fácilmente el requisito original de la sección 1.0 de 250 Vcc a 40 Adc, pero también una salida de 360 Vcc a 10.000/360 o 27,78 Adc y un requisito de 166,67 Vcc a 60 Adc. De este modo, la misma fuente de alimentación de CC admite una gama mucho más amplia de aplicaciones.

Esta capacidad se muestra en la figura 2. La zona gris muestra el rango de funcionamiento de una fuente de alimentación puntual de 10 kW, que es significativamente menor que el del modelo DCS de igual potencia nominal.
Figura 2: Escala automática de potencia constante de la serie DCS

Ahorro de costes de las fuentes de alimentación de CC de rango de potencia constante

Esta mayor flexibilidad puede suponer un considerable ahorro de costes en comparación con el uso de fuentes de CC programables "convencionales". Esto es especialmente cierto cuando se trata de EUT electrónicos modernos, como los convertidores CC/CC, que a menudo admiten amplias capacidades de entrada de CC. Para apoyar el desarrollo y la prueba de estos dispositivos de amplia capacidad operativa, el usuario final históricamente tenía que sobredimensionar en gran medida la potencia de la fuente de CC utilizada para cubrir todas las configuraciones. Esto hace que la fuente de alimentación de CC se utilice predominantemente muy por debajo de su capacidad máxima debido a su falta de flexibilidad. Utilizaremos un ejemplo para ilustrarlo con mayor claridad.

Ejemplo 1: Pruebas de convertidores CC/CC para telecomunicaciones

Figura 3: Convertidor CC/CC de 1600 W
En el primer ejemplo, determinaremos qué ajustes son necesarios para probar todos los rangos de entrada de CC de un convertidor CC/CC típico de telecomunicaciones. Como ejemplo, utilizaremos un convertidor Vicor MegaPAC, que tiene siete rangos de entrada de CC diferentes (véase la figura 3). Las tensiones de prueba de entrada nominales correspondientes, así como los valores de prueba de los rangos límite bajo y alto, se muestran en la Tabla 1 a continuación.
Tabla 1: Rangos de tensión de entrada del convertidor CC/CC
La forma más rentable de realizar las pruebas es utilizar una única fuente de alimentación de CC programable que admita todos los ajustes de tensión y corriente de prueba de entrada. Esto significa que necesitamos una fuente de alimentación de 100Vcc que pueda soportar 160A de corriente. Así lo demuestran los límites de prueba de línea baja para los distintos rangos de la Tabla 2.
Tabla 2: Tensiones y corrientes de prueba requeridas por gama
La mayoría de los fabricantes de fuentes de alimentación de CC programables ofrecen un modelo de 100Vcc, pero tenemos que asegurarnos de que podemos obtener 160Adc a 10Vcc, que está al 10% del rango de tensión de la fuente. Una fuente de alimentación de 15kW como la que ofrecen varios fabricantes sólo admite 150Adc como máximo, así que tenemos que elegir los siguientes niveles de potencia disponibles, que suelen ser 20kW. Esto nos deja con algunas opciones de fuentes de alimentación de CC convencionales que se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3: Fuentes de alimentación puntuales de 100 V CC disponibles
Las grandes fuentes de corriente continua de 20 kW son caras y claramente sobredimensionadas para la aplicación de prueba de 1600W, pero es la única forma de utilizarlas en una sola fuente de prueba. Si lo comparamos con una fuente de CC de rango de potencia constante, podemos reducir la potencia nominal a sólo 15 kW, lo que supone un ahorro de alrededor del 40% en el coste de la fuente de alimentación y proporciona el doble de la tensión de prueba necesaria y 50 A adicionales de corriente continua a la tensión de prueba más baja. También sobredimensionado, pero menos y mucho menos caro. Además, la DCS200-210 ocupa la mitad de espacio de rack que estas fuentes competidoras. Consulte la Tabla 4 para ver la comparación.
Tabla 4: Alimentación continua de potencia constante APS

Ejemplo 2: Pruebas de inversores fotovoltaicos

Otra prueba típica es la de los inversores fotovoltaicos. En lugar de utilizar un panel solar real para proporcionar la tensión de entrada de CC durante el desarrollo de la prueba del producto, se suele utilizar una fuente de alimentación de CC programable para controlar la entrada del inversor fotovoltaico. Dado que las condiciones ambientales pueden variar mucho durante un día determinado, los inversores fotovoltaicos están diseñados para funcionar en un amplio rango de tensión de entrada para adaptarse a las sombras, el ángulo solar y la intensidad del sol a medida que se desplaza por el cielo durante el día. Por lo tanto, las pruebas de los inversores fotovoltaicos requieren una amplia gama de tensiones de prueba. Las especificaciones del inversor fotovoltaico utilizado en este ejemplo se muestran en la Tabla 5.
Tabla 5: Especificaciones de entrada de CC del inversor FV
De nuevo, para cubrir la tensión de entrada fotovoltaica máxima de 520 Vcc, así como la corriente de entrada máxima de 50 Adc, una fuente de alimentación de CC puntual tendría que tener una potencia nominal de 30 kW. Consulte la Tabla 6 para ver algunos ejemplos de modelos disponibles.
Tabla 6: Fuentes de alimentación puntuales de 600 V CC disponibles
Como puede ver, son aún más grandes y, de nuevo, muy costosos. Contrasta con el DCS750-70 que se muestra en la Tabla 7. No sólo tiene la mitad de potencia y cuesta menos de la mitad, sino que ocupa sólo ½ o 1/3 del espacio de bastidor necesario en el sistema de pruebas.
Tabla 7: Alimentación continua de potencia constante APS

Resumen

Las fuentes de alimentación de CC de potencia constante de diseño moderno, como la serie DCS de APS, ahorran dinero y espacio en las aplicaciones de ensayo de mayo. También proporcionan más flexibilidad en los laboratorios de I+D, ya que la misma fuente de alimentación de CC puede admitir una gama mucho más amplia de combinaciones de tensión y corriente que las fuentes de alimentación de CC puntuales convencionales.
Para obtener información técnica y una descripción general de las combinaciones de tensión, corriente y potencia disponibles de las fuentes de alimentación DCS, consulte la página de información del producto en https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ o llame al número gratuito de Adaptive Power Systems +1 (866) 517-8400.

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Fuentes de alimentación de CC de potencia constante

¿Qué es la potencia constante y cómo funciona?

Las fuentes de alimentación de CC programables se han caracterizado históricamente por una capacidad de salida de potencia nominal puntual en vatios. El punto nominal implica que la salida de potencia máxima disponible de la fuente de alimentación sólo está disponible en un punto de funcionamiento. Este punto de salida de potencia es aquel en el que tanto la tensión de CC como la salida de corriente de CC se encuentran en el ajuste máximo de sus respectivos rangos disponibles. Por ejemplo, una fuente de 10kW con un rango de tensión de 0 ~ 250Vdc puede suministrar 10kW de salida sólo cuando la corriente de carga es de 40Adc. Esta forma de diseñar fuentes de alimentación de CC programables tiene dos implicaciones para el usuario final:

1. La fuente de alimentación seleccionada tiene que tener invariablemente un tamaño superior a las necesidades reales de potencia de la unidad sometida a prueba. Por lo tanto, la mayoría de las veces la fuente de alimentación se utiliza por debajo de su potencia, tensión y/o corriente nominales máximas.

2. Una vez seleccionada, la gama de aplicaciones en las que se puede utilizar la fuente de alimentación de CC está limitada tanto por la potencia como por el rango de tensión. En el ejemplo anterior, la fuente de alimentación de 250Vcc no puede utilizarse para ninguna aplicación que requiera más de 250Vcc de salida.

Debido a esta clasificación puntual, los fabricantes de fuentes de alimentación programables ofrecen un gran número de modelos de rangos de tensión en una determinada gama de modelos de fuentes de alimentación, a veces hasta 20 rangos de tensión diferentes para una serie de modelos. Obviamente, esto limita su capacidad para beneficiarse de las economías de escala en la fabricación, lo que se traduce en un elevado coste del producto y, por tanto, en el precio para el usuario final. Los usuarios finales han tenido que vivir con estas limitaciones durante décadas, pero los nuevos avances en la tecnología de conversión de potencia están eliminando algunas de estas restricciones.

Diseño de rango de potencia constante

Figura 1: Fuente de alimentación de CC DCS360-80-4

Al utilizar circuitos de mayor precisión y una tecnología de control y medición de mayor resolución, el diseño más avanzado de fuentes de alimentación programables ya no obliga al usuario final a elegir entre una amplia gama de modelos puntuales. En su lugar, estas nuevas fuentes de alimentación ofrecen una gama más amplia de tensión y corriente -en algunos casos con una relación de tres a uno para ambas- a un nivel de potencia determinado. Un buen ejemplo de ello es la serie DCS de fuentes de CC programables de potencia constante de Adaptive Power Systems. Los rangos de tensión y corriente de las fuentes DCS no están definidos por un único punto de ajuste de potencia máxima de salida, sino que están disponibles en una amplia gama de ajustes. Por ejemplo, el modelo DCS360-80 de 10 kW ofrece un rango de tensión de 0 ~ 360 Vcc y, al mismo tiempo, un rango de corriente de 0 ~ 360 Acc, todo ello con una potencia máxima de salida de 10 kW. Por lo tanto, podría cumplir fácilmente el requisito original de la sección 1.0 de 250 Vcc a 40 Adc, pero también una salida de 360 Vcc a 10.000/360 o 27,78 Adc y un requisito de 166,67 Vcc a 60 Adc. De este modo, la misma fuente de alimentación de CC admite una gama mucho más amplia de aplicaciones.

Esta capacidad se muestra en la figura 2. La zona gris muestra el rango de funcionamiento de una fuente de alimentación puntual de 10 kW, que es significativamente menor que el del modelo DCS de igual potencia nominal.
Figura 2: Escala automática de potencia constante de la serie DCS

Ahorro de costes de las fuentes de alimentación de CC de rango de potencia constante

Esta mayor flexibilidad puede suponer un considerable ahorro de costes en comparación con el uso de fuentes de CC programables "convencionales". Esto es especialmente cierto cuando se trata de EUT electrónicos modernos, como los convertidores CC/CC, que a menudo admiten amplias capacidades de entrada de CC. Para apoyar el desarrollo y la prueba de estos dispositivos de amplia capacidad operativa, el usuario final históricamente tenía que sobredimensionar en gran medida la potencia de la fuente de CC utilizada para cubrir todas las configuraciones. Esto hace que la fuente de alimentación de CC se utilice predominantemente muy por debajo de su capacidad máxima debido a su falta de flexibilidad. Utilizaremos un ejemplo para ilustrarlo con mayor claridad.

Ejemplo 1: Pruebas de convertidores CC/CC para telecomunicaciones

Figura 3: Convertidor CC/CC de 1600 W
En el primer ejemplo, determinaremos qué ajustes son necesarios para probar todos los rangos de entrada de CC de un convertidor CC/CC típico de telecomunicaciones. Como ejemplo, utilizaremos un convertidor Vicor MegaPAC, que tiene siete rangos de entrada de CC diferentes (véase la figura 3). Las tensiones de prueba de entrada nominales correspondientes, así como los valores de prueba de los rangos límite bajo y alto, se muestran en la Tabla 1 a continuación.
Tabla 1: Rangos de tensión de entrada del convertidor CC/CC
La forma más rentable de realizar las pruebas es utilizar una única fuente de alimentación de CC programable que admita todos los ajustes de tensión y corriente de prueba de entrada. Esto significa que necesitamos una fuente de alimentación de 100Vcc que pueda soportar 160A de corriente. Así lo demuestran los límites de prueba de línea baja para los distintos rangos de la Tabla 2.
Tabla 2: Tensiones y corrientes de prueba requeridas por gama
La mayoría de los fabricantes de fuentes de alimentación de CC programables ofrecen un modelo de 100Vcc, pero tenemos que asegurarnos de que podemos obtener 160Adc a 10Vcc, que está al 10% del rango de tensión de la fuente. Una fuente de alimentación de 15kW como la que ofrecen varios fabricantes sólo admite 150Adc como máximo, así que tenemos que elegir los siguientes niveles de potencia disponibles, que suelen ser 20kW. Esto nos deja con algunas opciones de fuentes de alimentación de CC convencionales que se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3: Fuentes de alimentación puntuales de 100 V CC disponibles
Las grandes fuentes de corriente continua de 20 kW son caras y claramente sobredimensionadas para la aplicación de prueba de 1600W, pero es la única forma de utilizarlas en una sola fuente de prueba. Si lo comparamos con una fuente de CC de rango de potencia constante, podemos reducir la potencia nominal a sólo 15 kW, lo que supone un ahorro de alrededor del 40% en el coste de la fuente de alimentación y proporciona el doble de la tensión de prueba necesaria y 50 A adicionales de corriente continua a la tensión de prueba más baja. También sobredimensionado, pero menos y mucho menos caro. Además, la DCS200-210 ocupa la mitad de espacio de rack que estas fuentes competidoras. Consulte la Tabla 4 para ver la comparación.
Tabla 4: Alimentación continua de potencia constante APS

Ejemplo 2: Pruebas de inversores fotovoltaicos

Otra prueba típica es la de los inversores fotovoltaicos. En lugar de utilizar un panel solar real para proporcionar la tensión de entrada de CC durante el desarrollo de la prueba del producto, se suele utilizar una fuente de alimentación de CC programable para controlar la entrada del inversor fotovoltaico. Dado que las condiciones ambientales pueden variar mucho durante un día determinado, los inversores fotovoltaicos están diseñados para funcionar en un amplio rango de tensión de entrada para adaptarse a las sombras, el ángulo solar y la intensidad del sol a medida que se desplaza por el cielo durante el día. Por lo tanto, las pruebas de los inversores fotovoltaicos requieren una amplia gama de tensiones de prueba. Las especificaciones del inversor fotovoltaico utilizado en este ejemplo se muestran en la Tabla 5.
Tabla 5: Especificaciones de entrada de CC del inversor FV
De nuevo, para cubrir la tensión de entrada fotovoltaica máxima de 520 Vcc, así como la corriente de entrada máxima de 50 Adc, una fuente de alimentación de CC puntual tendría que tener una potencia nominal de 30 kW. Consulte la Tabla 6 para ver algunos ejemplos de modelos disponibles.
Tabla 6: Fuentes de alimentación puntuales de 600 V CC disponibles
Como puede ver, son aún más grandes y, de nuevo, muy costosos. Contrasta con el DCS750-70 que se muestra en la Tabla 7. No sólo tiene la mitad de potencia y cuesta menos de la mitad, sino que ocupa sólo ½ o 1/3 del espacio de bastidor necesario en el sistema de pruebas.
Tabla 7: Alimentación continua de potencia constante APS

Resumen

Las fuentes de alimentación de CC de potencia constante de diseño moderno, como la serie DCS de APS, ahorran dinero y espacio en las aplicaciones de ensayo de mayo. También proporcionan más flexibilidad en los laboratorios de I+D, ya que la misma fuente de alimentación de CC puede admitir una gama mucho más amplia de combinaciones de tensión y corriente que las fuentes de alimentación de CC puntuales convencionales.
Para obtener información técnica y una descripción general de las combinaciones de tensión, corriente y potencia disponibles de las fuentes de alimentación DCS, consulte la página de información del producto en https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ o llame al número gratuito de Adaptive Power Systems +1 (866) 517-8400.

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