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Avantages de la Puissance Constante pour les alimentations DC

Alimentations DC à puissance constante

Qu'est-ce que la puissance constante et comment fonctionne-t-elle ?

Les alimentations DC programmables ont historiquement été caractérisées par une capacité de puissance de sortie nominale en watts. La puissance nominale à un point implique que la puissance de sortie maximale de l'alimentation n'est disponible qu'en un seul point de fonctionnement. Ce point de sortie de puissance est celui où la tension DC et le courant DC sont tous deux au maximum de leur plage respective. Par exemple, une alimentation de 10 kW avec une plage de tension de 0 ~ 250VDC ne peut fournir une puissance de sortie de 10 kW que lorsque le courant de charge est de 40ADC. L'implication de cette façon de concevoir les alimentations DC programmables pour l'utilisateur  est double :

1. L'alimentation choisie doit dimensionnée de façon supérieure à la puissance réelle requise par l'équipement testé. Ainsi, la plupart du temps, l'alimentation est utilisée en dessous de sa puissance, maximale et/ou de sa tension et de son courant nominal.

2. Une fois sélectionnée, la gamme d'applications dans lesquelles l'alimentation DC peut être utilisée est limitée à la fois par la puissance et par la plage de tension. Dans l'exemple précédent, l'alimentation 250VDC ne peut être utilisée pour aucune application nécessitant une sortie supérieure à 250VDC.

En raison de ce couple V/I, les fabricants d'alimentations programmables proposent un grand nombre de modèles de plages de tension pour un modèle donné d'alimentations, parfois jusqu'à 20 plages de tension différentes pour une même série. Cela limite évidemment leur capacité à réaliser des économies d'échelle dans la fabrication, ce qui se traduit par un important du produit et donc des prix  élevés pour l'utilisateur final. Les utilisateurs  ont dû s'accommoder de ces limitations pendant des décennies, mais de nouveaux développements de technologies dans la conversion de puissance permettent d'éliminer certaines de ces restrictions.

Conception d'une gamme de puissance constante

Figure 1 : Alimentation DC DCS360-80-4

Grâce à l'utilisation de circuits de plus haute précision et d'une technologie de contrôle et de mesure à résolution accrue, les alimentations programmables les plus avancées ne contraignent plus l'utilisateur final à choisir parmi une large gamme de modèles à valeur nominale ponctuelle. Au contraire, ces nouvelles alimentations offrent une plage de tension et de courant plus large - dans certains cas avec un rapport de trois à un pour les deux - à un niveau de puissance donné. Les alimentations DC programmables à puissance constante de la série DCS d'Adaptive Power Systems en sont un bon exemple. Les plages de tension et de courant des alimentations DCS ne sont pas définies par un seul point de consigne de puissance maximale de sortie, mais sont disponibles sur une large plage de réglage. Par exemple, le modèle DCS360-80 10kW offre une plage de tension de 0 ~ 360Vdc tout en supportant une plage de courant de 0 ~ 360Adc, le tout pour une puissance de sortie maximale de 10kW. Ainsi, il pourrait facilement répondre à l'exigence originale de la section 1.0 pour 250Vdc @ 40Adc, mais aussi à une sortie de 360Vdc à 10,000/360 ou 27.78Adc et à une exigence de 166.67Vdc @ 60Adc. Ainsi, la même alimentation en courant continu permet de répondre à une gamme beaucoup plus large d'applications.

Cette capacité est illustrée dans la figure 2 ci-dessous. La zone grise montre la plage de fonctionnement d'une alimentation ponctuelle de 10 kW, qui est nettement inférieure à celle du modèle DCS de même puissance.
Figure 2 : Gamme automatique à puissance constante de la série DCS

Réduction des coûts des alimentations en courant continu à puissance constante

Cette flexibilité accrue peut se traduire par des économies considérables par rapport à l'utilisation d'alimentations DC programmables "conventionnelles". Ceci est particulièrement vrai lorsqu'il s'agit d'EUT électroniques modernes tels que les convertisseurs DC/DC qui supportent souvent des capacités d'entrée DC étendues. Pour soutenir le développement et le test de ces dispositifs à large capacité de fonctionnement, l'utilisateur final a toujours dû surdimensionner la puissance de l'alimentation en courant continu utilisée pour couvrir tous les paramètres. Il en résulte que l'alimentation en courant continu est utilisée de manière prédominante bien en deçà de sa capacité maximale en raison de son manque de flexibilité. Nous utiliserons un exemple ici pour illustrer plus clairement ce phénomène.

Exemple 1 : Essai d'un convertisseur CC/CC de télécommunication

Figure 3 : Convertisseur DC/DC 1600W
Dans le premier exemple, nous déterminerons les paramètres nécessaires pour tester toutes les plages d'entrée CC d'un convertisseur CC/CC typique des télécommunications. À titre d'exemple, nous utilisons un convertisseur Vicor MegaPAC, qui possède sept plages d'entrée CC différentes (voir la figure 3). Les tensions nominales de test d'entrée correspondantes ainsi que les valeurs de test des limites basse et haute sont indiquées dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1 : Plages de tension d'entrée du convertisseur DC/DC
La façon la plus rentable de tester est d'utiliser une seule alimentation programmable en courant continu qui peut supporter toutes les tensions d'entrée et tous les réglages de courant. Cela signifie que nous avons besoin d'une alimentation 100Vdc qui peut supporter 160A de courant. C'est ce que montrent les limites de test de la ligne basse pour les différentes gammes dans le tableau 2.
Tableau 2 : Tensions et courants d'essai requis par gamme
La plupart des fabricants d'alimentations DC programmables proposent un modèle 100Vdc mais nous devons nous assurer que nous pouvons obtenir 160Adc à 10Vdc, ce qui correspond à 10% de la plage de tension de l'alimentation. Une alimentation de 15kW telle que proposée par plusieurs fabricants ne supporte que 150Adc maximum, nous devons donc choisir le niveau de puissance disponible suivant qui est généralement de 20kW. Il nous reste donc quelques choix possibles d'alimentations CC conventionnelles à point nominal, comme le montre le tableau 3.
Tableau 3 : Alimentations 100V DC ponctuelles disponibles
Les grandes alimentations en courant continu de 20 kW sont coûteuses et clairement surdimensionnées pour l'application de test de 1600 W, mais c'est la seule façon d'utiliser une seule alimentation de test. Si l'on compare avec une alimentation CC à puissance constante, on peut réduire la puissance nominale à seulement 15 kW, ce qui permet d'économiser environ 40 % sur le coût de l'alimentation et de fournir deux fois la tension d'essai requise et un courant CC supplémentaire de 50 A à la tension d'essai la plus basse. Le DCS200-210 est également surdimensionné, mais moins et beaucoup moins cher. En outre, le DCS200-210 occupe la moitié de l'espace en rack de ces alimentations concurrentes. Voir le tableau 4 pour une comparaison.
Tableau 4 : Alimentation en courant continu à puissance constante APS

Exemple 2 : Test de l'onduleur photovoltaïque

Un autre test typique est celui des onduleurs photovoltaïques. Plutôt que d'utiliser un panneau solaire réel pour fournir la tension d'entrée CC pendant le développement du test du produit, une alimentation CC programmable est généralement utilisée pour piloter l'entrée de l'onduleur PV. Comme les conditions environnementales peuvent varier considérablement au cours d'une journée donnée, les onduleurs PV sont conçus pour fonctionner sur une large plage de tension d'entrée afin de tenir compte de l'ombrage, de l'angle solaire et de l'intensité du soleil lorsqu'il se déplace dans le ciel au cours de la journée. Le test des onduleurs photovoltaïques nécessite donc une large gamme de tensions de test. Les spécifications de l'onduleur PV utilisé dans cet exemple sont indiquées dans le tableau 5 ci-dessous.
Tableau 5 : Spécifications de l'entrée CC de l'onduleur PV
Là encore, pour couvrir la tension d'entrée PV maximale de 520 Vcc ainsi que le courant d'entrée maximal de 50 Acc, une alimentation CC ponctuelle devrait avoir une puissance nominale de 30 kW. Le tableau 6 ci-dessous donne quelques exemples de modèles disponibles.
Tableau 6 : Alimentations en courant continu de 600 V à taux ponctuel disponibles
Comme vous pouvez le constater, ces appareils sont encore plus grands et encore plus coûteux. Comparez cela à l'utilisation du DCS750-70 présenté dans le tableau 7. Non seulement il est deux fois moins puissant et moins de deux fois moins cher, mais il n'occupe que ½ ou 1/3 de l'espace de rack requis dans votre système de test.
Tableau 7 : Alimentation en courant continu à puissance constante APS

Résumé

Les alimentations CC à puissance constante de conception moderne comme la série DCS d'APS permettent d'économiser de l'argent et de l'espace dans les applications de test. Elles offrent également une plus grande flexibilité dans les laboratoires de R&D car la même alimentation CC peut prendre en charge une gamme beaucoup plus large de combinaisons de tension et de courant que les alimentations CC ponctuelles conventionnelles.
Pour des informations techniques et une vue d'ensemble des combinaisons de tension, de courant et de puissance disponibles pour les alimentations DCS, consultez la page d'information sur les produits à l'adresse https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ ou appelez Adaptive Power Systems au numéro gratuit +1 (866) 517-8400.

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Alimentations DC à puissance constante

Qu'est-ce que la puissance constante et comment fonctionne-t-elle ?

Les alimentations DC programmables ont historiquement été caractérisées par une capacité de puissance de sortie nominale en watts. La puissance nominale à un point implique que la puissance de sortie maximale de l'alimentation n'est disponible qu'en un seul point de fonctionnement. Ce point de sortie de puissance est celui où la tension DC et le courant DC sont tous deux au maximum de leur plage respective. Par exemple, une alimentation de 10 kW avec une plage de tension de 0 ~ 250VDC ne peut fournir une puissance de sortie de 10 kW que lorsque le courant de charge est de 40ADC. L'implication de cette façon de concevoir les alimentations DC programmables pour l'utilisateur  est double :

1. L'alimentation choisie doit dimensionnée de façon supérieure à la puissance réelle requise par l'équipement testé. Ainsi, la plupart du temps, l'alimentation est utilisée en dessous de sa puissance, maximale et/ou de sa tension et de son courant nominal.

2. Une fois sélectionnée, la gamme d'applications dans lesquelles l'alimentation DC peut être utilisée est limitée à la fois par la puissance et par la plage de tension. Dans l'exemple précédent, l'alimentation 250VDC ne peut être utilisée pour aucune application nécessitant une sortie supérieure à 250VDC.

En raison de ce couple V/I, les fabricants d'alimentations programmables proposent un grand nombre de modèles de plages de tension pour un modèle donné d'alimentations, parfois jusqu'à 20 plages de tension différentes pour une même série. Cela limite évidemment leur capacité à réaliser des économies d'échelle dans la fabrication, ce qui se traduit par un important du produit et donc des prix  élevés pour l'utilisateur final. Les utilisateurs  ont dû s'accommoder de ces limitations pendant des décennies, mais de nouveaux développements de technologies dans la conversion de puissance permettent d'éliminer certaines de ces restrictions.

Conception d'une gamme de puissance constante

Figure 1 : Alimentation DC DCS360-80-4

Grâce à l'utilisation de circuits de plus haute précision et d'une technologie de contrôle et de mesure à résolution accrue, les alimentations programmables les plus avancées ne contraignent plus l'utilisateur final à choisir parmi une large gamme de modèles à valeur nominale ponctuelle. Au contraire, ces nouvelles alimentations offrent une plage de tension et de courant plus large - dans certains cas avec un rapport de trois à un pour les deux - à un niveau de puissance donné. Les alimentations DC programmables à puissance constante de la série DCS d'Adaptive Power Systems en sont un bon exemple. Les plages de tension et de courant des alimentations DCS ne sont pas définies par un seul point de consigne de puissance maximale de sortie, mais sont disponibles sur une large plage de réglage. Par exemple, le modèle DCS360-80 10kW offre une plage de tension de 0 ~ 360Vdc tout en supportant une plage de courant de 0 ~ 360Adc, le tout pour une puissance de sortie maximale de 10kW. Ainsi, il pourrait facilement répondre à l'exigence originale de la section 1.0 pour 250Vdc @ 40Adc, mais aussi à une sortie de 360Vdc à 10,000/360 ou 27.78Adc et à une exigence de 166.67Vdc @ 60Adc. Ainsi, la même alimentation en courant continu permet de répondre à une gamme beaucoup plus large d'applications.

Cette capacité est illustrée dans la figure 2 ci-dessous. La zone grise montre la plage de fonctionnement d'une alimentation ponctuelle de 10 kW, qui est nettement inférieure à celle du modèle DCS de même puissance.
Figure 2 : Gamme automatique à puissance constante de la série DCS

Réduction des coûts des alimentations en courant continu à puissance constante

Cette flexibilité accrue peut se traduire par des économies considérables par rapport à l'utilisation d'alimentations DC programmables "conventionnelles". Ceci est particulièrement vrai lorsqu'il s'agit d'EUT électroniques modernes tels que les convertisseurs DC/DC qui supportent souvent des capacités d'entrée DC étendues. Pour soutenir le développement et le test de ces dispositifs à large capacité de fonctionnement, l'utilisateur final a toujours dû surdimensionner la puissance de l'alimentation en courant continu utilisée pour couvrir tous les paramètres. Il en résulte que l'alimentation en courant continu est utilisée de manière prédominante bien en deçà de sa capacité maximale en raison de son manque de flexibilité. Nous utiliserons un exemple ici pour illustrer plus clairement ce phénomène.

Exemple 1 : Essai d'un convertisseur CC/CC de télécommunication

Figure 3 : Convertisseur DC/DC 1600W
Dans le premier exemple, nous déterminerons les paramètres nécessaires pour tester toutes les plages d'entrée CC d'un convertisseur CC/CC typique des télécommunications. À titre d'exemple, nous utilisons un convertisseur Vicor MegaPAC, qui possède sept plages d'entrée CC différentes (voir la figure 3). Les tensions nominales de test d'entrée correspondantes ainsi que les valeurs de test des limites basse et haute sont indiquées dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1 : Plages de tension d'entrée du convertisseur DC/DC
La façon la plus rentable de tester est d'utiliser une seule alimentation programmable en courant continu qui peut supporter toutes les tensions d'entrée et tous les réglages de courant. Cela signifie que nous avons besoin d'une alimentation 100Vdc qui peut supporter 160A de courant. C'est ce que montrent les limites de test de la ligne basse pour les différentes gammes dans le tableau 2.
Tableau 2 : Tensions et courants d'essai requis par gamme
La plupart des fabricants d'alimentations DC programmables proposent un modèle 100Vdc mais nous devons nous assurer que nous pouvons obtenir 160Adc à 10Vdc, ce qui correspond à 10% de la plage de tension de l'alimentation. Une alimentation de 15kW telle que proposée par plusieurs fabricants ne supporte que 150Adc maximum, nous devons donc choisir le niveau de puissance disponible suivant qui est généralement de 20kW. Il nous reste donc quelques choix possibles d'alimentations CC conventionnelles à point nominal, comme le montre le tableau 3.
Tableau 3 : Alimentations 100V DC ponctuelles disponibles
Les grandes alimentations en courant continu de 20 kW sont coûteuses et clairement surdimensionnées pour l'application de test de 1600 W, mais c'est la seule façon d'utiliser une seule alimentation de test. Si l'on compare avec une alimentation CC à puissance constante, on peut réduire la puissance nominale à seulement 15 kW, ce qui permet d'économiser environ 40 % sur le coût de l'alimentation et de fournir deux fois la tension d'essai requise et un courant CC supplémentaire de 50 A à la tension d'essai la plus basse. Le DCS200-210 est également surdimensionné, mais moins et beaucoup moins cher. En outre, le DCS200-210 occupe la moitié de l'espace en rack de ces alimentations concurrentes. Voir le tableau 4 pour une comparaison.
Tableau 4 : Alimentation en courant continu à puissance constante APS

Exemple 2 : Test de l'onduleur photovoltaïque

Un autre test typique est celui des onduleurs photovoltaïques. Plutôt que d'utiliser un panneau solaire réel pour fournir la tension d'entrée CC pendant le développement du test du produit, une alimentation CC programmable est généralement utilisée pour piloter l'entrée de l'onduleur PV. Comme les conditions environnementales peuvent varier considérablement au cours d'une journée donnée, les onduleurs PV sont conçus pour fonctionner sur une large plage de tension d'entrée afin de tenir compte de l'ombrage, de l'angle solaire et de l'intensité du soleil lorsqu'il se déplace dans le ciel au cours de la journée. Le test des onduleurs photovoltaïques nécessite donc une large gamme de tensions de test. Les spécifications de l'onduleur PV utilisé dans cet exemple sont indiquées dans le tableau 5 ci-dessous.
Tableau 5 : Spécifications de l'entrée CC de l'onduleur PV
Là encore, pour couvrir la tension d'entrée PV maximale de 520 Vcc ainsi que le courant d'entrée maximal de 50 Acc, une alimentation CC ponctuelle devrait avoir une puissance nominale de 30 kW. Le tableau 6 ci-dessous donne quelques exemples de modèles disponibles.
Tableau 6 : Alimentations en courant continu de 600 V à taux ponctuel disponibles
Comme vous pouvez le constater, ces appareils sont encore plus grands et encore plus coûteux. Comparez cela à l'utilisation du DCS750-70 présenté dans le tableau 7. Non seulement il est deux fois moins puissant et moins de deux fois moins cher, mais il n'occupe que ½ ou 1/3 de l'espace de rack requis dans votre système de test.
Tableau 7 : Alimentation en courant continu à puissance constante APS

Résumé

Les alimentations CC à puissance constante de conception moderne comme la série DCS d'APS permettent d'économiser de l'argent et de l'espace dans les applications de test. Elles offrent également une plus grande flexibilité dans les laboratoires de R&D car la même alimentation CC peut prendre en charge une gamme beaucoup plus large de combinaisons de tension et de courant que les alimentations CC ponctuelles conventionnelles.
Pour des informations techniques et une vue d'ensemble des combinaisons de tension, de courant et de puissance disponibles pour les alimentations DCS, consultez la page d'information sur les produits à l'adresse https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ ou appelez Adaptive Power Systems au numéro gratuit +1 (866) 517-8400.

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