Richiesta di preventivo

Vantaggi degli intervalli di tensione e corrente a potenza costante sugli alimentatori CC

Alimentatori CC a potenza costante

Che cos'è la potenza costante e come funziona?

Gli alimentatori programmabili in c.c. sono stati storicamente caratterizzati da una capacità di uscita di potenza nominale in Watt. Il rating puntuale implica che la potenza massima disponibile dell'alimentatore è disponibile solo in un punto di funzionamento. Questo punto di uscita della potenza è quello in cui sia la tensione CC che la corrente CC in uscita sono al massimo delle rispettive gamme disponibili. Ad esempio, un alimentatore da 10kW con un intervallo di tensione da 0 a 250Vdc può fornire una potenza di 10kW solo quando la corrente di carico è di 40Adc. Le implicazioni di questo modo di progettare gli alimentatori CC programmabili per l'utente finale sono due:

1. L'alimentatore scelto deve invariabilmente essere dimensionato in modo più ampio rispetto all'effettivo fabbisogno di potenza dell'unità in prova. Pertanto, il più delle volte l'alimentatore viene utilizzato al di sotto della sua potenza, tensione e/o corrente massima.

2. Una volta selezionata, la gamma di applicazioni in cui l'alimentatore CC può essere utilizzato è limitata sia dalla potenza che dalla tensione. Nell'esempio precedente, l'alimentatore da 250 V CC non può essere utilizzato per applicazioni che richiedono un'uscita superiore a 250 V CC.

A causa di questa classificazione, i produttori di alimentatori programmabili offrono un gran numero di modelli di range di tensione in una data gamma di alimentatori, a volte fino a 20 range di tensione diversi per una serie di modelli. Questo ovviamente limita la loro capacità di beneficiare delle economie di scala nella produzione, con conseguenti costi elevati del prodotto e quindi dei prezzi per l'utente finale. Gli utenti finali hanno dovuto convivere con queste limitazioni per decenni, ma i nuovi sviluppi della tecnologia di conversione di potenza stanno eliminando alcune di queste restrizioni.

Design a potenza costante

Figura 1: Alimentazione DCS360-80-4

Grazie all'impiego di circuiti di maggiore precisione e di una tecnologia di controllo e misurazione a risoluzione più elevata, gli alimentatori programmabili più avanzati non costringono più l'utente finale a scegliere tra un'ampia gamma di modelli con classificazione puntuale. Al contrario, questi nuovi alimentatori offrono un intervallo di tensione e corrente più ampio, in alcuni casi con un rapporto di tre a uno per entrambi, a un determinato livello di potenza. Un buon esempio è la serie DCS di Adaptive Power Systems di alimentatori CC programmabili a potenza costante. Le gamme di tensione e corrente degli alimentatori DCS non sono definite da un singolo set point di potenza massima in uscita, ma sono disponibili in un'ampia gamma di impostazioni. Ad esempio, il modello DCS360-80 da 10kW offre una gamma di tensione da 0 a 360Vdc e allo stesso tempo una gamma di corrente da 0 a 360Adc, il tutto con una potenza massima di 10kW. Pertanto, può facilmente supportare il requisito originale della sezione 1.0 per 250Vdc @ 40Adc, ma anche un'uscita di 360Vdc a 10.000/360 o 27,78Adc e un requisito di 166,67Vdc @ 60Adc. In questo modo, lo stesso alimentatore CC supporta una gamma molto più ampia di applicazioni.

Questa capacità è illustrata nella Figura 2 qui sotto. L'area grigia mostra l'intervallo operativo di un'alimentazione nominale da 10 kW, che è significativamente inferiore a quello del modello DCS di pari potenza.
Figura 2: Autocampionamento a potenza costante della serie DCS

Risparmio sui costi degli alimentatori CC a potenza costante

Questa maggiore flessibilità può comportare un notevole risparmio sui costi rispetto all'utilizzo di alimentatori CC programmabili "convenzionali". Ciò è particolarmente vero quando si ha a che fare con i moderni EUT elettronici, come i convertitori DC/DC, che spesso supportano ampie capacità di ingresso DC. Per supportare lo sviluppo e il collaudo di tali dispositivi con ampie capacità operative, l'utente finale ha dovuto storicamente sovradimensionare notevolmente la portata dell'alimentatore CC utilizzato per coprire tutte le impostazioni. Questo fa sì che l'alimentatore CC venga utilizzato prevalentemente al di sotto della sua capacità massima a causa della sua mancanza di flessibilità. Per illustrare meglio questo aspetto, utilizzeremo un esempio.

Esempio 1: Test del convertitore CC/CC di Telecom

Figura 3: Convertitore CC/CC da 1600 W
Nel primo esempio, determineremo quali impostazioni sono necessarie per testare tutti gli intervalli di ingresso CC di un tipico convertitore CC/CC per telecomunicazioni. A titolo di esempio, utilizziamo un convertitore Vicor MegaPAC, che presenta sette diversi intervalli di ingresso CC (vedere Figura 3). Le tensioni di ingresso nominali corrispondenti e i valori di test dei limiti basso e alto sono riportati nella Tabella 1.
Tabella 1: Campi di tensione di ingresso del convertitore CC/CC
Il modo più economico per eseguire i test è quello di utilizzare un unico alimentatore CC programmabile in grado di supportare tutte le impostazioni di tensione e corrente di ingresso. Ciò significa che abbiamo bisogno di un alimentatore da 100 Vdc in grado di supportare 160 A di corrente. Ciò è evidenziato dai limiti di prova della linea bassa per le varie gamme nella Tabella 2.
Tabella 2: Tensioni e correnti di prova richieste per intervallo
La maggior parte dei produttori di alimentatori DC programmabili offre un modello da 100Vdc, ma dobbiamo assicurarci di poter ottenere 160Adc a 10Vdc, ovvero al 10% della gamma di tensione dell'alimentatore. Un alimentatore da 15kW offerto da diversi produttori supporta solo 150Adc massimi, quindi dobbiamo scegliere il livello di potenza immediatamente successivo, che in genere è di 20kW. La tabella 3 illustra alcune possibili scelte di alimentatori CC convenzionali a punti.
Tabella 3: Alimentatori da 100 V CC con tensione puntuale disponibili
I grandi alimentatori CC da 20 kW sono costosi e chiaramente sovradimensionati per l'applicazione di prova da 1600 W, ma questo è l'unico modo per utilizzare un unico alimentatore di prova. Se lo confrontiamo con un alimentatore CC a potenza costante, possiamo ridurre la potenza nominale a soli 15 kW, risparmiando circa il 40% sul costo dell'alimentatore e fornendo il doppio della tensione di prova richiesta e 50 A aggiuntivi di corrente CC alla tensione di prova più bassa. Anch'esso sovradimensionato, ma meno costoso. Inoltre, il DCS200-210 occupa la metà dello spazio in rack di questi alimentatori concorrenti. Per un confronto, vedere la Tabella 4.
Tabella 4: Alimentazione CC a potenza costante APS

Esempio 2: Test dell'inverter fotovoltaico

Un altro test tipico richiesto è quello degli inverter fotovoltaici. Piuttosto che utilizzare un pannello solare vero e proprio per fornire la tensione di ingresso CC durante lo sviluppo del test del prodotto, in genere si utilizza un alimentatore CC programmabile per pilotare l'ingresso dell'inverter fotovoltaico. Poiché le condizioni ambientali possono variare notevolmente nel corso di una giornata, gli inverter fotovoltaici sono progettati per funzionare in un ampio intervallo di tensione d'ingresso per adattarsi all'ombreggiatura, all'angolo solare e all'intensità del sole che si muove nel cielo durante il giorno. Pertanto, il test degli inverter fotovoltaici richiede un'ampia gamma di tensioni di prova. Le specifiche dell'inverter FV utilizzato in questo esempio sono riportate nella Tabella 5.
Tabella 5: Specifiche di ingresso CC dell'inverter fotovoltaico
Anche in questo caso, per coprire la tensione massima di ingresso del fotovoltaico di 520Vdc e la corrente massima di ingresso di 50Adc, un alimentatore CC di tipo puntuale dovrebbe avere una potenza nominale di 30kW. Per alcuni esempi di modelli disponibili, vedere la Tabella 6.
Tabella 6: Alimentatori CC da 600 V disponibili con classificazione puntuale
Come si può vedere, sono ancora più grandi e molto costosi. Il DCS750-70, illustrato nella Tabella 7, è invece la soluzione migliore. Non solo la potenza è dimezzata e il costo è inferiore alla metà, ma occupa solo ½ o 1/3 dello spazio necessario nel rack del sistema di test.
Tabella 7: Alimentazione CC a potenza costante APS

Sintesi

Gli alimentatori CC a potenza costante di moderna concezione, come la serie APS DCS, consentono di risparmiare denaro e spazio nelle applicazioni di test. Inoltre, offrono una maggiore flessibilità nei laboratori di ricerca e sviluppo, in quanto lo stesso alimentatore CC può supportare una gamma molto più ampia di combinazioni di tensione e corrente rispetto agli alimentatori CC convenzionali.
Per informazioni tecniche e per una panoramica delle combinazioni di tensione, corrente e potenza disponibili degli alimentatori DCS, consultare la pagina informativa del prodotto all'indirizzo https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ o chiamare il numero verde di Adaptive Power Systems +1 (866) 517-8400.

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Alimentatori CC a potenza costante

Che cos'è la potenza costante e come funziona?

Gli alimentatori programmabili in c.c. sono stati storicamente caratterizzati da una capacità di uscita di potenza nominale in Watt. Il rating puntuale implica che la potenza massima disponibile dell'alimentatore è disponibile solo in un punto di funzionamento. Questo punto di uscita della potenza è quello in cui sia la tensione CC che la corrente CC in uscita sono al massimo delle rispettive gamme disponibili. Ad esempio, un alimentatore da 10kW con un intervallo di tensione da 0 a 250Vdc può fornire una potenza di 10kW solo quando la corrente di carico è di 40Adc. Le implicazioni di questo modo di progettare gli alimentatori CC programmabili per l'utente finale sono due:

1. L'alimentatore scelto deve invariabilmente essere dimensionato in modo più ampio rispetto all'effettivo fabbisogno di potenza dell'unità in prova. Pertanto, il più delle volte l'alimentatore viene utilizzato al di sotto della sua potenza, tensione e/o corrente massima.

2. Una volta selezionata, la gamma di applicazioni in cui l'alimentatore CC può essere utilizzato è limitata sia dalla potenza che dalla tensione. Nell'esempio precedente, l'alimentatore da 250 V CC non può essere utilizzato per applicazioni che richiedono un'uscita superiore a 250 V CC.

A causa di questa classificazione, i produttori di alimentatori programmabili offrono un gran numero di modelli di range di tensione in una data gamma di alimentatori, a volte fino a 20 range di tensione diversi per una serie di modelli. Questo ovviamente limita la loro capacità di beneficiare delle economie di scala nella produzione, con conseguenti costi elevati del prodotto e quindi dei prezzi per l'utente finale. Gli utenti finali hanno dovuto convivere con queste limitazioni per decenni, ma i nuovi sviluppi della tecnologia di conversione di potenza stanno eliminando alcune di queste restrizioni.

Design a potenza costante

Figura 1: Alimentazione DCS360-80-4

Grazie all'impiego di circuiti di maggiore precisione e di una tecnologia di controllo e misurazione a risoluzione più elevata, gli alimentatori programmabili più avanzati non costringono più l'utente finale a scegliere tra un'ampia gamma di modelli con classificazione puntuale. Al contrario, questi nuovi alimentatori offrono un intervallo di tensione e corrente più ampio, in alcuni casi con un rapporto di tre a uno per entrambi, a un determinato livello di potenza. Un buon esempio è la serie DCS di Adaptive Power Systems di alimentatori CC programmabili a potenza costante. Le gamme di tensione e corrente degli alimentatori DCS non sono definite da un singolo set point di potenza massima in uscita, ma sono disponibili in un'ampia gamma di impostazioni. Ad esempio, il modello DCS360-80 da 10kW offre una gamma di tensione da 0 a 360Vdc e allo stesso tempo una gamma di corrente da 0 a 360Adc, il tutto con una potenza massima di 10kW. Pertanto, può facilmente supportare il requisito originale della sezione 1.0 per 250Vdc @ 40Adc, ma anche un'uscita di 360Vdc a 10.000/360 o 27,78Adc e un requisito di 166,67Vdc @ 60Adc. In questo modo, lo stesso alimentatore CC supporta una gamma molto più ampia di applicazioni.

Questa capacità è illustrata nella Figura 2 qui sotto. L'area grigia mostra l'intervallo operativo di un'alimentazione nominale da 10 kW, che è significativamente inferiore a quello del modello DCS di pari potenza.
Figura 2: Autocampionamento a potenza costante della serie DCS

Risparmio sui costi degli alimentatori CC a potenza costante

Questa maggiore flessibilità può comportare un notevole risparmio sui costi rispetto all'utilizzo di alimentatori CC programmabili "convenzionali". Ciò è particolarmente vero quando si ha a che fare con i moderni EUT elettronici, come i convertitori DC/DC, che spesso supportano ampie capacità di ingresso DC. Per supportare lo sviluppo e il collaudo di tali dispositivi con ampie capacità operative, l'utente finale ha dovuto storicamente sovradimensionare notevolmente la portata dell'alimentatore CC utilizzato per coprire tutte le impostazioni. Questo fa sì che l'alimentatore CC venga utilizzato prevalentemente al di sotto della sua capacità massima a causa della sua mancanza di flessibilità. Per illustrare meglio questo aspetto, utilizzeremo un esempio.

Esempio 1: Test del convertitore CC/CC di Telecom

Figura 3: Convertitore CC/CC da 1600 W
Nel primo esempio, determineremo quali impostazioni sono necessarie per testare tutti gli intervalli di ingresso CC di un tipico convertitore CC/CC per telecomunicazioni. A titolo di esempio, utilizziamo un convertitore Vicor MegaPAC, che presenta sette diversi intervalli di ingresso CC (vedere Figura 3). Le tensioni di ingresso nominali corrispondenti e i valori di test dei limiti basso e alto sono riportati nella Tabella 1.
Tabella 1: Campi di tensione di ingresso del convertitore CC/CC
Il modo più economico per eseguire i test è quello di utilizzare un unico alimentatore CC programmabile in grado di supportare tutte le impostazioni di tensione e corrente di ingresso. Ciò significa che abbiamo bisogno di un alimentatore da 100 Vdc in grado di supportare 160 A di corrente. Ciò è evidenziato dai limiti di prova della linea bassa per le varie gamme nella Tabella 2.
Tabella 2: Tensioni e correnti di prova richieste per intervallo
La maggior parte dei produttori di alimentatori DC programmabili offre un modello da 100Vdc, ma dobbiamo assicurarci di poter ottenere 160Adc a 10Vdc, ovvero al 10% della gamma di tensione dell'alimentatore. Un alimentatore da 15kW offerto da diversi produttori supporta solo 150Adc massimi, quindi dobbiamo scegliere il livello di potenza immediatamente successivo, che in genere è di 20kW. La tabella 3 illustra alcune possibili scelte di alimentatori CC convenzionali a punti.
Tabella 3: Alimentatori da 100 V CC con tensione puntuale disponibili
I grandi alimentatori CC da 20 kW sono costosi e chiaramente sovradimensionati per l'applicazione di prova da 1600 W, ma questo è l'unico modo per utilizzare un unico alimentatore di prova. Se lo confrontiamo con un alimentatore CC a potenza costante, possiamo ridurre la potenza nominale a soli 15 kW, risparmiando circa il 40% sul costo dell'alimentatore e fornendo il doppio della tensione di prova richiesta e 50 A aggiuntivi di corrente CC alla tensione di prova più bassa. Anch'esso sovradimensionato, ma meno costoso. Inoltre, il DCS200-210 occupa la metà dello spazio in rack di questi alimentatori concorrenti. Per un confronto, vedere la Tabella 4.
Tabella 4: Alimentazione CC a potenza costante APS

Esempio 2: Test dell'inverter fotovoltaico

Un altro test tipico richiesto è quello degli inverter fotovoltaici. Piuttosto che utilizzare un pannello solare vero e proprio per fornire la tensione di ingresso CC durante lo sviluppo del test del prodotto, in genere si utilizza un alimentatore CC programmabile per pilotare l'ingresso dell'inverter fotovoltaico. Poiché le condizioni ambientali possono variare notevolmente nel corso di una giornata, gli inverter fotovoltaici sono progettati per funzionare in un ampio intervallo di tensione d'ingresso per adattarsi all'ombreggiatura, all'angolo solare e all'intensità del sole che si muove nel cielo durante il giorno. Pertanto, il test degli inverter fotovoltaici richiede un'ampia gamma di tensioni di prova. Le specifiche dell'inverter FV utilizzato in questo esempio sono riportate nella Tabella 5.
Tabella 5: Specifiche di ingresso CC dell'inverter fotovoltaico
Anche in questo caso, per coprire la tensione massima di ingresso del fotovoltaico di 520Vdc e la corrente massima di ingresso di 50Adc, un alimentatore CC di tipo puntuale dovrebbe avere una potenza nominale di 30kW. Per alcuni esempi di modelli disponibili, vedere la Tabella 6.
Tabella 6: Alimentatori CC da 600 V disponibili con classificazione puntuale
Come si può vedere, sono ancora più grandi e molto costosi. Il DCS750-70, illustrato nella Tabella 7, è invece la soluzione migliore. Non solo la potenza è dimezzata e il costo è inferiore alla metà, ma occupa solo ½ o 1/3 dello spazio necessario nel rack del sistema di test.
Tabella 7: Alimentazione CC a potenza costante APS

Sintesi

Gli alimentatori CC a potenza costante di moderna concezione, come la serie APS DCS, consentono di risparmiare denaro e spazio nelle applicazioni di test. Inoltre, offrono una maggiore flessibilità nei laboratori di ricerca e sviluppo, in quanto lo stesso alimentatore CC può supportare una gamma molto più ampia di combinazioni di tensione e corrente rispetto agli alimentatori CC convenzionali.
Per informazioni tecniche e per una panoramica delle combinazioni di tensione, corrente e potenza disponibili degli alimentatori DCS, consultare la pagina informativa del prodotto all'indirizzo https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ o chiamare il numero verde di Adaptive Power Systems +1 (866) 517-8400.

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