Sursa de alimentare cu energie este partea cea mai importantă dintr-un sistem, indiferent de complexitatea acestuia. Încetarea funcţionării sursei conduce la încetarea activităţii unui sistem, fie prin defectarea sursei, fie prin acţiunea protecţiilor din sursă sau din exterior.
Sursele de alimentare pot semnaliza starea de bună funcţionare (PG-power good) şi au protecţii la: scurtcircuit (SCP), supratensiune (OVP), subtensiune (ULP), supracurent (OCP), depăşirea puterii (OPP / OLP), supratemperatură (OTP), la conectare inversă pe intrare în cazul surselor alimentate la tensiune continuă: convertoare DC/DC, invertoare DC/AC sau la conectarea inversă a unei baterii la ieşirea unui încărcător, la perturbaţii electromagnetice (prin conducţie, radiaţie sau descărcări), la factorii de mediu (temperatură, umiditate, vibraţii, şocuri mecanice). Atenţie! În general, gradul de protecţie este IP20, bornele de conectare fiind expuse, iar carcasele au orificii (3…5 mm) pentru circulaţia aerului de răcire. Surse cu grade de protecţie ridicate (IP65, IP66, IP67) au aplicaţii în alimentarea corpurilor de iluminat stradal cu LED-uri. Cerinţe: izolaţie electrică maximă (tensiune de străpungere) şi limitarea curenţilor de scurgere (leakage) pentru protecţia utilizatorilor, obligatorii în mediul medical; la sursele de alimentare corpuri de iluminat externe (surse LED) se impune rezistenţă la descărcări electrice, iar pentru cele de interior, rezistenţă la porniri/opriri dese şi repetate (minim 10.000 porniri/opriri cu sarcina conectată); sursa trebuie să opereze fără sarcină (NLO) şi să consume putere electrică sub un nivel impus de standarde (ErP, EISA), în starea de aşteptare (standby).
Producătorii de surse standard cu comutaţie, inclusiv MeanWell®, dau specificaţii tehnice pentru surse de alimentare a căror semnificaţie se explică în continuare.
Starea de bună funcţionare (PG – Power Good)
La pornirea sursei, tensiunea e disponibilă la ieşire după 20…50 msec. Pentru a preveni o pornire eronată a sistemului, sursa dă un semnal power good (PG sau PWR OK) care indică că sursa este gata de lucru în regim continuu.
Semnalul PG e important: protecţia la subtensiune (UVP) opreşte funcţionarea sursei dacă tensiunea la ieşire este sub un nivel cert. Dacă protecţia UVP este activă la prima pornire, atunci nu se realizează pornirea, tensiunea fiind sub nivelul de validare a pornirii. După activarea semnalului PG (power good) se validează apariţia tensiunii la ieşire.
Protecţia la scurtcircuit (SCP – Short Circuit Protection)
Protecţia la scurtcircuit este cea mai veche formă de protecţie, fiind uşor de realizat în sursă o limitare activă (un circuit electronic ce utilizează un cuplu de tranzistoare, deoarece o siguranţă fuzibilă are un timp de acţiune mai lung decât cel de distrugere al circuitelor electronice). Această protecţie este cerută pentru a proteja sursa la atingerea accidentală între firelor tensiunii de ieşire şi linia de masă (ground) sau la un scurtcircuit în sarcină.
Protecţia la sub şi supratensiune (UVP şi OVP – Under and Over Voltage Protection)
Protecţia la sub şi supratensiune este realizată de acelaşi circuit care monitorizează tensiunea la ieşire pentru ca aceasta să fie în limite sigure. Protecţia UVP este opţională, dar protecţia OVP o au toate sursele. Nivelul de triggerare al protecţiei este departe de tensiunea nominală. Ex. la +12V acest punct este între 13.4V şi 15.6V pentru OVP, respectiv 8.5V şi 9.5V pentru UVP. Nivelul la care acţionează protecţia OVP poate reprezenta un nivel periculos, la care se distrug componente electronice. Se specifică variaţia nivelului ieşirii ±5% din nivelul nominal, dar protecţia acţionează la 30% din acest nivel. Atenţie! Trebuie respectate nivelele maxime de tensiune admise de consumator, pentru a evita situaţia ca sursa să rămână funcţională, dar consumatorul să se defecteze.
Protecţia crowbar scurtcircuitează ieşirea (uzual cu SCR – Silicon Controlled Rectifier, ex.un tiristor în serie cu o siguranţă ultrarapidă) dacă tensiunea la ieşire depăşeşte un nivel, evitând distrugerea consumatorului. Acest circuit nu asigură revenirea automată la modul normal de operare a sursei după dispariţia supratensiunii.
Protecţia clamp limitează tensiunea la un nivel prestabilit, asigurând un curent mare pe durate scurte (peaks), repetitiv. Se menţine simplu tensiunea în limite nondistructive pentru circuitele alimentate la tensiuni mici (ex.contactele releelor cu sarcini inductive).
Protecţia la supracurent (OCP – Over Current Protection)
Această protecţie este obligatorie. Standardul IEC 60950-1 obligă ca, nici un singur conductor dintr-un echipament de calcul să nu transporte o putere mai mare 240VA (deci maxim 20A la 12V. Protecţia la supracurent se bazează pe un circuit specializat OVP şi pe un senzor de curent (rezistor de putere mare cu rezistenţă foarte mică, numit shunt) pe care se măsoară căderea de tensiune şi se compară cu un nivel fixat de fabricant. Se folosesc diverse limitări ale curentului: (1) curent constant (curentul rămâne constant, în timp ce tensiunea tinde la zero), (2) fold-back (tensiunea tinde spre zero, iar curentul la ieşire se reduce la o valoare mai mică), (3) fold-forward (tensiunea tinde spre zero, în timp ce curentul la ieşire creşte, pentru a compensa inerţia electrică a motoarelor, pompelor sau a sarcinilor capacitive mari), (4) hiccup (la atingerea unei limite a curentului, tensiunea se reduce la zero şi după un scurt timp revine la valoarea normală; aceste încercări on/off dau denumirea hiccup, iar disiparea de putere este minimă), (5) oprirea efectivă a sursei la un curent maxim (current limit shutdown). Sursa revine automat la operare normală după dispariţia cauzei.
Protecţia la depăşirea puterii/la suprasarcină (OPP / OLP – Over Power / Load Protection)
Aceste protecţii (OPP / OLP) au nume diferite, dar se referă la acelaşi lucru. Această protecţie este opţională şi acţionează pentru oprirea sursei dacă se solicită o putere mai mare la consumator, peste un nivel configurat, fiind realizată cu un controler PWM (Pulse Width Modulation). La sursele cu circuit PFC (Power Factor Correction) această protecţie este realizată de controlerul PFC. În ambele cazuri se monitorizează curentul total livrat de sursă şi, la creşterea curentului peste o valoare fixată, acţionează protecţia, oprind sursa de alimentare.
Protecţia la supratemperatură (OTP – Over Temperature Protection)
Această protecţie este opţională. Dacă sursa are această protecţie, la depăşirea inacceptabilă a temperaturii în interior, încetează funcţionarea. Temperatura se măsoară cu un senzor NTC, iar nivelul temperaturii la care va acţiona protecţia se configurează la fabricant. O sursă cu protecţie la supratemperatură poate avea doi senzori de temperatură: unul pentru OTP şi altul pentru controlul vitezei ventilatorului.
Atenţie! Se studiază diagrama temperatură / putere, alegând sursa care poate să debiteze puterea necesară sarcinii, şi la temperatura maximă de lucru.
Încărcătoarele de baterii, cu trepte de încărcare se livrează un senzor de temperatură extern pentru fixarea pe baterie. Curentul de încărcare este controlat în funcţie de temperatura bateriei (scade curentul când creşte temperatura bateriei). Încărcătoarele simple au limitarea curentului corelat cu temperatura unui radiator, a cărui temperatură este proporţională cu nivelul curentului de încărcare. Atenţie! Componentele electronice au caracteristicile dependente de temperatură – şi implicit tensiunea la ieşire are variaţii chiar la sarcină constantă (se specifică coeficientul de temperatură, ex. ±0.03%/°C).
Protecţia prin limitarea curentului absorbit la pornire (inrush current)
Sursa absoarbe un curent foarte mare 20…60A timp scurt (20 msec) la pornire, ce este limitat cu termistoare având coeficient negativ (NTC) şi rezistoare, pentru a evita activarea eronată a siguranţelor din circuitul de alimentare al sursei, dar şi a distrugerii capacitoarelor sau bobinelor de pe intrarea sursei, care au o impedanţă extem de mică. Dezavantajul utilizării termistorului NTC este că trebuie un timp de răcire pentru a-i creşte rezistenţa. Atenţie! repornirea sursei se va face după o pauză de 30…120 secunde.
MeanWell® este unul din liderii din domeniul fabricării de surse de alimentare cu comutaţie (SPS) ce au o varietate de protecţii şi se încadrează în normative şi standarde de siguranţă (UL, TUV) şi de compatibilitate electromagnetică (EMC). www.meanwell.com
Operarea în lipsa sarcinii (NLO –No Load Operation) şi consumul redus în starea “aşteptare”.
Această cerinţă nu este o protecţie precum cele enumerate. Ea arată capabilitatea de a porni şi a lucra corect fără sarcină. Este o cerinţă de proiectare. Consumul propriu al sursei în starea de aşteptare a activării sau în lipsa sarcinii (standby) trebuie să se încadreze în normativele europene ErP step 2 funcţie de tipul şi puterea sursei (obligatoriu pentru adaptoarele AC/DC care stau tot timpul în priză la reţeaua AC).
www.meanwell.com
Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro