Odpowiednio zaprojektowany układ pozwala na skalowanie mocy wyjściowej, podniesienie napięcia oraz zapewnienie niezawodnej redundancji w trudnych warunkach eksploatacyjnych.
Praca równoległa - zwiększanie natężenia prądu i wyzwania podziału obciążenia
Gdy dana aplikacja wymaga większego natężenia prądu, niż jest w stanie dostarczyć pojedyncza jednostka, a dostępny model spełnia pozostałe wymagania techniczne i napięciowe, właściwym podejściem jest równoległe połączenie zasilaczy. Teoretycznie możliwa jest integracja dowolnej liczby urządzeń, przy czym połączenie dwóch zasilaczy pozwala na bezpośrednie podwojenie dostępnego prądu.
Kluczowym wyzwaniem przy konfiguracji równoległej pozostaje zapewnienie zrównoważonego podziału obciążenia. Główne wyzwanie przy pracy równoległej to zapewnienie, że każdy zasilacz wnosi równy wkład w dostarczany prąd. W przypadku braku symetrii jeden z zasilaczy może przejąć większe obciążenie, co prowadzi do jego przegrzania i przedwczesnej awarii. Przy niskim obciążeniu (poniżej 30% mocy maksymalnej) rozkład prądu jest szczególnie nierówny, co zazwyczaj nie stanowi problemu, natomiast wraz ze wzrostem obciążenia podział staje się bardziej równomierny.
W celu zabezpieczenia układu stosuje się diody szeregowe na wyjściu każdego zasilacza (zwłaszcza przy połączeniu więcej niż dwóch jednostek). Choć podnoszą one poziom ochrony, powodują spadek napięcia; wymagają przy tym doboru na prąd 4-krotnie większy od wyjściowego, napięcie 2-krotnie wyższe oraz ewentualnego zastosowania radiatora. Znacznie skuteczniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie aktywnego obwodu równoważenia obciążenia (load sharing), który równomiernie rozdziela prąd. Mimo że dodaje on złożoności i kosztów oraz bywa podatny na zakłócenia środowiskowe, istotnie zwiększa niezawodność i bezpieczeństwo całego systemu. Wybrane modele zasilaczy posiadają zresztą fabrycznie wbudowaną obsługę pracy równoległej i aktywnego równoważenia prądu.
Redundancja zasilania w aplikacjach o wysokiej dostępności
W sektorach takich jak przemysł motoryzacyjny czy spożywczy nieprzerwana praca i wysoka dostępność zasilania mają charakter krytyczny. W tych zastosowaniach równoległe łączenie zasilaczy wykorzystuje się do tworzenia układów redundantnych.
Najbardziej rozpowszechnioną strukturą jest konfiguracja 1+1, w której pierwszy zasilacz zasila aplikację, a drugi pozostaje w gotowości do przejęcia obciążenia w przypadku awarii pierwszego. W tym celu wykorzystuje się prostą konfigurację z diodami OR oraz ustawienie napięcia wyjściowego drugiego zasilacza na nieco niższym poziomie (np. o 2%).
Przy wyższym zapotrzebowaniu prądowym wdrożenie znajduje konfiguracja n+1 (np. cztery zasilacze 15 A przeznaczone do aplikacji o zapotrzebowaniu 45 A). W razie awarii jednego z modułów, pozostałe jednostki nadal gwarantują wymagane natężenie prądu. Z racji złożoności układu zaleca się stosowanie inteligentnego systemu monitorowania z tranzystorami MOSFET, który generuje niższe straty napięcia oraz raportuje awaryjne stany pracy poprzez sieć przemysłową.
Połączenie szeregowe - uzyskiwanie wyższych napięć wyjściowych
W celu podwyższenia napięcia zasilania stosuje się szeregowe łączenie zasilaczy. Warunkiem koniecznym jest wykorzystanie jednostek pochodzących z tej samej serii, a prąd wyjściowy całego zestawu zostaje ograniczony przez zasilacz o najniższym dopuszczalnym prądzie.
Projektując układ szeregowy, należy bezwzględnie przestrzegać wymogów bezpieczeństwa oraz specyfikacji elektrycznej:
- Normy bezpieczeństwa
Jeśli napięcie przekracza 60 VDC, instalacja przestaje spełniać normy SELV (Safety Extra-Low Voltage). Oznacza to bezwzględną konieczność zastosowania uziemienia oraz fizycznych zabezpieczeń przed dotykiem. - Ochrona przed zwarciem
Wyjście każdego zasilacza należy zabezpieczyć diodami Schottky'ego dobranymi na co najmniej podwójne napięcie i podwójny prąd obciążenia. - Dynamika narastania napięcia
Różnice w czasie uruchamiania poszczególnych urządzeń mogą powodować nieliniowy wzrost napięcia wyjściowego i zjawisko tzw. załamania (kink), co może negatywnie wpływać na wrażliwe odbiorniki.
Kluczowe wytyczne dla inżynierów i projektantów
Prawidłowa realizacja układów szeregowych i równoległych wymaga rygorystycznego przestrzegania dobrych praktyk inżynieryjnych:
- stosowanie wyłącznie zasilaczy z tej samej serii i modelu oraz pełna weryfikacja ich wymagań elektrycznych, mechanicznych i środowiskowych;
- zapobieganie przeciążeniom poprzez dobór urządzeń z obsługą dzielenia obciążenia lub wdrożenie aktywnych układów równoważących;
- precyzyjny dobór diod zabezpieczających oraz zapewnienie odpowiedniego przekroju i symetrycznej długości przewodów z uwzględnieniem spadków napięcia;
- uwzględnienie zjawisk kompatybilności elektromagnetycznej (EMC), prądów upływu i rozruchowych oraz poziomu tętnień i szumów.
W przypadku jakichkolwiek wątpliwości co do możliwości bezpiecznego zastosowania konkretnego modelu zasilacza w konfiguracji szeregowej lub równoległej zaleca się bezpośrednią konsultację z producentem bądź dostawcą sprzętu.
Źródło: Amtek
Więcej na amtek.pl
