Nowości technologiczne

Ankietowani wymienili kilka ich zdaniem najważniejszych nowości technologicznych, mających istotny wpływ na rynek zasilaczy i UPS-ów. Obok postępującej miniaturyzacji układów, efektywniejszych i bardziej funkcjonalnych systemów zarządzania, wśród ważnych nowości technicznych wymieniono systemy automatycznej regulacji napięcia AVR, półprzewodniki SiC oraz coraz bardziej wszechstronne i kompleksowe zabezpieczenia zasilania.

 

Rys. 17. Zmiany w technologii

 

Rys. 18. Czynniki natury politycznej

Automatyczna regulacja napięcia

AVR (Automatic Voltage Regulation) to system automatycznej regulacji napięcia wyjściowego. AVR kontroluje moc wyjściową, mierząc napięcie i porównując je ze stabilnym odniesieniem. Informacja o różnicy jest następnie wykorzystywana do regulacji prądu poprzez jego zwiększanie lub zmniejszanie. Sama technologia znana jest już od wielu lat, jednak z czasem pojawiają się coraz nowsze jej implementacje, oparte na wydajniejszych algorytmach. Automatyczny regulator napięcia (AVR) zapewnia dostarczanie napięcia wyjściowego zgodnego z prądem obciążenia. Pomaga to złagodzić, a nawet wyeliminować szkody, jakie wahania napięcia mogą spowodować w sprzęcie.

Dzięki technologii AVR, zamiast przechodzić na akumulator przy wysokim lub niskim napięciu wejściowym, urządzenie zwiększy lub zmniejszy napięcie do bezpiecznego zakresu roboczego. Osiąga się to poprzez przekierowanie napięcia wejściowego przez wewnętrzny transformator automatycznej regulacji napięcia bez rozładowywania wewnętrznego akumulatora. Pomaga to przedłużyć żywotność akumulatorów i zwiększa zakres działania urządzeń UPS.

 

Rys. 19. Nowości technologiczne wymieniane przez respondentów

Półprzewodniki SiC i poprawa efektywności

Węglik krzemu (Silicon Carbide, SiC) coraz częściej wypiera krzem z energoelektroniki. Ponad dziesięć razy niższa rezystancja w stanie przewodzenia oraz znacznie krótszy czas przełączania umożliwiają pracę na wyższych częstotliwościach i z lepszą sprawnością. SiC zapewnia niską RDS( ON) (drain-source on resistance), czyli całkowitą rezystancję między drenem a źródłem w tranzystorze MOSFET, gdy MOSFET jest "włączony" (ON). Oznacza to m.in. lepsze współczynniki temperaturowe, możliwość pracy w temperaturze 350°C, a także dłuższą żywotność urządzeń.

W energoelektronice najczęściej wykorzystywane elementy wykonane z węgliku krzemu to diody Schottky’ego, tranzystory MOSFET SiC oraz moduły stanowiące połączenie wielu struktur SiC w jedną całość. Dzięki zastąpieniu półprzewodników krzemowych półprzewodnikami z węglika krzemu można aż o 30% ograniczyć masę i rozmiar urządzeń. SiC znajdują swoje zastosowanie m.in. w falownikach do systemów fotowoltaicznych, ładowarkach akumulatorów, konwerterach energii elektrycznej i napędach elektrycznych.

Przeprowadzone przez Power Electronics News testy² pokazują zwiększone możliwości nowej technologii. W badaniu tym obserwacji poddano cztery rodzaje komponentów: klasyczny tranzystor BJT 2N3055, krzemowy MOSFET Si IRF530, IGBT IXYH82N120C3 oraz oparty na węgliku krzemu SiC MOSFET UF3SC065007K4S.

Wyniki uzyskane przez komponent wykonany w technologii SiC są imponujące. Szczególnie wyróżniająca MOSFET SiC jest zaledwie 0,3 W wartość parametru rozpraszania mocy każdego z komponentów podczas pełnej pracy. Wyniki MOSFET SiC w przeprowadzonym teście wyglądają najlepiej, co nie oznacza jednak, że podzespoły te będą idealnym rozwiązaniem w każdym typie urządzenia i do pracy we wszystkich warunkach. Projektanci układów muszą dokładnie przyjrzeć się wszystkim parametrom pracy, uwzględniając zarówno niezawodność, jak i bezpieczeństwo.

Zabezpieczenia zasilania

Jednym z istotnych elementów rozwoju systemów zasilania w przemyśle jest wdrażanie coraz lepiej działających systemów ochrony. Należą do nich m.in. zabezpieczenia przed problemami z jakością działania sieci elektrycznej (przepięciami, skokami lub spadkami napięcia), jak i zabezpieczenia przeciwzwarciowe oraz te, których źródłem jest sam sprzęt. Implementowane obecnie rozwiązania w zakresie zabezpieczeń w sieci elektrycznej to OCP (overcurrent protection) zapewniający ochronę przed przepięciami prądowymi, OVP (overvoltage protection) – zabezpieczające, przed zbyt wysokim napięciem mogącym się pojawić na linii zasilającej oraz UVP (undervoltage protection) – chroniący ciągłość działania podzespołu przed spadkiem napięcia. OCP monitoruje jeden lub więcej obwodów zapobiegając dostarczaniu przez zasilacz większej ilości prądu, niż są w stanie obsłużyć jego obwody. Funkcja zapobiega temperaturowemu zużyciu kabli i złączy zasilacza oraz uszkodzeniom obwodów.

Innymi kategoriami układów ochronnych są zabezpieczenia przeciwzwarciowe SCP (short circuit protection) oraz OTP (overtemperature protection) – ochrona przed przegrzaniem elementów, co powoduje zakłócenia w ich pracy i krótszą żywotność oraz OLP (overload protection). Z kolei funkcja OVP zabezpiecza przed uszkodzeniem zasilacza z powodu przetężenia (w tym zwarć na wyjściu). Zabezpieczenie jest aktywowane wtedy, gdy prąd obciążenia jest większy niż wartość graniczna.

Kompleksowe i pewne zabezpieczenia stanowią jedną z ważniejszych funkcjonalności systemów zasilania w przemyśle. Według opinii naszych ankietowanych implementacja kompleksowych układów zwiększających bezpieczeństwo i ciągłość działania jest jedną z cech, na które klienci zwracają uwagę w pierwszej kolejności.

¹ Research and Markets "Global Industrial Power Supply Market by Type (AC-DC and DC-DC Converter), Output Power (up to 500 W, 500-1000 W, 1000 W-10 kW, 10-75 kW, 75-150 kW), Vertical (Medical & Healthcare, Transportation, Military & Aerospace, Automobile), Region - Forecast to 2027" https://www.researchandmarkets.com/reports/5403039/global-industrial-power-supply-market-by-type-ac

² Power Electronics News "Power Supply Design Notes: Comparing Different Efficiencies of Devices" https://www.powerelectronicsnews.com/powersupply-design-notes-comparing-differentefficiencies- of-devices/