Los sistemas de distribución modernos suelen requerir combinaciones complejas de convertidores de potencia AC/DC y DC/DC aislados y no aislados.Los convertidores de aislamiento se utilizan principalmente para proteger los sistemas y los usuarios en caso de fallas únicas o múltiplesTambién es necesario suministrar energía a subfunciones aisladas para mantener la integridad de la señal.
En principio, el uso de circuitos integrados avanzados puede diseñar fácilmente convertidores de baja a media potencia con una potencia de alrededor de 1000 vatios,y diferentes compensaciones de rendimiento pueden lograrse a través de diferentes arquitecturasSin embargo, en realidad, el desarrollo y la validación de los convertidores están lejos de ser sencillos.incluido el voltaje de salida nominal y la corriente, eficiencia, respuesta transitoria, dimensiones físicas y protección contra fallos para circuitos, cargas y fuentes de alimentación.
Los desafíos de diseño no se limitan a los conocimientos básicos.eficiencia a diferentes niveles de carga, rendimiento de apagado, rendimiento térmico, emisión de interferencias electromagnéticas (EMI) e inmunidad. Estos atributos deberán ser validados por un laboratorio de ensayo certificado,que aumentará significativamente el tiempo de diseñoUn simple plan independiente de investigación y desarrollo puede conducir rápidamente a riesgos extremadamente elevados.Y pronto descubrirá que cuando se trata de elegir entre investigación y desarrollo independiente o externalización, se inclinará rápidamente hacia este último.
Si todavía tiene dudas, puede considerar que el convertidor también debe tener una función de aislamiento eléctrico.algunos convertidores de CC/CC también requieren aislamiento eléctricoEste requisito introduce nuevas regulaciones, normas de seguridad y certificación obligatorias, haciendo que las decisiones de auto-desarrollado y subcontratado más inclinados hacia la compra,independientemente de las especificaciones de alimentación.
La buena noticia es que los convertidores de potencia aislados y no aislados montados en placas de circuito tienen múltiples voltajes y corrientes nominales para elegir.Estos productos simplifican en gran medida el diseño y la implementación de productos en áreas de aplicación como la defensa., comunicación, ensayo y medición (aislados) y robots móviles (no aislados), y pueden combinarse para lograr funciones de distribución de energía.
Este tipo de convertidor realiza plug and play, se puede conectar a la placa de circuito impreso principal (PC board), y la ubicación específica se optimiza para el carril de distribución.este tipo de convertidor no requiere soporte o soporte independienteEn pocas palabras, este tipo de producto puede servir como una solución cerrada y completa de plug and play que logra directamente la funcionalidad de energía.
Conocimientos básicos de aislamiento eléctrico
El aislamiento eléctrico es una barrera eléctrica utilizada para evitar la formación de una vía conductiva ("Ohmic") entre los dos extremos de una señal o vía de energía.Esta barrera todavía debe permitir la transmisión de energía y electricidad a través de otros medios de transmisión.La señal, la fuente de alimentación o ambas deben aislarse, pero depende del diseño.
Para señales, el aislamiento eléctrico puede mejorar la integridad de los sensores, eliminar los bucles de conexión a tierra,o proteger a los usuarios y los circuitos en caso de fallo, impidiendo que la corriente fluya en la trayectoria de la señal.
En cuanto a la fuente de alimentación, el objetivo principal es garantizar la seguridad de los usuarios y prevenir el choque eléctrico causado por el contacto accidental con cables CA o fuentes de alimentación CC de alto voltaje.El aislamiento eléctrico también cumple con el requisito de circuitos "flotantes" utilizados para señales no eléctricas, es decir, no conectado a la tierra del circuito.
En términos generales, el aislamiento eléctrico es un método para determinar la dirección del flujo de corriente basado en la ley de Kirchhoff (KCL).y la función del aislamiento eléctrico es cortar este caminoEn el caso de una posible descarga eléctrica, el transformador de aislamiento en la fuente de alimentación (figura 1,la derecha) cortará la trayectoria completa de la corriente de falla a través del usuario y volverá a tierra (Figura 1, izquierda).
Figura 1: Para evitar la descarga eléctrica, el transformador de aislamiento (derecha) en la fuente de alimentación corta el camino de la corriente de falla que pasa a través del usuario y vuelve a la tierra (izquierda).Aprendizaje luminoso)
En un escenario de choque eléctrico común, cuando la capa de aislamiento se desgasta, el cable de alimentación activado/calentado entrará directamente en contacto con la carcasa metálica del equipo.Incluso si el dispositivo todavía puede funcionar normalmente, si se desconecta la conexión de puesta a tierra (lo cual es una situación común), la corriente de falla fluirá a través del usuario hasta el suelo en lugar de pasar de forma segura a través del cable de puesta a tierra,y el usuario puede sufrir una descarga eléctrica en este momento.
Para controlar este riesgo, la función de aislamiento en la fuente de alimentación cortará el camino de corriente entre la fuente de voltaje original y el equipo.puede evitar la formación de un circuito entre ellos, e incluso si hay una falla de la línea, puede eliminar el riesgo de descarga eléctrica.
Tenga en cuenta que la tensión de riesgo incluye la tensión de la línea CA y la tensión de CC equivalente, como la tensión de un paquete de baterías de varios núcleos.La mayoría de las normas reglamentarias definen el voltaje peligroso como voltaje superior a 60 voltios, dependiendo de la situación real y del tipo de voltaje.
El aislamiento de potencia se logra casi siempre mediante el acoplamiento magnético de transformadores.alta fiabilidad, fácil personalización, y puede cumplir simultáneamente con los requisitos de regulación y circuito.
Razones para elegir numerosas soluciones de alta calidad
Debido al uso de múltiples rieles eléctricos en los sistemas modernos, hay muchas opciones arquitectónicas en la planificación de distribución.cuando ciertas partes del circuito deben aislarse mientras que otras partes no requieren o prohíben el aislamiento, la elección del convertidor de potencia adecuado se vuelve extremadamente difícil.
En algunos casos, los carriles de alta tensión AC/DC o DC/DC no requieren aislamiento, pero el aislamiento debe lograrse más abajo en el enlace de distribución.Las decisiones que los diseñadores deben tomar incluyen:: si se utilizará una sola fuente de alimentación aislada de gran capacidad o múltiples fuentes de alimentación aisladas de pequeña capacidad;Y si solo se deben utilizar fuentes de energía aisladas en los lugares requeridos y fuentes de energía no aisladas en otros lugares (Figura 2).
Figura 2: Una arquitectura de distribución completa a nivel de sistema requiere generalmente una combinación de convertidores de potencia AC/DC y DC/DC aislados y no aislados. (Fuente de imagen: TDK Lambda)
Para satisfacer estas necesidades, TDK Lambda ofrece una variedad de convertidores de potencia AC/DC y DC/DC aislados y no aislados,Proporcionar múltiples opciones de voltaje nominal de entrada/salida y corriente nominalEspecíficamente, incluye:
El convertidor aislado AC/DC: PFE500F-28/T es un convertidor de salida única de 28 voltios/18 amperios (A) utilizado para la entrada de corriente alterna (VAC) de 85 a 265 voltios.Módulo de ladrillo totalmente cerrado de 7 mm con capacidad de aislamiento de entrada y salida de 3000 voltios VAC, adecuado para entornos en los que no es posible la convección o el enfriamiento por aire forzado.
El módulo cerrado no aislado AC/DC: PF1500B-360 también tiene un tamaño de ladrillo completo y puede convertir la entrada de CA en salida regulada de 360 VDC.Es adecuado para sistemas de energía distribuida equipados con convertidores aislados de alta tensión de CC/CC o cargas que requieren una fuente de alimentación de alta tensión. A una tensión de entrada de 170 a 265 VAC, su potencia nominal es de 1512 vatios; A una tensión de entrada de 85 a 265 VAC, la potencia nominal es de 1008 vatios. El factor de potencia de este módulo es 0.98, con una eficiencia de hasta el 96,5%.
Conversor DC/DC aislado: GQA2W024A050V-007-R El convertidor DC/DC aislado es de tamaño compacto, empaquetado en un cuarto de ladrillo y tiene un rendimiento excelente.Puede producir 120 vatios de potencia y tiene un voltaje de aislamiento de entrada y salida de hasta 3000 VDCEl rango de voltaje de entrada de trabajo de este convertidor es de 9 V a 36 V, y puede emitir corriente de 5 V a 24 A. Su embalaje mecánico proporciona varias configuraciones estructurales, como placa inferior,cerrado, y encapsulados (véase la figura 3), que pueden enfriarse por convección y conducción a través de placas de frío externas o disipadores de calor.
Figura 3: El convertidor GQA2W024A050V-007-R ofrece múltiples opciones de configuración de envases, proporcionando a los diseñadores una gran flexibilidad en el diseño general del envasado y el enfriamiento del convertidor.TDK Lambda)
No aislado DC/DC: I6A24014A033V-003-R El convertidor DC/DC no aislado Points of Load (PoL) es ideal para crear rieles de voltaje de salida de alta corriente a partir de fuentes de energía de 12 VDC o 24 VDC.El rango de voltaje de entrada de este convertidor es de 9 V a 40 V, con una corriente de salida de hasta 14 A y un rango de regulación de salida de 3,3 V a 24 V. Está empaquetado en un diseño compacto de ladrillo 1/16.