Urządzenia MEAN WELL do systemów zasilania gwarantowanego

W poniższym artykule opisano dostępne rozwiązania wspomnianych na początku problemów przy wykorzystaniu urządzeń marki MEAN WELL. Do wyboru są zarówno moduły/zasilacze buforowe, jak i urządzenia redundancji czy zaawansowane układy wykorzystujące superkondensatory.

Moduł buforowy DR-UPS40

Przy wykorzystaniu modułu DR-UPS40 użytkownik może budować system redundantnego zasilania z wykorzystaniem dodatkowego akumulatora oraz zasilacza, tworząc tym samym system zasilania bezprzerwowego 24–29 V DC. Maksymalna moc takiego systemu sięga 960 W, co jest wartością wystarczającą np. dla systemów telekomunikacyjnych czy teleinformatycznych. Przykładowy schemat takiego rozwiązania przedstawiono na rys. 1.

Zasilacz jest podłączony równolegle z obciążeniem oraz modułem DR-UPS40. W trakcie normalnej pracy jednocześnie dostarcza prąd odbiornikowi i następuje doładowywanie akumulatora. Stan pracy układu sygnalizowany jest za pomocą złączy przekaźnikowych umieszczonych w górnej części modułu, dzięki czemu operator systemu może być natychmiast powiadomiony o przełączeniu zasilania na pracę akumulatorową (battery discharge), rozładowaniu akumulatora poniżej 21,9 V lub jego uszkodzeniu (battery fail) oraz o prawidłowym napięciu (dc bus ok).

Istotną kwestią jest sposób działania samego układu. Akumulator nie może być ładowany jedynie napięciem 24 V, ponieważ jest to wartość zbyt niska, by był w pełni naładowany. W zależności od rodzaju przyjmuje się, że napięcie ładowania powinno wynosić około 27,6–28,8 V, dlatego niezwykle istotne jest podniesienie napięcia wyjściowego na zasilaczu do wspomnianej wcześniej wartości, gdyż sam moduł DR-UPS40 nie ma przetwornicy DC/DC podwyższającej napięcie. Oczywiście jeśli chronione urządzenie musi być zasilane stałym napięciem o wartości dokładnie 24 V DC, wówczas w takiej aplikacji można zastosować dodatkową przetwornicę DC/DC, np. serii RSD czy też DDR.

Zasilacze buforowe

Ważną rolę w systemach zasilających odgrywają również zasilacze buforowe. W tej grupie MEAN WELL ma do zaproponowania kilka serii, m.in. AD / SCP/ PSC / DRC. Pierwszym modelem, o którym warto wspomnieć jest SCP. Zasilacze te przeznaczone są do pracy w systemach monitoringu, kontroli dostępu, systemach alarmowych itp. W połączeniu z zewnętrznym akumulatorem zapewniają nieprzerwane zasilanie przy zastosowanej mocy 35/50/75 W. Podczas normalnej pracy zasilacz ładuje podłączony akumulator, a w przypadku zaniku napięcia sieciowego korzysta ze zgromadzonej w nim energii do zasilenia odbiornika. Dodatkowo urządzenie ma złącze do podłączenia termistora w celu kompensacji napięcia w zależności od temperatury otoczenia oraz złącze przewodowe sygnalizujące zanik napięcia. Seria ta jest najczęściej stosowana w prostych aplikacjach, gdzie nie ma potrzeby bieżącego monitorowania statusu.

Kolejną, nieco bardziej złożoną konstrukcję prezentuje seria AD/ADD. W porównaniu do SCP jest ona dodatkowo wyposażona w zabezpieczenie chroniące akumulator przed nadmiernym rozładowaniem i występuje w wersjach do 155 W. Zarówno
AD/ADD, jak i SCP mogą być montowane na szynie DIN, a ich konstrukcja jest oparta na solidnej metalowej obudowie.

Przykładem kompleksowego rozwiązania, łączącego zasilacz buforowy wraz z dodatkowymi wyjściami monitorującymi, jest seria DRC. Oprócz wyjścia podstawowego (do podłączenia akumulatora) zasilacze mają również wyjście sygnału alarmowego AC OK, informujące o ewentualnym braku napięcia sieciowego AC 230 V oraz wyjście BAT.LOW, aktywowane w przypadku zbyt niskiego napięcia baterii. Dodatkowo wbudowane zabezpieczenia przed rozładowaniem i odwrotnym podłączeniem akumulatora zwiększają bezpieczeństwo całego układu. Modele występują w wersjach o mocy 40 W, 60 W oraz 100 W, zaś napięcia wyjściowe są dostosowane do pracy w systemach 12 V DC oraz 24 V DC.

Moduły redundantne

Jeśli użytkownik ma do dyspozycji dwa niezależne źródła zasilania lub chce uniezależnić działanie systemu od ewentualnej awarii zasilacza, wówczas przy wykorzystaniu modułu DR-RDN20 można jeszcze bardziej zwiększyć niezawodność, stosując redundancję 1+1 (dwóch zasilaczy, spośród których w razie awarii wystarczy jeden, by przejąć pełne obciążenie) lub 1+N (podział pewnej części obciążenia na kilka zespołów oraz zapewnienie tylko jednego zespołu rezerwowego). Schemat układu z dwoma niezależnymi zasilaczami przedstawiono na rys. 2.

Oprócz modułu DR-RDN20 niedawno w ofercie producenta pojawiły się również nowsze propozycje urządzeń – serie DRDN oraz ERDN. Cechą charakterystyczną jest przede wszystkim zastosowanie nowszej technologii bazującej na tranzystorach MOSFET, zamiast zwykłych diod prostowniczych. Dzięki temu uzyskano niższe spadki napięcia między zasilaniem a odbiornikiem, co bezpośrednio przekłada się na mniejsze straty ciepła oraz wyższą wydajność. Kolejną cechą, o której warto wspomnieć jest możliwość pracy w systemach ٥/١٢/٢٤/٤٨ V DC, podczas gdy DR-RDN20 mógł pracować jedynie przy 24 V DC. Urządzenia są przeznaczone do pracy z prądami maksymalnie 40 A (60 A w szczycie przez 5 s), więc maksymalna moc systemu może wynosić aż do 1920 W. Wszystkie moduły mają odpowiednie wyjścia sygnałowe w celu komunikacji z innymi elementami systemu.

Moduły podtrzymania napięcia z zasobnikiem superkondensatorowym

Jedną z nowości w ofercie MEAN WELL są moduły buforowe wykorzystujące superkondensatory. Standardowe zasilacze UPS potrzebują zazwyczaj od kilku do kilkudziesięciu milisekund na przełączenie się na pracę bateryjną. Ponadto nieodłącznym elementem tych urządzeń są akumulatory, które nie lubią pracy w niskich temperaturach. Niektóre przemysłowe systemy UPS większej mocy muszą natomiast stosować dodatkowe wentylatory rozpraszające ciepło, przez co generują dodatkowy hałas. W odpowiedzi na tego typu niedogodności, wraz z rozwojem nowych technologii magazynowania energii, producenci zaczęli budować nowe układy podtrzymania napięcia, bazujące na możliwych do uzyskania zaletach przy zastosowaniu superkondensatorów. Kluczowym aspektem jest brak jakiejkolwiek, nawet milisekundowej przerwy w zachowaniu przepływu prądu ze względu na równoległe połączenie chronionego odbiornika wraz z kondensatorem. Jest to szczególnie istotne w aplikacjach branży telekomunikacyjnej, gdzie zanik napięcia nawet na ułamek sekundy może powodować nieprawidłową transmisję danych. Kolejnym aspektem jest szeroki zakres temperatury pracy takiego urządzenia (od –25 °C do +75 °C), co nie jest możliwe w przypadku tradycyjnych systemów wykorzystujących akumulator. Czas pracy urządzenia w trybie podtrzymania napięcia jest uzależniony od wartości pobieranego prądu – taką charakterystykę przedstawiono na rys. 3.

Moduły DBUF można również łączyć równolegle, wydłużając tym samym czas pracy buforowej.

Inną bardzo przydatną funkcjonalnością urządzenia jest możliwość zdalnego przełączenia na pracę buforową przez podanie sygnału wyzwalającego (jest to szczególnie przydatne w zaawansowanych systemach monitoringu i kontroli, gdzie dodatkowy komputer steruje pracą systemu). Ponadto dostępny jest sygnał gotowości (Ready) oraz wyjście Buffering informujące o przejściu w tryb pracy buforowej. Zasadę działania całego urządzenia przedstawia rys. 4.

Podsumowanie

Portfolio marki MEAN WELL obejmuje szeroką grupę urządzeń wspierających nieprzerwaną pracę systemów automatyki. Każde z wcześniej zaprezentowanych rozwiązań ma indywidualne cechy determinujące ich wykorzystanie w odpowiedniej aplikacji, dlatego niezwykle istotne jest odpowiednie dopasowanie urządzenia, na bazie dokładnej specyfikacji każdego z nich. Firma Elmark Automatyka jako Autoryzowany Dystrybutor urządzeń MEAN WELL zapewnia wsparcie techniczne swoich inżynierów zarówno w zakresie doboru urządzenia, jak i jego późniejszej eksploatacji. 

ELMARK AUTOMATYKA SA
ul. Niemcewicza 76, 05-075 Warszawa-Wesoła
tel. 22 773 79 37, 22 778 99 25
fax 22 773 79 36
e-mail: elmark@elmark.com.pl 
moxa@elmark.com.pl
www.elmark.com.pl, www.moxa.elmark.com.pl

źródło: Automatyka 11/2020