Notas de aplicación sobre una solución sin ventilador: UHP-1000
INTRODUCCIÓN
La serie UHP-1000 de MEAN WELL ha sido diseñada para proporcionar una solución sin ventilador. El exclusivo diseño sin ventilador resuelve los problemas de ingreso de polvo, lo que reduce de manera efectiva la frecuencia de mantenimiento del equipo y los costos generales, y al mismo tiempo hace que el UHP-1000 sea perfectamente adecuado para equipos de interior con requisitos de funcionamiento silencioso. Sus completas funcionalidades son ampliamente utilizadas en diversas aplicaciones, algunas de las cuales se detallan en profundidad, a continuación, como ejemplos de aplicación.
El control adaptativo y las opciones flexibles de disipación de calor del UHP-1000 lo convierten en una solución adecuada para una amplia gama de aplicaciones, desde aplicaciones industriales de voltaje constante hasta sistemas de carga. El diseño semi encapsulado convierte a la UHP-1000 en una fuente de alimentación sin ventilador fuerte y delgada resistente a las vibraciones y la entrada de polvo, además de una vida útil considerablemente prolongada. Comprende certificaciones internacionales para IEC/EN/UL 62368-1, y el cumplimiento de EN61558-1 y seguridad doméstica EN60335-1 están disponibles a pedido. También es capaz de operar a gran altitud de 5000 m bajo un amplio rango de temperatura de trabajo de -30 o C a +70 o C y con entrada de red de AC universal. El rango de voltaje de salida incluido de 12 V, 24 V, 36 V y 48 V de UHP-1000 lo hace adaptable a varios sistemas.
Salida programable:
Junto con la señal DC OK, el control ON-OFF remoto y una salida auxiliar de 12 V, el UHP-1000 también incluye funciones de voltaje programable (PV) y corriente programable (PC), lo que permite un amplio rango de voltaje de salida, con control fijo o dinámico para adaptarse a la mayoría de las aplicaciones. Por ejemplo, una cámara de control térmico podría detectar la temperatura y ajustar el voltaje de salida de la fuente de alimentación para controlar el elemento calefactor en consecuencia. La corriente programable puede ser útil para aplicaciones de carga o control de LED.
Como se muestra en la Figura 2 a continuación, el voltaje de salida del UHP-1000 se puede ajustar con una señal externa de DC de 2,5 V a 6 V, lo que permite un ajuste adicional del 50 % al 120 % del voltaje de salida nominal. Cuando se usa el control PV, la corriente de salida máxima se adapta automáticamente teniendo en cuenta el voltaje de salida establecido para evitar la sobrecarga o el sobrecalentamiento.
El modo PC puede limitar la corriente hasta un 20 % de la corriente de salida nominal (Figura 3). Muchas aplicaciones, como motores o cargas capacitivas, crean altas corrientes de arranque. El control por PC es particularmente útil para limitar esta corriente de irrupción a un determinado valor de corriente constante determinado por el usuario. El control de corriente programable también es adecuado para otras aplicaciones que requieren una operación de corriente constante, como iluminación LED para ajuste de brillo o sistemas de carga.
Es posible una combinación de controles tanto fotovoltaicos como de PC, lo que hace que el UHP-1000 sea muy flexible y adecuado para aplicaciones de carga (consulte el ejemplo de aplicación 1), así como para aplicaciones con altas corrientes de arranque (consulte el ejemplo de aplicación 2).
Vibración y choques:
la estructura semiencapsulada asociada con la carcasa de aluminio de UHP-1000 da como resultado un diseño mecánico fuerte y confiable capaz de soportar vibraciones 5G que satisfacen la alta demanda en términos de resistencia a golpes y vibraciones en la industria automotriz.
Consideraciones térmicas y guía de diseño:
La carcasa de aluminio en sí ha sido especialmente concebida para disipar de manera eficiente el calor generado, evitando la necesidad de utilizar ventiladores integrados. Esto aumenta considerablemente la vida útil y la confiabilidad de UHP-1000, al tiempo que lo hace adecuado para aplicaciones sensibles al ruido audible y entornos propensos al polvo. La gestión térmica optimizada permite lograr un diseño de bajo perfil de 41 mm junto con una alta densidad de potencia. Su factor de forma delgado permite su uso para aplicaciones con espacio disponible limitado.
Para aprovechar al máximo el potencial de UHP-1000, se debe prestar especial atención al método de enfriamiento. Hay muchas opciones disponibles, lo que hace que UHP-1000 se integre perfectamente en sistemas ya existentes:
1. Refrigeración por convección:
El enfriamiento por convección es la forma más conveniente de disipar el calor generado durante la operación de la fuente de alimentación. No requiere ventilador, por lo que no hay emisión de ruido audible ni ingreso forzado de polvo dentro de la fuente de alimentación. Esta solución es viable para cargas con un consumo inferior al 60-70% de la potencia nominal. Para permitir el flujo de aire natural fuera de la unidad, debe respetarse una distancia libre de 10 cm por encima. Para una mayor demanda de energía, el enfriamiento por aire forzado y el enfriamiento por conducción son más adecuados.2.
2. Refrigeración por aire forzado:
Si surge la necesidad de una mayor potencia, la refrigeración por aire forzado es una opción. Agregar un ventilador externo al costado del UHP-1000 permitirá una mejor disipación del calor. A continuación se muestra una instalación sugerida:
Esta solución puede aprovechar un ventilador ya existente en su instalación, siempre que proporcione suficiente flujo de aire para mantener la unidad a una temperatura comprendida dentro de su rango de funcionamiento.
3. Refrigeración por conducción:
Este método de enfriamiento está particularmente adaptado a situaciones con alta demanda de energía y cuando no se desea el uso de un ventilador. El UHP-1000 debe estar unido a una gran masa de metal que pueda ayudar a la unidad a absorber y disipar el calor. Hay muchas opciones disponibles, entre las cuales se muestra aquí un diseño de referencia que utiliza una placa de aluminio:
El método de enfriamiento por conducción puede ser muy conveniente si el UHP-1000 se puede montar directamente en un chasis de metal, siempre que la superficie sea lisa y tenga una capa fina de grasa térmica.
Verificación del diseño térmico:
No importa cuál sea la solución seleccionada, aquí hay una manera simple de verificar que el método de enfriamiento elegido se adapte:
La medición de la temperatura de la carcasa (en el punto Tc, que se muestra a continuación) después de algunas horas de funcionamiento es un buen indicador de la fiabilidad del diseño de refrigeración: siempre que la temperatura no se acerque a 80-90oC, el diseño térmico es válido.
Otro factor importante a tener en cuenta es la temperatura ambiente. Para todos los métodos de refrigeración, si la temperatura ambiente alcanza los 40-50
o C, el usuario debe limitar la potencia extraída de UHP-1000 de acuerdo con las curvas de reducción. Si es necesario, se recomienda actualizar a productos de mayor potencia para garantizar la confiabilidad del sistema.
Ejemplos de aplicació
1. Aplicaciones de Carga:
la versatilidad de UHP-1000 permite su uso para muchas aplicaciones de carga: desde baterías de plomo-ácido hasta bancos de supercondensadores, UHP-1000 puede adaptarse de manera eficiente y confiable a cada situación.
Batería de plomo-ácido:
a continuación se muestran las clasificaciones de una batería de plomo-ácido de 12 V/200 Ah como ejemplo.
-Operación de carga de voltaje constante: el nivel de voltaje de carga constante debe establecerse en 14,4 V con la ayuda del potenciómetro integrado o con control PV.
-Operación de corriente constante: según las especificaciones de la batería, la corriente de carga máxima es de 60A. Por lo tanto, el control de la PC debe establecerse en 60 A aplicando un voltaje externo de 4,5 V a los pines de la PC.
-Operación flotante: el voltaje de carga debe reducirse a 13,6 V aquí. Esto se puede hacer ajustando el potenciómetro SVR integrado o aplicando un voltaje externo de 5,6 V a los pines PV.
Bancos de supercondensadores:
Con respecto a los bancos de supercondensadores, se debe prestar atención a la capacidad máxima del banco. Si la capacidad del banco excede estos valores, la fuente de alimentación entrará en el modo de protección de bajo voltaje debido al bajo voltaje impuesto al comienzo del proceso por el banco descargado y se apagará después de 3 segundos.
Nota 1: Valores dados para una carga de corriente constante del 110% de la corriente nominal de salida, con el banco de capacitores conectado directamente al UHP-1000, sin dispositivo limitador de corriente.
2. Elemento calefactor:
La cantidad de calor generado por el elemento calefactor puede controlarse convenientemente usando la función PV. De hecho, la potencia disipada por un elemento resistivo es P=V²/R, por lo que el voltaje de salida está directamente relacionado con la cantidad de calor producido. Esto puede ser particularmente útil cuando el sistema necesita diferentes etapas de calentamiento, con diferentes temperaturas. Además, la mayoría de los elementos calefactores tienen la característica de presentar una resistencia extremadamente baja en el arranque, lo que conducirá a una alta corriente de irrupción. UHP-1000 fija automáticamente la corriente de entrada al 105-120 % de la corriente de salida nominal siempre que dure menos de 3 s. De lo contrario, la unidad entrará en el modo de protección contra sobrecarga y se apagará después de 3 segundos.
