ÍNDICE DE CONTEÚDO
Os projetos tradicionais de fontes de alimentação AC/DC tinham limitações na otimização devido ao controle analógico e à modulação por largura de pulso (PWM) básica em uma frequência fixa. Isso frequentemente resultava em maiores tensões nos componentes em faixas extremas de operação.
As folhas de dados muitas vezes mostravam desempenho reduzido em baixas tensões de entrada, com capacidade de ajuste limitada em torno de ±10%. Recursos avançados, como saída ajustável para 0V e saída de corrente constante precisa, eram encontrados principalmente em fontes de laboratório caras, que sacrificavam tamanho e eficiência.
Desafios no Ajuste e Desempenho das Fontes de Alimentação Tradicionais
A resposta do circuito de controle, as reações de sobrecarga, os limiares de detecção de falhas e os níveis de sinal de controle e monitoramento eram fixos, obrigando os usuários a lidar com limitações, concessões e a usar diferentes fontes de alimentação para diversos produtos. Atualizações e mudanças em produtos estabelecidos eram restringidas pelas capacidades das fontes de alimentação. Mesmo um ajuste de tensão menor poderia exigir um redesenho significativo do sistema de alimentação.
Certas aplicações, como cargas de corrente constante em LEDs dimerizáveis ou tensões de saída programáveis para processos como eletrólise, necessitavam de fontes de alimentação variáveis. Projetos personalizados frequentemente eram a solução cara nesses casos.
Os clientes não deveriam ser restringidos pelas limitações das fontes de alimentação na realização de seus objetivos finais de produto. Os fabricantes de fontes de alimentação buscavam versatilidade, mas as limitações tecnológicas do passado levaram a concessões em preço, tamanho ou eficiência. Com a atual ênfase em alta densidade de potência, essas concessões agora podem ser vistas como inaceitáveis.
Conversão de Potência “Digital” e a Conversão Verdadeiramente Digital
Inicialmente, as fontes de alimentação digitais prometiam energia flexível e controlada por software, mas as primeiras versões eram limitadas por interfaces digitais com a eletrônica tradicional e controladores analógicos. Avanços recentes no projeto e na tecnologia de semicondutores melhoraram a eficiência e a densidade de potência, resolvendo problemas relacionados a variações de linha e carga. Por exemplo, o estágio de “PFC sem ponte de totem-pole”, utilizando semicondutores de banda larga, alcança mais de 99% de eficiência de pico, eliminando gargalos de derating. Os estágios modernos de conversores isolados, como o “ponte completa com deslocamento de fase,” fornecem amplas faixas de saída, alta eficiência e controle de corrente constante preciso para um produto mais versátil (Figura 1).
Capacitando Usuários de Fontes de Alimentação
Na Figura 1, você vê uma configuração moderna de AC/DC com alta eficiência, utilizando controle digital verdadeiro através de um estágio PFC sem ponte, conversor full-bridge com mudança de fase, retificação síncrona de saída e interruptores de banda larga.
Para alcançar o desempenho ideal, esses métodos exigem um controle complexo, viabilizado pelo controle digital verdadeiro. Controladores econômicos como a linha Arm® Cortex® usam algoritmos de software para acionar todos os interruptores, permitindo ajustes dinâmicos de parâmetros como frequência, fases do PFC e tensão de saída para melhorar a eficiência e a resposta.
As configurações de conversão modernas também suportam operação bidirecional, tornando viável a configuração sem alterações de hardware. Isso é útil para aplicações como carregamento de veículos elétricos e retorno de energia para a rede.
Configuração Simplificada com Controle Digital e Comunicação
O controle digital simplifica a configuração dos níveis de tensão e corrente de saída, além das características de monitoramento e controle. Um barramento de comunicação serial (tipicamente I2C com protocolo PMBus, ou opcionalmente RS232, RS485, CANopen, MODBUS ou SCPI) facilita a configuração através de uma interface gráfica fornecida pelo fabricante. Os usuários podem experimentar configurações e solicitar configurações pré-instaladas do fabricante. Com o controlador adequado, a funcionalidade pode até ser alterada dinamicamente durante o uso.
Entradas de controle analógico, como programação linear de 0V a 5V para tensão ou corrente de saída, são geralmente opcionais para os usuários que necessitam delas (Figura 2).
Estudo de Caso: Controle Digital em Ação
Em um exemplo do mundo real, um fabricante de equipamentos de síntese eletroquímica enfrentou desafios com sua fonte de alimentação (PSU) existente, que não era compatível com suprimentos globais devido a problemas de redução de desempenho em baixas tensões AC nominais. Além disso, a PSU tinha funcionalidade e controle limitados, exigindo hardware externo caro e modificações na PSU.
O modelo HPA1K50 da XP Power é uma fonte de alimentação de 1.500W baseada em uma plataforma DSP. Ela opera de forma fluida em tensão monofásica de 90–264VAC e é adequada para qualquer mercado. Seu controle digital elimina a necessidade de circuitos adicionais e modificações na PSU, e possui características críticas como desligamento seguro em caso de falha de sinal. As configurações, verificadas pelo usuário através da interface gráfica fornecida, são configuradas pela XP Power antes do envio. O cliente conseguiu aproveitar o valor adicional do barramento I2C da PSU ao interfacear com um computador de placa única do tamanho de um cartão de crédito. Isso, por sua vez, forneceu um gateway para a rede de nuvem do usuário e permitiu o monitoramento global do desempenho da linha de potência do produto final a partir de um centro de controle na Europa.
Soluções de potência programáveis como a HPA1K50 oferecem aprovações de segurança para ITE e equipamentos médicos em todo o mundo, alta densidade de potência e saídas nominais configuráveis. Produtos semelhantes com tecnologia DSP, como as séries HPL5K0 e HPT5K0, atendem a diversas aplicações com controle digital, recursos de monitoramento e taxas de variação de saída rápidas.
Conclusão
A era da potência definida por software chegou, com produtos AC/DC permitindo que os usuários controlem e otimizem a tensão de saída, a corrente e a funcionalidade sem esforço. Os usuários podem atualizar ou reprogramar esses produtos para novas aplicações utilizando o software e a interface gráfica fornecidos pelo fabricante, mantendo o controle total sem comprometer o custo e a eficiência.
Artigo publicado por Shravan Govindaraj Gerente de Marketing de Produto da XP Power no blog da Mouser Electronics: True Digital Power: Putting the Power Supply User in Control
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
