Diseño de Etapas de Potencia ante Interrupciones y conmutaciones de la tensión de entrada

Autor: Antonio Hsieh, Ingeniero de aplicaciones de P-DUKE

Traducción: Departamento de Marketing de Electrónica OLFER

Una fuente de alimentación no solo alimenta una carga única. La conexión a varios subsistemas y varias cargas es común. Cuando se aumenta una de las cargas o se aplica el dispositivo, el voltaje del bus cae correctamente debido al aumento repentino de la corriente. Especialmente para cargas como motores, la caída de tensión es más obvia. En general, los convertidores CC-CC actuales pueden hacer frente a la desviación de entrada de la caída de voltaje. Pero si ocurre una situación de interrupción del suministro, todos los dispositivos conectados se apagarán inmediatamente.

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Según la norma EN 50155  (Aplicaciones ferroviarias – Material rodante – Equipos electrónicos), describe dos condiciones, interrupción del suministro y conmutación, en las que la tensión de entrada cae a cero durante 10ms-30ms. La interrupción de la entrada en la fuente de alimentación hará que cualquier convertidor CC/CC deje de funcionar temporalmente, incluso durante un breve período de 10 ms a 30 ms, y todas las cargas conectadas perderán sus funciones.

Después, el equipo deberá reiniciarse en varios segundos o minutos. El proceso de apagado y reinicio puede ser peligroso para un tren en movimiento. Por lo tanto, también hay regulaciones claras en la EN 50155 que nos dicen que la interrupción del suministro y la conmutación de S2, S3 y C1 deben cumplir con el criterio A; C2 debe cumplir con el criterio B. (El criterio A significa que mientras ocurre la condición, el dispositivo aún mantiene su función. El criterio B significa que se permite la degradación temporal del rendimiento). Para evitar problemas causados ​​por la interrupción y el cambio de suministro, se deben instalar condensadores adicionales en la entrada para proporcionar energía durante las interrupciones.

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Fig. 1: Interrupción del suministro y conmutación

Potencia de salida real

Nos basamos en la potencia de salida real y la eficiencia de conversión, la tensión de entrada y el umbral de bloqueo de bajo voltaje para calcular la capacitancia requerida de la función hold-up. La capacitancia puede marcar un factor de 1,5 o tomar un margen adecuado para evitar fallos en la función hold-up debido a la tolerancia de las piezas. Los capacitores electrolíticos de aluminio son conocidos como uno de los componentes vulnerables.

Con respecto al entorno hostil de la aplicación ferroviaria, se recomienda utilizar condensadores electrolíticos con especificaciones de temperatura de funcionamiento de 125°C y larga duración, y elegir un fabricante de confianza. La gran capacitancia de los condensadores hold-up causará relativamente un alto pico de arranque en el momento en que se aplique la energía. Se debe evitar conectar directamente al bus de alimentación. Se recomienda el uso de una resistencia de potencia y un diodo en paralelo para limitar y reducir ese pico de arranque.

Otro desafío es que la especificación de tensión del condensador se basa en los diferentes sistemas de baterías ferroviarias (24, 36, 48, 72, 96 y 110Vcc) multiplicando el coeficiente de tensión por 1,4 para tener un margen apropiado. Debido a que los diferentes países aplican diferentes voltajes en el sistema, se deben requerir diferentes modelos de convertidores y condensadores de CC/CC. Lleva mucho tiempo diseñar diferentes cuadros de alimentación y dejar muchos modelos, diferentes módulos y condensadores de CC-CC en el inventario.

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Fig. 2: Solución ideal para aplicaciones ferroviarias

El fabricante P-DUKE y Electrónica OLFER presentaron en el mercado las series QAE y HAE con rango de entrada Ultra-Amplio. Se trata de las QAE40/60/100U y las HAE150/200U, que proporcionan una potencia de salida desde 40W a 200W, y la tensión de entrada de 14-160Vcc (12Vcc a 100ms/185Vcc a 1s) cubriendo todos los voltajes estándar de las aplicaciones ferroviarias.

Estas series tienen multiples proteccioness (OCP, SCP, UVP, OVP, OTP, etc.) y cuentan con las certificaciones IEC/UL/EN 62368-1, EN50155, EN45545-2. La función hold-up mejorada de la serie HAE-U proporciona una tensión de carga aumentada a través del pin BUS. Esto reduce la capacitancia hold-up requerida para voltajes de entrada inferiores a 80V.

La función hold-up mejorada de la serie QAE-U está patentada y proporciona una tensión de carga fija que permite un condensador con los mismos valores de capacitancia y tensión nominal para los diferentes voltajes de suministro. Estos convertidores ofrecen una solución única y completa cumpliendo con los requisitos de cualquier país, ahorrando tiempo y costes en la fase de desarrollo.

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Series QAE y HAE: Convetidores CC/CC con entrada Ultra-Amplia para aplicaciones ferroviarias e industriales