Nowoczesne systemy zasilające

Cyfryzacja zasilaczy

Cyfryzacja zasilaczy jest bezdyskusyjnym faktem, niemniej jest to proces pod każdym względem ewolucyjny i niekoniecznie dotyczący dzisiaj obwodów konwersji mocy. Cyfrowa jednostka może mieć cyfrowy sterownik bazujący na procesorze DSP lub wydajnym mikrokontrolerze lub też być zrealizowana w wersji klasycznej z procesorem zarządzającym działaniem sterownika.

Najczęściej cyfryzacja zasilaczy dotyczy tego drugiego przypadku. Procesor realizuje wówczas komunikację cyfrową, nadzoruje działanie sterownika, pozwala na ustawienie progów zabezpieczeń, poziomów napięć, zarządza równomiernym podziałem mocy przy połączeniu równoległym, dokonuje kompensacji spadku napięcia na przewodach zasilających itd.

Jaka jest aktualna koniunktura na rynku (I kw. 2019 roku)?

 

Zdaniem blisko połowy ankietowanych specjalistów koniunktura na rynku zasilania w pierwszym kwartale 2019 roku była dobra. Liczba ocen skrajnych na wykresie (bardzo dobra vs. kiepska) też przechyla się wyraźnie w tę lepszą stronę, dzięki czemu całość ilustracji ma pozytywny wydźwięk, nieco lepszy niż dla wielu innych grup produktowych omawianych w naszych zestawieniach. Mimo wielu problemów rynek zasilaczy wydaje się perspektywiczny i wart zaangażowania, bo zasilanie jest niezbędnym elementem każdej aplikacji i wszystkie trendy potwierdzają wzrost znaczenia tej tematyki w przyszłości.

Pełna cyfryzacja zapewnia jeszcze możliwość programowania topologii konwersji mocy, a więc ma większą elastyczność działania. W zasilaczu całkowicie cyfrowym topologia konwersji energii może się zmieniać płynnie w zależności od obciążenia lub napięcia wejściowego, po to, aby zmaksymalizować sprawność przetwarzania lub ograniczyć straty mocy, gdy zasilacz jest nieobciążony.

Rozwiązania cyfrowe pomagają też w realizacji złożonych systemów zasilających, na przykład tzw. dwukierunkowych, czyli takich, które mogą dostarczać energię do obciążenia lub ją pobierać, przesyłając z powrotem do sieci. W takich przypadkach zmiana topologii konwersji energii w locie jest niezbędna.

Mikrokontrolery w systemach zasilania pojawiają się też niejawnie, bo nowe sterowniki mogą mieć je zaszyte w strukturze krzemowej jako wewnętrzną część niedostępną dla użytkownika. Ten przypadek jest bardzo często spotykany w rozwiązaniach ukierunkowanych na zastosowania "komputerowe", a więc z interfejsem PoE, USB-C PD itd.

W obszarze przemysłu, elektroniki konsumenckiej cyfryzacja zasilaczy to cały czas przyszłość, niemniej gdy spojrzymy na tempo zmian w przemyśle elektronicznym, nie wydaje się, aby była ona tak bardzo odległa.

Interfejs komunikacyjny

Coraz więcej jednostek zasilających ma możliwość komunikacji za pomocą interfejsu cyfrowego. Jest to także wymowny znak postępującej cyfryzacji, ale i obraz zmieniających się wymagań klientów.

Interfejs cyfrowy daje możliwość odczytu stanu zasilacza, a więc napięcia wyjściowego i prądu, temperatury, parametrów napięcia sieci energetycznej oraz informacji nt. liczby przepracowanych godzin lub wcześniejszych zdarzeń, takich jak zaniki napięcia lub przeciążenia. Takie informacje mogą być wykorzystane do zarządzania działaniem systemu, planowania obsługi technicznej lub prognozowania awarii.

Struktura sprzedaży zasilaczy w 2018 roku

 

Obroty firm ze sprzedaży zaawansowanych jednostek zasilających są niemożliwe do uchwycenia, bo nikt nie prowadzi takich statystyk sprzedaży z takim podziałem produktów. Stąd wykres ilustruje dane dotyczące wszystkich zasilaczy sprzedawanych przez firmy. Trudno w tym zestawieniu dostrzec jakąś większą prawidłowość, bo poza jednym wyjątkiem wszystkie pola mają podobne wielkości. Zasilacze są produktem popularnym i dostępnym w wielu firmach, także stopień zaangażowania firm w tematyce zasilania (stopień specjalizacji) jest różny. Niemniej zasilacze są produktem, wokół którego daje się budować specjalizację firmy i mogą one stanowić podstawę biznesu.

W drugą stronę interfejs pozwala na ustawianie parametrów, takich jak wartości napięć i prądów oraz progów zadziałania zabezpieczeń. Programować można też działanie korektora spadku napięcia na długich przewodach, który podbija lekko napięcie przy wzroście prądu obciążenia. Interfejs jest też niezbędnym elementem przy łączeniu wielu jednostek w systemy pracujące równolegle lub typu N+1, a więc z redundancją i hot swapem.

Zasilacz z interfejsem cyfrowym staje się obecnie komponentem komunikacyjnym i takim samym elementem jak np. switch sieciowy, bo łącze cyfrowe nierzadko obsługuje standardowy protokół sieciowy jak Modbus, a konstrukcja oprogramowania pozwala na zdalne zarządzanie. Nie tylko chodzi tu o wygodę, ale także o możliwość zapanowania nad złożonymi systemami zasilającymi, gdzie poza siecią energetyczną jest też akumulator lub agregat prądotwórczy, panel fotowoltaiczny itd. Systemy zasilania stają się coraz bardziej złożone i możliwość programowania zasilaczy to w pewnej mierze skutek tych procesów.

Warto zwrócić uwagę jeszcze na ekonomiczne aspekty możliwości programowania parametrów zasilania. Im w szerszym zakresie jest ono możliwe, tym mniej jednostek może mieć producent w ofercie. Mniej typów to niższe koszty magazynowania i większa skala produkcji dla danej jednostki. Nawet jeśli dodanie programowania odbywa się kosztem wzrostu komplikacji układowej, po uwzględnieniu wszystkich korzyści jest to opłacalne dla producentów i klientów. I dlatego rynek zasilania profesjonalnego zmierza w tym kierunku.