Nowoczesne systemy zasilające

Zasilanie gwarantowane w wersji "mniejszej"

Pojęcie "zasilanie gwarantowane" odnosi się w uproszczeniu do systemów, w których zanik głównego napięcia sieci energetycznej nie prowadzi do wyłączenia systemu. Zwykle takie zasilanie jest realizowane za pomocą zasilacza UPS, który jest specjalizowaną przetwornicą z akumulatorem, zdolną do podtrzymania napięcia sieci.

Drugie popularne rozwiązanie to zasilacz napięcia stałego, który ma na wyjściu dodany akumulator podtrzymujący stałe napięcie wyjściowe. Jest to zasilacz buforowy, który typowo dostarcza 12 V napięcia stałego i współpracuje z kwasowo-ołowiowym akumulatorem żelowym.

Jakie znaczenie dla biznesu firmy mają zasilacze?

Znaczenie zasilaczy w biznesie firm, czyli innymi słowy stopień specjalizacji w tematyce zasilania, jest ogólnie dość duże. Dla prawie co drugiej firmy jest to produkt istotny dla biznesu, dla co trzeciej - bardzo ważny. Zasilanie jest częścią każdej aplikacji i wraz z rozwijającą się elektroniką urządzeń tych potrzeba coraz więcej. Rynek zasilania szybko rośnie, tak samo jak wymagania klientów co do parametrów, funkcjonalności i jakości. Dla wielu firm handlowych jest to znak, że można wokół zasilaczy budować główny pion biznesowy. Poza firmami handlowymi w kraju działa kilku producentów takich urządzeń.

W ostatnim okresie na rynku pojawiają się zasilacze, których funkcjonalność znajduje się pomiędzy tymi UPS-ami i zasilaczami buforowymi. Pozwalają one dołączyć akumulator i stworzyć w razie potrzeby podtrzymanie napięcia wyjściowego. Inne rozwiązania zasilaczy tego typu zawierają superkondensatory zapewniające podtrzymanie zasilania, dzięki czemu mają dużą trwałość i pracują w szerszym zakresie temperatur.

Takie specjalistyczne zasilanie gwarantowane zyskuje na popularności, bo z jednej strony rośnie liczba urządzeń wymagających podtrzymania zasilania (np. elementy infrastruktury teleinformatycznej, takie jak switche lub modemy), a z drugiej strony moc pobierana przez takie urządzenia jest coraz mniejsza. Nierzadko też wymagany czas podtrzymania zasilania nie musi być długi.

Klasyczne UPS-y stają się tym samym dla nich "za duże". W takich sytuacjach akumulatory w zasilaczu buforowym zastępuje się dzisiaj superkondensatorami i to wystarcza. Konstrukcyjnie niewiele się zmienia, bo 10-12 superkondensatorów o pojemności mniej więcej 400 F zajmuje tyle miejsca co akumulator 12 V o pojemności 5 Ah.

Czas podtrzymania jest zwykle znacznie krótszy, ale tę niedogodność rekompensuje szeroki zakres temperatur pracy, niewielki ciężar, brak konieczności wymiany okresowej akumulatorów (a więc jest pełna bezobsługowość). Cena takich rozwiązań jest wyższa, ale w aspekcie długoterminowym inwestycja w takie rozwiązanie ma sens, tym bardziej że akumulator zdolny do pracy w szerokim zakresie temperatur też wcale nie jest tani. Zasilacze z superkondensatorami to propozycja głównie do zastosowań w przemyśle i aplikacji instalowanych na zewnątrz budynków.

Tadeusz Drozdek

inżynier sprzedaży w firmie Amtek

Jakie zjawiska techniczne w zasilaczach warto wymienić?

Choć zasilacze to dziedzina już mocno dojrzała, o ponad 50-letniej historii, to ich rozwój nie zwalnia. W sensie ilościowym zmiany dotyczą miniaturyzacji, poprawy sprawności i zmniejszenia poboru energii, minimalizacji emisji i zwiększenia odporności EMC, usprawnienia odprowadzania ciepła oraz poprawy niezawodności i czasu życia, zwiększenia odporności na warunki takie jak wahania napięcia sieciowego, wysoka czy niska temperatura, wilgotność, wstrząsy i wibracje.

Osiąga się to poprzez zastosowanie nowoczesnych podzespołów - choćby półprzewodników opartych na węgliku krzemu czy azotku galu albo nowych materiałów magnetycznych, przez rozwiązania układowe, takie jak cyfrowa topologia regulacji czy innowacyjne układy korekcji współczynnika mocy, a także przez różnego rodzaju zabiegi konstrukcyjne, jak np. optymalizacja projektu płytki zasilacza zorientowana na lepsze rozpraszanie ciepła.

Zmiany jakościowe to przede wszystkim coraz bogatsze wyposażenie funkcjonalne zasilaczy, w tym kompleksowe układy zabezpieczeń, sygnalizacja stanów awaryjnych i sterowanie. Najbardziej zaawansowane jednostki, wyposażone w interfejsy cyfrowe, pozwalają nie tylko na wszechstronne monitorowanie aktualnego stanu czy sterowanie włączaniem/wyłączaniem, ale również ustawienie i odczyt wielu parametrów pracy, takich jak napięcie, prąd wyjściowy czy progi zadziałania zabezpieczeń. Niektóre umożliwiają rejestrację stanów awaryjnych i rzeczywistego czasu pracy, a nawet predykcję pozostałego czasu życia.

Na koniec warto wyróżnić cechy wymuszane nowymi aplikacjami i nowymi wymaganiami obowiązujących norm. Należą do nich coraz bardziej wyrafinowane układy korekcji współczynnika mocy, zdolność do krótkotrwałego dostarczenia dużego prądu potrzebnego do rozruchu coraz powszechniejszych obciążeń indukcyjnych, takich jak silniki, czy do absorbcji prądu wspomagającej ich hamowanie, łącznie ze zwrotem odbieranej energii do sieci. Są to również rozwiązania coraz większych zasilaczy z cichym i bezawaryjnym chłodzeniem pasywnym oraz małe zakłócenia, prądy upływu i wzmocniona izolacja galwaniczna, wymagane przez aplikacje medyczne.

Gdzie kieruje się rozwój tego biznesu (aplikacje, obszary rynku, branże)?

Głównym czynnikiem rozwojowym jest coraz szersze zastosowanie zaawansowanej elektroniki oraz nowe trendy w dziedzinach takich jak, transport, medycyna czy produkcja przemysłowa, gdzie coraz bardziej wyrafinowane systemy testowania i pomiarów, sterowania i napędu zastępują dotychczasowe rozwiązania elektromechaniczne czy pneumatyczne.

Tu, obok podstawowego wymogu stabilnego i niezawodnego zasilania elektroniki, można wymienić coraz większe potrzeby odnośnie do testowania i ładowania akumulatorów czy napędu różnego rodzaju silników i siłowników, coraz ostrzejsze wymagania norm bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej, a także stałe dążenie do minimalizacji zużycia energii.

Co się liczy w zasilaczach u klientów?

Naturalnym podejściem jest chęć uzyskania jak najwięcej za jak najniższą cenę. Dlatego w pierwszym podejściu niemal wszystkie nowości i udogodnienia oferowane przez bardziej złożone systemy zasilające są pożądane.

Niemniej bardziej zaawansowane rozwiązania zwykle muszą kosztować więcej, co nie zawsze jest do zaakceptowania, i często na koniec okazuje się, że klienci są gotowi na daleko idące kompromisy, byleby tylko zapłacić mniej. Nie ma w tym nic złego, jeśli wybory takie są dokonywane świadomie i zastosowany system zasilania spełnia niezbędne wymagania techniczne i niezawodnościowe - czyli jest z tej samej półki co urządzenie, w którym został zastosowany.