¿Qué fuente de alimentación de laboratorio es la adecuada? Del punto de funcionamiento al modelo adecuado

Imagínese un puesto de desarrollo en el que hoy se prueba un módulo de 24 V y 35 A, mañana otro de 48 V y 20 A y, más adelante, un tercero de 72 V y 15 A. ¿Qué fuente de alimentación de laboratorio elegiría para ello? Quien se limite a introducir en la búsqueda solo la tensión y la intensidad máximas, acabará rápidamente eligiendo un equipo más grande de lo que requieren estas tres tareas.

Por eso, a la hora de elegir, conviene fijarse en cada uno de los puntos de funcionamiento: ¿qué tensión y qué corriente se necesitan realmente al mismo tiempo? En este banco de pruebas, deliberadamente hipotético, se puede mostrar cómo esta pregunta da lugar a una preselección acertada. Los valores se han elegido libremente; no se refieren ni a mediciones ni a ningún proyecto de un cliente.

Tres puntos de funcionamiento en lugar de dos valores máximos

Los tres módulos se alimentan sucesivamente. La potencia de corriente continua que necesita cada uno de ellos se puede calcular mediante la fórmula P = U × I:

La tensión máxima es de 72 V y la intensidad máxima, de 35 A. Si la fuente de alimentación proporcionara ambos valores a la vez, tendría que suministrar 2.520 W. Sin embargo, ninguna de las tres pruebas exige este parámetro. La potencia de salida máxima realmente necesaria es de 1.080 W.

En este caso, merece la pena compararlo con una fuente de alimentación con rango automático. Esta combina un amplio rango de tensión y corriente con un límite de potencia adicional. Un ejemplo de la gama de Laborance es el modelo DP85-40-1500HA de DSC-Electronics Germany: ofrece 0-85 V y 0-40 A con un máximo de 1,5 kW. Los tres puntos de funcionamiento se encuentran dentro de estos límites nominales. Esto lo convierte en uno de los principales candidatos para el banco de pruebas; a continuación, analizaremos su comportamiento bajo carga y su equipamiento.

El límite de potencia sigue siendo determinante. A 72 V, 1.500 W dividido entre 72 V da como resultado un límite máximo teórico de corriente de unos 20,83 A. A 40 A, el límite de tensión correspondiente es de 37,5 V. Por lo tanto, la combinación de 85 V y 40 A no es posible con 1,5 kW. Keysight también explica cómo se genera dicha curva característica de salida utilizando fuentes de alimentación con selección automática de rango.

Esta consideración también resulta útil para otras tareas: anote los valores de tensión y corriente correspondientes para el funcionamiento nominal, los límites de rango y las diferentes cargas. Si se deben alimentar varios módulos al mismo tiempo, también hay que tener en cuenta a la hora de elegir el número de salidas regulables de forma independiente y su relación eléctrica entre sí.

¿Qué ocurre al encenderlo y bajo carga?

Los puntos de funcionamiento describen la potencia requerida, pero no todo el proceso de ensayo. Es posible que, al arrancar, la fuente tenga que cargar una capacidad de entrada o suministrar momentáneamente una corriente mayor que la que se requiere durante el funcionamiento posterior. El hecho de que esta carga dure unos segundos, se repita periódicamente o se mantenga durante horas puede ser decisivo para determinar la idoneidad. Por lo tanto, la duración y la repetición forman parte de los requisitos, al igual que las condiciones ambientales y de refrigeración previstas. Una reserva de potencia general no responde a estas preguntas.

También merece atención la interacción entre la regulación de tensión y la de corriente. En el modo de tensión constante (CV, por sus siglas en inglés), la fuente de alimentación mantiene la tensión ajustada; la corriente que circula viene determinada por la carga dentro del límite establecido. Si la carga necesita más corriente de la que permite el límite, una fuente de alimentación diseñada para ello pasa al modo de corriente constante (CC) y reduce la tensión. En una prueba de corriente, esto puede ser precisamente lo deseado. Sin embargo, si se pretende que un módulo arranque con una tensión constante, hay que comprobar si el proceso de arranque previsto funciona con el límite de corriente seleccionado.

Por lo tanto, además de los valores nominales, pregunte también por el comportamiento dinámico: ¿con qué rapidez se recupera la salida tras un cambio de carga y cómo reacciona ante un nuevo valor de consigna? Se trata de dos parámetros distintos. El procedimiento de prueba determinará cuál de ellos es importante para su aplicación.

¿Qué grado de precisión requiere la prueba?

Una indicación de alta resolución resulta cómoda a la hora de realizar el ajuste. Sin embargo, esto por sí solo no permite determinar si la tensión indicada o ajustada cumple los requisitos. La resolución de ajuste, la precisión de ajuste y la precisión de indicación describen características diferentes. En el caso de los valores porcentuales, hay que tener en cuenta además a qué se refieren: el mismo valor numérico significa algo distinto si se refiere al valor medido que si se refiere al rango de medición completo.

El punto de partida debe ser la desviación admisible de su ensayo. De ahí se derivan los requisitos de precisión y estabilidad de la fuente y, en su caso, de la tecnología de medición adicional. A la hora de comparar la ondulación residual, hay que tener en cuenta las unidades y las condiciones de medición: los valores RMS y de pico a pico no se pueden convertir fácilmente unos a otros sin conocer la forma de la señal. Tektronix ofrece una explicación más detallada en sus notas sobre las especificaciones de las fuentes de alimentación.

El equipamiento debe adaptarse al puesto de trabajo

Una vez realizada la preselección eléctrica, se puede definir el funcionamiento y la integración en el banco de pruebas. Dos dispositivos con una potencia similar pueden tener aquí características clave claramente diferentes. El DP60-20P-S proporciona 0-60 V y 0-20 A a 1,2 kW. De serie, cuenta con interfaces RS232 y RS485 con Modbus RTU, así como un bucle de enclavamiento. La conexión LAN y las E/S analógicas están disponibles como opciones; el paquete analógico sustituye a la interfaz RS232. La medición remota y el funcionamiento en paralelo maestro/esclavo no forman parte del equipamiento de este modelo concreto.

Por su parte, el DP85-40-1500HA ofrece RS232 con SCPI, RS485 con Modbus RTU, secuencias de prueba almacenadas en el dispositivo y medición a distancia para compensar las pérdidas en la línea de hasta 2 V. Su disparador de programa externo controla el proceso y no es un enclavamiento de seguridad. Por lo tanto, para la automatización prevista, merece la pena examinar detenidamente las funciones y los protocolos: un conector por sí solo no indica ni cómo se comunica el sistema de control ni qué función de protección está presente.

Además, en el caso de corrientes elevadas, hay que tener en cuenta el trayecto desde la salida hasta el equipo sometido a prueba. Se producen caídas de tensión en los cables y los contactos. La medición a distancia registra la tensión en la carga y puede compensar dichas pérdidas dentro del límite de compensación previsto. Sin embargo, no sustituye ni a los cables con capacidad de carga suficiente ni a las conexiones adecuadamente diseñadas.

Si el equipo sometido a ensayo puede devolver energía, se añade un requisito más: el diseño debe tener en cuenta la corriente de retorno, la tensión de retorno y la energía almacenada. Una protección contra la corriente de retorno ya existente no convierte a una fuente en una carga electrónica de uso arbitrario ni implica una absorción de energía regenerativa.

Comparar de forma específica con un requisito claro

Una tabla de puntos de funcionamiento como la del ejemplo, complementada con la duración de la carga, el comportamiento de encendido y las desviaciones admisibles, suele constituir ya una buena base para la preselección técnica. A ello hay que añadir las salidas e interfaces necesarias, el espacio disponible y la conexión a la red eléctrica. Las ampliaciones previstas deben ser lo más concretas posible, para que se pueda evaluar qué reservas y funciones resultarán útiles más adelante.

En el catálogo de Laborance de fuentes de alimentación de laboratorio de corriente continua (CC), puede filtrar la selección por rango de salida y equipamiento. Para el modelo seleccionado, serán determinantes las especificaciones técnicas y el manual de instrucciones correspondiente. Si desea comentar con nosotros sus condiciones de funcionamiento y el procedimiento de prueba, escriba a service@dsc-electronics.de. Le ayudaremos a elegir el modelo y el equipamiento necesario.