Dicas e informações úteis
Qual é a fonte de alimentação de laboratório adequada? Do ponto de funcionamento ao modelo adequado
Imagine um local de desenvolvimento onde hoje se testa um conjunto com 24 V e 35 A, amanhã um segundo com 48 V e 20 A e, mais tarde, um terceiro com 72 V e 15 A. Que fonte de alimentação de laboratório escolheria para isso? Quem introduzir na pesquisa apenas a tensão e a corrente mais elevadas acaba rapidamente por escolher um aparelho maior do que o necessário para estas três tarefas.
Para a seleção, vale, portanto, a pena analisar os diferentes pontos de funcionamento: que tensão e que corrente são efetivamente necessárias em simultâneo? Neste ambiente de teste deliberadamente hipotético, é possível demonstrar como esta questão se traduz numa pré-seleção pertinente. Os valores foram escolhidos aleatoriamente; não correspondem a medições nem a um projeto de um cliente.
Três pontos de funcionamento em vez de dois valores máximos
Os três módulos são alimentados sucessivamente. A potência de corrente contínua necessária para cada um deles pode ser calculada através da fórmula P = U × I:
| Ensaio | Tensão necessária | Corrente necessária | Potência de saída calculada |
|---|---|---|---|
| A | 24 V | 35 A | 840 W |
| B | 48 V | 20 A | 960 W |
| C | 72 V | 15 A | 1.080 W |
A tensão máxima é de 72 V e a corrente máxima é de 35 A. Se a fonte de alimentação fornecesse ambos os valores em simultâneo, teria de fornecer 2 520 W. No entanto, nenhum dos três testes exige este valor máximo. A potência de saída máxima efetivamente necessária é de 1 080 W.
Neste caso, vale a pena comparar com uma fonte de alimentação com seleção automática de gama (autoranging). Esta combina uma ampla gama de tensão e corrente com um limite de potência adicional. Um exemplo da gama da Laborance é o modelo DP85-40-1500HA da DSC-Electronics Germany: oferece 0–85 V e 0–40 A com um máximo de 1,5 kW. Todos os três pontos de funcionamento situam-se dentro destes limites nominais. Assim, este modelo entra na lista de finalistas para a bancada de ensaio; analisaremos em seguida o comportamento sob carga e o equipamento.
O limite de potência continua a ser determinante. A 72 V, 1 500 W dividido por 72 V resulta num limite máximo de corrente, calculado, de cerca de 20,83 A. A 40 A, o limite de tensão correspondente é de 37,5 V. A combinação de 85 V e 40 A não é, portanto, possível com 1,5 kW. A Keysight também explica como se forma essa curva característica de saída, utilizando como exemplo as fontes de alimentação com seleção automática de faixa (autoranging).
Esta abordagem também ajuda noutras tarefas: registe os valores de tensão e corrente correspondentes para o funcionamento nominal, os limites do intervalo e as diferentes cargas. Caso seja necessário alimentar vários módulos em simultâneo, o número de saídas reguláveis de forma independente e a sua relação elétrica entre si também devem ser tidos em conta na escolha.
O que acontece ao ligar o aparelho e sob carga?
Os pontos de funcionamento descrevem a potência necessária, mas ainda não todo o processo de ensaio. Talvez a fonte tenha de carregar uma capacitância de entrada no arranque ou fornecer, momentaneamente, uma corrente mais elevada do que durante o funcionamento posterior. O facto de esta carga durar alguns segundos, ocorrer regularmente ou manter-se durante horas pode ser determinante para a adequação do equipamento. A duração e a repetição fazem, portanto, parte dos requisitos, tal como as condições ambientais e de arrefecimento previstas. Uma reserva de potência genérica não responde a estas questões.
A interação entre a regulação da tensão e da corrente também merece atenção. No modo de tensão constante, ou CV, a fonte de alimentação mantém a tensão definida; a corrente que circula é determinada pela carga, dentro do limite estabelecido. Se a carga necessitar de mais corrente do que o limite permite, uma fonte de alimentação adequadamente concebida passa para o modo de corrente constante (CC) e reduz a tensão. Numa verificação de corrente, pode ser precisamente isso que se pretende. Se, pelo contrário, for necessário que um módulo arranque com a tensão inalterada, é necessário verificar se o processo de arranque previsto funciona com o limite de corrente selecionado.
Por isso, além dos valores nominais, informe-se também sobre o comportamento dinâmico: com que rapidez é que a saída recupera após uma variação de carga e como é que reage a um novo valor de referência? Trata-se de dois parâmetros diferentes. O parâmetro que é importante para a sua aplicação resulta do procedimento de teste.
Que nível de precisão é necessário para o teste?
Um visor com alta resolução é prático durante o ajuste. No entanto, isso por si só não permite determinar se a tensão exibida ou ajustada cumpre os requisitos. A resolução de ajuste, a precisão de ajuste e a precisão de indicação descrevem características diferentes. No caso das percentagens, há ainda que ter em conta a referência a que se referem: o mesmo valor numérico tem um significado diferente quando se refere ao valor medido do que quando se refere à gama de medição total.
O ponto de partida deve ser o desvio admissível do seu ensaio. Daí resultam os requisitos de precisão e estabilidade da fonte e, se for o caso, de equipamento de medição adicional. Na comparação da ondulação residual, as unidades e as condições de medição são importantes: os valores RMS e pico a pico não podem ser facilmente convertidos uns nos outros sem conhecer a forma de onda. A Tektronix fornece uma classificação mais detalhada nas suas explicações sobre as especificações das fontes de alimentação.
O equipamento tem de ser adequado ao local de trabalho
Uma vez definida a pré-seleção elétrica, é possível definir o funcionamento e a integração na estação de ensaio. Dois aparelhos com potência semelhante podem apresentar aqui características distintivas. O DP60-20P-S fornece 0–60 V e 0–20 A a 1,2 kW. De série, dispõe de RS232 e RS485 com Modbus RTU, bem como de um circuito de interbloqueio. A ligação LAN e as E/S analógicas estão disponíveis como opções; o pacote analógico substitui a RS232. A medição remota e o funcionamento paralelo mestre/escravo não fazem parte do equipamento deste modelo específico.
Por outro lado, o DP85-40-1500HA oferece RS232 com SCPI, RS485 com Modbus RTU, sequências de teste armazenadas no próprio aparelho e medição à distância para compensação de perdas na linha até 2 V. O seu disparador de programa externo controla o processo e não constitui um bloqueio de segurança. Para a automatização planeada, vale, portanto, a pena analisar com atenção as funções e os protocolos: um conector, por si só, não indica como o sistema de controlo comunica, nem que função de proteção está presente.
No caso de correntes elevadas, é também necessário ter em conta o percurso desde a saída até ao equipamento em teste. Ocorre uma queda de tensão nos cabos e nos contactos. A medição à distância regista a tensão na carga e pode compensar essas perdas dentro do limite de compensação previsto. No entanto, não substitui nem cabos com capacidade de corrente suficiente nem ligações devidamente executadas.
Se o equipamento em teste puder devolver energia, surge um requisito adicional: o projeto deve ter em conta a corrente de retorno, a tensão de retorno e a energia armazenada. A existência de uma proteção contra corrente de retorno não transforma uma fonte numa carga eletrónica de utilização geral nem comprova a capacidade de absorver energia de forma regenerativa.
Comparar de forma específica com base num requisito claro
Uma tabela de pontos de funcionamento, como a do exemplo, complementada com a duração da carga, o comportamento de ligação e os desvios admissíveis, constitui frequentemente uma boa base para a pré-seleção técnica. A isto acrescentam-se as saídas e interfaces necessárias, o espaço disponível e a ligação à rede. As ampliações planeadas devem ser o mais concretas possível, para que se possa avaliar quais as reservas e funções que terão utilidade posteriormente.
No catálogo da Laborance de fontes de alimentação de laboratório de corrente contínua (CC), pode filtrar a seleção por intervalo de saída e equipamento. Para o modelo selecionado, as especificações técnicas e o manual de instruções correspondente são determinantes. Se pretender discutir connosco os seus pontos de funcionamento e o procedimento de teste, escreva para service@dsc-electronics.de. Ajudamo-lo na escolha do modelo e do equipamento necessário.
