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Ejemplos de aplicaciones con picos de potencia

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Segunda parte del artículo técnico escrito por Gary Bocock, Director Técnico de la compañía especializada XP Power sobre la forma de seleccionar una fuente de alimentación y ejemplos de aplicaciones con picos de potencia.

En general, cuanta más diferencia existe entre la potencia dada con ventilación forzada y la de convección, más pequeña es la capacidad de picos de carga. Un beneficio para el diseñador del equipo es que este tipo de fuentes de aliemntación dan dos potencias (forzada/convección), identifican los componentes clave y sus valores de temperatura de trabajo para asegurar una operación segura y fiable cuando se instale en sus equipos. Esta información se puede utilizar para garantizar que la fuente permanecerá segura y fiable en una aplicación con picos de carga, monitorizando la temperatura de estos componentes clave en el momento de la fase de desarrollo del equipo.

La especificación también suele indicar el tiempo de vida esperado en base a las temperaturas de los condensadores electrolíticos, que permiten la confirmación de la idoneidad de la fuente en función de los requisitos del sistema.

Cuando se selecciona una fuente de alimentación para una aplicación con picos de carga, si nos basamos en la potencia dada con ventilación forzada y por convección, el parámetro clave es la potencia máxima requerida, que no debe exceder la potencia dada con ventilación forzada, pero también hay que comprobar la duración máxima del pico, el ciclo de trabajo, y la potencia consumida por la carga cuando no hay condiciones de pico, para asegurar que no se superen los valores por convección de la fuente de alimentación.

Ejemplos de aplicaciones con picos de potencia

El siguiente ejemplo se basa en una fuente en formato abierto (open frame), con una potencia de 250 W con ventilación forzada, y una potencia de 180 W por convección, es el modelo GCS250 de XP Power.

ejemplos de aplicaciones con picos de potencia
Figura 1 Potencia de pico en el tiempo

Operando sin ventilación forzada, donde el sistema requiera una carga de pico de 250 W de 10 segundos por cada 40 segundos o un ciclo de trabajo del 25%. Este requisito de pico de carga (Ppk) define la máxima potencia durante el régimen de trabajo sin picos de carga, y así la potencia media no superará la potencia dada por convección.

En este caso, la máxima potencia disponible cuando no haya condiciones de pico (Po) será de 156 W, con tal de que no se supere la potencia dada por convección (Pav) (Ver la figura 1)

Formula sobre el ciclo de trabajoUtilizando la misma fórmula (figura 2), si el ciclo de trabajo se reduce un 15%, o 10 segundos cada 67 segundos, entonces la potencia sin condiciones de pico (Po) se puede aumentar hasta los 168 W sin superar la potencia por convección media de 180 W. (figura 3)

Figura 3 Potencia de pico en el tiempo
Figura 3 Potencia de pico en el tiempo

Los cálculos muestran que estas condiciones de funcionamiento no excedan las especificaciones de la fuente de alimentación. De todas formas, como hemos comentado anteriormente, hay que considerar también las temperaturas de los componentes clave de la fuente, cuando se instale en el equipo final para garantizar un funcionamiento seguro y fiable durante la vida útil diseñada para esos equipos.

Figura 4 Diagrama de la fuente
Figura 4 Diagrama de la fuente

Los siguientes diagramas muestran la temperatura máxima de los componentes para la fuente mencionada, para asegurar que se cumplen los requisitos de seguridad, fiabilidad, y la vida útil prevista de la fuente en función de la temperatura media de trabajo de los condensadores durante la vida útil de los equipos.

Con el fin de garantizar un funcionamiento seguro de la fuente de alimentación en el equipo final, no se deben superar las temperaturas de los componentes que aparecen en el listado de la figura 5. La temperatura podría monitorizarse utilizando termopares de tipo K, colocados en la parte más caliente del componente (fuera del flujo de aire directo). Ver detalles mecánicos para la ubicación de estos componentes en la figura 4.

Figura 5 Tabla de medidas de temperaturas
Figura 5 Tabla de medidas de temperaturas
Figura 6 Temperaturas máximas del componente C23
Figura 6 Temperaturas máximas del componente C23
Figura 7 Temperaturas máximas del componente C6
Figura 7 Temperaturas máximas del componente C6

 

Conclusiones ante los ejemplos de aplicaciones con picos de potencia

Al seleccionar y evaluar fuentes de alimentación como la que hemos mencionado del fabricante XP Power, con datos térmicos fácilmente disponibles, en lugar de elegir una fuente que consiga de forma continua toda la potencia de pico que se pide en un período corto de tiempo, da como resultado elegir una fuente más económica, más pequeña, y de menor volumen, sin comprometer el rendimiento, la fiabilidad y la vida útil del equipo final.

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