A Meanwell okostápegység rendszerei – 2. rész
Cikksorozatunk első részében
egy rendszerszemléletű, intelligens, moduláris áramellátó eszközcsalád bemutatását kezdtük el. Ezt az „okos” rendszervezérlő után ezúttal egy olyan modul ismertetésével folytatjuk, amely önmagában és rendszerelemként tápegység- és töltő üzemmódban is egyaránt használható.
A Meanwell szabadon konfigurálható tápegységrendszerét bemutató sorozatunk bevezetőjében ismertettük az általa megvalósítható rendszer koncepcióját, részletesen bemutattuk a CMU2 intelligens rendszervezérlőt, valamint vázlatosan a Power Management and Energy Recycling Application Demonstration System (teljesítményfelügyelet és energiavisszanyerés) applikációt.
A sorozat második része a demonstrációs applikációban szereplő teljesítményfelügyeleti (Power Management) rendszer energiaforrás-eleme, az NCP-3200 programozható tápegység működési elvét, paramétereit tárja a téma iránt érdeklődő olvasó elé.
Az NCP-3200 „kettő az egyben” tápegységmodul
A Meanwell NCP-3200 digitális tápegység (1. ábra) egyetlen készülékmodulban ötvözi két elődtípusa (a DRP-3200 és a DBR-3200) összes képességét. A funkcióját nem érdemes szűk kategóriahatárok közt keresni, mivel a felhasználó igényétől függően használható DC-tápegységként vagy akkumulátortöltőként. Csak programozás kérdése, hogy a felhasználó melyiket választja ki a készülék speciális rendszerprogramjából.
1. ábra
Az elődök csak kétfajta törpefeszültségű (24 V, 48 V) SELV-kompatibilis kimeneti feszültség előállítására voltak alkalmasak, az NCP-3200 készülékcsalád viszont kapott egy harmadik, csak tápegységfunkcióval rendelkező, 380 V kimeneti feszültségű variánst is, amellyel tovább bővül az ipari felhasználási lehetőségek köre.
Példaként említünk néhány tipikus alkalmazási területet a teljesség igényét mellőzve: könnyű- és nehézipari berendezések, gépek, ipari automatizálás, 5G-kommunikációs bázisállomások, logisztikai robotok töltőállomásai, adatcentrumok szerverei, 48 V-os energiatároló rendszerek. Az új, 380 V-os verzió az amúgy sem rövid listát további – ismét csak nem teljes – felhasználási lehetőségekkel bővíti: centralizált DC-mikrohálózat, kertészeti LED-fényforrások, kisfeszültségű energiatárolók, félvezetőipari gyártóeszközök.
Az NCP-3200 széria vezérelhető üzemi paramétere a programozható kimeneti feszültség (PV) és a programozható kimeneti áram (PC). Ezenkívül a kimenet elektromos tulajdonságai analóg bemeneti csatlakozókon 0...5 V tartományú feszültségjelekkel is beállíthatók.
Az összetett, szabványos, buszvezérelt alkalmazásokban az NCP-3200 széria egységeit összetett alkalmazások esetén érdemes a két, széles körben használt kommunikációs protokoll – az IT-tápegységrendszerekben elterjedt PMbus vagy az általános ipari környezetben jellemző CANbus – használatával rendszerbe illeszteni. Ezeken kívül az NCP-3200-vel a cikksorozat bevezető részében ismertetett Meanwell CMU2 intelligens tápegységvezérlő használatát is érdemes megfontolni.
Az NCP-3200 modulokkal akár 128 kW összteljesítményű tápegység/töltőrendszer építése sem lehetetlen küldetés. A rendszerbe építés nem csak villamos és vezérléstechnikai összekapcsolásból áll, lényeges a rendszerelemeket stabil, szervizelhető és biztonságos mechanikai egységbe foglalni. Erre a célra fejlesztette ki a gyártó a Powernex RA-15U-750 rackszekrényét, amely tíz, egyenként négy tápegységet egybefoglaló DHP-1UT-B(HV) 19” rack-beépítőkeretet képes befogadni – összesen tehát 40 tápegységet mechanikai egységbe foglalva. A rackszekrény fennmaradó 5U magasságú szabad kapacitása pedig a CMU2 kontroller, valamint a teljes rendszer hűtési megoldása számára jelent elhelyezési lehetőséget.
Az ilyen nagy teljesítményű tápegységrendszerek valós felhasználási területe a centralizált energiaközpontok megvalósítása, amelyek egyebek közt a következő alkalmazási területekre jellemzők: nagy energiaigényű, kisfeszültségű vezérlések, hajtások, IT- és telekommunikációs szerverrendszerek, logisztikai robotok akkumulátorainak töltőállomásai, az ipari fűtés, elektrolízis-rendszerek, szennyvízkezelő berendezések, és még sok más iparág, ahol a skálázhatóság és változó igényekhez való gyors adaptáció alapvető elvárás.
Vezérlés buszkommunikációval
Az NCP-3200 széria a következő kommunikációs vezérlésekkel konfigurálható: CANbus, PMBus, valamint SPB-001, amely csak a 24 V/48 V-os modelleknél használható.
A CANbus és a PMBus vezérlési opciók mindegyikére jellemző, hogy képesek kétirányú vezérlési és állapotinformációk továbbítására a rendszervezérlő és a tápegység(ek) között, nevezetesen a kimenőfeszültség és -áram, a belső hőmérséklet, riasztási információk, rendszerbeállítások és – töltő üzemmódban – a töltési görbe módosítása. Az egyes protokollok használatára bemutatunk egy-egy jellemző alkalmazást.
PMBus példa: Digitális Tápegységmenedzsment
A példaként már említett 128 kW összteljesítményű, centralizált rendszertápegység (2. ábra) 40 darab NCP-3200 PMBus-tápegységet tartalmaz, amit a CMU2 intelligens vezérlő felügyel és lát el működési utasításokkal. A PMBus-on keresztül lehetséges a rendszerbe integrált összes eszköz feszültségének, áramának beállítása, monitorozása, hőmérsékletadataik kiolvasása, a különálló egységek vagy a teljes rendszer távoli ki- és bekapcsolása. Ezek a műveletek – értelemszerűen – a rendszert alkotó tápegységek bármelyikével külön is végrehajthatók.
2. ábra
A protokollt kifejezetten digitális tápegységek vezérlésére fejlesztették. A Meanwell tápegységei a PMBus Rev.1.1 követelményeinek felelnek meg, és 100 kbit/s maximális jeltovábbítási sebességgel kommunikálnak. A PMBus interfészen keresztül kiolvashatók a valós idejű működési jellemzők: a be- és kimenőfeszültség, a kimenőáram, a belső hőmérséklet, riasztási jelek, valamint a gyártó- és termékinformációk.
CANbus példa: Ipari logisztikai robotok
Amikor az ipari logisztikai robot visszatér az akár többállásos töltőállomásra (3. ábra), a töltőrendszer felismeri a robotot. Az intelligens vezérlő „tudja”, melyik csatlakozási ponton cserélhet információt a robottal a CANbus-on keresztül, felépíti a kommunikációs csatornát a robot számára az adott helyzetben kijelölhető töltőegységgel. Indítja a töltést, majd folyamatosan frissíti a töltőfeszültség és -áram-paramétereket, végül kikapcsolja a töltési ciklust.
3. ábra
A CANbus szabványt elektromos vezérlőegységek kommunikációjára fejlesztették ki. A CANbus megbízhatósága magasabb, mint a PMBus-é, mert magas az elektromágneses zavarok elleni immunitása, továbbá a protokoll a kommunikáció öntesztelésének képességére is kiterjed.
A PMBus-hoz hasonlóan a CANbus-on keresztül is lehetséges a tápegység vezérlése és felügyelete.
A példaként említett robottöltő rendszerben a robot a beépített akkumulátor típusának és állapotának megfelelően képes egyedileg megváltoztatni a töltési görbét, a konstans töltőáramot és egyéb töltési paramétereket.
A Meanwell tápegységei a CANISO-11898 szabványnak megfelelően kommunikálnak 250 kbit/s maximális adatsebességgel, CAN 2.0B formátumú adatkeretekben.
Az 1. táblázat a két protokoll főbb jellemzőit veti össze.
1. táblázat
Az NCP-3200 24V/48V „kettő az egyben” tápegységek említett mindkét – PMBus-on és CANbus-on kommunikáló – változata egyaránt képes egy harmadik kezelési módszer, az SPB-001 kezelésére. Ez egy önálló programozóeszköz, amivel a rendszerbe másként nem integrált tápegységek töltési görbéjét lehet a követelményeknek megfelelően módosítani egy számítógépes szoftver segítségével (4. ábra).
4. ábra
A beépített 2 vagy 3 lépéses töltési módszer, programozható töltési görbe
Az NCP-3200 24V/48V modellek kétfajta töltési üzemmódban képesek a rájuk kapcsolt akkumulátoregységet energiával ellátni. Fontos, hogy a töltési metódus helyes megválasztásával a rendszerrel töltött akkumulátorok (savas, zselés, agm, lítium) kapacitása és élettartama jelentősen növelhető.
Az NCP-3200 modellek gyári alapbeállításban tápegységként működnek. Amennyiben a töltési képességeiket kívánjuk hasznosítani, akkor a háromféle programozási protokoll közül a nekünk legmegfelelőbb verzióval könnyen átállíthatjuk a készüléket töltőüzemmódba. Hasonlítsuk össze a két- és háromfázisú töltési diagramok tulajdonságait (5. ábra).
5. ábra
A bal oldali diagramon látható töltési módszer egy 48 V rendszerfeszültségű rendszert mutat, amelyben az akkumulátor állandó, 57,6 V feszültségen töltődik. Amikor a töltőáram 5,5 A alá esik, a teljes töltés leáll. A készülék lekapcsolja az áramot az akkumulátor kapcsairól. Ennek a töltési ciklusnak az a gyönge pontja, hogy a feltöltött, terheletlenül tárolt akkumulátor önkisülést szenved, ezért lehetséges, hogy az eredetileg 100%-ra töltött egység az üzemi terhelésre kapcsolás előtt már jelentős energiát veszít. Ennek elkerülésére alkalmas az 5. ábra jobb oldalán bemutatott háromfázisú töltési módszer, amely annyiban különbözik az előző, kétfázisú megoldástól, hogy amikor a töltőáram állandó töltőfeszültségnél eléri a 10% értéket, azaz 5,5 A-t, akkor átkapcsol egy „lebegő” üzemmódba, de a töltő folyamatosan 100% kapacitáson tartja az akkumulátor töltöttségi szintjét, azaz az akkumulátor használatba vétele ennél a maximális töltöttségnél kezdődik, az önkisülés miatti töltésvesztés nélkül.
A cikkben bemutatott NCP-3200 elérhetősége
A cikkben bemutatott NCP-3200 „kettő az egyben” tápegység az Energom Electronic Kft.-nél is elérhető. Az érdeklődők a termékmenedzserrel a
Felhívjuk az olvasó figyelmét sorozatunk folytatására a Magyar Elektronika következő, 2024/3. lapszámában.
Szerző: Gombos Attila – Energom Electronic Kft.
ENERGOM Electronic Kft.
1142 Budapest, Komáromi út 28.
E-mail:
www.energom.hu
