Skip to main content

IT2700 többcsatornás tápegységrendszer: moduláris, flexibilis, professzionális

Megjelent: 2024. június 18.

Energom bevezető kép logovalAmikor egy mérőautomata vagy tesztállomás tömbvázlatának első változatát veti papírra a tervező, sokszor csak ennyit ír egy blokkra: tápegység. A tervezés előrehaladtával azonban ez a blokk „elbonyolódik” – amikor kiderül: hány, milyen specifikációjú, időzítésű és más üzemi paraméterektől függően működtetett tápfeszültségre, műterhelésre van szükség –, és számolni kell a tartós üzemeltetési költség, a termikus és zajterhelés, valamint a méret problémáival is. A bonyolult kérdésre ad egyszerű választ az ITECH IT2700 rendszere.

 

Ipari vagy laboratóriumi környezetben ma már rendszeresnek számít, hogy a vizsgált rendszert akár tíznél is több, szigorúan specifikált tápfeszültséggel kell ellátni, azokat előírt idősorrend szerint be- és kikapcsolni, a marginális vizsgálatok érdekében a megengedett üzemi feszültségtartomány határai között változtatni. Ezeket az egyre bonyolódó feladatokat még egy „soha vissza nem térő”, ad hoc mérési összeállításban sem lehet „innen-onnan kölcsönkért” tápegységek alkalmilag „összemadzagolt” sokaságával megoldani úgy, hogy az reprodukálható és validálható legyen, és garantálja a – sokszor igen értékes, esetleg egyetlen példányban létező – tesztelt berendezés épségét is. Az ilyen problémákra nincs kész célműszer, de – mint azt az alábbiakban be is mutatjuk – létezhet olyan moduláris, sokfunkciós, programozható rendszermegoldás, aminek elemeiből akár összetett tápellátási feladatokra alkalmas rendszer is építhető.

 

Az IT2700 többcsatornás tápegységrendszer

Az IT2700 többcsatornás, moduláris felépítésű tápegység-típuscsalád legfontosabb jellemzője a rendkívül magas teljesítménysűrűsége, azaz a teljesítményéhez viszonyított kis mérete. Az 1U-méretű 19"-es rendszerkeret legfeljebb nyolc, egyenként 200 W, vagy négy 500 W kimenőteljesítményű tápegységmodult képes befo­gadni. A keretbe helyezett, különféle rendeltetésű modulokból egymással összehangoltan működő csoportok alakíthatók ki.
Az eszközcsalád számos modulja funkcionális szempontból három típusba sorolható: a legegyszerűbb az, amit minden további megkülönböztető jelző nélkül szokás DC-tápegységnek nevezni. A másik a kétirányú (bidirekcionális) típus, amely – aktív terhelés esetén – fordított irányú terhelőáram felvételére is alkalmas. Ilyenkor a terhelőáramkör „visszatáplál” a tápegységbe, amely így egy műterhelés szerepét játssza. A harmadik típus is képes terhelésként, gyakorlatilag egy passzív terhelőellenállásként viselkedni. Ez felvetheti a kérdést: miért kell egy „olcsó” terhelőellenállást „drága” elektronikus áramkörrel helyettesíteni. A válasz az, hogy a passzív terhelőellenállás – ha az üzemeltetés költségeit is számításba vesszük – minden, csak nem olcsó. Ipari léptékben akár kW nagyságrendű elektromos teljesítményt kell – akár tartósan is – hővé alakítani, amit költséges, és önmagában is energiaigényes aktív hűtéssel kell valamilyen úton a környezetbe juttatni. Az elektronikus műterhelés azonban – azonkívül, hogy elektromos paramétereit tekintve egy passzív, ohmos ellenállást szimulál –, az általa felvett villamos teljesítmény túlnyomó részét „újrahasznosítja”, azaz visszatáplálja a rendszert tápláló váltakozóáramú hálózatba. Ez pedig ipari méreteknél már „szabad szemmel” is észrevéteti magát az alacsonyabb energiaszámlán, nem beszélve arról, hogy a veszteségi hő kezelésére nem kell drága hűtőrendszert kiépíteni és üzemeltetni. (Itt jegyezzük meg, hogy a tápegységmodulok képesek áramgenerátorként [CC – Constant Current], feszültséggenerátorként [CV – Constant Voltage], passzív ellenállásként [CR – Constant Resistance] és teljesítménykorlátozott [CP – Constant Power] üzemmódú működésre is.)
A háromféle modultípus egyetlen rack-kereten belül egymással szabadon kombinálható, ráadásul az azonos típusúak egymással sorosan vagy párhuzamosan is kapcsolhatók.
A modulok működésének vezérlését, szinkronizálását és összehangolását többféle kommunikációs interfész támogatja: beépített LAN, USB, CAN, egyszerű paralel digitális be- és kimenet közül választhat a felhasználó, a kezelőfelületet pedig árban foglalt PC-szoftver valósítja meg.

 

Elrendezési változatok

A rendszerépítés és a kezeléstechnika különféle szempontjainak ad teret, hogy a rendszerelemek kétféle kivitelben rendelhetők.
Az egyik (IT2703) elektromos csatlakozórendszere teljes egészében a modulok hátoldalán kapott helyet, a berendezés előoldalán egy kijelző és egy USB-csatlakozó érhető el (1. ábra). Ez az elrendezés legfeljebb hat modul befogadására alkalmas. Ez lényegében a tápegységrendszer „asztali” kivitele. Ennek megfelelően a modulokba nincs is beépítve a rackrendszerekre jellemző hordozófogantyú-pár, de a felhasználó az igényeinek változását követve utólag is megrendelheti.

 

IT2700 többcsatornás tápegységrendszer 1 asztali kivitelű IT2703 egység

1. ábra Az asztali kivitelű IT2703 egység


A másik (IT2702) verzió már az „igazi”, 1U magasságú rack-keretek képét mutatja (2. ábra). Ezen a DC-csatlakozók foglalják el az előlapot, a hátoldalon csak a kommunikációs csatlakozók találhatók a modul váltakozóáramú betáplálásának csatlakozójával együtt.

 

IT2700 többcsatornás tápegységrendszer 2 IT2702 1Urack kivitel

2. ábra Az IT2702 1U rack-kivitel

 

A modulrendszer felépítése

Az IT2700-sorozatú keretekbe számos modul szabad kombinációját telepítheti a felhasználó, akinek azonban nem kell visszarettennie „a bőség zavara” élményétől; a rendszer jól áttekinthető.
Az első osztályozási szempont a modul alapvető funkcionális viselkedése:

  • IT271xx – DC-tápegységmodul
  • IT273xx – Kétirányú DC-tápegység vagy DC-műterhelés
  • IT275xx – Energia-visszatáplálásra képes DC műterhelés

Ezek mindegyike kétféle teljesítményvariációban rendelhető: egy egységet elfoglaló 200 W-os, vagy a két egységnyi 500 W-os verzióban. Mindezen eszközök háromféle: 30, 60 és 150 V-os feszültségváltozatban rendelhetők. A modulválaszték még egyszer megkétszereződik, mivel hagyományos rack-kerethez vagy a kijelzővel rendelkező asztali változathoz használható modulok mechanikai kivitele is eltérő: az utóbbiakat a rendelési szám végére illesztett R betű különbözteti meg.
A rendszer terhelhetőségét kétféle határadat korlátozza: 1U-egységenként a kimeneti áram legfeljebb 120 A, illetve a maximális kimeneti teljesítmény 2 kW lehet (a kettő közül értelemszerűen a kisebb értéket kell figyelembe venni).

 

Néhány sajátos alkalmazási lehetőség

A tápegységrendszerek üzemeltetése közben az alkalmazási körülmények változatossága miatt számtalan kihívással szembesülhet a fejlesztő-üzemeltető-karbantartó szakember. Ezek közül mutatunk be néhányat annak reményében, hogy az olvasó számos hasonlósággal találkozhat saját feladatainak megoldása közben.

„Méretkorlátos” rendszer
Amikor egy gyártósoron a terméket üzemi vagy kalibrációs tesztek alá kell vetni, a szükséges tápellátás méretezése, telepítése, programozása, rendszerintegrációja és üzemeltetése sokszor komoly mérnöki feladat, és a megoldáshoz jelentős anyagi ráfordításokra is szükség lehet.
A gyártósorokon rendszeresen előfordul, hogy nagy mennyiségű műszert kell kis helyen elhelyezni, és ezek sok táp- és kommunikációs kábel rendezett és áttekinthető elhelyezését igénylik. A megoldáshoz az IT2700-rendszeren alapuló többkimenetű fejlett tesztberendezés (Advanced Test Equipment – ATE) a következőkkel tud hozzájárulni:

  • Szabadon konfigurálható moduláris rendszer.
  • 1U magas keret, amelybe különböző funkcionális modulok (DC táp­egység, kétirányú tápegység, visszatermelő terhelés) telepíthetők.
  • A kimenetek sorosan és párhuzamosan is köthetők a felhasználási igények szerint. Minden kimenethez saját állapot-visszajelző (háromszínű RGB LED) tartozik.
  • Az egyfázisú AC-hálózati bemenet a keret hátoldalán található, amely az összes beépített modult egymaga látja el energiával. Ez egyszerűsíti a hálózatba kötést, nem szükséges elosztórendszert telepíteni, ellentétben például egy nyolc önálló tápegységből összeállított „ad hoc” rendszerrel.
  • Egyetlen tápellátó szekrényben akár 240 modul (3. ábra) is elhelyezhető. A gyártó az ilyen nagy modulszámú rendszerek menedzseléséhez az ingyenesen elérhető PC-alkalmazás használatát javasolja, amely megkönnyíti a programozást és üzemeltetést.
  • Amennyiben egy különálló egységekből álló nyolccsatornás tápellátó rendszert az ITECH IT2702 keretébe épített modulokkal valósítunk meg, 85%-nál is több hely takarítható meg.

 

IT2700 többcsatornás tápegységrendszer 3 nagy kiépítésű tápegységrendszer

3. ábra Nagy kiépítésű tápegységrendszer

 

Rendszerintegráció
Amikor egy készülék (szervertápegység), összetett elektronikus áramköri egység (pl. PC-alaplap, AI-gyorsítókártya) fejlesztéséhez szükséges egy többcsatornás tápegységrendszer felépítése, a laborkörnyezetben sokszor nehézkes és körülményes elhelyezni 6-8 különálló tápegységből álló energiaforrás-tömböt úgy, hogy azt a fejlesztők könnyen átláthassák és üzemeltethessék.
Az IT2073 tápegységkeret saját kijelzővel (4. ábra) rendelkezik, a modulválaszték bármelyikét és azok bármilyen kombinációját képes vezérelni, legfeljebb 6 db, egységnyi szélességű, 200 W-os modul vagy 3 db duplaszélességű, 500 W-os modulból álló rendszeren belül. Az IT2703 keret előlapján a következő funkciók érhetők el: hálózati főkapcsoló, USB-port, HD-felbontású színes kijelző, menügombok, és beállító forgatógomb. A színes HD-kijelzőn akár egy, három, vagy az összes beépített modul üzemi jellemzői tekinthetők át.

 

IT2700 többcsatornás tápegységrendszer 4 egy kijelzési kép

4. ábra Egy kijelzési kép az IT2703 nagy felbontású megjelenítőjén


Az IT2703 hátsó felületén található az AC-bemenet, 6 db DC-modulkimenet, Ethernet LAN-csatlakozó, I/O-portok, USB eszközként való használat csatlakozója.
Az IT2700 tápegységrendszer elemei háromféle szempontból is összekapcsolhatók.

  • Kimenetek párhuzamos összekötése a kimeneti áram megnövelése, vagy a kimenetek soros kapcsolása a teljes kimeneti feszültség növelése érdekében. Ez utóbbi esetben maximum két modul köthető sorba.
  • Hibás üzem esetén bekapcsolható a modulkimenetek tiltása a beprogramozott védelmi logika szerint.
  • A kimeneti védelmek kapcsolt vezérlése. A kimenetek késleltetett be- és kikapcsolása könnyen programozható akár a beépített kijelző, akár a készülékhez biztosított PC-program segítségével. Ezzel a láncba kötött, szekvenciálisan be- vagy kikapcsolt modulrendszerrel a fejlesztési fázis során könnyen tesztelhetők és működtethetők az LCD-meghajtóáramkörök, ARM/x86 processzorokat tartalmazó beágyazott rendszermodulok, ASIC/FPGA-alapú bonyolult áramköri kártyák. A nagy teljesítményigényű áramkörök adatlapjai által előírt „power on/power off” szekvenciákat a fejlesztő néhány sornyi programozással könnyen automatizálhatja, és a bevált szekvenciákat a fejlesztés egy későbbi fázisában átírhatja a beágyazott panelre integrált tápegységáramkörbe. Ezt követően a megoldását a regeneratív modulok felhasználásával ellenőrizheti, mielőtt éles teszt alá vetné az akár többezer euró értékű csipeket (FPGA, ASIC stb.), megvédve ezzel a fejlesztés költségvetését a váratlan kiadásoktól.

Energiafelhasználás
Miközben egy gyártósoron sokféle villamos terhelés üzemel egyidejűleg, azok tápellátása jelentős hőleadással és zajterheléssel járhat. A hosszú tesztidejű öregedési tesztek például komoly energiaszámlákat képesek produkálni az üzemeltető vállalatnak.
Az ITECH IT2700 sorozat energia-visszatáplálásra képes moduljai erre a kihívásra kínálnak kiváló megoldást. A regeneratív terhelés által felvett terhelőáram energiatartalmának akár 90%-a is visszatáplálható az AC-hálózatba, azaz az energiának mindössze 10%-a alakul hővé és okoz ezáltal veszteséget. A kisebb veszteségi teljesítmény nemcsak az energiaszámlát csökkenti; a rendszer kevesebb veszteségi hőt termel a környezetébe. Ezáltal kisebb hűtőkapacitású, kisebb méretű és zajtermelésű klimatizáló egységek kiépítése is elegendő, és a költségcsökkentésen kívül a környezetterhelés is kisebb, ami hozzájárul a termelőüzem környezettudatosabb működtetéséhez.
Könnyen ellenőrizhető, hogy az energia-visszanyeréssel elérhető megtakarítás mértéke egy évi 365 napon, napi 24 órában üzemelő, 2 kW-os teljesítményfelvételű gyártósoron akár millió forintos nagyságrendet is elérhet, amely CO2-emisszióra átszámítva 15 ezer tonnával kevesebb környezetterhelést okoz egy energia­visszanyerést nem használó rendszerhez képest. Ugyanez a megoldás egy normál munkarendű fejlesztőlabor esetén 200 ezer Ft energiaköltség és 3700 tonna CO2-emisszió megtakarításával jár.

Akkumulátorteszt
Az akkumulátorok töltésének és kisütésének teszteléséhez vagy az öregedésvizsgálatokhoz jelentős értékű vizsgáló- és felügyeleti eszközrendszer telepítése szükséges. Az ehhez szükséges képességigényt az IT2700-rendszer önmaga képes kielégíteni, a további, más forrásból származó eszközökkel való kiegészítés elkerülhető, ezáltal csökkenthető a rendszer fizikai mérete és beruházási költsége, és egyszerűbb a rendszerintegráció is.
Az IT2700 bidirekcionális moduljai beépített akkumulátortöltő és -kisütő algoritmusokkal rendelkeznek. A felhasználó szabadon megválaszthatja a töltés során a kikapcsolási feszültséget, kikapcsolási áramot. A névleges kapacitásra töltés elérésekor, vagy a kisütés megengedett értékének elérésekor a modulok leállíthatók. Megjegyezzük, hogy a tápegységmodulok az akkumulátor töltési algoritmusát, míg az energia-visszatáplálásra képes DC-terhelések az akkumulátor kisütési algoritmusát bocsátják árban foglalt képességként a felhasználó rendelkezésére.
Az IT2700-rendszer bidirekcionális tápegységmoduljainak képességei közé tartozik az akkumulátorok viselkedésének programozott szimulációja is. A szimuláció működési paramétereit akár egy elméleti MATLAB-szimulációból nyert eredményekből is képes a felhasználó beprogramozni a fizikai szimulációt végrehajtó kétirányú tápegységmodulba. Ez a funkció jól használható a kézi elektromos szerszámok, hordozható egészségügyi berendezések, drónok, kisebb („kétkerekű”) elektromos járművek, hordozható kültéri akkumulátoros energiaforrások fejlesztésénél vagy gyártósori tesztjeinél.

 

Applikációk, alkalmazási területek

Az IT2700-rendszer sokoldalúsága és rugalmassága – természetesen a véges teljesítménykorlátokon belül – a lehetséges felhasználási területeknek olyan sokaságát teszi lehetővé, amelynek még a felsorolására sem vállalkozhatunk. Ezért csupán címszavakban említünk meg néhányat a közismert alkalmazásokon túl.

  • Félvezetőipar: csiptervezés és verifikáció (nagy teljesítményű CPU-k, grafikus gyorsító csipek, nagy teljesítményű AI-gyorsítók, FPGA-k, RF-integrált áramkörök, tápegységvezérlő és energiafelügyeleti áramkörök.
  • DC-DC teljesítményátalakító modulok tesztelése, fejlesztése, verifikációja, gyártása.
  • Automotív részegységek kisfeszültségű motorhajtásai (elektromos kormányszervó, légkondicionáló egység kompresszorának motorja, elektromos vízpumpa, ablakmozgató motorok, ülésbeállítás hajtómotorjai, ablaktörlő rendszerek).
  • Kisfeszültségű háztartási gépek, akkumulátoros elektromos kéziszerszámok fejlesztése, gyártási tesztjei.
  • Informatikai eszközök fejlesztése, tesztelése (asztali és mobil számítógépek, táblagépek, szerverek, beágyazott rendszerek).
  • Telekommunikációs eszközök a legkisebbtől a legnagyobbig (okostelefon, mobiltelefon-kiegészítők, headset, töltők, dokkolók, mobil adótoronyok egységei, vezetékmentes kommunikációs eszközök, és műholdas rendszerek kiszolgáló berendezései, tartalék tápellátó (backup) egységek, redundáns tápellátás, szünetmentes tápellátás).

 

Bővebb tájékoztatás és elérhetőség

A gyártó ITECH (www.itechate.com) termékei Magyarországon el­érhetők az Energom Electronic Kft.-nél (www.energom.hu).

 

ENERGOM Electronic Kft.
1142 Budapest, Komáromi út 28.
Tel.: +36 1 459 80 10
www.energom.hu

 

#ed6726