¿Por qué molestarse con la detección remota en las fuentes de alimentación de CC?

La electrónica de aviónica, la electrónica automotriz y otros circuitos electrónicos de potencia requieren una calibración precisa de los circuitos de detección. Por ejemplo, una calibración inexacta de un circuito de monitoreo de batería de automóvil podría apagarse prematuramente o permitir una descarga excesiva de la batería. Una calibración inexacta podría eventualmente reducir la distancia de viaje del vehículo eléctrico o permitir que la batería se descargue a un nivel inseguro.

La calibración adecuada de este tipo de circuito requiere que el voltaje de suministro de energía programable de CC al circuito de monitoreo se conozca con el nivel de precisión requerido para la aplicación. Esto significa que el voltaje aplicado al circuito bajo prueba debe ser una cantidad monitoreada y conocida. No importa cuán precisa sea la salida de la fuente de alimentación de CC, no puede garantizar que su voltaje de salida sea el voltaje aplicado a la carga, el circuito bajo prueba.

¿Porqué es eso? La respuesta es que la caída de voltaje debido a la corriente a través de los cables reduce el voltaje aplicado a la carga. Aunque los cables tienen una resistencia muy baja, una corriente de carga de tamaño razonable combinada con un recorrido de cable largo puede generar una caída de voltaje no despreciable. La caída de voltaje total se duplica ya que hay un cable de suministro y un cable de retorno de la misma longitud.

Para resolver este problema, las fuentes de alimentación tienen circuitos de detección de detección remota que monitorean el voltaje en la carga y devuelven el voltaje a la fuente de alimentación. Luego, la fuente de alimentación aumenta su salida para compensar la caída de voltaje en los cables conductores.

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¿Qué es la detección remota?

La detección remota en fuentes de alimentación de CC se refiere a una característica crucial que permite una regulación precisa del voltaje, especialmente en aplicaciones con cables de gran longitud o caídas de voltaje. Básicamente, es un método para compensar las pérdidas de voltaje midiendo el voltaje directamente en los terminales de carga en lugar de en los terminales de fuente de alimentación. Al hacerlo, la detección remota garantiza una entrega precisa de voltaje a la carga, independientemente de las variaciones en la resistencia de la línea o la impedancia del cable. Esta tecnología juega un papel fundamental en el mantenimiento de una salida de energía estable y confiable, particularmente en sistemas electrónicos sensibles donde las fluctuaciones de voltaje pueden provocar problemas de rendimiento o daños a los componentes.

La realidad de suministrar voltaje a una carga.

Veamos una situación específica para determinar el voltaje a través de la carga cuando la fuente de alimentación programable de CC utiliza solo dos cables, lo que se conoce como detección local, porque el circuito de control monitorea el voltaje en los terminales de salida de la fuente de alimentación. Luego veremos la situación en la que la fuente de alimentación utiliza sensores remotos, monitoreando el voltaje en la carga.

La Figura 1 muestra una fuente de alimentación de CC que aplica 48 V a una carga que consume 20 A. El cableado de la carga es de cobre de calibre 12 AWG con aislamiento THWN, que tiene una capacidad máxima de carga de corriente de 25 A. La resistencia del cable en la habitación la temperatura es 0.00162 Ω/pie. Con 10 pies de cable entre el bastidor de prueba y la carga, la caída de voltaje a través de cada cable conductor es 0.324 V. La caída de voltaje total a través de los dos cables conductores es 0.748 V. Por lo tanto, el voltaje a través de la carga no es 48 V, el salida de la fuente de alimentación, pero 48 V - 0.748 V o 47.252 V. El error en el voltaje aplicado es del 1.6% debido a la caída de voltaje en los cables conductores. Se trata de un error inaceptable para muchas aplicaciones militares, aeroespaciales y automotrices.

Figura 1. El voltaje en la carga es menor que el voltaje programado debido a una caída de voltaje en los cables de prueba.

La solución de teledetección en fuentes de alimentación programables CC

Veamos el mismo circuito de carga que se muestra en la Figura 1, pero ahora usaremos la detección remota. La Figura 2 brinda un poco más de detalle sobre el circuito de suministro de energía y muestra las entradas de detección remota conectadas a la carga. El circuito de detección remota es un circuito de medición de voltaje de alta impedancia que monitorea el voltaje en la carga.

El circuito de medición de alta impedancia extrae una cantidad insignificante de corriente de la carga. Retroalimenta la caída de voltaje a través de la carga y el circuito de control de la fuente de alimentación hace que la salida de la fuente de alimentación aumente hasta que el voltaje en la carga sea el voltaje de suministro programado. La Figura 2 muestra la salida en el terminal de alimentación y el voltaje en la carga. La detección remota elimina el error en el voltaje aplicado a la carga causado por la resistencia de los cables de prueba.

Figura 2. La detección remota garantiza que el voltaje en la carga sea el voltaje programado.

Cableado del circuito de detección remota para protección contra cargas inductivas y de fuente de alimentación

¿Cómo se protege el circuito de detección remota de una carga inductiva que puede aplicar EMF a la fuente de alimentación? Una carga inductiva, cuando se desenergiza, devuelve la energía almacenada al circuito con la polaridad opuesta al voltaje entregado por la fuente de alimentación. De manera similar, supongamos que una fuente de alimentación está cargando una batería. En ese caso, la batería se descargará en la fuente de alimentación si la fuente de alimentación de CC cae su voltaje por debajo del voltaje de la batería. Tanto el EMF posterior del inductor como el voltaje de descarga de la batería aplican energía a la fuente de alimentación, dañándola.

Un par de diodos pueden proteger la fuente de alimentación de la energía aplicada. Sin embargo, si la detección remota aplica un voltaje preciso a la carga, el circuito de detección remota también debe protegerse de ambos tipos de cargas.

La Figura 3 proporciona un método de cableado de detección remota recomendado que protege todas las líneas de suministro de energía de la energía aplicada a la fuente de alimentación programable de CC. El único inconveniente es que el cable de detección + ya no está en la carga y no puede compensar la caída de voltaje del diodo en serie. El uso de esta configuración requiere caracterizar la caída de voltaje del diodo en serie en corrientes de carga típicas y agregar la caída de voltaje del diodo a la configuración de voltaje de salida programada de la fuente de alimentación de CC. El uso de esta configuración de cableado y la caracterización del diodo en serie protegen la fuente de alimentación y garantizan que el voltaje en la carga será el voltaje programado.

Figura 3. Teledetección para cargas inductivas o fuentes de energía

Benefíciese de la detección remota sin crear oscilaciones potenciales en la fuente de alimentación programable de CC

El circuito de detección de voltaje utiliza un circuito de medición de voltaje de alta impedancia de entrada. El ruido en las líneas de detección puede crear perturbaciones detectables, que se amplifican y se transmiten al circuito de control de la fuente de alimentación. El ruido en el circuito de control puede provocar ondulaciones en la salida de la fuente de alimentación. Si las fluctuaciones son lo suficientemente grandes, podrían hacer que la fuente de alimentación oscile, lo que potencialmente puede dañar la carga y la fuente de alimentación.

Evite esta condición utilizando una técnica de cableado adecuada para mantener la mayor cantidad de ruido posible fuera de los cables de detección. Proteja los cables de detección para mantener alejada la EMI. Además, utilice un cable de par trenzado para evitar que un campo magnético induzca un voltaje en el área del bucle de las líneas de detección. Mantenga las líneas de detección separadas de las líneas de la fuente de alimentación. La corriente continua en esos cables puede inducir un campo magnético en el área del bucle de las líneas de detección. La Figura 4 ilustra la solución más común cuando se utilizan líneas de detección.

Figura 4. Cableado adecuado para las líneas de detección remota

La detección remota garantiza que se aplique el voltaje correcto a la carga

La detección remota proporciona la precisión necesaria al suministrar voltaje de CC a una carga. El uso de las configuraciones de cableado recomendadas evitará anular los beneficios de la detección remota.

Todas las fuentes de alimentación programables CC de EA Elektro-Automatik (EA) tienen detección remota. Las fuentes de alimentación programables de EA pueden adaptarse a caídas de voltaje en los cables de prueba de hasta el 5 % del voltaje nominal aplicado, un nivel superior a las fuentes de alimentación de CC de otros fabricantes. Obtenga más información sobre las fuentes de alimentación de teledetección de EA en www.eapowered.com.