Spínané napájecí zdroje

Návrh zálohovaného napájení s více výstupy a ochranou baterie proti hlubokému vybití

Při řešení zálohovaného napájení, často nastává problém s potřebou několika odlišných úrovní výstupního napětí. Pokud se nejedná o standardní řešení, pro které by již existoval jeden komplexní výrobek sdružující všechny požadované funkce, pak přichází na řadu modulární sestavení vhodných komponent tak, aby výsledek splňoval požadavky na dobu zálohyochranu akumulátorů i na velikost výstupních napětí a na požadovaný výkon jednotlivých napájecích větví. V následujícím článku se dozvíte více o návrhu zálohovaného napájení a popíšeme důležité vlastnosti produktů z nabídky BKE, vhodných pro použití v navrhovaném systému.

Princip zapojení

Zálohovaná napájecí soustava je složena ze síťového zdrojezáložní baterieodpojovače baterie a při požadavku více výstupních napětí může být ještě doplněnaDC/DC konvertory. Při přítomnosti síťového napětí je zařízení napájeno z napaječe, který zároveň dobíjí bezúdržbovou záložní baterii nastaveným nabíjecím proudem podle dané nabíjecí charakteristiky. Pokud nastane výpadek sítě, je zařízení napájeno ze záložní baterie. Přechod ze síťového napájení na provoz z baterie probíháautomaticky a bez výpadku napájení. Při poklesu napětí baterie pod nastavenou mez je baterie automaticky odpojena od napájeného zařízení, takže nedocházík jejímu dalšímu vybíjení. Pokud vyměníme akumulátor za nabitý lze stiskem tlačítka reset akumulátor opět připojit k zátěži - obnovit zálohování. Po obnovení dodávky energie ze sítě  systém automaticky přepne na napájení zařízení ze sítě a zároveň započne opětovné dobíjení baterie.

Schéma zapojení a popis jednotlivých komponent

 

Napájecí zdroj

Jako síťový napaječ je vhodné použít zdroj typu nabíječ, který může být vybaven teplotní kompenzací nabíjecího napětí a obvody pro signalizaci výpadku síťového napájení. Pro baterii je velkým nebezpečím přebíjení. Při přebíjení probíhá rozklad vody v elektrolytu a tím může dojít k úniku plynů, a dokonce i k poškození baterie. Správné nabíjení je primárně řízeno napájecím zdrojem – nabíječem, který zajišťuje aby nedocházelo k přebíjení baterie..

Napájecí zdroje typu nabíječ naleznete v sekci AC/DC Nabíječe. Podle požadovaného výkonu může být vhodný například zdroj JS-75-XXX/DIN2_CH, JS-150-XXX/DIN2_CH nebo JS-300-XXX/DIN2_CH.

 

Odpojovač baterie

Odpojovač slouží hlavně k ochraně baterie. Pokud by zálohovaný systém nebyl vybaven odpojovačem a došlo by k delšímu výpadku napájení, baterie by byla vybíjena i pod kritickou hranici a došlo by k trvalému poškození, nebo dokonce zničení baterie. Pokud bude systém odpojovačem vybaven, tak bude baterie po dosažení určité hranice vybití od zátěže odpojena a k poškození baterie nedojde.

Přídavnou funkcí odpojovače může být i řízení nabíjení a vyhrazení minimálního množství energie pro napájení připojeného zařízení. Toto může být důležité po obnovení dodávky proudu po úplném vybití baterie a jejím odpojení. U systému s odpojovačem bez řízení proudu by mohl připojený akumulátor přetěžovat napájecí zdroj tak, že pro napájené zařízení nezbyde dostatečné množství energie. Toto by prodloužilo dobu výpadku zařízení o dobu která je potřebná k dobití baterie.

 

Baterie

Při přílišném vybíjení baterie, může napětí baterie poklesnout pod dovolenou mez a tím docházet k nevratnému snížení kapacity, případně k úplnému zničení baterie. Z tohoto důvodu je třeba včas baterii odpojit od zátěže a poškození předejít. Podle typu baterie je třeba zvolit vhodnou nabíjecí charakteristiku. Hermetické bezúdržbové akumulátory (VRLA), které se pro zálohování běžně používají, je doporučeno nabíjet konstantním napětím s omezením proudu (charakteristika UI). Akumulátor je tedy nabíjen až do úrovně dobíjecího napětí maximálním proudem a poté je proud postupně snižován až na úroveň udržovacího proudu.

 

DC/DC konvertor

Posledním článkem napájecího řetězce je konvertor, který upravuje výstupní napětí na požadovanou úrověň. Pokud je požadováno více úrovní výstupních napětí, lze tento požadavek řešit tak, že jsou na výstupu zapojeny DC/DC konvertory podle požadovaných výkonů jednotlivých výstupních větví a podle úrovně požadovaných napětí. Vhodné konvertory je možné nalézt v sekci DC/DC konvertory.

Odpojovače BKE   

V produktové řadě BKE se nachází odpojovače SA-ODP-XXX/DIN_3M,  SA-ODP-XXX/DIN_6M a  SA-ODP-XXX/DIN_6MCL. Podle napěťové verze (dáno hodnotou XXX) mohou odpojovače pracovat s akumulátory o nominálním napětí 12 a 24V. Odpojovače 6M a 6MCL mohou pracovat i s akumulátory o napětí 48V.

Odpojovač SA-ODP-XXX/DIN_3M je určen pro zálohování menších zařízení s maximální spotřebou do 5A. Tento odpojovač zajišťuje regulaci proudu do baterie nastavitelnou po skocích podle uživatelského nastavení. Velikost proudu je volena podle kapacity připojeného akumulátoru a podle proudové rezervy určené pro napájení zařízení. Je tak zajištěno, že napájené zařízení má dostatek energie i po připojení napájení k vybité baterii.
Odpojovač SA-ODP-XXX/DIN_6M je koncipován jako jednoduchý odpojovač, kterým proud do baterie protéká bez ovlivňování samotným odpojovačem a zachovává si tedy průběh podle použitého napaječe. Zálohovací proud je maximálně 20A pro 13,8V a 27,5V verzi a maximálmě 10A pro 54,5V verzi odpojovače.
Odpojovač je vybaven signálním konektorem, kde jsou vyvedeny kontakty indikující přítomnost napětí na vstupu odpojovače a kontakty upozorňující na nízké napětí baterie a její pravděpodobné brzké odpojení.
Odpojovač SA-ODP-138/DIN_6MCL vychází z odpojovače SA-ODP-XXX/DIN_3M. Proud do baterie je regulován podle nastavení I CONFIG a se vzrůstajícím napětím baterie se nabíjecí proud snižuje, až do hodnoty udržovacího proudu. Napaječ proto ani při vysoké kapacitě baterie není dlouhodobě přetěžován a je zajištěna dostatečná výkonová rezerva pro napájené zařízení. Maximální zálohovací proud je 10A.
Odpojovač je také vybaven signálním konektorem, kde jsou vyvedeny kontakty indikující přítomnost napětí na vstupu odpojovače a kontakty upozorňující na nízké napětí baterie a její pravděpodobné brzké odpojení

Dimenzování výkonu

Dimenzování výkonu napaječe a odpojovače je dáno celkovou zátěží, tedy součtem příkonů všech připojených spotřebičů. Dále je nutné ponechat určitou výkonovou rezervu pro dobíjení baterie. Podíl proudu do baterie a do napájeného zařízení lze nastavit uživatelsky v závislosti na skutečném odběru napájeného zařízení, použité baterii a požadavku na rychlost jejího dobití. 
Kapacitu baterie určuje doba po kterou mají být připojené spotřebiče v chodu po výpadku napájení. Celkovou kapacitu akumulátorů navrhujeme vyšší, než je nutná pro bezproblémový provoz. Kapacita baterie se mění v závislosti na teplotě a časem také dochází ke snižování kapacity kvůli stárnutí baterie. Při navrhování kapacity baterie je nutno brát v úvahu tyto vlastnosti ve spojení s konkrétními údaji od výrobce baterie. Při propojování akumulátorů do stringu je nutné propojovat akumulátory stejného typu a kapacity.

Pokud máte další otázky ohledně zálohovaného napájení, neváhejte a kontaktujte nás. Rádi vám vysvětlíme nejasnosti, poradíme se zapojením, nebo doporučíme vhodné řešení. Komponenty pro zálohované napájení můžete objednat přes formuláře u jednotlivých produktů, případně emailem, nebo telefonicky. Více o možnostech objednání v menu Jak objednat.