Continuación del artículo técnico escrito por Michael Doherty, Vice Presidente de la división de productos de elevado voltaje, de XP Power en el que se habló de los módulos estándar de alto voltaje para alimentación de equipos. En esta ocasión, tratando los beneficios de utilizar convertidores estándar DC/DC de alta tensión en sus diseños.
Este tipo de convertidores ofrecen a los diseñadores de sistemas de alimentación una serie de beneficios convincentes:
Ciclos de diseño reducidos:
El uso de módulos de alta tensión elimina el tiempo requerido para certificar la fuente de alimentación de alta tensión o para que los diseñadores de los equipos investiguen, desarrollen y verifiquen por si mismos la fuente entera. Durante el diseño, se hacen fácilmente cambios en las tensiones de salida, o los niveles de potencia, o que se implementen opciones nuevas en el sistema. Con el uso de esos módulos, no se incurre en plazos adicionales para esas variaciones durante el desarrollo, acelerando así el tiempo de comercialización del producto.
Tamaño y peso reducidos:
Los convertidores estándar DC/DC de alta tensión ocupan significativamente menos espacio que los diseños tradicionales de alto voltaje debido a los materiales y los nuevos y avanzados encapsulados utilizados en la miniaturización del dispositivo. Esto lleva consigo a un espacio adicional disponible para otras características mejoradas del sistema, la reducción en el tamaño de las soluciones de energía y la reducción del volumen total del sistema. Los materiales y procesos utilizados en la fabricación de módulos de alta tensión están más que probados para su fiabilidad a largo plazo, con productos disponibles en una amplia gama de voltajes y diversos niveles de potencia.
Reducción de costos de desarrollo y fabricación:
Los módulos montados en PCB generalmente no requieren hardware para el montaje del chasis o cableado manual, lo que acelera el montaje y reduce el riesgo de error. Los usuarios se benefician de las economías de escala, ya que los módulos estándard de alto voltaje ya se están produciendo en mayores volúmenes y tienen un precio acorde a ello. El uso de productos estándar reduce el riesgo de problemas de fiabilidad, ya que su diseño está altamente verificado, certificado y está más que probada su fiabilidad.
Mayor flexibilidad:
Las modificaciones y las variaciones específicas por aplicación, se pueden generar rápidamente con poco o ningún riesgo basadas en un buen y probado diseño y construcción. Los encapsulados y las huellas comunes entre los diferentes módulos, facilitan el cambio de voltaje o de potencia durante el desarrollo del sistema.
Certificados de las Agencias internacionales:
La mayoría de los módulos estándar de alta tensión ya cuentan con los certificados de las agencias de homologación, por lo que el proceso de certificación es más rápido y sencillo.
Uso de los convertidores estándar DC/DC
Todos los beneficios descritos anteriormente son igualmente aplicables a las soluciones de energía hechas a medida y derivadas a partir de los módulos estándar de alta tensión, como partes del total de la solución, ya sea para el desarrollo interno del diseñador del sistema final o para los realizados por el propio fabricante de los módulos.
Teniendo en cuenta los beneficios descritos anteriormente, los módulos estándar ofrecen claramente una alternativa atractiva a los sistemas de alimentación custom, donde el tiempo, los costos y los procesos necesarios para la fabricación de una solución fiable pueden ser problemáticos. El fabricante del equipo original debe primero invertir el tiempo para generar las especificaciones eléctricas, mecánicas y de interfaz de la fuente de alimentación de alta tensión, solicitar cotizaciones y seleccionar un proveedor de esa fuente a medida.
Los cargos de Ingeniería, los costos de herramientas y los cargos de configuración pueden ser significativos, y la entrega del primer prototipo de fuente de alimentación personalizada puede tardar unos meses, con iteraciones a seguir antes de que una unidad de producción pueda verificarse y suministrarse.
La otra opción del diseñador para obtener un convertidor de alta tensión, es hacer un diseño y construcción internos, y esto conlleva los desafíos de un diseño fiable de un convertidor de alta tensión, la selección de componentes de alto voltaje, el diseño de una PCB de alto voltaje, el encapsulado posterior, la verificación y los procedimientos especiales de ensamblaje. Estos desafíos requieren un tiempo y esfuerzo considerables antes de que se desarrolle una fuente de alimentación fiable y fabricable. La fiabilidad y los problemas de fabricación aparecen a menudo durante el proceso, extendiendo la finalización más allá de lo programado y retrasando la comercialización del producto al mercado.
No menos importante es considerar la fiabilidad a largo plazo, un riesgo en cualquier diseño de alto voltaje. La combinación de las propiedades de los materiales, los factores ambientales y el diseño del producto pueden crear efectos secundarios no planificados y particularmente indeseables. Por ejemplo, las corrientes de fuga pueden aumentar con el tiempo con la posibilidad eventual de generar un arco, provocando un fallo catastrófico.
Las excesivas corrientes de fuga pueden crear errores en los circuitos de realimentación de alta impedancia, lo que provoca problemas de deriva y estabilidad de tensión a lo largo del tiempo y con cambios de temperatura, en aplicaciones que normalmente requieren precisión y bajo nivel de ruido. Los sustratos de la PCB FR4 pueden ser particularmente vulnerables a la contaminación y a la humedad absorbida. Esta humedad absorbida disminuye la temperatura de transición (Tg) del FR4, lo que hace que el conjunto sea susceptible a fallos en campo en aplicaciones con condiciones térmicas dinámicas.
Las impurezas, rellenos incorrectos o el endurecimineto incompleto en los sistemas de encapsulación pueden causar corrientes de fuga excesivamente altas que son no lineales y erráticas en el tiempo, y la temperatura, lo que puede desestabilizar el sistema de alto voltaje.
Antes estos desafíos, el uso de convertidores estándar DC/DC de alto voltaje, disponibles en el mercado, y más que probados, ofrece una serie de beneficios que resultan una opción fiable, de bajo costo, de bajo riesgo y de rápido lanzamiento al mercado para aquellos requisitos de sistemas de energía de alta tensión.
Diseños a medida con los convertidores estándar DC/DC de alta tensión
Como hemos comentado, los convertidores DC/DC de alta tensión también pueden configurarse en productos a medida por el fabricante de módulos DC/DC de alta tensión, y hasta pueden proveer unas soluciones de alimentación de alta tensión específicas para una aplicación, partiendo de montar módulos estándar en un único ensamblaje.
El grupo de servicios de ingeniería de XP Power es un buen ejemplo. Teniendo en cuenta los requisitos de especificación del sistema del fabricante del equipo final, se puede fabricar un subconjunto específico para cada aplicación, con una integración sencilla del mismo, y sin los riesgos asociados en el diseño de sistemas de energía de alta tensión. Las soluciones típicas pueden incluir fuente de entrada AC, diseño mecánico específico y su formato de montaje, electrónica de control, interfaces, señales y alarmas, la capacidad de invertir la polaridad de la fuente de alta tensión, interfaces de comunicación digital y la capacidad de combinar el requerimiento de baja y alta tensión de una aplicación final, partiendo desde una amplia gama de módulos estándar.
El fabricante XP Power ofrece una amplia gama de módulos convertidores estándar DC/DC de alta tensión con voltajes de salida de 100 V a 10 kV, con topología regulada o proporcional, para uso como módulos independientes por el fabricante del equipo final o integrados en ensamblajes específicos para una aplicación.
