Selección de fuentes de alimentación de riel DIN óptimas

Los rieles DIN estandarizados permiten acomodar fácilmente una fuente de alimentación en un gabinete eléctrico. Sin embargo, los diseñadores no pueden darse el lujo de pasar por alto los problemas de eficiencia y disipación de calor que pueden afectar la confiabilidad, la vida útil y el costo operativo de una aplicación.

Las fuentes de alimentación poco confiables pueden ser exasperantes para los diseñadores de sistemas y sus clientes. Reemplazar una unidad de alimentación antes de lo previsto requiere mucho tiempo y es costoso, y el tiempo de inactividad del sistema es simplemente inaceptable en muchas aplicaciones.

El calor va de la mano con la ineficiencia y las fallas de las fuentes de alimentación DIN. El calor puede secar los capacitores electrolíticos utilizados en las fuentes de alimentación que almacenan electricidad y suavizan las fluctuaciones de voltaje y corriente.

Los capacitores son los componentes más sensibles a la temperatura y, a menudo, son los primeros en fallar en las fuentes de alimentación. Un aumento de temperatura de 10 °C puede reducir a la mitad su vida útil esperada, por lo que la protección contra el sobrecalentamiento es una consideración crítica de diseño. Los semiconductores y las juntas de estaño soldadas también son vulnerables a los aumentos de temperatura.

Mediante el empleo de un diseño eficiente, una gestión térmica adecuada y la selección de componentes de alta calidad, los diseñadores de productos pueden mitigar los efectos del calor, prolongar la vida útil y mejorar la confiabilidad del sistema.

Optimización de diseños de alta eficiencia

La eficiencia en una fuente de alimentación de riel DIN está representada por una relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada. Por ejemplo, una fuente de alimentación que funciona al 95% de eficiencia pierde solo el 5% de la energía de entrada en forma de calor, mientras que un suministro menos eficiente al 85% pierde el 15%.

Al reducir la generación de calor, la fuente de alimentación altamente eficiente disminuye los requisitos de enfriamiento, garantiza mejor que el condensador electrolítico alcance la vida útil especificada por el fabricante y mejora la confiabilidad general de la unidad de la fuente de alimentación.

Las prácticas optimizadas de gestión térmica se pueden utilizar para disipar el calor en el entorno externo con el fin de reducir las temperaturas internas. Además, la fuente de alimentación puede minimizar la exposición al calor de los componentes sensibles a la temperatura para mejorar la durabilidad general y la vida útil.

Las fuentes de alimentación son cada vez más complejas y, al mismo tiempo, cada vez más reducidas en tamaño. El espacio limitado en su interior subraya el papel crucial de la instalación de conductos de refrigeración, que los diseñadores harían bien en ver como componentes integrales. Los conceptos de enfriamiento sofisticados a menudo pueden eliminar el requisito de un disipador de calor interno, lo que reduce aun más el peso de una fuente de alimentación y puede reducir significativamente los costos de producción.

Prácticas de fabricación de unidades de alimentación

Fabricantes como PULS demuestran que es posible diseñar fuentes de alimentación que sean confiables y respetuosas con el medio ambiente gracias a una alta eficiencia, una gestión térmica optimizada y técnicas de medición precisas.

Medir la eficiencia de la fuente de alimentación es complejo.  Los desarrolladores de sistemas deben evaluar los datos proporcionados por el fabricante para garantizar que se obtengan a través de procedimientos de prueba estandarizados. Esto garantiza que las métricas sean confiables y comparables entre diferentes productos y proveedores.  La eficiencia debe medirse en condiciones que imiten de cerca la carga real del sistema, incluyendo la carga variable y el rango de temperatura.

La ubicación de los componentes también es importante. La ubicación estratégica de los componentes que determinan la vida útil en áreas más frías puede ser fundamental para maximizar la vida útil. El capacitor electrolítico, por ejemplo, puede beneficiarse al estar colocado cerca de un flujo de aire frío (Figura 1).

Figura 1: Un mapa de calor demuestra la ventaja de ubicar el capacitor electrolítico cerca del flujo de aire de enfriamiento y lejos de los puntos calientes. (Fuente de la imagen: PULS)

PULS ofrece una amplia gama de fuentes de alimentación DIN. Los productos de la serie CP10 de 240 W alcanzan una eficiencia de hasta el 95.2%, y las unidades de la serie CP20 de 480 W alcanzan una eficiencia de hasta el 95.6%. La alta eficiencia y el avanzado diseño térmico de ambas series minimizan el calor interno y permiten que sean ideales para aplicaciones industriales exigentes.

La empresa probó su fuente de alimentación DIMENSION CP10.241 (Figura 2) en un gabinete y la cargó al 80% de su potencia nominal. De acuerdo con esas pruebas, la temperatura en el gabinete aumentó aproximadamente 19 °C después de cuatro horas de funcionamiento. Un dispositivo con un 6.7% menos de eficiencia aumentaría la temperatura en el gabinete de control hasta los 35.3 °C. El aumento de temperatura de 16.3 °C reduciría la vida útil del capacitor electrolítico a más de la mitad.

Figura 2: DIMENSION CP10.241 de PULS (Fuente de la imagen: PULS)

Los diseñadores de productos también deben evaluar la eficiencia con la que funciona una fuente de alimentación cuando no está operando a plena capacidad, ya que la eficiencia de carga parcial es cada vez más importante en el diseño de aplicaciones prácticas y rentables. La alta eficiencia de carga completa hace posible utilizar diseños pequeños, pero se requieren relativamente pocas fuentes de alimentación para operar a plena carga. Las pruebas de PULS del DIMENSION CP20.241 demuestran cómo puede verse afectada la eficiencia en diferentes cargas (Figura 3).

Figura 3: Cómo se ve afectada la eficiencia de DIMENSION CP20.241 de PULS en diferentes cargas. (Fuente de la imagen: PULS)

Los diseñadores de productos también deben asegurarse de seleccionar fuentes de alimentación que cumplan con los estándares de eficiencia energética, como Energy Star e IEC 62368-1, así como con las directivas de restricción de sustancias peligrosas (RoHS) y las directivas de residuos de equipos eléctricos y electrónicos (WEEE) que abordan los materiales peligrosos y la gestión de residuos electrónicos.

Conclusión

La eficiencia y la disipación de calor de las fuentes de alimentación de riel DIN son consideraciones críticas para los diseñadores de productos. La alta eficiencia reduce los costos operativos, minimiza el impacto ambiental y mejora la confiabilidad del sistema. Las estrategias efectivas de disipación de calor garantizan la longevidad de los componentes y evitan fallas en el sistema. La cartera de DIMENSION de PULS incluye una amplia gama de fuentes de alimentación de riel DIN que brindan soluciones adecuadas para casi cualquier aplicación.