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디지털 제어 기능이 있는 전원 공급 장치는 장치와 시스템 수준에서 많은 이점을 제공한다. 효율적인 통합을 위해 광범위한 시스템이 전원 공급 장치 특성을 제어하고 모니터링하여 설치 시 및 동적 작동 시 애플리케이션에 대해 공급 성능을 최적화 할 수 있다. Industry 4.0 또는 '4차 산업혁명'과 같은 '연결된' 제조업은 일반적으로 사물 인터넷(IoT)과 함께 특히 혜택을 받는다. 이 글은 독립형 및 연결된 애플리케이션에서 사용할 수 있는 이점과 함께 전원 공급 장치의 디지털 제어가 무엇인지 설명한다.

전원 공급 장치에서의 디지털 제어는 상태/알람의 단순한 디지털 신호 전달과 기존 아날로그 컨트롤러의 ON/OFF 제어, 단순한 마이크로컨트롤러로 보다 정교한 기능 추가, 디지털 신호 Pr로 피드백 루프 보상의 완전한 구현까지 다양한 것을 의미한다. 최신 기술을 사용하면 개발 및 커미셔닝 중에 전원 공급기의 특성과 성능을 유연하게 구성할 수 있으며 최종 애플리케이션에서 동적으로 구성할 수 있다.

간단한 디지털 인터페이스가 있는 아날로그 전원 공급 장치

DSP 제어 디지털 전원 공급 장치

DSP 칩은 전용 아날로그 컨트롤러보다 비용이 더 비싸지만 가격은 낮아지고 성능은 향상되기 때문에 이점은 점점 더 매력적으로 느껴진다. 시스템 성능 개선이 더 분명하고 구성 요소 비용이 덜 문제가 되는 고가의 제품에서는 특히 그렇다.

전원 공급기 설계의 DSP는 주파수 영역의 제어 루프 안정화 지식과 시간 영역의 효율적인 코드로 구현하는 방법을 필요로 한다. 그러나 기술은 이해되고 주류 전원 공급기 제조업체는 이 기술을 수용하고 있다. 신뢰할 수 있고 강력한 솔루션을 달성하기 위해 펌웨어를 개발, 검증 및 문서화하는 데 필요한 기술과 시간은 투자해야 하지만, 코드는 재사용 가능하며 공통 하드웨어 플랫폼은 여러 애플리케이션에 대해 신속하게 소프트웨어 구성될 수 있다 (실제 생산의 실질적인 이점, 시장 출시 시간 및 단위 비용).

디지털 신호 처리 – 특징과 장점

전력 공급기의 제어 및 모니터링을 완전히 디지털 방식으로 구현하는 주요 장점은 유연성과 다양한 애플리케이션(기존 아날로그 컨트롤러를 통해 하드웨어를 변경해야 하는 애플리케이션)의 성능 및 특성을 조정할 수 있는 기능이다. 또한 디지털 제어 루프는 환경 변화와 허용오차 및 연령에 따른 분 값의 변화에 영향을 받지 않는다는 이점이 있다. 이를 통해 성능을 보다 정확하게 정의할 수 있다. 또한 DSP 칩은 로드 특성을 감지하고 최상의 로드 과도 응답을 위해 제어 루프를 적화하거나 출력 전압을 동적으로 낮춰 대기 모드에서 부하 전력 소모를 줄이는 등 시스템 성능변수에 대응할 수 있다.

출력 전압 조정은 더 일반적인 용도의 경우 또는 최종 최적 시스템 전압을 간단히 알 수 없는 경우라도 0-105/110% 의 넓은 범위까지 조정 할 수 있다. 전류 한계치는 'Knee' 값뿐만 아니라 과부하 또는 단락, 즉 '정전류' 래치오프 또는 '히크업' 모드에서도 마찬가지로 조정할 수 있다. 이는 기존의 아날로그 컨트롤러로 구현하기 위해 필요한 다중 스위칭 및 루프 보상 체계가 비현실적으로 복잡한 현대 고효율 공진 토폴로지에서는 매우 중요하다.

피드백 루프를 제어하는 것 외에도, 디지털 전원 공급 장치에는 아날로그 구현에 하드웨어 변경이 수반되는 시스템 이점과 함께 다수의 다른 프로그래밍 가능한 기능을 포함시키는 것이 쉽다. 예를 들어, 시작/종료 램프 속도 및 여러 공급품의 시퀀싱은 '비율 측정' 또는 동시 등의 다른 구성표를 사용하여 설정할 수 있다. 활성화된 입력 및 신호 출력의 극성은 마음대로 전환할 수 있다. 입력 저전압, 출력 저전압/과전압, 출력 과전류 및 과열과 같은 고장 및 상태 상태를 모니터링하고 표시할 수 있다.

필요한 경우 모든 임계값을 동적으로 조정할 수 있습니다. 예를 들어 출력 전압이 '이동 중' 보다 높게 조정된 경우 과전압 감지 임계값도 더 높게 조정할 수 있다.

알람에 대한 응답은 신호 전달 전 가변적 지연으로 프로그래밍 될 수 있으며, 그 결과 발생하는 동작은 지정된 횟수의 재시도를 통해 발생 또는 종료의 로깅이나 지속적인 출력 과전압과 같은 더 심각한 이벤트에 대한 즉각적인 래치오프만 할 수 있다. DSP 칩의 비휘발성 메모리는 제어 알고리즘 및 응답 특성에 대한 조회 뿐만 아니라 모델 및 빌드 표준, 일련 번호, 실행 시간 및 온도 기록 및 고장/경고 이벤트 로그와 같은 기타 정보를 기록하는 데에도 사용할 수 있다.

DSP 기능을 갖춘 최신 마이크로 컨트롤러는 모든 스위칭 사이클에서 출력 전압을 샘플링하고, 수백 나노초 이내에 A-D 변환을 수행하고, 피드백 제어 알고리즘을 실행하며, 느린 속도 제어 및 신호전달을 위해 여전히 많은 대역폭을 가지고 있기 때문에 이 정도의 기능을 사용할 수 있다.

제어 루프 및 예비 대역폭의 간단한 예

더 넓은 세상에서 디지털 파워

디지털 제어 및 신호 전달 기능이 있는 전원 공급 장치는 IoT 구성으로 프로세스 하드웨어가 상호연결된 '스마트 공장' 애플리케이션에서 자체 제작되어 즉각적인 생산 용량과 효율성을 극대화한다. '가장자리' 에 있는 인텔리전스와 중앙 모니터링 및 전체적인 제어를 결합하면 프로세스 효율을 위해 실시간으로 매개 변수를 조정할 뿐만 아니라, 오류 및 과도 이벤트를 역사적으로 보여 주는 집계용데이터도 로그에 기록한다. 이를 통해 향후 성능을 예측하고 최대 가동 시간을 위한 예방적 유지보수 계획을 수립할 수 있다. 전원 공급 장치의 부하에 대한 보고는 에너지 사용량을 나타내는 지표로도 사용될 수 있으며, 부하 레벨링 및 비용 절감에 사용할 수 있는 귀중한 정보를 제공한다. 디지털방식으로 제어되는 전원 공급 장치는 추가 비용 절감을 위해 실험실 전용 프로그래밍 가능한 전원 공급장치를 자동 테스트에서 교체하거나 전원 공급 전압의 자동 '마진' 이 쉽게 프로그래밍되는 전원 장비에 사용할 수도 있다.

DSP 칩에 대한 일반적인 통신 인터페이스는 PMBusTM 명령을 사용하는 I2C이지만 디지털 전원 공급기에는 RS232/RS485 및 산업 환경에 더 적합한 DeviceNet/EtherCat 인터페이스도 포함될 수 있다.

전원 공급 장치 공급업체는 종종 전원 공급 장치를 쉽게 설정하고 성능을 모니터링할 수 있도록 하드웨어 및 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제공합니다. 아래에 일반적인 예가 나와 있다.

XP의 HPT 시리즈 디지털 전원 공급 장치를 위한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)

독립 실행형 애플리케이션

전원 공급 장치의 디지털 제어는 외부 통신이 필요 없고 성능의 동적 조정이 장점도 없는 애플리케이션에도 여전히 도움이 될 수 있다. 잠재적으로, 전원 공급 장치 공급업체는 표준플랫폼에서 디지털 방식으로 구성되는 솔루션을 제공할 수 있다. 그렇지 않으면 사용자 지정 제품이어야 하므로 사용자 시간과 광범위한 자격 및 안전 인증 비용이 절감된다. 예를 들어 제품 업그레이드로 인해 최종 애플리케이션이 변경될 경우 통신 인터페이스를 통해 간단한 펌웨어 변경으로 전원 공급 장치를 다시 구성하여 상당한 비용을 절감하고 공급 장치의 유효 수명을 연장할 수 있다.

요약하자면, 아날로그 제어는 여전히 단순하고 낮은 전력 애플리케이션을 위한 공간을 제공하지만, 특히 높은 전력에서 디지털 방식으로 제어되는 전원 공급 장치는 더 큰 통합 시스템과 연장 생산에서 에너지 소비 감소로 인한 잠재적 비용 절감과 함께 기능 및 유연성 향상 등 많은 이점을 누릴 수 있으며 수명 또한 길어진다.

자료제공/ XP Power