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Gestión digital para el control de velocidad del ventilador en fuentes de alimentación

Ha pasado ya casi una década desde que el primer «Digital Power Forum» tuvo lugar en San José, California, en septiembre de 2004, y desde entonces, las técnicas de gestión de energía digital y de control de potencia digital han sido poco a poco cada vez más adoptadas por las fuentes de alimentación estándar en el mercado. El control de potencia digital está reemplazando gradualmente el lazo de control analógico tradicional, lo que permite el uso de topologías y arquitecturas no triviales de gestionar mediante control analógico. La gestión de potencia digital tiene una relevante importancia en la mejora de las fuentes de alimentación, su comportamiento y fiabilidad.
 

Gestión digital para el control de la velocidad del ventilador

 
La adaptabilidad es una de las principales ventajas de utilizar un sistema de gestión de potencia digital, y permite experimentar al usuario del sistema final un enfoque diferente y más fácil con respecto a la tecnología anterior. Un ejemplo es el control de velocidad del ventilador mediante la gestión de potencia digital, lo que permite una refrigeración ajustada a la vez que también reducir al mínimo el ruido acústico y mejorar la vida de servicio, en tiempo real, en cualquier condición de trabajo. Cuando nos enfrentamos a la gestión térmica de una fuente de alimentación instalada en un sistema, y se requiere un flujo de aire de refrigeración producido por un ventilador, hay varias opciones a ser evaluadas desde el punto de vista del diseño. Estas se pueden resumir en tres categorías.
La opción más adoptada es usar una velocidad fija para el ventilador, cerca de su velocidad nominal, sin importar la temperatura ambiente, la carga de salida y la tensión de entrada. Una vez que se selecciona un ventilador y se define su tensión de alimentación para una cierta demanda, el ruido acústico y el tiempo de vida quedan ya casi determinados, siendo ambos dos factores críticos en la aplicación de la fuente de alimentación. Para reducir el ruido y mejorar el tiempo de vida, sin perder potencia, una práctica común de sobredimensionar el ventilador. El efecto secundario que aparece entonces es una reducción de la densidad de potencia de la fuente que, a su vez, induce una menor compacidad del sistema que la hospeda. De hecho, para no obstaculizar el flujo de aire para una buena refrigeración, hay que dejar un espacio libre mínimo entre la fuente de alimentación y la estructura del sistema. Una segunda opción es la ofrecida por el llamado «ventilador de velocidad auto-controlada». La función de control de velocidad en este tipo de ventiladores depende exclusivamente de la temperatura del flujo de aire de entrada medida a través de un sensor térmico integrado. La velocidad de rotación del ventilador no está correlacionada con otras variables relevantes, como la tensión de entrada de alimentación y la carga. Aunque esta opción se suele permitir una reducción del tamaño del ventilador, no representa una solución óptima en términos de ruido acústico o de tiempo de la vida a lo largo de todo el rango de condiciones de trabajo. Finalmente, una opción integral y menos común, implica una circuitería digital para gestionarla función de control de velocidad del ventilador en función de las tres variables pertinentes: la temperatura ambiente, la carga de salida y la tensión de entrada de la red eléctrica. Este control digital está integrado en la serie DDP400 de ROAL, en concreto en las versiones que incluyen ventilador (Figura 1).
La correlación típica entre la velocidad del ventilador y la carga de salida a 230 VCA y 25 ° C de temperatura ambiente se ilustra en la figura 2.
En esta Figura 2 también se destacan los niveles de ruido en varios puntos de la curva. Al encender la fuente sin carga el ventilador se pone en marcha a la velocidad máxima y luego deja de girar después de haber terminado un corto test de auto-diagnóstico que dura sólo unos segundos.
Luego, el ventilador permanece apagado, siempre y cuando la carga no exceda de 50W. Por encima del umbral 50W, el ventilador empieza a girar a baja velocidad (poco por encima de las 3000 RPM) y en un modo intermitente, de hasta 100W.
El ciclo de trabajo On-Off depende del nivel de carga entre 50 y 100 W y la temperatura ambiente. Por encima de una carga de 100W, el ventilador comienza a girar a baja velocidad constante hasta 175W, a menos que la temperatura ambiente requiera una mayor velocidad. Por encima de una carga de 175W la velocidad de rotación del ventilador aumenta con la carga aplicada a la fuente de alimentación. Con carga máxima del ventilador gira al 75% de su velocidad nominal máxima.
Las figuras 3 y 4 muestran cómo se desplaza la curva de carga-RPM respectivamente cuando hay un aumento en la temperatura ambiente por encima de los 25 ° C mientras se mantiene la tensión de entrada en 230VAC, y cuando se experimenta una disminución de la tensión de entrada por debajo de 110VAC manteniendo a temperatura ambiente a 25 ° C.
El aumento de la temperatura ambiente hará desplazar la curva hacia la izquierda, reduciendo el ciclo de encendido y apagado en cargas bajas, y anticipando la rampa ascendente de velocidad para cargas superiores. La disminución de la tensión de entrada por debajo de 110VCA no tiene un efecto significativo cuando la carga se mantiene por debajo de 30% del valor nominal; para niveles de carga más altos la rampa de velocidad es más reactiva.
Gracias al control digital estos dos efectos se combinan si la temperatura y tensión de entrada aumentan. En todos los casos la velocidad máxima del ventilador no superará 6500 RPM (75% de su velocidad nominal máxima), y siempre estará ajustado con un compromiso óptimo entre la refrigeración, el ruido acústico y el tiempo de vida útil del ventilador.Con la implementación de esta función de control digital, el ventilador de las versiones de ventilación forzada de la serie DDP400 produce la cantidad exacta de flujo de aire estrictamente necesario para el enfriamiento eficaz, en tiempo real, independientemente de las condiciones de trabajo. Además de minimizar el ruido acústico y prolongar la vida útil del ventilador, el usuario tiene fácil acceso a la señal digital de 0-5V (0 cuando el ventilador está apagado, 5V cuando el ventilador está encendido). Esta señal se puede utilizar como una retroalimentación para el sistema que aloja la unidad DDP400. En algunas aplicaciones, esta valiosa característica permite que el sistema de refrigeración global del equipo sea sincronizado con la fuente de alimentación.

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