Komunikacja cyfrowa i zastosowania programowalnych zasilaczy MEAN WELL

Wiele urządzeń dzieli się na kolejne technologiczne generacje. Od telefonów stacjonarnych do smartfonów, od tradycyjnych pojazdów spalinowych do cyfrowo sterowanych pojazdów elektrycznych – ten podział nie ominął także zasilaczy przemysłowych. Niemniej, nadal zarządzanie zasilaniem, w tym kontrola funkcji i monitorowanie statusu, jest realizowane na trzy powszechne sposoby.

• Po pierwsze, regulacja napięcia wyjściowego pozwalająca użytkownikowi zmieniać napięcie wyjściowe zasilacza za pomocą zewnętrznego źródła prądu stałego.
• Po drugie, wskaźniki stanu – najczęściej używa się wskaźników LED.
• Po trzecie, sygnał Power Good informujący użytkownika lub kontroler, że napięcie wyjściowe zasilacza jest gotowe.

Powyższe przykłady mogą spełniać wymagania większości zastosowań, ale nie zawsze.

Wraz z rozwojem nowoczesnej technologii i automatyzacji, tradycyjne metody nie zadowalają już użytkowników, którzy potrzebują jednoczesnego przetwarzania coraz większej ilości informacji o produktach. Dlatego aby sprostać tym wymogom, MEAN WELL oferuje zasilacze obsługujące protokoły CANBus lub PMBus. Umożliwiają one odczyt i zapis bieżącego stanu operacyjnego oraz informacji, takich jak:

• napięcie wyjściowe,
• prąd, temperatura wewnętrzna,
• alarmy i status,
• konfiguracja systemu.

oraz dają możliwość dostosowania krzywej ładowania (w ładowarkach akumulatorów).

---

Power Management Bus (PMBus)

Wykorzystuje dwie dwukierunkowe linie: linię danych szeregowych (SDA) i linię zegara szeregowego (SCL), co oznacza, że do komunikacji za pomocą poleceń potrzeba jedynie trzech przewodów sygnałowych (w tym przewodu GND) podłączonych między urządzeniami. Na przykład jednostka sterująca (master) może komunikować się z każdym zasilaczem (slave) na magistrali, aby osiągnąć kontrolę systemu i monitorowanie wielu zasilaczy. Ta metoda znacznie zmniejsza objętość okablowania sterującego i sygnałowego, co w rezultacie:

• obniża ryzyko awarii układu,
• zwiększa kontrolę nad systemem,
• upraszcza instalację.

PMBus został wdrożony w różnych dziedzinach przemysłu, takich jak automatyka przemysłowa i telekomunikacja.

Zaleta: otwarty protokół ułatwia programistom integrację PMBus w ich systemach.
Wada: niższa odporność na zakłócenia elektryczne, odpowiednia do komunikacji jedynie na krótkie odległości.

Rysunek 1. PMBus MEAN WELL - interfejs protokołu: SMBus 1.1, wersja: PMBus 1.1, prędkości magistrali: 100 kHz

---

Controller Area Network (CANBus)

To kontrolerowa magistrala obszarowa, która wykorzystuje metodę sygnalizacji różnicowej (CANH i CANL). Została pierwotnie opracowana dla przemysłu motoryzacyjnego w celu zastąpienia skomplikowanego okablowania. Dzięki wysokiej odporności na zakłócenia elektryczne oraz zdolności do autodiagnostyki i naprawy błędów danych, CANBus staje się coraz bardziej popularna w różnych branżach, w tym w systemach produkcyjnych i automatyzacyjnych. Na rysunku przedstawiono informacje dotyczące magistrali CANBus wykorzystywanej przez firmę MEAN WELL.

Zaleta: wysoka odporność na zakłócenia elektryczne.
Wada: część protokołu jest definiowana przez MEAN WELL, co może wymagać modyfikacji przy implementacji w systemie końcowym.

Rysunek 2. CANBus MEAN WELL: warstwa fizyczna: 11898, warstwa łącza danych: CAN2.0B, warstwa aplikacji: definiowana przez MEAN WELL, prędkość transmisji (Baud rate): 250 Kbps

---

Obszary zastosowań

• Automatyka przemysłowa – w środowiskach przemysłowych programowalne zasilacze umożliwiają dostosowanie parametrów zasilania w czasie rzeczywistym, co zwiększa efektywność i bezpieczeństwo systemów automatyki.
• Telekomunikacja – w systemach telekomunikacyjnych programowalne zasilacze zapewniają stabilne zasilanie urządzeń, takich jak stacje bazowe i serwery, a także możliwość zdalnego zarządzania i monitorowania stanu zasilania.
• Urządzenia medyczne – w sprzęcie medycznym niezawodne i dokładnie kontrolowane źródła zasilania są kluczowe, a możliwość monitorowania parametrów zasilania zapewnia wyższą precyzję oraz bezpieczeństwo w krytycznych aplikacjach medycznych.
• Elektronika konsumencka i badania – programowalne zasilacze znajdują zastosowanie w urządzeniach konsumenckich i laboratoriach badawczych, gdzie testowanie urządzeń elektronicznych wymaga elastyczności i wysokiej dokładności kontroli parametrów zasilania.
• Testowanie i rozwoju produktów – w laboratoriach badawczo-rozwojowych programowalne zasilacze pozwalają inżynierom na precyzyjne ustawianie warunków testowych i monitorowanie wyników, co przyspiesza proces rozwoju produktów.

---

Zalety komunikacji cyfrowej

• Zdalne sterowanie i monitorowanie – umożliwia użytkownikom zdalne dostosowanie i monitorowanie parametrów w czasie rzeczywistym.
• Dokładność i powtarzalność – cyfrowe ustawienia umożliwiają precyzyjne odczyty i ustawienia parametrów, co minimalizuje błędy.
• Bezpieczeństwo i niezawodność – możliwość monitorowania statusu zasilania oraz funkcji bezpieczeństwa, jak sygnał Power Good, zwiększa ochronę systemów i komponentów.

Te cechy sprawiają, że programowalne zasilacze z komunikacją cyfrową są istotnym elementem w zaawansowanych systemach i aplikacjach, wymagających wysokiej niezawodności i elastyczności zarządzania zasilaniem.

---

Praktyczne przykłady zastosowań zasilaczy programowalnych

PMBus

Aplikacja: Pojazd automatycznie kierowany (AGV)
Model: RPB-1600-48 (wbudowany PMBus)
Interfejs komunikacyjny: PMBus

W tej aplikacji dwie ładowarki RPB-1600-48 są zainstalowane równolegle w stacji ładowania pojazdu automatycznie kierowanego w magazynie logistycznym. Gdy pojazd wraca do stacji ładowania, system wykrywa status połączenia portu i za pomocą PMBus włącza ładowarkę, aby naładować akumulator. Jak pokazano na Rysunku 3, system wybiera odpowiedni prąd ładowania dla sześciu pakietów baterii pojazdu za pośrednictwem PMBus i wysyła informacje o ładowaniu oraz status zasilania poprzez komunikację.

Rysunek 3: Pojazd automatycznie kierowany (AGV)

---

CANBUS

Aplikacja: Narodowe Centrum Badań nad Promieniowaniem Synchrotronowym na Tajwanie
Model: DRP-3200-48CAN (Opcjonalnie CANBus)
Interfejs komunikacyjny: CANBus

W przypadku tego projektu o mocy 96kW zastosowano wiele zestawów do stworzenia wysokowydajnego układu zasilania. Wyjście z tego systemu zasila klastry półprzewodnikowych wzmacniaczy mocy RF (Radio Frequency Power Amplifier), które generują energię o wysokiej częstotliwości umożliwiając przyspieszanie elektronów niemal do prędkości światła. Aby dopasować moc RF wymaganą przez pierścień magazynujący oraz osiągnąć najwyższą wydajność energetyczną, napięcie wyjściowe systemu zasilania musi być regulowane w zakresie od 42 VDC do 54 VDC. Umożliwia to dostosowanie do różnych poziomów mocy RF i osiągnięcie optymalnych wyników.

Model DRP-3200-48CAN jest wyposażony w protokół komunikacji cyfrowej CANBus, co umożliwia pracę równoległą nawet do 30 jednostek jednocześnie. Ponadto, dzięki cyfrowej komunikacji możliwa jest precyzyjna regulacja napięcia. Co więcej, napięcia magistrali dla każdego zestawu systemów zasilania nie są połączone równolegle, a muszą być synchronizowane podczas eksperymentów. W celu synchronizacji i zdalnego sterowania wymagane są zewnętrzne kontrolery i protokół komunikacyjny. Dodatkowym wyzwaniem jest dokładność mocy wyjściowej, która jest ograniczona do +/- 1% po dostrojeniu. Aby to osiągnąć, zastosowano w pełni cyfrowy zasilacz i protokół komunikacyjny, a to umożliwiło zdalne sterowanie i monitorowanie systemu poprzez Ethernet.

Rysunek 4. Konfiguracja systemu 96kW

---

Podsumowanie

Programowalne zasilacze z cyfrową komunikacją znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach technologii. Dzieje się tak, ponieważ pozwalają na precyzyjne sterowanie i monitorowanie parametrów zasilania za pomocą interfejsów cyfrowych, takich jak PMBus i CANBus.

Poniższa tabela przedstawia szczegółowe porównanie między tymi dwoma protokołami:

Funkcja	PMBus	CANBus
Interfejs komunikacyjny	SDA i SCL (linia danych i zegar)	CANH i CANL (sygnalizacja różnicowa)
Odporność na zakłócenia	Niska, odpowiednia do krótkich dystansów	Wysoka, odpowiednia do dłuższych dystansów
Prędkość transmisji	100 kHz	250 kbps
Zastosowanie	Automatyka przemysłowa, telekomunikacja	Motoryzacja, systemy automatyzacyjne
Zalety	Otwarty protokół, łatwa integracja	Wysoka odporność na zakłócenia, autodiagnostyka
Wady	Wrażliwość na zakłócenia	Część protokołu definiowana przez MEAN WELL

Programowalne zasilacze MEAN WELL z funkcją komunikacji upraszczają złożone sterowanie i monitorowanie i nadają się do różnych zastosowań.

Rozwiązania MEAN WELL z CANBus obejmują modele:

• RSP-1600/2000, DPU-3200, SHP-10K, SHP-30K do ogólnych zastosowań,
• RCP-1600/2000, NCP-1600/3200 oraz DRP-3200 do zastosowań szafowych,
• UHP-1500/2500 oraz PHP-3500/3500-HV do aplikacji bezwentylatorowych lub chłodzonych wodą,
• BIC-2200, DRS-240/480, NPB-450/750/1200/1700, DBU-3200 do ładowania akumulatorów.

Wszystkie urządzenia są idealne do zastosowań wymagających inteligentnego sterowania i monitorowania parametrów pracy.

Jeśli masz pytania dotyczące aplikacji z inteligentnym sterowaniem, skontaktuj się z nami.
elmark@elmark.com.pl
+48 22 541 84 60