MagnaLOAD Standard Control Modes and Introducing Shunt Regulator and Rheostat

Pour offrir une flexibilité de contrôle avec une variété de sources DC, les charges électroniques DC MagnaLOAD disposent de plusieurs modes de contrôle sélectionnables par l'utilisateur :

• Mode tension
• Mode courant
• Mode puissance
• Mode résistance
• Mode régulateur shunt
• Rhéostat (ARx Series, WRx Series)

En fonction du mode de contrôle sélectionné, des consignes programmées et de la tension et du courant fournis par la source DC connectée, le MagnaLOAD sélectionnera automatiquement l'état de régulation approprié : tension constante, courant constant, puissance constante ou résistance constante.

En règle générale, lors de la connexion du MagnaLOAD à une source DC régulée, le MagnaLOAD ne doit pas être configuré pour fonctionner dans le même état de régulation que la source DC, car cela peut provoquer des instabilités de contrôle entre les deux produits. Par exemple, si la source DC régule la tension, le MagnaLOAD doit être réglé sur n'importe quel mode de contrôle autre que le mode tension.

Les applications simples du MagnaLOAD nécessitent d'amener le produit dans un état de régulation souhaité et de le déclencher par un défaut si une valeur définie est dépassée. Pour ces applications simples, les consignes autres que celle de l'état de régulation souhaité doivent être réglées au maximum, tandis que les seuils de déclenchement doivent être réglés au niveau souhaité afin d'arrêter le produit. Les applications avancées du MagnaLOAD nécessitent des limites de consigne de croisement pour garantir que le produit ne se déclenche pas, permettant une validation plus poussée du comportement de leur source DC. Pour ces applications avancées, les consignes disponibles doivent être programmées aux points de croisement souhaités ; les seuils de déclenchement restent disponibles pour être programmés comme limites de sécurité.

Mode de contrôle en tension

En mode de contrôle en tension, le MagnaLOAD effectuera un croisement automatique entre la régulation en tension et en puissance, mais privilégiera la régulation en tension constante par rapport à tous les autres états. La Figure 1 montre un diagramme de fonctionnement simplifié du mode tension.

Le mode de contrôle en tension est populaire pour les applications où la source DC est soit à courant constant, soit à puissance constante, telles que : les convertisseurs DC-DC et les alimentations DC.

Mode de contrôle en courant

En mode de contrôle en courant, le MagnaLOAD effectuera un croisement automatique entre la régulation en courant et en puissance, mais privilégiera la régulation en courant constant par rapport à tous les autres états. La Figure 2 montre un diagramme de fonctionnement simplifié du mode courant.

En mode courant, le MagnaLOAD permettra à la tension d'entrée de fluctuer tout en essayant de maintenir la consigne de courant dans un état de régulation en courant constant. La régulation en courant est généralement l'exigence la plus courante pour une charge électronique, et de même, le mode de contrôle en courant est le mode le plus couramment utilisé pour les MagnaLOAD. Le mode de contrôle en courant est le plus souvent utilisé dans des applications telles que : la décharge de batteries ou de condensateurs, les tests de convertisseurs DC-DC et les tests d'alimentations DC.

Mode de contrôle en puissance

En mode de contrôle en puissance, le MagnaLOAD effectuera un croisement automatique entre la régulation en courant et en puissance, mais privilégiera la régulation en puissance constante par rapport à tous les autres états. La Figure 3 montre un diagramme de fonctionnement simplifié du mode puissance.

En mode puissance, le MagnaLOAD permettra à la tension et au courant d'entrée de fluctuer tout en essayant de maintenir la consigne de puissance dans un état de régulation en puissance constante. Le mode de contrôle en puissance est populaire pour les applications de test où la source DC possède une large plage de fonctionnement à pleine puissance, telles que : les alimentations DC à plage automatique ou les piles à combustible.

Mode de contrôle en résistance

En mode de contrôle en résistance, le MagnaLOAD privilégiera l'état de régulation en résistance constante par rapport à tous les autres états de régulation. La Figure 4 montre un diagramme de fonctionnement simplifié du mode résistance.

Avec une résolution de programmation allant jusqu'à 16 bits, le mode de contrôle en résistance permet une programmation précise d'une valeur de résistance souhaitée comme consigne. Le MagnaLOAD fonctionnera en régulation de résistance constante dans les limites de consigne indiquées en gris sur la Figure 4. Si la source DC connectée amène le bus DC à l'une des limites de consigne, le MagnaLOAD effectuera un croisement automatique vers l'état de régulation approprié. Le mode de contrôle en résistance est le plus couramment utilisé dans les applications qui utiliseraient autrement une simple résistance passive.

Mode de contrôle régulateur shunt

Le mode régulateur shunt est un nouveau mode de contrôle développé par Magna-Power pour sa gamme de produits MagnaLOAD, qui est rapidement devenu l'une de ses fonctionnalités les plus indispensables. En mode régulateur shunt, le MagnaLOAD ne commence pas à traiter la puissance tant que le seuil de tension programmé n'est pas dépassé. L'utilisateur définit le seuil de tension souhaité et le courant de dissipation souhaité. Une fois le MagnaLOAD activé, il reste en veille et surveille la tension du bus DC. Lorsque la tension DC dépasse le seuil de tension programmé, le MagnaLOAD s'engage au courant programmé en moins de 1 ms pour dissiper l'énergie du bus DC. Dans ce mode, le MagnaLOAD agit comme un dispositif de protection, garantissant que le bus DC ne dépasse pas le seuil de tension programmé. Le mode régulateur shunt est particulièrement utile dans les applications avec des entraînements DC sans balais, qui peuvent provoquer une augmentation de la tension du bus lors du freinage. La Figure 5 montre un diagramme de fonctionnement simplifié du mode régulateur shunt.

Le mode régulateur shunt intègre une hystérésis pour éviter les oscillations et les basculements rapides marche-arrêt. Le seuil de tension auquel le MagnaLOAD s'engage en mode régulateur shunt correspond à la consigne de tension programmée plus 1% de la tension nominale pleine échelle de l'unité. Par exemple, si un MagnaLOAD ARx6.75-1000-14 (6,75 kW, 0-1000 Vdc, 0-14 Adc) était programmé à 500 Vdc en mode régulateur shunt, le MagnaLOAD commencerait à dissiper l'énergie au seuil de tension calculé comme suit :

Le MagnaLOAD continuerait à dissiper l'énergie jusqu'à ce que la tension du bus DC descende en dessous de 500 Vdc. Si la tension du bus remonte au-dessus de 510 Vdc, le MagnaLOAD se réengagerait. Certaines applications peuvent nécessiter une modification de cet ajout de 1%, qui peut être modifié en éditant une valeur EPROM dans le logiciel. Contactez le support Magna-Power pour plus de détails.

Lors du dimensionnement d'un MagnaLOAD pour une utilisation en mode régulateur shunt, il est important de considérer la capacité en courant du MagnaLOAD lorsqu'il s'engage au seuil de tension. En reprenant l'exemple ci-dessus, pour l'ARx6.75-1000-14 et une consigne de tension programmée de 500 Vdc, le seuil de tension pour ce MagnaLOAD sera de 510 Vdc ; par conséquent, le courant maximal sera :

Mode de contrôle rhéostat (séries ARx et WRx uniquement)

L'étage de dissipation de puissance des séries ARx et WRx MagnaLOAD se compose d'une matrice commutée de résistances couplées en série avec des éléments linéaires. Le mode de contrôle rhéostat contourne les éléments linéaires pour fournir un contrôle direct de la matrice de résistances commutées du MagnaLOAD. Alors que la plupart des charges électroniques doivent spécifier un taux de variation pour leurs différents modes de contrôle lors de la montée et de la descente des MOSFETs internes, le mode de contrôle rhéostat offre une véritable réponse échelon sans les contraintes de temps de rampe des MOSFETs, permettant un basculement instantané d'une résistance à une autre.

En mode de contrôle rhéostat, un total de 31 états de résistance différents sont disponibles. Chaque état de résistance possède une limite de puissance associée, inférieure à la puissance nominale maximale du modèle MagnaLOAD, qui ne peut être dépassée. Les états de résistance peuvent être commutés à la volée, avec l'entrée DC activée, à la puissance nominale maximale de l'état de résistance. La tension de sortie maximale ou le courant de sortie maximal du modèle peut être atteint à chaque état de résistance, tant que la limite de puissance de cet état de résistance n'est pas dépassée.

Les 31 valeurs de résistance rhéostat disponibles varient selon le modèle. Les valeurs de résistance rhéostat et les limites de puissance pour chaque état sont fournies dans le manuel d'utilisation du produit concerné, dans la section intitulée "Rheostat Mode."