MagnaLOAD Standard Control Modes and Introducing Shunt Regulator and Rheostat

Per offrire flessibilità di controllo con diverse sorgenti DC, i carichi elettronici DC MagnaLOAD dispongono di diverse modalità di controllo selezionabili dall'utente:

• Modalità tensione
• Modalità corrente
• Modalità potenza
• Modalità resistenza
• Modalità regolatore shunt
• Reostato (Serie ARx, Serie WRx)

In base alla modalità di controllo selezionata, ai set-point programmati e alla tensione e corrente fornite dalla sorgente DC collegata, il MagnaLOAD selezionerà automaticamente lo stato di regolazione appropriato tra: tensione costante, corrente costante, potenza costante o resistenza costante.

In generale, quando si collega il MagnaLOAD a una sorgente DC regolata, il MagnaLOAD non dovrebbe essere configurato per operare nello stesso stato di regolazione della sorgente DC, poiché ciò potrebbe produrre instabilità di controllo tra i due prodotti. Ad esempio, se la sorgente DC regola la tensione, il MagnaLOAD dovrebbe essere impostato su qualsiasi modalità di controllo diversa dalla modalità tensione.

Le applicazioni semplici del MagnaLOAD richiedono di portare il prodotto nello stato di regolazione desiderato e di disattivarlo con un guasto se un valore impostato viene superato. Per queste applicazioni semplici, i set-point diversi da quello dello stato di regolazione desiderato dovrebbero essere impostati al massimo, mentre i punti di intervento dovrebbero essere impostati al livello desiderato per spegnere il prodotto. Le applicazioni avanzate del MagnaLOAD richiedono limiti di crossover dei set-point per garantire che il prodotto non si disattivi, consentendo un'ulteriore validazione del comportamento della sorgente DC. Per queste applicazioni avanzate, i set-point disponibili dovrebbero essere programmati ai punti di crossover desiderati; i punti di intervento sono comunque disponibili per essere programmati come limiti di sicurezza.

Modalità di controllo in tensione

Nella modalità di controllo in tensione, il MagnaLOAD effettuerà il crossover automatico tra regolazione di tensione e di potenza, dando però priorità alla regolazione a tensione costante rispetto a tutti gli altri stati. La Figura 1 mostra un diagramma operativo semplificato della modalità tensione.

La modalità di controllo in tensione è diffusa nelle applicazioni in cui la sorgente DC è a corrente costante o a potenza costante, come: convertitori DC-DC e alimentatori DC.

Modalità di controllo in corrente

Nella modalità di controllo in corrente, il MagnaLOAD effettuerà il crossover automatico tra regolazione di corrente e di potenza, dando però priorità alla regolazione a corrente costante rispetto a tutti gli altri stati. La Figura 2 mostra un diagramma operativo semplificato della modalità tensione.

Nella modalità corrente, il MagnaLOAD consentirà alla tensione di ingresso di fluttuare cercando di mantenere il set-point di corrente in uno stato di regolazione a corrente costante. La regolazione di corrente è tipicamente il requisito più comune per un carico elettronico e, analogamente, la modalità di controllo in corrente è la modalità più comunemente utilizzata per i MagnaLOAD. La modalità di controllo in corrente è più comunemente impiegata in applicazioni quali: scarica di batterie o condensatori, test di convertitori DC-DC e test di alimentatori DC.

Modalità di controllo in potenza

Nella modalità di controllo in potenza, il MagnaLOAD effettuerà il crossover automatico tra regolazione di corrente e di potenza, dando però priorità alla regolazione a potenza costante rispetto a tutti gli altri stati. La Figura 3 mostra un diagramma operativo semplificato della modalità tensione.

Nella modalità potenza, il MagnaLOAD consentirà alla tensione e alla corrente di ingresso di fluttuare cercando di mantenere il set-point di potenza in uno stato di regolazione a potenza costante. La modalità di controllo in potenza è diffusa nelle applicazioni di test in cui la sorgente DC ha un ampio range operativo a piena potenza, come: alimentatori DC auto-ranging o celle a combustibile.

Modalità di controllo in resistenza

Nella modalità di controllo in resistenza, il MagnaLOAD darà priorità allo stato di regolazione a resistenza costante rispetto a tutti gli altri stati di regolazione. La Figura 4 mostra un diagramma operativo semplificato della modalità tensione.

Con una risoluzione di programmazione fino a 16 bit, la modalità di controllo in resistenza consente la programmazione precisa di un valore di resistenza desiderato come set-point. Il MagnaLOAD opererà in regolazione a resistenza costante entro i limiti dei set-point indicati in grigio nella Figura 4. Se la sorgente DC collegata porta il bus DC a uno dei limiti di set-point, il MagnaLOAD effettuerà il crossover automatico allo stato di regolazione appropriato. La modalità di controllo in resistenza è più comunemente utilizzata nelle applicazioni che altrimenti impiegherebbero un semplice resistore passivo.

Modalità di controllo regolatore shunt

La modalità regolatore shunt è una nuova modalità di controllo sviluppata da Magna-Power per la sua linea di prodotti MagnaLOAD, che è rapidamente diventata una delle sue funzionalità più indispensabili. Nella modalità regolatore shunt, il MagnaLOAD non inizia a dissipare potenza fino al superamento della soglia di tensione programmata. L'utente imposta la soglia di tensione desiderata e la corrente di dissipazione desiderata. Una volta abilitato il MagnaLOAD, rimane inattivo e monitora la tensione del bus DC. Quando la tensione DC supera la soglia di tensione programmata, il MagnaLOAD si attiva alla corrente programmata entro 1 ms per dissipare energia dal bus DC. In questa modalità, il MagnaLOAD agisce come un dispositivo di protezione, assicurando che il bus DC non superi la soglia di tensione programmata. La modalità regolatore shunt è particolarmente utile nelle applicazioni con azionamenti DC brushless, che possono causare l'aumento della tensione del bus durante la frenata. La Figura 5 mostra un diagramma operativo semplificato della modalità regolatore shunt.

La modalità regolatore shunt dispone di isteresi integrata, per prevenire oscillazioni e commutazioni rapide on-off. La soglia di tensione alla quale il MagnaLOAD si attiva nella modalità regolatore shunt è il set-point di tensione programmato più l'1% del valore nominale di tensione a fondo scala dell'unità. Ad esempio, se un MagnaLOAD ARx6.75-1000-14 (6,75 kW, 0-1000 Vdc, 0-14 Adc) fosse programmato a 500 Vdc nella modalità regolatore shunt, il MagnaLOAD inizierebbe a dissipare energia alla soglia di tensione calcolata come:

Il MagnaLOAD continuerebbe a dissipare energia fino a quando la tensione del bus DC non scende al di sotto di 500 Vdc. Se la tensione del bus supera nuovamente 510 Vdc, il MagnaLOAD si riattiverà. Alcune applicazioni potrebbero richiedere una modifica di questo fattore aggiuntivo dell'1%, che può essere modificato editando un valore EPROM nel software. Contattare il supporto Magna-Power per maggiori dettagli.

Quando si dimensiona un MagnaLOAD per l'uso nella modalità regolatore shunt, è importante considerare la capacità di corrente del MagnaLOAD quando si attiva alla soglia di tensione. Utilizzando l'esempio precedente, per l'ARx6.75-1000-14 e un set-point di tensione programmato di 500 Vdc, la soglia di tensione per questo MagnaLOAD sarà 510 Vdc; pertanto, la corrente massima impostata sarà:

Modalità di controllo a reostato (solo serie ARx e serie WRx)

Lo stadio di dissipazione di potenza nelle serie ARx e WRx del MagnaLOAD è costituito da una matrice commutata di resistori accoppiati in serie con elementi lineari. La modalità di controllo a reostato bypassa gli elementi lineari per fornire il controllo diretto della matrice di resistori commutati del MagnaLOAD. Mentre la maggior parte dei carichi elettronici deve specificare la velocità di variazione (slew rate) per le varie modalità di controllo durante la rampa di salita e discesa dei MOSFET interni, la modalità di controllo a reostato offre una vera risposta a gradino senza i vincoli del tempo di rampa dei MOSFET, garantendo una commutazione istantanea da una resistenza all'altra.

Nella modalità di controllo a reostato sono disponibili un totale di 31 diversi stati resistivi. Ogni stato resistivo ha un limite di potenza associato, inferiore alla potenza nominale a fondo scala del modello MagnaLOAD, che non può essere superato. Gli stati resistivi possono essere commutati al volo, con l'ingresso DC abilitato, alla potenza nominale massima dello stato resistivo. La tensione massima di uscita nominale o la corrente massima di uscita nominale del modello possono essere raggiunte in ogni stato resistivo, purché il limite di potenza di quello stato resistivo non venga superato.

I 31 valori di resistenza reostatica disponibili variano a seconda del modello. I valori delle resistenze reostatiche e i limiti di potenza per ogni stato sono forniti nel rispettivo Manuale utente del prodotto, nella sezione intitolata "Rheostat Mode."