Alimentations secourues CC à montage sur rail DIN pour la protection des équipements alimentés en courant continu

Les alimentations secourues (UPS) font partie intégrante de nombreuses applications industrielles. Lorsqu'une interruption de l'alimentation primaire peut entraîner une perte de données, endommager les équipements sensibles, compromettre la sécurité ou menacer des vies, une alimentation secourue est intégrée au système. Ces systèmes critiques connectent automatiquement la charge à la batterie en cas de perte d'alimentation externe, ce qui permet de gagner du temps pour connecter une autre source d'alimentation ou d'arrêter l'équipement en toute sécurité.

Les systèmes UPS sont utilisés dans une large gamme d'applications, y compris les télécommunications, les hôpitaux et les data centers. Les alimentations secourues conçues pour les charges en courant continu (CC) protègent les équipements dans les domaines des transports, de la production d'énergie, de l'automatisation industrielle, de l'immotique, de la fabrication de semi-conducteurs, de la sécurité, et plus.

Plus qu'un simple commutateur entre une alimentation externe et une batterie de secours, l'alimentation secourue doit également gérer l'état de la batterie et les tensions d'entrée/sortie. Un ingénieur ajoutant une alimentation secourue à un équipement existant ou prévu doit choisir un produit qui correspond aux besoins de la charge et de la batterie, tout en tenant compte de l'interface de l'alimentation secourue et des exigences en matière de sécurité de fonctionnement.

Comprendre les principes de fonctionnement des alimentations secourues

Les équipements conçus pour une alimentation en courant alternatif (CA) utilisent une alimentation secourue CA qui convertit l'alimentation CC d'une batterie de secours en une sortie CA adaptée à la charge avec des circuits onduleurs (Figure 1). En fonctionnement normal, l'alimentation CA fournie en externe contourne la batterie et l'onduleur pour alimenter directement la charge. En cas de panne de courant, l'énergie de la batterie passe dans l'onduleur pour alimenter la charge à la tension requise jusqu'à ce que la batterie soit déchargée, que l'alimentation soit rétablie ou qu'une autre source d'alimentation soit connectée.

Une alimentation secourue CA contient également un redresseur, qui entre en jeu lorsque le courant alternatif est disponible. Le redresseur convertit une partie du courant alternatif fourni en courant continu à une tension régulée pour charger la batterie.

Figure 1 : Une alimentation secourue CA contourne la batterie jusqu'à ce qu'elle soit nécessaire, puis utilise un onduleur pour convertir le courant continu de la batterie en courant alternatif requis par la charge. Un redresseur charge la batterie lorsque le courant alternatif est disponible. (Source de l'image : TDK-Lambda)

Une charge CC, en revanche, peut se connecter directement à une batterie de secours via une alimentation secourue CC. Une alimentation secourue CC a deux fonctions principales. Lorsque l'alimentation externe est disponible, elle fonctionne comme un convertisseur CC/CC bidirectionnel interne. Cela lui permet à la fois de charger la batterie à partir d'une tension CC redressée et de la convertir en tension appropriée pour la charge CC (Figure 2). Lors d'une interruption de l'alimentation externe, elle agit comme un convertisseur CC/CC, fournissant une tension régulée de la batterie à la charge.

Figure 2 : Dans une alimentation secourue CC, la batterie alimente directement la charge. Une fois l'alimentation rétablie, la tension CA externe redressée alimente la charge et recharge la batterie. (Source de l'image : TDK-Lambda)

Les alimentations secourues CC DUSH960 de TDK-Lambda (Figure 3) fonctionnent avec des tensions d'entrée CC comprises entre 12 V et 60 V. Elles fournissent jusqu'à 20 A et 960 W à des tensions programmées par l'utilisateur entre 12 VCC et 48 VCC. En tant que convertisseurs CC/CC programmables, les unités DUSH960 peuvent être utilisées sans batterie sur une plage d'entrée et de sortie de 10 V à 60 V (12 V à 48 V nominal).

Étant donné que la batterie de secours peut alimenter directement la charge sans avoir besoin d'un onduleur, les systèmes d'alimentation secourue CC sont extrêmement efficaces. Ils peuvent fournir de manière fiable de 96 % à 98 % de l'énergie tirée de la batterie.

Figure 3 : Les modèles d'alimentations secourues CC DUSH960 convertissent la tension CC des batteries de secours à la tension requise par une charge CC. Ils gèrent également la recharge des batteries lorsque l'alimentation est rétablie. (Source de l'image : TDK-Lambda)

Options de batteries d'alimentations secourues CC

Étant donné que les alimentations secourues CC, comme celles de la série DUSH960, sont des convertisseurs CC/CC, elles fonctionnent avec une variété de technologies de stockage d'énergie. Les batteries plomb-acide, les batteries lithium-ion (Li⁺), les batteries nickel-hydrure métallique (NiMH) et les supercondensateurs fonctionnent tous avec ces alimentations secourues CC pour des capacités de stockage jusqu'à 20 A et 1000 Ah.

Chaque type de batterie ou de supercondensateur est disponible dans une plage de tensions d'alimentation dépendant de la taille et de la construction de l'alimentation. En outre, la tension de la batterie varie en fonction de la décharge de la batterie, des fluctuations de température et du nombre de cycles de charge et de décharge.

La fonction de convertisseur CC/CC du DUSH960 élimine les problèmes liés à ces variations et garantit que la tension CC programmée est fournie à la charge, que l'alimentation de secours fournisse 10 V, 58 V ou une valeur intermédiaire.

Protections et niveaux de sécurité

Outre les capacités de convertisseur CC/CC de la série DUSH960, les unités sont dotées de circuits et de capacités de détection pour protéger à la fois la batterie et la charge. Les alimentations secourues CC offrent une protection contre les inversions de connexion de batterie, qui pourraient endommager la batterie et d'autres composants électroniques sensibles. Leurs capteurs surveillent également l'état de la batterie, détectant et prévenant les décharges profondes et les surintensités.

Lorsque l'alimentation est rétablie et que le système recharge la batterie, le micrologiciel fournit le profil de charge approprié pour le type de batterie connectée. Les unités surveillent également la température ambiante et optimisent la tension de charge en conséquence, en l'abaissant lorsque la température ambiante est plus chaude et en l'augmentant lorsque l'environnement est plus froid.

Les unités DUSH960 sont répertoriées pour un fonctionnement nominal sur une vaste plage de températures de -40°C à +40°C. Entre -50°C et +70°C, le fonctionnement est autorisé, mais l'ampérage admissible doit être réduit linéairement de 12 W/°C à partir de 15 A à mesure que la température augmente.

Les unités sont certifiées selon plusieurs normes de sécurité, notamment CEI/EN/UL/CSA 61010-1, CEI/EN/UL/CSA 61010-2-201 et CEI/EN/UL/CSA 62368-1 (Éd. 3). Elles portent également les marquages CE et UKCA pour les directives basse tension et RoHS.

Installation et interfaces des alimentations secourues CC

En plus de répondre aux normes de sécurité internationales, les unités DUSH960 sont conçues pour une installation standardisée. Le montage des unités DUSH960 est simple et rapide puisqu'il s'agit de modules sur rail DIN. Les unités DUSH960 compactes mesurent 55 mm de largeur x 115 mm de hauteur x 110 mm de profondeur, et ne pèsent que 470 g pour le DUSH960-1248-1M et 500 g pour le DUSH960-1248-0M. Les deux unités sont compatibles avec les rails DIN TS35/7.5 et TS35/15.

Pour permettre aux utilisateurs de tirer le meilleur parti des capacités de programmation et des capteurs embarqués, les unités DUSH960 offrent plusieurs options d'interface. Sur le panneau avant du modèle DUSH960-1248-0M (Figure 4), un écran LCD couleur de 1,5 pouce et quatre touches de commande permettent la surveillance et la programmation manuelles.

Figure 4 : Le DUSH960-1248-0M est doté d'un écran LCD couleur avec quatre touches de commande en façade. Le panneau comprend également des points de connexion pour Modbus/RTU, des capteurs de température de batterie, et plus. (Source de l'image : TDK-Lambda)

Le panneau avant du DUSH960-1284-1M est doté de voyants LED dans un modèle optimisé en termes de coût pour les applications moins accessibles. Ces LED signalent les erreurs, les avertissements et les alarmes, ainsi que le mode de fonctionnement de l'alimentation secourue CC : fonctionnement normal sur secteur avec tampon batterie, fonctionnement normal sur secteur avec batterie en cours de charge ou mode de secours.

D'autres connexions de communication et de détection incluent un signal marche/arrêt à distance isolé et deux contacts de relais à contact sec normalement ouverts (NO) qui fournissent des signaux lorsque cela est nécessaire, mais ne consomment aucune énergie lorsqu'ils sont ouverts. Des entrées pour des capteurs de température de batterie optionnels sont incluses sur l'unité ; les capteurs sont disponibles séparément.

La variante DUSH960-1248-0M dispose également d'une sortie auxiliaire de 5 A de la batterie. Bien que la tension de cette sortie ne soit pas régulée et soit égale à la tension de décharge de la batterie, le port offre une protection contre les surintensités.

Tous les modèles de la série DUSH960 peuvent également être connectés aux systèmes d'automatisation industrielle. Un port mini-USB-B facilite la connexion via RS485 au logiciel de commande Modbus/RTU. Grâce à cette connexion et au logiciel PowerCMC fourni, les utilisateurs peuvent surveiller les performances de l'unité, définir des modèles pour la tension d'entrée et de sortie et d'autres paramètres, normaliser sur plusieurs unités et conserver des journaux d'alarmes.

Conclusion

Les alimentations secourues fournissent une solution de secours essentielle pour procéder à l'arrêt en toute sécurité, sauvegarder les données importantes, garantir la sécurité des utilisateurs et du public, et éviter les pertes économiques. Avec un montage sur rail DIN standardisé, une conversion CC/CC sécurisée et de multiples options d'interface, les alimentations secourues CC DUSH960 de TDK-Lambda offrent des solutions de secours personnalisables et haut rendement sur une large plage de tensions d'entrée et de sortie, et elles sont compatibles avec les technologies de stockage d'énergie électrolytique et électrostatique les plus courantes.