Regolatori ad alta tensione compatti per progetti modulari a campo elettrico pulsato

Le applicazioni commerciali a campo elettrico pulsato (PEF) sono progettate per fornire impulsi ripetibili massicci in grado di inattivare i microbi e prolungare la durata di conservazione di alimenti e bevande senza dover ricorrere all'impiego di calore o sostanze chimiche. Ottimizzate per scalabilità, affidabilità e lunga durata operativa, si tratta tipicamente di applicazioni realizzate su misura, generalmente costose e poco flessibili. Ciò crea opportunità di mercato per progetti su scala pilota modulari che utilizzano componenti di serie.

XP Power offre una linea di convertitori di potenza ad alta tensione regolati che i progettisti possono utilizzare per realizzare sistemi PEF modulari per applicazioni di laboratorio, pilota e commerciali senza dover ricorrere a soluzioni di potenza completamente personalizzate. I convertitori da 30 W HRL30 dell'azienda funzionano come un alimentatore ad alta tensione regolato in grado di caricare condensatori o reti di formazione di impulsi (PFN), che poi, attraverso uno stadio di commutazione, inviano impulsi controllati a elettrodi, sensori o celle di trattamento.

Supportando impulsi a valle ripetibili controllati senza richiedere un alimentatore ad alta tensione personalizzato, i convertitori HRL30 offrono ai progettisti maggiore libertà di sperimentare, iterare rapidamente e creare nuove innovazioni specifiche per l'applicazione.

Progetti modulari più compatti

I progettisti possono realizzare sistemi ad alta tensione modulari a partire da un convertitore HRL30, trattandolo come nucleo energetico regolato per una serie di sottosistemi. Da lì, i dispositivi PFN caricati inviano, attraverso i moduli di commutazione, impulsi controllati agli elettrodi o alle celle di trattamento, mentre l'elettronica di monitoraggio e controllo tiene traccia di tensione, corrente e temperatura.

Gli involucri meccanici e il raffreddamento in piastra base semplificano l'integrazione sicura in apparecchiature di laboratorio, moduli PEF su scala pilota o sottosistemi OEM. Combinando questi elementi costitutivi, i team di progettisti possono rapidamente prototipare, iterare e adattare i progetti senza dover progettare un alimentatore ad alta tensione personalizzato per ogni applicazione.

I regolatori funzionano in modalità a tensione e corrente costanti con crossover automatico, consentendo una velocità di carica controllata per un condensatore. La tensione di uscita può essere programmata dallo 0% al 100% tramite un segnale analogico da 0 a 5 V, consentendo al sistema di regolare dinamicamente la tensione di carica di destinazione e quindi l'intensità dell'impulso.

I convertitori di XP Power forniscono uscite di monitoraggio della tensione e della corrente (V_mon e I_mon) per test automatizzati, registrazione o controllo a circuito chiuso. Questi segnali consentono a un controller a logica programmabile o a un microcontroller esterno di rilevare il completamento della carica del condensatore, attivare l'impulso e avviare il ciclo di ricarica.

Erogazione di energia stabile e controllata

L'architettura del convertitore HRL30 supporta un'ampia gamma di sistemi che forniscono alta tensione come funzione definita e ripetibile. Ciò consente ai team di progettazione di concentrarsi sulle prestazioni delle applicazioni e sull'integrazione dei sistemi anziché dover progettare alimentatori ad alta tensione personalizzati. Gli involucri meccanici compatti e il raffreddamento in piastra base consentono l'integrazione più semplice e sicura con sistemi di dimensioni più grandi.

La sfida principale delle applicazioni PEF non è solo quella di generare alta tensione, ma anche di erogarla in modo sicuro e prevedibile. La serie HRL30 fornisce energia stabile e regolata a PFN, batterie di condensatori o altri elementi di immagazzinaggio ad alta tensione che forniscono gli impulsi a valle.

Le reti PFN sono combinazioni di condensatori e induttori che immagazzinano l'energia e la rilasciano sotto forma di impulsi brevi e ripetibili. La PFN definisce la forma, la durata e l'ampiezza dell'impulso, mentre il convertitore HRL30 gestisce l'erogazione di energia sicura e affidabile e consente ai progettisti di concentrarsi sulla messa a punto delle prestazioni anziché sulla creazione di un alimentatore ad alta tensione personalizzato.

I progettisti possono mappare i requisiti elettrici delle loro applicazioni sulle varianti di HRL30 che condividono lo stesso fattore di forma con raffreddamento in piastra base compatto di 76,2 x 50,8 x 18,5 mm (Figura 1).

Figura 1: I prodotti della linea HRL30 hanno un fattore di forma comune e presentano un design con raffreddamento in piastra base. (Immagine per gentile concessione di XP Power)

Ecco a titoli di esempio tre componenti che illustrano in che modo sia possibile adattare tensione e corrente ai requisiti elettrici:

• Per la fascia a bassa tensione, un modello come HRL3024S350P fornisce fino a 350 V c.c. a circa 85 mA, pertanto è adatto a progetti che traggono vantaggio da una corrente più elevata, come la ricarica più rapida di batterie di condensatori, esperimenti PEF a campo moderato o sistemi di tipo a elettroforesi in cui l'energia per impulso è più importante dell'intensità di campo estrema.
• Salendo di livello, il modello HRL3024S600N di fascia media fornisce fino a -600 V c.c. a circa 50 mA, bilanciando tensione e corrente per sistemi PEF su scala pilota o di laboratorio che necessitano di campi elettrici significativi senza spingere troppo oltre l'isolamento, la spaziatura o la complessità del sistema.
• Per la fascia alta, il modello HRL3024S5K0P fornisce fino a 5 kV c.c. a circa 6 mA, dando priorità all'intensità del campo elettrico rispetto alla corrente. È adatto per piccoli moduli PEF su scala pilota, configurazioni di elettroporazione da laboratorio o strumenti che richiedono una polarizzazione precisa ad alta tensione anziché un'elevata energia erogata.

Conclusione

Man mano che i progettisti introducono la tecnologia PEF in sistemi su scala pilota, modulari e specifici per l'applicazione, la capacità di generare alta tensione in modo sicuro, prevedibile e senza la progettazione di alimentatori personalizzati rappresenta un'opportunità di mercato per approcci modulari che riducono i costi, accelerano lo sviluppo e aprono le porte a una gamma più ampia di implementazioni pratiche. La serie HRL30 di XP Power fornisce una base di alta tensione regolata che consente ai team di progettazione di concentrarsi sulla modellazione degli impulsi, sugli elettrodi e sulle prestazioni del sistema, anziché sui rischi della progettazione dell'alimentazione ad alta tensione.