Fuentes de alimentación digitales vs analógicas: buscando el equilibrio adecuado
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| Fuente de 250W CHD de XP Power |
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| Fuente de 225W EPL de XP |
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| Fuente de 500W GSP de XP Power |
El interfaz PMBus también permite capacidad de monitorización: se puede disponer de las señales para la tensión y la corriente de salida, la temperatura y los bits de datos para las alarmas, se pueden ajustar fácilmente con este interfaz. También se puede obtener información del modelo de fuente y el número de serie de la misma (muy útil en un sistema con muchas fuentes de alimentación) y el tiempo de trabajo también está disponible.
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Figura 1.– Las series EMH350 de 350 Watios con salida doble de XP Power
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La efectividad del sistema, monitorizar su estado y la eficiencia energética requieren que las fuentes de alimentación estén controladas y monitorizadas. Aunque el concepto de hacer esto digitalmente ha estado presente desde hace tiempo, ya que los diseños finales son cada vez más complejos, muchos ingenieros están empezando ahora a analizar los beneficios que les aporta el incorporar control digital en sus sistemas.
A un ingeniero de I+D buscando métodos digitales de monitorización y control de una fuente AC/DC le puede atraer la posibilidad de acceso a un alto nivel de información con éstos, comparándolo con los analógicos, y también la habilidad para controlar la salida digitalmente. Sin embargo, estas funciones vienen a costa de la complejidad del sistema.
Analógico vs DigitalEl control digital, sin duda, ofrece un mayor nivel de flexibilidad. Las fuentes de alimentación se pueden encender y apagar de forma remota, se pueden establecer límites en las tensiones y corrientes de salida y habilitar alarmas. Las fuentes de alimentación digitales pueden proporcionar monitorización de datos, como temperatura, rendimientos del ventilador, etc que ayudan por ejemplo a prevenir fallos. El control digital facilita también la calibración: los parámetros pueden ser programados en vez de ajustar un potenciómetro manualmente en una fuente analógica. En el lado contrario, el control digital completo de una fuente de alimentación implica muchos parámetros de funcionamiento y puede ser extremadamente complejo. Se requiere un DSP con software sofisticado, que puede ser difícil de implementar.
el estado de la fuente se puede monitorizar, el control está por lo general limitado a una sola respuesta o reacción por parámetro; con una fuente digital, tenemos un rango amplio de escenarios de entrada con varias acciones posibles en base a éstos, aunque siempre limitada por la velocidad del procesador.
Encontrar el equilibrioEncontrar un compromiso entre analógico y digital puede ser complicado. El enfoque de XP Power para encontrar ese balance entre los dos, es usar un controlador analógico PWM más que probado, y añadir una interfaz digital, para crear una comunicación flexible. En un diseño típico de XP Power, un PWM analógico controla la tensión de salida en tiempo real, y un microcontrolador la monitoriza y ajusta. La tarjeta de control digital puede crear artificialmente múltiples estados de operación combinando el control individual de parámetros y señales de estado, permitiendo un nivel más alto de flexibilidad que el control analógico. Este nivel de control se adapta a la mayoría de clientes que priorizan una solución rentable.
El control PWM analógico tiene la ventaja de eliminar ciertos tipos de inexactitudes que son inherentes a los diseños digitales. Por ejemplo, el muestreo de señales con un conversor AD para llevarlos al DSP, introducirá errores como no distinguir bien unas señales de otras. El utilizar un DSP para controlar la salida también introducirá variaciones e inestabilidad en la señal de PWM, esto puede causar sub-harmónicos en la salida que conducen a problemas de EMC en la aplicación. Utilizando un PWM analógico evita esto eficazmente. Sin embargo, ya que la frecuencia de conmutación del PWM se hace por hardware, ésta no se puede ajustar. Además, un
control de lazo cerrado significa que éste no puede ser optimizado para diferentes condiciones sin cambiar componentes.
Comunicaciones
El protocolo de comunicación más utilizado para el control digital de las fuentes de alimentación es el PMBus, un estándard definido en la industria y claramente destinado a las fuentes “plug and play”, por lo que el interfaz con el equipo final puede ser diseñado sin ni siquiera “ver” a la fuente de alimentación. Si bien es perfectamente posible controlar una fuente de alimentación digital utilizando un bus CAN, o mediante Ethernet por ejemplo, esto requiere mucho más tiempo de desarrollo de un stack del protocolo para ser utilizado específicamente en cada aplicación. PMBus es mucho más sencillo. Cuenta con un interfaz relativamente simple ( 2 líneas de E/S), que puede ayudar a que el hardware sea más pequeño, y sólo hay tres capas en el stack del protocolo PMBus, frente a las 10 o 12 para una implementación con Ethernet. Por esta
razón, los ingenieros de diseño que se encuentran en un apuro de tiempo, y los que no tienen mucha experiencia en redes suelen elegir el PMBus.
Aplicaciones realesA modo de ejemplo, la fuente de 1500 W de XP Power GFR1K5, para montaje en rack y de formato 1U, utiliza un interfaz PM Bus con una estructura muy sencilla de comandos ofreciendo un control bastante considerable, como se muestra en la tabla 1. La salida se puede encender y apagar, y el valor de sobre corriente se puede
configurar. Por hardware, el apagado puede ocurrir a un 110-140% de la Inom, pero por firmware se puede ajustar del 105 al 0%. Y la respuesta para un apagado por firmware se puede especificar también (por ejemplo el latch off o el modo hiccup ajustando un número de intentos o intentarlo de manera continuada).
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| Tabla 2. La estructura de comandos del PMBus de la fuente EMH350, con un nivel más complejo comparándolo con la de la fuente GFR1K5 |
