Alimentatori modulari: flessibilità e scalabilità per diverse applicazioni

Le alimentatori DC offrono un'ampia gamma di soluzioni adatte per il settore.

Forniscono fonti di tensione essenziali per varie applicazioni, tra cui l'elettronica di consumo, i sistemi di automazione industriale e gli strumenti medicali di precisione. In questo articolo vengono illustrati i diversi tipi di alimentatori modulari e i relativi utilizzi. Gli alimentatori modulari stanno trasformando la gestione dell'alimentazione nei sistemi elettronici, grazie alle loro caratteristiche di flessibilità e scalabilità. Queste avanzate unità includono cavi rimovibili e moduli di alimentazione configurabili, consentendo agli utenti di personalizzare le proprie soluzioni di alimentazione. Migliorano le prestazioni e l'adattabilità del sistema, abilitando uscite di tensione e corrente regolabili, ottimizzando la gestione termica e supportando componenti ad alta potenza. Gli alimentatori modulari sono preferiti rispetto alle soluzioni discrete, tenendo conto dei vantaggi in termini di scalabilità, efficienza e design semplificato. I design modulari consentono di ridurre l'ingombro interno, migliorare il flusso d'aria e facilitare l'espansione e la riconfigurazione, rendendo questi dispositivi adatti per varie applicazioni nel campo dell'elettronica e dell'informatica.

Tipi di alimentatori	Gamma di tensione	Applicazioni
Gruppi di continuità (UPS)	120 V - 480 V AC	Centri dati, strutture di telecomunicazione, apparecchiature mediche, sistemi di controllo industriale
Alimentatori in modalità commutata (SMPS)	3,3 V - 48 V DC	Sistemi informatici, elettronica di consumo, illuminazione a LED, automazione industriale
Alimentatore lineare	5 V - 48 V DC	Apparecchiature da laboratorio, dispositivi medici, apparecchiature audio
Alimentatori programmabili	24 V - 600 V DC	Apparecchiature di test e misurazione, applicazioni di laboratorio, ricerca e sviluppo
Alimentatori industriali	24 V - 400 V AC/DC	Automazione industriale, controllo dei processi, macchinari, robotica
Alimentatori per applicazioni medicali	12 V - 48 V DC	Dispositivi di monitoraggio dei pazienti, apparecchiature diagnostiche, strumenti chirurgici
Alimentatore ad alta tensione	1 KV - 100 KV DC	Imaging medicale, fabbricazione di semiconduttori, ricerca scientifica.
Alimentatori montati su rack	12 V - 48 V DC	Apparecchiature per telecomunicazioni, rack per server, sistemi audio/video
Alimentatori modulari	12 V - 100 V DC	Server per data center, sistemi di storage, apparecchiature di rete
Alimentatori con guida DIN	12 V - 48 V DC	Pannelli di controllo industriali, sistemi di automazione degli edifici, apparecchiature HVAC
Alimentatori a telaio aperto	5 V - 48 V DC	Computer industriali, strumenti di test, dispositivi medici
Alimentatori ridondanti	12 V - 48 V DC	Infrastrutture critiche, sistemi ad alta disponibilità, applicazioni mission-critical
Convertitore DC-DC	1,8 V - 48 V DC	Settore automobilistico, telecomunicazioni, sistemi di controllo industriale
Alimentatore AC-DC	100 V - 250 V AC	Elettronica di consumo, apparecchiature industriali, illuminazione
Alimentare solare	12 V - 600 V DC	Sistemi di energia rinnovabile, soluzioni di alimentazione off-grid.
Inverter	Tensione i/p = 12 V - 48 V DC, tensione o/P = 120 V AC - 240 V AC	Sistemi di energia rinnovabile, gruppi di continuità a bassa potenza
Generatore di riserva	12 V - 48 V DC	Infrastrutture critiche, illuminazione di emergenza, sistemi di sicurezza

Tabella 1: panoramica dei vari tipi di alimentatore DC e delle rispettive applicazioni.

Flessibilità: la pietra miliare del design modulare

Un alimentatore modulare e configurabile offre risultati eccezionali in termini di versatilità e flessibilità nelle attività di sviluppo. Offre un'ampia gamma di caratteristiche di corrente e tensione (I-V), regolando o riordinando i componenti sulla stessa piattaforma ed eliminando la necessità di riprogettare i sistemi più importanti. Ad esempio, una piattaforma modulare da 750W può fornire uscite che vanno da 12 V DC a 62,5 A a 48 V DC a 15,6 A, o qualsiasi configurazione intermedia, con ogni uscita regolata in modo indipendente per garantire prestazioni stabili e senza interferenze. A differenza delle tradizionali unità fisse, i sistemi modulari sono dotati di moduli intercambiabili che possono essere combinati per soddisfare in modo preciso determinati requisiti di alimentazione. Questo design è particolarmente utile negli ambienti di ricerca e sviluppo, in cui l'adattabilità è un aspetto essenziale. Di seguito vengono illustrati i principali vantaggi principali degli alimentatori modulari.

• Personalizzazione e gestione dei cavi: gli utenti possono personalizzare la configurazione con cavi rimovibili di vari colori, tipi e lunghezze, per una gestione dei cavi più efficiente e un'estetica migliore. Questa flessibilità consente di regolare la potenza in uscita per soddisfare le esigenze mutevoli senza sostituire l'intera unità, con conseguenti configurazioni più ordinate e una maggiore efficienza del sistema. Riducendo l'ingombro dei cavi, gli alimentatori modulari migliorano il flusso d'aria e il raffreddamento, contribuendo a mantenere basse le temperature e prolungando la durata dei componenti. Questo design supporta anche un overclocking più efficiente e l'aggiunta di ventole di raffreddamento aggiuntive. Le unità modulari sono spesso dotate di ventole integrate che semplificano ulteriormente il raffreddamento.
• Design adattabile e funzionalità multifunzione: gli alimentatori modulari offrono un'eccezionale versatilità e configurazioni di uscita personalizzabili. Supportano un'ampia gamma di uscite di tensione e corrente e sono dotati di più canali per alimentare vari dispositivi contemporaneamente. Questi alimentatori possono essere facilmente ampliati. aggiungendo o rimuovendo moduli per soddisfare i mutevoli requisiti di alimentazione, senza dover ricorrere a una riprogettazione completa. L'ampia gamma di uscite li rende adatti a varie applicazioni, dall'elettronica a bassa potenza ai sistemi industriali ad alta potenza. Ad esempio, la nuova serie MU4 di TDK-Lambda offre opzioni di tensione senza interruzioni da 3,3 V a 104 V tramite il suo configuratore.

fv

Gamma di tensioni di uscita	Corrente massima	Potenza massima
Da 3,3 a 6 V.	30 A	150 W
Da 3,3 a 6 V.	54 A	260 W
Da 6 a 15 V.	20 A	240 W
Da 6,6 a 15 V.	30 A	300 W
Da 12 a 30 V.	30 A	480 W
Da 15 a 30 V.	10 A	240 W
Da 30 a 52 V.	5 A	240 W
Da 30 a 60 V.	10 A	480 W
Da 60 a 104 V.	5 A	480 W

Tabella 2: Ampia gamma di regolazioni di uscita (gamme di tensioni in uscita MU4) (fonte)

Gli alimentatori modulari con uscite isolate multiple offrono una flessibilità senza precedenti nelle configurazioni di tensione e corrente, aspetto essenziale per diverse applicazioni che richiedono polarità sia positive che negative. Utilizzando la tecnologia del trasformatore FTT (Fractional Turns Transformer), ad esempio con il modello RCL175 di XP, questi sistemi offrono un'ampia gamma di uscite (generalmente da 3,3 V a 60 V DC) in modo efficiente, senza compromettere le prestazioni o aumentare la complessità.

Figura 1: configurazione del trasformatore di FTT (fonte)

La tecnologia FTT migliora gli alimentatori a più uscite, consentendo efficienti giri interi sul trasformatore principale e ricorrendo a un trasformatore separato per i giri frazionari. Ciò si traduce in risultati migliori in termini di regolazione ed efficienza e in dimensioni ridotte. Semplifica il processo di progettazione, elimina la necessità di post-regolazione e ottimizza il rilevamento e il controllo della tensione. Si tratta di aspetti particolarmente utili per le combinazioni di tensioni comuni come 3,3 V e 5 V.

Di conseguenza, gli alimentatori modulari muniti di tecnologia FTT offrono una soluzione compatta, conveniente ed estremamente efficiente per i requisiti di potenza complessi delle applicazioni tecniche.

Figura 2: alimentatore modulare con un portafoglio diversificato (fonte)

• Dissipazione ottimizzata del calore: le fonti di alimentazione modulari ottimizzano gli sprechi di calore e prolungano la durata di vita per adattarsi a diverse esigenze di raffreddamento. L'elevata densità di potenza e l'efficace raffreddamento per convezione riducono la necessità di raffreddamento forzato, semplificando l'integrazione.

  Mentre i prodotti che richiedono 20 CFM (piedi cubici al minuto) introducono nuove sfide man mano che i sistemi diventano più piccoli e il rumore diventa un problema, 10-12 CFM è una quantità più gestibile e conveniente. Combinando il raffreddamento per convezione con valori nominali di raffreddamento forzato più potenti, questi alimentatori utilizzano ventole a velocità variabile che si attivano solo a temperature o carichi elevati. Ciò migliora l'affidabilità e riduce il rumore.

• Gestione più efficace dello spazio e ciclo di vita dei prodotti semplificato: le fonti di alimentazione modulari migliorano il design del sistema di alimentazione, risparmiando spazio sul PCB e semplificando la gestione termica. La forma compatta e l'elevata densità di potenza accelerano le iterazioni di progettazione e la manutenzione. Al contrario, le soluzioni discrete richiedono maggiori investimenti in termini di esperienza, tempo e impegno per l'approvvigionamento, la convalida e l'integrazione. Ciò complica le piccole modifiche di progettazione e riduce la flessibilità a causa dell'aumento dello spazio e del peso.

  Nella scelta tra i moduli di potenza e i design discreti, occorre considerare l'intero ciclo di vita del prodotto. I design discreti gravano sul team interno dal punto di vista della progettazione, dei test e delle certificazioni, con il rischio di generare ritardi significativi. La scalabilità richiede spesso riprogettazioni complete, prolungando i tempi di sviluppo. I moduli di alimentazione, invece, semplificano la logistica e riducono lo stress organizzativo. I moduli prequalificati come quelli di Vicor garantiscono affidabilità e conformità, migliorando la scalabilità senza dover ricorrere a riprogettazioni estese.

• Installazione semplificata e maggiore affidabilità: gli alimentatori modulari ottimizzano l'efficienza, riducono le dimensioni e gli sprechi di calore e prolungano la durata di vita per adattarsi a diverse esigenze di raffreddamento. L'elevata densità di potenza e l'efficace raffreddamento per convezione riducono la necessità di raffreddamento forzato, semplificando l'integrazione. Mentre i prodotti che richiedono 20 CFM (piedi cubici al minuto) introducono nuove sfide man mano che i sistemi diventano più piccoli e il rumore diventa un problema, 10-12 CFM è una quantità più gestibile e conveniente. Combinando il raffreddamento per convezione con valori nominali di raffreddamento forzato più potenti, questi alimentatori utilizzano ventole a velocità variabile che si attivano solo a temperature o carichi elevati. Ciò migliora l'affidabilità e riduce il rumore.

• Conformità semplificata: i convertitori di potenza fungono da barriere di sicurezza tra la rete elettrica ad alta tensione e le reti elettroniche SELV e sono sottoposti a rigorosi controlli. La conformità semplificata nella progettazione della conversione di potenza è fondamentale per l'approvazione normativa. I convertitori di potenza a commutazione di fase per applicazioni AC/DC e DC/DC possono generare interferenze elettromagnetiche (EMI) significative.

  Gli alimentatori modulari, pre-progettati e collaudati in base a rigorosi standard di sicurezza e standard EMC, riducono i problemi di emissioni dovuti a rumori imprevedibili sulla banda larga. Il ricorso a più forniture in pronta consegna comporta rischi associati alle correnti di dispersione cumulative e alle violazioni della sicurezza, poiché queste forniture non presentano spesso margini adeguati per ulteriori connessioni.

  La scelta di un alimentatore modulare e configurabile garantisce la conformità, riduce i costi dei test e accelera le approvazioni normative. Rispetto alla gestione con più fornitori, il ricorso a un unico fornitore semplifica la risoluzione dei problemi di conformità.

Scalabilità: soddisfare le crescenti richieste di energia

Gli alimentatori modulari offrono adattabilità ed efficienza, consentendo espansioni o modifiche graduali per soddisfare le mutevoli esigenze e ridurre al minimo i tempi di inattività. Gli utenti possono regolare la potenza in uscita in base alle necessità, aggiungendo o rimuovendo moduli di alimentazione indipendenti. Questa scalabilità è particolarmente vantaggiosa nei settori industriali e nei data center, in cui i requisiti di potenza variabili e i carichi computazionali dinamici richiedono un consumo energetico e costi operativi ottimizzati. Di seguito vengono illustrati alcuni dei principali vantaggi.

• Modularità interna: la modularità interna dei sistemi di alimentazione consente alle aziende di iniziare dal basso e di espandersi in base alle esigenze, aggiungendo o rimuovendo moduli di alimentazione sostituibili a caldo dall'utente, migliorando l'efficienza e riducendo le spese di capitale. Questo approccio flessibile semplifica gli aggiornamenti della capacità, riduce al minimo i tempi di inattività durante le attività di manutenzione e si adatta ai cambiamenti nelle richieste di potenza. I brick standardizzati consentono una rapida personalizzazione, mentre i display di configurazione semplificano le installazioni. Le risorse pre-progettate e i moduli plug-in semplici eliminano i cablaggi complessi e i pericoli, garantendo la compatibilità e la scalabilità future senza competenze tecniche. I test e le configurazioni automatici dei moduli aggiuntivi offrono connessioni senza disturbi e protezione del carico. Grazie all'autodiagnosi, ai moduli di ricambio di facile sostituzione e al design avanzato che elimina la propagazione dei guasti, questi sistemi garantiscono l'assenza di singoli punti di errore e un'affidabilità senza pari, con un tempo medio tra i guasti (MTBF) di 1.000.000 di ore.
• Gestione del carico: gli alimentatori modulari (PSU) gestiscono in modo efficiente l'aumento dei carichi. Ad esempio, un UPS con una capacità massima di 200 kVA può iniziare a 100 kVA e, in seguito, aumentare fino a 200 kVA in base alle esigenze. Un alimentatore modulare può essere configurato per diversi livelli di potenza tra 100 e 200 kVA, con opzioni come 100, 130, 150, 180 e 200 kVA disponibili in ogni quadro. I livelli di potenza possono essere aumentati tramite aggiornamenti sul campo da parte di un operatore responsabile dell'assistenza. Mentre altri PSU sono standard per livelli di potenza inferiori a 20 kVA, in genere per installazioni di computer di piccole dimensioni, questi PSU modulari utilizzano un'esclusiva tecnica di condivisione della corrente che abilita il funzionamento in parallelo senza un interruttore di trasferimento statico. Sono inoltre dotati di un filtro di ingresso adatto al generatore, che mostra l'UPS ai generatori esterni come un carico induttivo.

Applicazioni in diversi settori

La flessibilità e la scalabilità rendono gli alimentatori modulari ideali per un'ampia gamma di applicazioni.

• Data center: gli alimentatori modulari si adattano alle esigenze di alimentazione dinamiche dei rack per server, facilmente scalabili con l'aggiunta di nuove apparecchiature o maggiori esigenze di elaborazione.
• Telecomunicazioni: i sistemi di alimentazione modulari possono essere riconfigurati con l'evoluzione dell'infrastruttura di rete, supportando nuove tecnologie e maggiori requisiti di alimentazione.
• Automazione industriale: i processi di produzione con diverse esigenze di potenza possono usufruire di configurazioni di potenza facilmente regolabili.
• Apparecchiature medicali: gli alimentatori modulari possono essere personalizzati per soddisfare i requisiti di alimentazione precisi dei diversi dispositivi medici, rispettando al contempo i rigorosi standard di sicurezza.
• Sistemi di energia rinnovabile: questi alimentatori si adattano alle fluttuazioni della produzione energetica e alle esigenze di stoccaggio degli impianti solari o eolici.
• Test e misurazioni: i laboratori e le strutture di test possono configurare gli alimentatori per soddisfare le esigenze di diversi esperimenti o scenari di test.

UPS per data center: funzionalità essenziali per le esigenze moderne

I data center alimentano la nostra vita digitale. I tempi di inattività possono interrompere i servizi e provocare impatti sulla società, perdite finanziarie e potenziali pericoli. I moderni data center utilizzano infrastrutture dedicate come i sistemi UPS per garantire il funzionamento continuo e la resilienza.

Tre pilastri fondamentali definiscono l'idoneità degli alimentatori modulari per i data center moderni:

1. resilienza operativa e affidabilità
2. ottimizzazione del costo del ciclo di vita
3. scalabilità e integrazione flessibili

Le principali tecnologie UPS di Legrand includono un'architettura modulare che facilita la scalabilità e la manutenzione, componenti elettronici di potenza avanzati che favoriscono l'efficienza e sistemi di controllo intelligenti che ottimizzano le prestazioni. Queste caratteristiche rendono queste tecnologie perfette per i data center.

1) Resilienza operativa e affidabilità

Principali vantaggi

• Elevata disponibilità: grazie alla ridondanza N+1.
• Tempo medio di riparazione (MTTR) ridotto: riparazioni rapide in presenza di problemi.
• Componenti sostituibili a caldo: manutenzione senza tempi di inattività.

Figura 4: esempi di configurazione della ridondanza N+1 (fonte)

2) Ottimizzazione del costo del ciclo di vita

Principali vantaggi

• Elevata efficienza energetica, specialmente con carichi parziali.
• Gestione intelligente della batteria per una maggiore durata.
• Costi di manutenzione e assistenza ridotti.
• Maggiore durata dei componenti.
• Efficienza ottimizzata

Figura 5: le soluzioni UPS di Legrand offrono un'efficienza fino al 96,6%, caratteristiche che le rende ideali per data center a basso consumo energetico e a costi contenuti (fonte)

3) Scalabilità e integrazione flessibili

Principali vantaggi

• Capacità di potenza scalabile ("paghi man mano che cresci").
• Compatibilità con varie infrastrutture elettriche.
• Ingombro ridotto e opzioni di installazione flessibili.
• Funzionalità avanzate di comunicazione e integrazione.

Figura 6: Keor MOD: scalabilità in base alle esigenze. aggiunta di server ai rack e aggiornamento degli UPS senza apportare modifiche all'infrastruttura (fonte)

Figura 7: elevata densità di potenza e ingombro ridotto (fonte)

Figura 8: porte di comunicazione e interfacce complete tra cui USB, Dry Contact, RS232, RS485, Modbus, Ethernet, parallela, segnali logici IN/OUT, ecc. (fonte)

Questi sistemi UPS sono stati progettati per soddisfare le esigenze in continua evoluzione di vari tipi di data center, dalle piccole strutture in sede ai centri su larga scala e in co-locazione. Pongono l'accento sulla protezione energetica affidabile, sull'ottimizzazione dell'efficienza energetica, sulla riduzione del costo totale di proprietà (TCO) e sulla flessibilità necessaria per adattarsi ai mutevoli requisiti dell'infrastruttura.

Conclusione

Gli alimentatori modulari rappresentano un passo avanti significativo nel campo della gestione dell'alimentazione, poiché offrono flessibilità, scalabilità ed efficienza in varie applicazioni. La capacità di adattarsi ai mutevoli requisiti di alimentazione, migliorare la gestione termica e semplificare l'installazione li rende la scelta preferita per i data center, le telecomunicazioni, l'automazione industriale, le apparecchiature mediche, i sistemi di energia rinnovabile e gli ambienti di test e misurazione.

In qualità di distributori globali, offriamo un'ampia gamma di alimentatori modulari per soddisfare queste esigenze, garantendo prestazioni affidabili e la conformità ai più rigorosi standard di sicurezza. Di pari passo con l'aumento della domanda di soluzioni di alimentazione adattabili ed efficienti, gli alimentatori modulari sono destinati a coprire un ruolo fondamentale nel supporto alle innovazioni tecnologiche di nuova generazione.