Резервный модуль рассчитывается по работе, которую он должен завершить, а не по общему «номиналу ИБП». В этой статье дан метод выбора: отделите миллисекунды, которые блок питания уже обрабатывает, от секунд, которые действительно нужны приложению, выберите технологию накопления по критериям мощности против энергии, рассчитайте энергию переживания по каждой задаче и спроектируйте топологию шины 24В —блокировку, управление зарядом, монитор пониженного напряжения и защиту— чтобы никель-металлгидридный модуль чисто подключался и никогда не запитывал обратно или не просаживал шину.
Анимированная карта оценки размещает четыре технологии по критериям, важным для резерва управляющей шины: мгновенная импульсная мощность, пригодная энергия для завершения от секунд до минут, готовность в режиме поддержки в шкафу, циклический и календарный ресурс, безопасность при нарушениях и стоимость. Внутренний электролитический конденсатор имеет высокую мощность, но пренебрежимую энергию; банк ионисторов расширяет это до нескольких секунд высокой мощности, но громоздок и имеет утечки для энергии в масштабе минут; литий-ион хранит энергию, но добавляет BMS и тепловую нагрузку в закрытом шкафу.
Герметичный NiMH занимает намеренную середину: достаточный импульсный ток для передачи по полевой шине, достаточно накопленной энергии для десятков секунд управляемого завершения, постоянная готовность в режиме поддержки и водная химия, по своей сути безопасная —сочетание, которое действительно нужно стойке ПЛК или УСД.
Корректное завершение — это последовательность коротких задач, каждая со своим током и длительностью: завершить текущий скан и заморозить выходы; записать запоминающие регистры, счётчики и журнал данных в энергонезависимую память; закрыть коммуникационные сокеты и отправить кадр последнего вздоха, включая повторы; привести все исполнительные механизмы в безопасное положение; удерживать шину, пока сигнал «power-good» блока не подтвердит потерю. Суммирование ток-умножить-на-время для каждой задачи, делённое на КПД преобразователя, даёт чистый заряд, который модуль должен выдать.
Вторая анимированная фигура — водопад энергии задач: ток ожидания ЦП и входов/выходов в окне завершения, импульс энергонезависимой записи, импульс передачи по полевой шине с повторами, импульс исполнительного механизма безопасного состояния, потери преобразователя, снижение на конец срока и низкую температуру, и наконец проектная ёмкость. Раздельное отображение каждой задачи предотвращает классическую ошибку — расчёт только под импульс передачи с последующим исчерпанием до завершения сброса файловой системой.
Двадцать последовательно соединённых NiMH ячеек дают номинальные 24В, соответствующие управляющей шине; точное число и небольшой повышающе-понижающий преобразователь выбираются так, чтобы шина оставалась в рабочем окне контроллера 19,2–28,8В от полностью заряженного пакета до конечного напряжения. Блокирующий диод или путь идеального диода предотвращает обратную запитку модулем основного блока, а супервизор шины подключает резерв только при просадке первичной шины ниже заданного порога, избегая борьбы двух источников.
Заряд поступает от исправной шины 24В через ограничитель тока, который мягко пополняет пакет (поддерживающий ток на уровне C/20 или ниже) и снижается выше 45 °C. Поскольку перебои редки, пакет почти всю жизнь проводит полностью готовым, что подходит для NiMH с низким саморазрядом.
Радиоимпульс последнего вздоха и исполнительные механизмы безопасного состояния задают пиковый ток, который может в разы превышать средний ток завершения. Рассчитайте ячейки и выводы под этот пик, чтобы напряжение пакета не просело ниже блокировки по пониженному напряжению DC-DC в середине передачи; недооценённые ячейки — обычная причина кадра последнего вздоха, который начинается, но не завершается.
Низкое внутреннее сопротивление и плоская площадка 1,2В делают NiMH здесь терпимым: скромный пакет поддерживает стабильный вход преобразователя на импульсе и всём разряде, тогда как стопка конденсаторов проседает линейно и требует завышенный диапазон входа преобразователя.
Примените ту же дисциплину снижения, что и в этой серии: коэффициент ёмкости на конец срока, чтобы модуль ещё завершал работу годы после установки, и коэффициент низкой температуры для неотапливаемых шкафов, где каждая химия теряет часть эффективной ёмкости. NiMH надёжно разряжается ниже точки замерзания (в отличие от лития, заряд которого на холоде ограничен), но холод всё же снижает доступную ёмкость и должен быть заложен в расчёт.
Добавьте последовательный предохранитель, подбор согласованности на уровне ячеек, NTC для компенсации заряда и компоновку, держащую пакет вдали от горячих приводных компонентов. Результат — скучно надёжный модуль, что и требуется от устройства, единственная задача которого — быть готовым, когда всё остальное только что отказало.
Для типичного ЦП плюс входы/выходы плюс сотовый шлюз, которым нужно около двадцати секунд на запись, парковку и отправку трёх повторов последнего вздоха, водопад приводит к компактному NiMH модулю от нескольких сотен до двух тысяч миллиампер-часов, а не к банку конденсаторов или полному ИБП. Если требование простирается на многие минуты непрерывной работы, задача становится малым ИБП —рассмотрена в сопутствующей статье о малом ИБП— и топология меняется соответствующе.
Статья C замыкает цикл испытаниями на провал и прерывание IEC 61131-2 и IEC 61000-4-11, соображениями питания машин IEC 60204-1, а также доказательствами ячеек IEC 62133-1 / UN 38.3 за модулем.
Weijiang Power производит герметичные никель-металлгидридные ячейки и компактные 24В резервные модули, продлевающие переживание ПЛК и сбора данных от миллисекунд до упорядоченного завершения. Пришлите нам ток шины контроллера, требуемое время удержания или последнего вздоха, протокол полевой шины и температуру шкафа, и наши инженеры спроектируют сварной NiMH модуль с управлением зарядом, блокировкой и защитой под шину 24В. Форматы модулей смотрите на странице продуктов.
