Sanayi sektöründe iş başarısı sağlamak için tüm makine ve sistemler yüksek seviye güvenilirlik gerektirir. Daha az kesinti daha yüksek kârla sonuçlanır ve sürekli çalışan kontrol panoları, fabrikaları verimli tutmak için anahtar bileşenlerdir. Bu nedenle pek çok mühendis yedeklilik modülleriyle birleştirilmiş yedekli güç kaynağı konseptlerini uygulamaktadır. Güç kaynakları, kesintilerin olumsuz etkileyeceği her yerde yedekli olarak yapılandırılır. Örneğin, 20 A anma akımına sahip bir cihaz için güç kaynağı sistemi çıkış tarafında paralel bağlı 20 A’ lik iki adet güç kaynağından oluşacaktır. Güç kaynağı ünitelerinden birinde dahili bir arıza oluşursa diğer ünite tüm yükü üzerine alır. Bu nedenle sistem boyutlandırılırken, bir güç kaynağının tek başına tüm gücü karşılayabilecek şekilde seçilmesi gerekir.
Şekil 1: Yedekli bir güç kaynağı sisteminde olası arızalar
Olası tüm arıza kaynaklarının dikkate alınması
Arıza riskini en aza indirmek için, tüm potansiyel arıza kaynaklarını dikkate alın. Aşağıda, koyu olarak listelenen olası hata örnekleri, ardından da uygun çözümler bulunmaktadır (bkz. Şekil 1):
Şebekenin bir fazında arıza (1)
Paralel bağlı güç kaynağı üniteleri ayrı fazlarda çalıştırılır. Bu şekilde, bir faz arızalanırsa besleme etkilenmez.
Güç kaynağına gelen kabloda kısa devre (2) veya kopma olması veya bir güç kaynağı ünitesinin arızalanması (3)
Her iki sorun da yük beslemesini etkilemez. Sistem yedeklidir ve bir ünite çıkış gerilimi sağlayamadığında diğer güç kaynağı tüm yük talebini karşılayabilir.
Güç kaynağı ve yedek modül arasında kısa devre (4)
Bu durumda, iki güç kaynağı ünitesinin paralel çalışması yeterli değildir. Burada ihtiyaç duyulan şey, iki güç kaynağını birbirinden ayıran bir diyot veya yedeklilik modülüdür. Bu düzende ikinci güç kaynağı yüke gereken gücü sağlamaya devam eder ve kısa devreden etkilenmez. Dekuplaj olmasaydı diğer güç kaynağının çıkışı da kısa devre olurdu. Güç kaynağı ve yedek modül arasındaki kablonun kopması (5)
Yedekleme modülünün giriş gerilimi izlenirse, kablodaki bir arıza derhal tespit edilir. Giderildikten sonra güç kaynakları tekrar yedekli halde çalışır.
Yedekleme modülünde dahili arıza (6)
Kendini izleme fonksiyonu varsa dahili arızalar rapor edilir, böylece hatalı ünite herhangi bir gecikme olmadan değiştirilebilir.
Yedek modül ve yük arasındaki kablonun kopması (7)
Yedekliliği artırmak için yükün kablolaması da yedekli olmalıdır. Eğer modüllerde iki veya daha fazla çıkış klemensi varsa bunlar kullanılabilir.
Cihazların fazla akım çekmesinden veya hatalı yüklerden kaynaklanan aşırı yük akımı (8)
Bu senaryo için çözüm yük akımını izlemek ve önceden tanımlanmış değer aşılır aşılmaz bir uyarı vermektir.
Yük akımının izlenmesi
Şekil 2, yük akımını izlerken bir uyarı bilgisi almanın avantajını göstermektedir. Bir kullanıcı, bir güç kaynağına fazladan ek yükler bağlarsa, sistem yedekliliği bozulur.
Örneğin, her biri 5 A olan iki yedekli güç kaynağının 5 A’lik kontrolöre güç sağladığını varsayalım. Kullanıcı daha sonra 3 A’lik ek bir yük daha bağlar. Toplam yük 8A olur güç kaynakları gerilim düşüşü olmadan 8 A‘i sağlayabilir. Ancak sistem artık yedekli değildir. İki güç kaynağından biri arızalanırsa, diğer 5 A’lik ünite 8 A’i besleyemez.
Şekil 2: Yük akımı ile yedekliliğin izlenmesi
Bu nedenle yük akımını izlemek önemlidir. Bu, sistem operatörünün yedeklilik kaybından hemen haberdar olmasını sağlar. Bunu kolaylaştırmak için, bugünün yedeklilik modüllerinden bazıları, yük akım çekişinden dolayı kullanıcılara yedeklilik kaybı hakkında bilgi veren bir “ORing” fonksiyonuna sahiptir. Fonksiyon dört dakikalık bir gecikmeyle çalışır. Bu, operatörlerin motorların çalıştırılmasından kaynaklanan geçici yüksek akımları, kalıcı bir aşırı yük durumu ile yanlış yorumlamalarını önler.
Çalışma ömrü iki katına çıkar
Çıkış gerilimleri eşit olmayan şekilde yapılandırıldığında, bu asimetriyle sonuçlanır. Yükün çoğu bir güç kaynağı üzerine biner. Bu da o güç kaynağının daha fazla ısınmasına ve elektriksel ömrünün azalmasına neden olur. Her iki güç kaynağı nominal gücün yarısında çalıştırılırsa, sıcaklıkları yaklaşık 10 santigrat derece azalacak ve bu da çalışma ömrünü önemli ölçüde arttıracaktır.
Şekil 3: Yedekliliğin sürekli izlenmesi sürekliliği arttırır, izlenen bölümler yeşil görünmektedir.
Bu prensibe dayanarak, güç kaynaklarını otomatik olarak dengeleyen teknoloji, her iki güç kaynağının da yük akımını eşit şekilde paylaşmasını sağlar, bu da yedek güç kaynaklarının çalışma ömrünün iki katına çıkmasını sağlar. Bu amaçla, güç kaynakları normal Schottky veya silikon diyotlar yerine MOSFET’leri kullanır. MOSFET’ler, yedek güç kaynaklarının 300 mV’a kadarki DC gerilim farklarını düzeltir. Yük akımı otomatik ve tamamen simetrik olarak dağıtılır. Ayrıca bu çözüm geleneksel diyot çözümlerden yüzde 70 daha az enerji tüketimi sağlar. Dolayısıyla daha düşük güç kaybı demek tüm kontrol panosu bileşenlerinin daha soğuk kalması anlamına gelir.
ORing yedekleme modülleri, güç kaynaklarının çıkış gerilimlerinden kablolama ve dekuplaj bölümünden yük akımına kadar uzanan komple yedekleme çözümünü izler (Şekil 3). “Redundancy OK” ve “ACB OK” sinyal kontaklarının yanı sıra LED göstergeler ünitelerin düzgün çalışmasını izlemek için kullanılır.
Güç kaynaklarının yük kullanımı çubuk grafik olarak görüntülenir. Kullanıcı, bir bakışla hangi giriş geriliminin daha yüksek olduğunu, yani hangi güç kaynağının daha büyük bir yük altında olduğunu görebilir. Operatörler bu bilgiyle problemleri anında tespit edip çözebilir. Örneğin, kırmızı yanıp sönen ışık, bir girişteki güç kaynağı geriliminin, diğer girişteki gerilimden 300 mV’tan daha yüksek olduğunu gösterir. Kırmızı ışık sürekli yanıyorsa, bir MOSFET bozuktur. Gösterge düzeni NAMUR standart önerisine uygundur.
Sonuç
Yedekli güç konfigürasyonları hassas uygulamalarda yüksek sistem güvenilirliği sağlarlar. Bu anlamda uygun güç kaynakları konseptleri tavsiye edilir. Uygulamaya bağlı olarak operatörler, dekuplaj olmayan veya diyotlar veya MOSFET üzerinden dekuplaj olan çözümler arasından seçim yapabilirler.
