Ein Backup-Modul wird nach der Arbeit dimensioniert, die es abschließen muss, nicht nach einer allgemeinen „USV-Klasse“. Dieses Papier gibt die Auswahlmethode: Trenne die Millisekunden, die die Stromversorgung bereits abdeckt, von den Sekunden, die die Anwendung wirklich benötigt, wähle die Speichertechnologie nach Leistung-gegen-Energie-Gesichtspunkten, berechne die Durchreiteenergie Aufgabe für Aufgabe und entwerfe die 24-V-Topologie —Sperrung, Lademanagement, Unterspannungsüberwachung und Schutz— damit ein Nickel-Metallhydrid-Modul sauber verbindet und nie zurückspeist oder die Spannung herunterzieht.
Die animierte Bewertungskarte stellt vier Technologien auf die für ein Steuerungsspannungs-Backup relevanten Kriterien: momentane Impulsleistung, nutzbare Energie für ein Sekunden-bis-Minuten-Herunterfahren, Erhaltungsbereitschaft im Schrank, Zyklen- und Kalenderleben, Missbrauchssicherheit und Kosten. Der interne Elektrolytkondensator hat hohe Leistung, aber vernachlässigbare Energie; eine Superkondensatorbank erweitert dies auf wenige Sekunden hoher Leistung, ist aber für minutenlange Energie sperrig und verlustreich; Lithium-Ionen speichert Energie, fügt aber ein BMS und eine thermische Last im geschlossenen Schrank hinzu.
Verschlossenes NiMH nimmt die bewusste Mitte ein: genug Impulsstrom für eine Feldbusübertragung, genug gespeicherte Energie für Dutzende Sekunden kontrollierten Herunterfahrens, permanente Erhaltungsbereitschaft und eine eigensichere wässrige Chemie —die Kombination, die ein SPS- oder DAQ-Schrank tatsächlich braucht.
Sauberes Herunterfahren ist eine Sequenz kurzer Aufgaben, jede mit einem Strom und einer Dauer: aktuellen Scan beenden und Ausgänge einfrieren; remanente Register, Zähler und das Datenprotokoll in nichtflüchtigen Speicher schreiben; Kommunikations-Sockets schließen und das Letztatem-Telegramm einschließlich Wiederholungen senden; jeden Aktor in eine sichere Position fahren; die Spannung halten, bis das „Power-Good“-Signal der Stromversorgung den Ausfall bestätigt. Die Summe aus Strom-mal-Zeit für jede Aufgabe, geteilt durch die Wandlereffizienz, ergibt die Netto-Ladung, die das Modul liefern muss.
Die zweite animierte Figur ist das Aufgaben-Energie-Wasserfall: Stehstrom von CPU und E/A über das Herunterfahrfenster, der nichtflüchtige Schreibimpuls, der Feldbus-Sendeimpuls mit Wiederholungen, ein Sicherheitszustands-Aktorimpuls, Wandlerverluste, eine End-of-Life- und Tieftemperatur-Reduktion und schließlich die Auslegungskapazität. Jede Aufgabe getrennt zu zeigen, verhindert den klassischen Fehler, nur für den Sendeimpuls zu dimensionieren und dann auszugehen, bevor das Dateisystem das Schreiben beendet.
Zwanzig in Reihe geschaltete NiMH-Zellen bieten nominelle 24 V, passend zur Steuerungsspannung; die genaue Zahl und ein kleiner Buck-Boost-Wandler werden so gewählt, dass die Spannung vom vollen Paket bis zur Endspannung im Arbeitsfenster 19,2–28,8 V des Steuergeräts bleibt. Eine Sperrdiode oder ein Ideal-Dioden-Pfad verhindert das Zurückspeisen des Moduls in die Hauptversorgung, und ein Spannungs-Supervisor schaltet das Backup nur zu, wenn die Primärspannung unter eine definierte Schwelle sinkt, sodass nicht zwei Quellen kämpfen.
Das Laden erfolgt über die gesunde 24-V-Spannung durch einen strombegrenzten Manager, der das Paket schonend nachlädt (ein Erhaltungsstrom bei oder unter C/20) und über 45 °C zurücknimmt. Da Ausfälle selten sind, verbringt das Paket fast sein ganzes Leben voll bereit, was zu niedrig-selbstentladendem NiMH passt.
Der Letztatem-Funkimpuls und jeder Sicherheitszustands-Aktor bestimmen den Spitzenstrom, der ein Vielfaches des mittleren Herunterfahrstroms betragen kann. Zellen und Verbinder auf diesen Spitzenwert dimensionieren, damit die Paketspannung mitten in der Übertragung nicht unter die DC-DC-Unterspannungssperre sinkt; unterdimensionierte Zellen sind die übliche Ursache für ein Letztatem-Telegramm, das beginnt, aber nie endet.
Niedriger Innenwiderstand und eine flache 1,2-V-Plattform machen NiMH hier tolerant: ein bescheidenes Paket hält dem Wandler über den Impuls und die ganze Entladung einen stabilen Eingang, während ein Kondensatorstapel linear einbricht und einen überdimensionierten Wandler-Eingangsbereich erzwingt.
Wende dieselbe Reduktionsdisziplin an wie in dieser Serie: einen End-of-Life-Kapazitätsfaktor, damit das Modul Jahre nach Installation das Herunterfahren noch abschließt, und einen Tieftemperaturfaktor für unbeheizte Schränke, wo jede Chemie einige effektive Kapazität verliert. NiMH entlädt zuverlässig unter Gefrierpunkt (anders als Lithium, dessen Ladung in der Kälte eingeschränkt ist), aber die Kälte reduziert trotzdem die verfügbare Kapazität und sollte eingeplant werden.
Füge eine Seriensicherung, Konsistenzabgleich auf Zellebene, einen NTC zur Ladekompensation und ein Layout hinzu, das das Paket von heißen Antriebskomponenten fernhält. Das Ergebnis ist ein langweilig zuverlässiges Modul —genau die Anforderung an ein Gerät, dessen einzige Aufgabe es ist, bereit zu sein, wenn alles andere gerade ausgefallen ist.
Für eine repräsentative CPU plus E/A plus Mobilfunk-Gateway, die etwa zwanzig Sekunden zum Protokollieren, Parken und Senden von drei Letztatem-Wiederholungen benötigt, landet der Wasserfall auf einem kompakten NiMH-Modul von einigen hundert bis ein paar tausend Milliampere-Stunden statt einer Kondensatorbank oder einer vollen USV. Erstreckt sich die Anforderung stattdessen auf viele Minuten fortgesetzten Betriebs, wird das Problem zu einer kleinen USV —abgedeckt im begleitenden Klein-USV-Papier— und die Topologie ändert sich entsprechend.
Papier C schließt die Schleife mit den Einbruch- und Unterbrechungsprüfungen IEC 61131-2 und IEC 61000-4-11, Maschinenversorgungs-Überlegungen nach IEC 60204-1 und den Zellenbeweisen IEC 62133-1 / UN 38.3 hinter dem Modul.
Weijiang Power fertigt verschlossene Nickel-Metallhydrid-Zellen und kompakte 24-V-Backup-Module, die die SPS- und Datenerfassungsüberbrückung von Millisekunden zu einem geordneten Herunterfahren verlängern. Senden Sie uns Ihren Steuerungsspannungsstrom, die benötigte Überbrückungs- oder Letztatemzeit, das Feldbusprotokoll und die Schranktemperatur, und unsere Ingenieure entwerfen ein geschweißtes NiMH-Modul mit Lademanagement, Sperrung und Schutz, abgestimmt auf die 24-V-Spannung. Modulformate finden Sie auf der Produktseite.
