Valutazione delle fonti di energia intelligenti e non statiche: un chiarimento razionale

Jun 03, 2023

Nota dell'editore: il documento su cui si basa questo articolo è stato originariamente presentato al Simposio internazionale IEEE 2021 sull'ingegneria della conformità dei prodotti (ISPCE), condotto virtualmente a settembre 2021.

È ristampato qui con il gentile permesso dell'IEEE. Copyright 2021, IEEE.

Le fonti di energia stanno diventando più complesse poiché vengono ideati sistemi per fornire energia tramite cavi di comunicazione e altri cavi infrastrutturali indipendenti dall'alimentazione di rete fornita dalla rete elettrica. Questo documento si propone di chiarire come testare e misurare correttamente la tensione, la corrente e la potenza per quanto riguarda questi alimentatori o fonti che non si comportano come una fonte di rete statica poiché il sistema di controllo è incorporato nella fonte di alimentazione e include il feedback dal telecomando apparecchiature alimentate o cavi di distribuzione alla sorgente per mantenere il corretto funzionamento o addirittura avviare un'erogazione di potenza continua.

Esempi di queste fonti di alimentazione intelligenti o non statiche includono USB, Power over Ethernet (PoE), Reverse Power Feeding (RPF) e le tecnologie di “gestione intelligente dei guasti”. Queste tecnologie e i sistemi intelligenti di gestione dei guasti (a volte chiamati "sistemi di alimentazione gestiti dai guasti") possono includere sorgenti che rilevano una connessione specifica ad alcune apparecchiature remote e quindi accendono l'alimentazione e/o disconnettono/riducono il livello di tensione quando si verifica una condizione di guasto. percepito. Una condizione di guasto rilevata potrebbe includere un'impedenza di carico o un circuito anomalo e/o un ponte umano simulato.

La mancata capacità di eseguire test appropriati e di effettuare misurazioni adeguate basate sulla sola valutazione dell'apparecchiatura sorgente può portare alla messa in servizio di apparecchiature non sicure e potenzialmente creare rischi di scossa elettrica e incendio nell'apparecchiatura o nei cavi collegati.

Ci sono molte cose che facciamo in base alla nostra formazione ed esperienza senza pensarci due volte; chiamiamo questi presupposti di base e fanno parte di ogni piccola parte della nostra vita. Quando si tratta di test sulla sicurezza dei prodotti, si presuppone sempre che l'energia necessaria per far funzionare l'apparecchiatura in prova (EUT) sia prontamente disponibile e provenga da fonti di alimentazione CC o CA. Pertanto, lo facciamo riferimento solo sulla targhetta del prodotto come richiesto dallo standard di sicurezza, che generalmente è adeguato. Ma ora dobbiamo esaminare questo aspetto più in dettaglio per applicare correttamente la valutazione degli output secondari dell'apparecchiatura in prova, chiamata Power Sourcing Equipment (PSE), o dell'alimentazione in un dispositivo remoto chiamato Powered Device (PD). Il processo utilizzato è ben noto e in genere chiamato provisioning o configurazione, che utilizzeremo in questa discussione. Il provisioning (tipicamente software/firmware) o la configurazione (tipicamente hardware) include specificatamente la fornitura del firmware/software più l'apparecchiatura di carico che deve essere regolabile per i vari test normali, anomali e di guasto richiesti. Potrebbe anche essere necessario utilizzare apparecchiature di supporto che comunicano con il PSE per generare determinati output o segnali che devono essere misurati.

Esaminando la situazione normale di molti elettrodomestici, apparecchiature da ufficio e commerciali monofase che ricevono alimentazione dalla rete, l'aspettativa è che la fonte di alimentazione sia disponibile nel laboratorio di prova, fornisca la tensione e la corrente di targa necessarie e abbia la capacità di gestire le correnti normali, anomale e di guasto necessarie per il corretto funzionamento durante il test. L'uso della potenza della rete sarà certamente adeguato per testare tali apparecchiature; avere un alimentatore intermedio e regolabile (generatore locale o alimentatore variabile) richiede un controllo più approfondito prima dell'inizio dei test. Niente di tutto questo è nemmeno menzionato negli standard di sicurezza che normalmente utilizziamo; si presume.

Quando un prodotto PSE fornisce energia anche alle apparecchiature a valle, può essere difficile comprenderlo appieno, senza fare ipotesi sulle caratteristiche. Quando si valuta un PD, è necessario comprendere l'ingresso nominale (tensione e corrente o potenza). Tuttavia, per il PSE che fornisce energia al PD, gli standard di sicurezza generalmente non richiedono alcuna etichettatura di queste fonti. Quindi il laboratorio di test deve determinare e comprendere le caratteristiche della sorgente per valutare un PD e, cosa forse più importante, deve capire come garantire che la sorgente di output del PSE sia collocata in una situazione che consenta l'esecuzione dei test in modo tale da replica l’intento dello standard di sicurezza. Ciò può comportare una notevole conoscenza delle apparecchiature e includere apparecchiature di supporto, software/firmware speciali e persino il collegamento di un PD rappresentativo. Questi concetti possono essere estranei a molte valutazioni sulla sicurezza dei prodotti che spesso includono solo le apparecchiature specifiche sottoposte a valutazione. Quando è necessaria un'attrezzatura aggiuntiva, questo viene spesso chiamato test a livello di sistema e molti standard di sicurezza sono scritti sulla base del test di un singolo pezzo unico di attrezzatura poiché l'attrezzatura collegata nell'uso normale è spesso sconosciuta o potrebbe addirittura non essere prodotta dallo stesso fornitore . Poiché le sorgenti non statiche o intelligenti utilizzano informazioni di controllo aggiuntive (a una o entrambe le estremità), queste devono essere chiaramente comunicate e, nella maggior parte dei casi, devono essere forniti moduli di trasmissione e ricezione adeguati solo per far funzionare il circuito. Qualsiasi attrezzatura di carico necessaria fornita è in aggiunta ad altre apparecchiature software/firmware di fornitura/configurazione che potrebbero essere necessarie.