La precarga de los voltajes de la línea eléctrica en una aplicación de CC de alto voltaje es un modo preliminar que limita la corriente de entrada durante el procedimiento de encendido.
Un sistema de alto voltaje con una gran carga capacitiva puede estar expuesto a una corriente eléctrica alta durante el encendido inicial. Esta corriente, si no se limita, puede provocar una tensión considerable o daños a los componentes del sistema. En algunas aplicaciones, la activación del sistema es una ocurrencia poco frecuente, como en la distribución de energía eléctrica comercial. En otros sistemas, como las aplicaciones de vehículos, se producirá una precarga con cada uso del sistema, varias veces al día. La precarga se implementa para aumentar la vida útil de los componentes electrónicos y aumentar la confiabilidad del sistema de alto voltaje.
Las corrientes de entrada en los componentes capacitivos son una preocupación clave en el estrés de encendido de los componentes. Cuando se aplica energía de entrada de CC a una carga capacitiva, la respuesta de paso de la entrada de voltaje hará que el capacitor de entrada se cargue. La carga del capacitor comienza con una corriente de entrada y termina con una caída exponencial hasta la condición de estado estable. Cuando la magnitud del pico de entrada es muy grande en comparación con la clasificación máxima de los componentes, entonces se espera estrés del componente. Se sabe que la corriente en un capacitor es : la corriente de entrada pico dependerá de la capacitancia C y la tasa de cambio del voltaje (dV/dT). La corriente de entrada aumentará a medida que aumenta el valor de la capacitancia, y la corriente de entrada aumentará a medida que aumenta el voltaje de la fuente de energía. Este segundo parámetro es de principal preocupación en los sistemas de distribución de energía de alto voltaje. Por su naturaleza, las fuentes de energía de alto voltaje entregarán alto voltaje al sistema de distribución. Las cargas capacitivas estarán sujetas a altas corrientes de entrada al encenderse. El estrés de los componentes debe entenderse y minimizarse.
El objetivo de una función de precarga es limitar la magnitud de la corriente de entrada en las cargas capacitivas durante el encendido. Esto puede tardar varios segundos según el sistema. En general, los sistemas de mayor voltaje se benefician de tiempos de precarga más prolongados durante el encendido.
Consideremos un ejemplo en el que una fuente de alto voltaje alimenta una unidad de control de electrónica típica que tiene una fuente de alimentación interna con una capacidad de entrada de 11000 μF. Cuando se alimenta desde una fuente de 28 V, la corriente de entrada en la unidad electrónica se acercaría a los 31 amperios en 10 milisegundos. Si ese mismo circuito se activa con una fuente de 610 V, entonces la corriente de entrada se acercaría a los 670 A en 10 milisegundos. Es prudente no permitir corrientes de entrada ilimitadas de la activación del sistema de distribución de energía de alto voltaje en cargas capacitivas: en lugar de eso, la corriente de entrada debe controlarse para evitar el estrés de encendido de los componentes.
El requisito funcional del circuito de precarga de alto voltaje es minimizar la corriente pico que sale de la fuente de energía al reducir la dV / dT del voltaje de entrada de manera que se cree un nuevo "modo de precarga". Las cargas inductivas en el sistema de distribución deben desconectarse durante el modo de precarga, debido a la dependencia de dI / dT . Durante la precarga, el voltaje del sistema aumentará de manera lenta y controlada, y la corriente de encendido nunca superará el valor máximo permitido. A medida que el voltaje del circuito se acerca al estado estable, se completa la función de precarga. El funcionamiento normal de un circuito de precarga es finalizar el modo de precarga cuando el voltaje del circuito es el 90 % o el 95 % del voltaje de funcionamiento. Al finalizar la precarga, la resistencia de precarga se desconecta del circuito de suministro de energía y regresa a una fuente de energía de baja impedancia para el modo normal. Luego, las cargas de alto voltaje se encienden secuencialmente.
El sistema de limitación de corriente de entrada más simple, utilizado en muchos dispositivos electrónicos de consumo, es una resistencia NTC . Cuando está fría, su alta resistencia permite que una pequeña corriente precargue el condensador de reserva . Después de que se calienta, su baja resistencia permite que pase la corriente de trabajo de manera más eficiente.
Muchos sistemas de corrección activa del factor de potencia también incluyen arranque suave .
Si se utiliza el circuito de ejemplo anterior con un circuito de precarga que limita la dV / dT a menos de 600 voltios por segundo, la corriente de entrada se reducirá de 670 amperios a 7 amperios. Esta es una forma "más suave y delicada" de activar un sistema de distribución de energía de CC de alto voltaje.
El beneficio principal de evitar el estrés de los componentes durante el encendido es lograr una larga vida útil del sistema gracias a componentes confiables y duraderos.
Existen beneficios adicionales: la precarga reduce los riesgos eléctricos que pueden ocurrir cuando la integridad del sistema se ve comprometida debido a un daño o falla del hardware. Activar el sistema de CC de alto voltaje en un cortocircuito o una falla a tierra o en personal desprevenido y su equipo puede tener efectos no deseados. El arco eléctrico se minimizará si una función de precarga ralentiza el tiempo de activación de un encendido de alto voltaje. Una precarga lenta también reducirá el voltaje en un circuito defectuoso que se acumula mientras se activan los diagnósticos del sistema. Esto permite un apagado de diagnóstico antes de que la falla se detecte por completo en las peores proporciones.
En los casos en que la corriente de entrada ilimitada es lo suficientemente grande como para disparar el disyuntor de la fuente , puede incluso requerirse una precarga lenta para evitar el disparo molesto.
La precarga se utiliza habitualmente en aplicaciones de vehículos eléctricos a batería . La corriente que llega al motor está regulada por un controlador que emplea condensadores de gran tamaño en su circuito de entrada. [1] Estos sistemas suelen tener contactores (un relé de alta corriente ) para desactivar el sistema durante períodos inactivos y para actuar como desconexión de emergencia en caso de que el regulador de corriente del motor falle en un estado activo. Sin precarga, el alto voltaje a través de los contactores y la corriente de entrada pueden provocar un breve arco que provocará picaduras en los contactos. La precarga de los condensadores de entrada del controlador (normalmente al 90 o 95 por ciento del voltaje de la batería aplicada) elimina el problema de las picaduras. La corriente para mantener la carga es tan baja que algunos sistemas aplican la precarga en todo momento excepto cuando se cargan las baterías, mientras que los sistemas más complejos aplican la precarga como parte de la secuencia de arranque y aplazarán el cierre del contactor principal hasta que se detecte que el nivel de voltaje de precarga es suficientemente alto.
