Régulateurs haute tension compacts pour conceptions à champs électriques pulsés modulaires

Les applications commerciales utilisant des champs électriques pulsés (PEF) sont conçues pour fournir des impulsions intenses et reproductibles qui inactivent les microbes et étendent la durée de conservation des aliments et des boissons sans chaleur ni produits chimiques. Elles sont optimisées pour être évolutives, fiables et durables, mais sont généralement développées sur mesure, ce qui les rend coûteuses et peu flexibles. Cela crée des opportunités de marché pour des conceptions modulaires à l'échelle pilote utilisant des composants standard.

XP Power propose une gamme de convertisseurs de puissance haute tension régulés que les concepteurs peuvent utiliser pour construire des systèmes PEF modulaires pour les applications de laboratoire, pilotes et commerciales, sans avoir à recourir à des solutions d'alimentation entièrement personnalisées. Les convertisseurs HRL30 30 W de l'entreprise fonctionnent comme une alimentation haute tension régulée capable de charger des condensateurs ou des réseaux de formation d'impulsions (PFN), qui transmettent ensuite des impulsions contrôlées via un étage de commutation à des électrodes, des capteurs ou des cellules de traitement.

Prenant en charge des impulsions en aval contrôlées et reproductibles sans nécessiter d'alimentation haute tension personnalisée, les convertisseurs HRL30 offrent aux concepteurs une plus grande liberté d'expérimentation, d'itération rapide et de création de nouvelles innovations spécifiques à l'application.

Conceptions modulaires plus compactes

Les concepteurs peuvent construire des systèmes haute tension modulaires autour d'un HRL30, en le considérant comme le cœur énergétique régulé pour une série de sous-systèmes. De là, les PFN chargés envoient des impulsions contrôlées aux électrodes ou aux cellules de traitement via les modules de commutation, tandis que l'électronique de surveillance et de contrôle suit la tension, le courant et la température.

Les boîtiers mécaniques et le refroidissement par le socle simplifient l'intégration sécurisée dans les équipements de laboratoire, les modules PEF à l'échelle pilote ou les sous-systèmes OEM. En combinant ces éléments fonctionnels, les équipes peuvent rapidement réaliser des prototypes, des itérations et des adaptations sans avoir à concevoir une alimentation haute tension personnalisée pour chaque application.

Les régulateurs fonctionnent en modes à tension constante et à courant constant avec croisement automatique, ce qui permet de contrôler le taux de charge d'un condensateur. La tension de sortie peut être programmée de 0 % à 100 % via un signal analogique de 0–5 V, ce qui permet au système d'ajuster dynamiquement la tension de charge cible, et donc l'intensité de l'impulsion.

Les convertisseurs de XP Power fournissent des sorties de surveillance de la tension et du courant (V_mon et I_mon) pour les tests automatisés, l'enregistrement ou le contrôle en boucle fermée. Ces signaux permettent à un automate programmable ou à un microcontrôleur externe de détecter lorsque le condensateur est complètement chargé, de déclencher l'impulsion et de lancer le cycle de recharge.

Fourniture d'énergie stable et contrôlée

L'architecture HRL30 prend en charge un large éventail de systèmes qui fournissent une haute tension en tant que fonction reproductible définie. Les équipes de conception peuvent ainsi se concentrer sur les performances des applications et l'intégration des systèmes plutôt que sur la conception d'alimentations haute tension personnalisées. Les boîtiers mécaniques compacts et le refroidissement par le socle permettent une intégration plus facile et plus sûre dans des systèmes plus grands.

Le principal défi des applications PEF n'est pas seulement de générer une haute tension, mais également de la délivrer de manière sûre et prévisible. La série HRL30 fournit une énergie stable et régulée aux PFN, aux batteries de condensateurs ou à d'autres éléments de stockage haute tension qui alimentent les impulsions en aval.

Les PFN sont des combinaisons de condensateurs et d'inductances qui stockent l'énergie et la restituent sous forme d'impulsions courtes et reproductibles. Le PFN définit la forme, la durée et l'amplitude de l'impulsion, tandis que le HRL30 gère la fourniture d'énergie sûre et fiable et permet aux concepteurs de se concentrer sur l'optimisation des performances plutôt que sur la construction d'une alimentation haute tension personnalisée.

Les concepteurs peuvent adapter les exigences électriques de leurs applications aux variantes HRL30 qui partagent un facteur de forme compact de 76,2 mm x 50,8 mm x 18,5 mm avec refroidissement par le socle (Figure 1).

Figure 1 : La ligne de produits HRL30 partage un facteur de forme commun et une conception à refroidissement par le socle. (Source de l'image : XP Power)

Les trois composants suivants illustrent comment la tension et le courant peuvent être adaptés aux exigences électriques :

• À l'extrémité basse tension, un modèle tel que le HRL3024S350P délivre jusqu'à 350 VCC à environ 85 mA, ce qui le rend bien adapté aux conceptions qui bénéficient d'un courant plus élevé, comme la charge plus rapide des batteries de condensateurs, les expériences PEF à champ modéré ou les systèmes de type électrophorèse où l'énergie par impulsion est plus importante que l'intensité du champ extrême.
• Le modèle de milieu de gamme HRL3024S600N délivre jusqu'à -600 VCC à environ 50 mA, ce qui permet d'équilibrer la tension et le courant pour les systèmes PEF à l'échelle pilote ou laboratoire nécessitant des champs électriques significatifs sans pour autant pousser trop loin l'isolation, l'espacement ou la complexité du système.
• À l'extrémité supérieure, le HRL3024S5K0P délivre jusqu'à 5 kVCC à environ 6 mA, privilégiant l'intensité du champ électrique par rapport au courant. Il convient aux petits modules PEF à l'échelle pilote, aux installations d'électroporation en laboratoire ou aux instruments exigeant une polarisation haute tension précise plutôt qu'une énergie élevée.

Conclusion

Alors que les concepteurs intègrent la technologie PEF dans les systèmes à l'échelle pilote, modulaires et spécifiques à l'application, la capacité à générer une haute tension de manière sûre, prévisible et sans conception d'alimentation personnalisée représente une opportunité de marché pour les approches modulaires qui réduisent les coûts, accélèrent le développement et ouvrent la voie à un plus large éventail d'applications pratiques. La série HRL30 de XP Power fournit une base haute tension régulée qui permet aux équipes de se concentrer sur la mise en forme des impulsions, les électrodes et les performances du système plutôt que sur les risques liés à la conception d'une alimentation haute tension.