Surse de alimentare cu performanțe de vârf îmbunătățite CUI Inc

21 aprilie 2020 de Aaron Yarnell - Timp de citire: 8 minute

Unul dintre parametrii generali de caracterizare pentru sursele de alimentare electronice este puterea maximă pe care o pot furniza unei sarcini. Majoritatea proiectanților aleg o sursă de alimentare astfel încât sarcina nominală să fie cuprinsă între 60% și 80% din puterea maximă a sursei de alimentare. Aceasta poate fi privită și ca capacitatea maximă a sursei de alimentare, care este cu 25% până la 67% peste sarcina nominală. În luarea acestei decizii de proiectare, inginerul permite sistemului să funcționeze în condiții de sarcină de vârf care se încadrează în intervalul de putere specificat al sursei de alimentare. Cu toate acestea, există câteva clase de sarcini de alimentare care nu se potrivesc acestui model de operare:

Încărcări periodice de nivel ridicat care altfel funcționează la niveluri de putere extrem de scăzute.
Sarcini cu cerințe ridicate de putere de pornire care apoi se ajustează la niveluri mai mici de putere de funcționare.

Proiectanții își întreabă deseori furnizorii: „Există disponibile surse de alimentare cu putere de vârf ridicată care să poată suporta sarcini tranzitorii mari?” Sursele de alimentare CUI cu Power Boost îndeplinesc această cerință. Aceste produse au specificații de putere de ieșire similare cu sursele de alimentare tradiționale, dar pot suporta suplimentar un nivel de putere de vârf care este dublu față de nivelul nominal maxim (pentru o durată de până la zece secunde și cu un ciclu de funcționare maxim de 10%). Acest lucru permite clienților să selecteze o sursă de alimentare pe baza nivelului de putere nominal, mai degrabă decât pe cererea maximă de putere.

Cu această alegere, proiectantul poate utiliza o sursă de alimentare cu un rating maxim mai mic și poate reduce costul sistemului. În această postare de blog vom discuta sursele de tensiune constantă și, prin urmare, conceptul că curentul de ieșire poate fi utilizat în mod interschimbabil cu puterea de ieșire (curentul de ieșire este proporțional cu puterea de ieșire).

Fig. 1: Diagramă curbă cu sarcină maximă la 200% din sarcina nominală și factorul de creastă de 3,2 (200%/62%)

Limitarea curentului în proiectele convenționale de alimentare

Majoritatea surselor de alimentare sunt echipate cu o funcție de detectare și protecție a supracurentului. Circuitul intern de detectare a supracurentului reacționează în câteva milisecunde pentru a proteja sursa de alimentare împotriva deteriorării în cazul unor curenți de sarcină excesivi. Deși este posibil ca sursa de alimentare să nu îndeplinească specificațiile de funcționare din fișa tehnică dacă curentul de încărcare este mai mare decât curentul maxim de funcționare indicat, sursa de alimentare trebuie totuși proiectată astfel încât funcționarea în timpul unui eveniment de supracurent să nu deterioreze sursa de alimentare. Dacă limita de supracurent este apropiată de curentul maxim de funcționare, sursa de alimentare nu poate continua să funcționeze cu un curent de ieșire mult mai mare (și cu disiparea internă a puterii) înainte ca protecția la supracurent să fie activată. De regulă, pragul de protecție la supracurent este setat cât mai aproape posibil de curentul nominal maxim de ieșire (adesea 110% din curentul maxim de ieșire) pentru a permite o alimentare rentabilă.

Conceptul de alimentare cu energie electrică de lucru cu un curent nominal de ieșire de aproximativ 62% din curentul maxim de sarcină specificat și setarea pragului de protecție la supracurent la 110% din curentul maxim de sarcină specificat este potrivit pentru sarcini în care raportul dintre sarcina de vârf și sarcina medie (factorul de creastă) este de aproximativ 1,8 sau mai puțin (110%/62%). Pentru sarcini cu un factor de crestă mai mare de 1,8 (sarcini de vârf mai mari), costul sursei de alimentare în raport cu puterea medie consumată poate fi inacceptabil, deoarece sursa de alimentare este acționată la o sarcină nominală care este semnificativ sub sarcina nominală maximă. În sistemele cu sarcini cu factori de creștere mai mari de 1,8, este avantajos din motive de cost și dimensiune să utilizați o unitate de alimentare cu o toleranță mare la supracurent.

Exemple de sarcini cu un factor de creastă ridicat

Există multe tipuri de sarcini de alimentare care consumă o cantitate mare de energie pentru o perioadă scurtă de timp și apoi intră într-un mod de putere mai mică, astfel încât factorul de creastă să poată fi de 3: 1 sau mai mult. Câteva exemple de produse și aplicații cu astfel de proprietăți includ:

Imprimantă termică cu elemente de încălzire care sunt inițial suprascrise pentru a atinge rapid temperatura corectă de funcționare.
Motoare electrice la pornire când consumul curent este ridicat din cauza lipsei de CEM înapoi.
Condensatori de filtru mari, care atrag un curent mare la prima încărcare.
Module de testare, care poate efectua un test periodic și pe termen scurt, cu un consum ridicat de energie în timpul evenimentului de testare și cu un consum redus de energie între evenimentele de testare.

Fig. 2: Exemple de aplicații cu un factor de creastă ridicat

Componentele sursei de alimentare care sunt esențiale pentru furnizarea surselor de alimentare cu vârf ridicat

Există mai multe domenii ale sursei de alimentare care trebuie abordate pentru a crea un design ieftin care să susțină sarcini cu factori de creastă de putere ridicată. Cu majoritatea surselor de alimentare AC/DC, curentul de intrare circulă mai întâi printr-o siguranță și un filtru EMI, apoi printr-un redresor de punte. Acolo, curentul de intrare încarcă un condensator de rezervă (Figura 3). Condensatorul de rezervă asigură faptul că tensiunea rectificată care alimentează restul sursei este menținută peste un nivel minim, astfel încât circuitele de alimentare să funcționeze corect. Acest condensator trebuie să fie suficient de mare pentru a suporta curentul maxim de sarcină specificat la tensiunea minimă de intrare specificată. În cazul unei surse de alimentare CUI Power Boost, conexiunile condensatorului de rezervă sunt accesibile utilizatorului, astfel încât să poată fi adăugată o capacitate suplimentară de rezervă, dacă aceasta este necesară pentru aplicație.

Fig. 3: Etapa de intrare a sursei de alimentare cu condensator de rezervă

O a doua componentă a surselor de alimentare AC/DC cu cerințe specifice pentru o aplicație de creștere a puterii este transformatorul de izolare sau inductorul cuplat (Figura 4). Acest element magnetic trebuie proiectat astfel încât să nu fie saturat în timpul livrării curentului maxim de sarcină. O importanță suplimentară este că capacitatea de disipare a căldurii a acestui element trebuie să fie suficient de mare pentru a face față cerințelor ridicate privind sarcina maximă.

Fig. 4: Transformator de izolare sau inductor cuplat

Întrerupătorul lateral primar este un al treilea element al unei surse de alimentare care trebuie selectat cu anumite caracteristici pentru a funcționa corect în timpul curenților de sarcină de vârf mari (Figura 5). În cazul comutatorului, principala preocupare este disiparea puterii în timpul curentului de sarcină de vârf susținut. O soluție posibilă pentru soluționarea acestei probleme este adăugarea de masă termică la pachetul de comutatoare pentru a absorbi căldura excesivă generată în timpul perioadei de încărcare de vârf. Masa termică poate fi implementată fie ca o caracteristică intrinsecă a carcasei, fie ca un radiator extern atașat la carcasa comutatorului.

Fig. 5: Întrerupător lateral primar

Concluzie

În timp ce majoritatea sarcinilor de alimentare electronică au cerințe de putere de vârf relativ apropiate de nivelurile de putere nominale, există multe aplicații care necesită un nivel de putere de vârf care este semnificativ mai mare decât nivelul de putere nominală. Pentru aplicațiile care au sarcini de vârf mari, de scurtă durată și cicluri de funcționare reduse, modelele CUI Power Boost sunt o soluție excelentă. Această clasă de surse de alimentare oferă puterea maximă de care aveți nevoie într-o soluție mai mică, mai ușoară și mai puțin costisitoare decât sursele de alimentare tradiționale.