Sursele de alimentare ACDC nu supradimensionează toate componentele electronice
Pe lângă dimensiunea și specificațiile corecte ale unei surse de alimentare AC/DC, este de asemenea important să nu o supradimensionați. Prea mult lucru bun are efecte negative asupra eficienței, răcirii, dimensiunii sistemului general și, eventual, chiar asupra furnizorului însuși - pe lângă costurile mai mari.
Figura 1: Eficiența unei surse de alimentare se modifică odată cu sarcina. Cea mai mare valoare se obține la 80-95% din sarcina nominală maximă. Graficul prezintă sursa de alimentare N2Power XL280-48. N2Power
Primul și cel mai mare factor de luat în considerare la proiectarea unei surse de alimentare este acela de a potrivi puterea de ieșire cu sarcina (Figura 1). Dacă sarcina maximă (tensiunea continuă ori curentul) este de 500 W, de exemplu, o unitate de alimentare de 1000 W oferă o posibilitate de dezvoltare considerabil mai mare decât este de fapt necesar.
Care sunt consecințele utilizării unei surse de alimentare cu atâta rezervă? Avantajul este că sunt disponibili mulți amperi pentru valorile nominale ale tensiunii nominale. Dar cam atât. Există mult mai multe dezavantaje atunci când există atât de multă putere neutilizată.
Spații de lucru ineficiente
Cel mai mare dezavantaj are legătură cu ineficiența și consecințele sale. Fiecare unitate de alimentare are propriul grafic eficiență-sarcină (Figura 1). Cu o sursă de alimentare cu comutare bine proiectată, această eficiență este cea mai mare în intervalul 80-95% din sarcina nominală maximă. Această orientare generală nu se aplică regulatoarelor liniare și surselor de alimentare, deoarece acestea furnizează doar o putere redusă de câțiva wați, dar funcționează destul de bine cu majoritatea surselor de alimentare AC/DC.
Dintr-o privire
Povara cu povara
De câtă sursă de alimentare are nevoie un proiect? Această întrebare nu este atât de ușor de răspuns, deoarece este, de asemenea, important să amortizați sarcinile maxime. Oricine, ca dezvoltator, pur și simplu ajunge la maxim și supradimensionează sursa de alimentare are multe efecte secundare negative. Chiar și cu funcțiile suplimentare, este important să cumpărați doar ceea ce este de fapt util.
Atunci când funcționează cu sarcină redusă, sursa de alimentare poate genera multă căldură suplimentară. Exact aici încep problemele pentru dezvoltator, care pot avea consecințe evidente și neintenționate. Efectul evident este că dispozitivul risipește mai multă energie din rețea. Acest lucru face ca alimentarea cu energie să fie mai scumpă de operat: aceste costuri sunt ușor de determinat. O sursă de alimentare mai mare este, de asemenea, mai scumpă de cumpărat.
Departe de căldură
În plus față de acest factor, care este ușor de determinat, există și alte dezavantaje care sunt mai greu de determinat. Căldura suplimentară care trebuie disipată are ca rezultat un design mai complex și probleme bugetare care vin cu răcirea prin convecție (care poate să nu mai fie posibilă), ventilatoarele, dispunerea fluxului de aer și radiatoarele trebuie să fie abordate. Aceste alternative adaugă costuri directe și adaugă materiale, fiabilitate și constrângeri de ambalare și aspect. Chiar și flexibilitatea de a integra mai multe funcții în carcasă este limitată sau carcasa devine mai mare. O unitate de alimentare mai mare are, de asemenea, o amprentă mai mare.
Atunci când alegeți o unitate de alimentare mai mare, există și mai puțini producători și furnizori de surse secundare. Este posibil să nu fie o preocupare pentru dezvoltatori, dar poate cauza probleme departamentului de achiziții sau EMS.
Scalare după aceea
Din acest motiv, majoritatea producătorilor de surse de alimentare AC/DC oferă o varietate de unități similare care diferă doar în ceea ce privește puterea de ieșire. Acest lucru permite adaptarea dimensiunii unității de alimentare la sarcină fără a crea capacități excesive. Sursele de alimentare AC/DC din seria XL de la N2Power sunt disponibile la puterile nominale strâns dimensionate de 125, 160, 275 și 375 W.
Fig. 2: Sursa de alimentare AC/DC XL125 (125 W) (stânga) și XL160 (160 W) de la N2Power diferă în principal prin puterea lor nominală. Dimensiunile, dimensiunea, conexiunile și alte specificații sunt aceleași. N2Power
Sursele de alimentare cu valori atât de bine dimensionate diferă doar în ceea ce privește puterea lor nominală, dar au aceleași dimensiuni și conexiuni. Acest lucru facilitează înlocuirea, demontarea sau actualizarea imediat ce se modifică cerințele de încărcare. Figura 2 prezintă modelele N2Power XL125 și XL160, care la 7,5 x 12,5 cm 2 la 3 x 5 inci (ambele) au ambele aceleași dimensiuni.
Dimensionați corect
Proiectarea designului pentru un consum total mai redus de energie și apoi adaptarea acestuia la sarcina maximă nu este o opțiune viabilă în realitate. Problema este raportul mare între sarcina maximă/de vârf și sarcina tipică. Un raport de 2: 1 sau chiar 3: 1 este de obicei comun aici. Unitatea de alimentare trebuie să fie proiectată pentru sarcina maximă, dar de cele mai multe ori va funcționa pentru cerințe sub această valoare și, prin urmare, exact în intervalul ineficient.
Există modalități în jurul acestui lucru. De exemplu, un amplificator suplimentar, un super condensator sau altă tehnologie poate acoperi sarcinile de vârf. Cu toate acestea, fiecare dintre aceste soluții aduce cu sine noi probleme de proiectare, deoarece acestea trebuie adăugate la sarcină și ajustate pentru a încărca tranzitorii. Deci, pentru a evita supradimensionarea, sarcina maximă a sistemului ar trebui redusă cât mai mult posibil la valoarea tipică a sarcinii.
Dincolo de eficiență
Alți factori care trebuie luați în considerare includ intervalul de temperatură, domeniul de tensiune de funcționare, controlul liniei/sarcinii, diferite grade de protecție, redundanță și I/Os.
În ceea ce privește mediul de funcționare și răcirea, se pune întrebarea cu privire la temperatura de funcționare necesară pentru unitatea de alimentare. O sursă de alimentare proiectată pentru temperaturi mai ridicate costă mai mult - dar permite și o răcire mai redusă. Funcționarea la temperaturi scăzute trebuie, de asemenea, luată în considerare, de exemplu dacă aplicația este pornită la temperaturi sub zero.
O altă considerație este tensiunea nominală a rețelei de curent alternativ: este necesară o sursă de alimentare pentru 115 sau 230 VAC sau una cu o gamă largă de tensiune de intrare care să acopere ambele valori? Și aici trebuie să cântăriți: o unitate de alimentare pentru ambele valori de curent alternativ este, în general, puțin mai scumpă, dar costurile suplimentare pot fi utile, deoarece pot fi achiziționate mai multe unități de alimentare de acest tip, ceea ce reduce costurile de achiziție și asistență.
Problema toleranței
Devine puțin mai complicat cu toleranța necesară în jurul tensiunii nominale a sistemului. Sursa de alimentare trebuie să fie proiectată pentru abateri moderate de ± 5%, abateri medii de ± 10% sau chiar pentru un interval de ± 20%? Unitățile de alimentare care funcționează pe rețele de curent alternativ puternic fluctuante (în conformitate cu specificațiile) sunt mai scumpe și sunt disponibile numai de la câțiva furnizori. Dacă se tolerează fluctuații mari, este mai rentabil să instalați un pre-regulator separat care să mențină cablul de rețea într-o zonă mai îngustă și apoi să utilizați o unitate de alimentare cu cost redus.
Ce nivel de precizie absolută, stabilitate și reglare necesită sistemul? Majoritatea surselor de alimentare sunt setate din fabrică pentru o valoare nominală de ieșire, ceea ce înseamnă că unitatea îndeplinește valoarea specificată relativ precis. Cu toate acestea, stabilitatea și reglementarea variază de la furnizor la furnizor, iar specificațiile mai stricte măresc costurile. Aceste specificații suplimentare pot fi chiar inutile.
Motivul pentru aceasta este că multe șine de alimentare AC-DC constau acum în mai multe etape, convertorul AC/DC din prima etapă alimentând un convertor IBC (Intermediate Bus Converter) sau POL (Point of Load) în locul feroviar final. Aceste convertoare DC/DC furnizează tensiunea reală a sistemului și pot tolera mici modificări de la sursa de alimentare AC/DC la intrările lor DC.
Protecție completă
Aproape toți furnizorii oferă funcții precum protecția împotriva supratensiunii și a scurtcircuitelor. Unele oferă protecție suplimentară împotriva tranzitorilor de rețea mari, inclusiv vârfuri de tensiune induse de fulgere. Dacă astfel de evenimente nu sunt anticipate sau sursa de alimentare este protejată cu componente discrete externe, o unitate care îndeplinește specificațiile tranzitorii de bază poate fi utilizată în locul uneia care oferă o protecție mai mare.
Unii producători oferă capacitatea N + 1, ceea ce înseamnă că sursele de alimentare cu comutare automată pot fi utilizate în caz de defectare a sursei de alimentare. Dacă nu este necesar acest nivel de fiabilitate sau dacă este preferată doar o singură sursă de alimentare AC/DC, această funcție poate și trebuie evitată.
În sistemele mai mari există tendința ca unitatea de alimentare să comunice propriile sale stări de funcționare (în special temperatura internă) către un monitor de sistem. Apoi, parametrii de funcționare pot fi modificați și prin intermediul unui controler de sistem. Pentru aplicațiile care nu necesită acest tip de interacțiune sursă/sistem, nu este necesar un port I/O (I 2 C, PMBus, SPI) și circuite asociate în unitatea de alimentare.
Doar nu exagerați
Indiferent dacă o unitate de alimentare este supradimensionată din cauza lipsei de înțelegere a cerințelor sistemului sau a parametrilor de alimentare sau dacă doriți doar să fiți în siguranță - nu există niciun motiv pentru aceasta. Ca și în cazul tuturor deciziilor de dezvoltare, ar trebui să specificați exact ce este necesar și nu mai mult. Odată ce prioritățile unui proiect, domeniul său de aplicare și toate considerațiile sunt cunoscute, rezultatul proiectării corecte.