Не прекалено големи AC/DC захранвания

В допълнение към правилния размер и спецификация на AC/DC захранването, също е важно да не го преразмервате. Твърде много добро нещо има отрицателни ефекти върху ефективността, охлаждането, размера на цялостната система и евентуално дори върху самия доставчик - в допълнение към по-високите разходи.

Фигура 1: Ефективността на захранването се променя в зависимост от товара. Най-голямата стойност се получава при 80 до 95% от максималното номинално натоварване. Графиката показва захранването N2Power XL280-48. N2Power

Първият и най-големият фактор, който трябва да се вземе предвид при проектирането на захранване, е да се съобрази изходната мощност с товара (Фигура 1). Ако максималното натоварване (постояннотоково напрежение по ток) е 500 W, например, захранване с мощност 1000 W предлага значително по-голям обхват за развитие, отколкото е в действителност.

Какви са последиците от използването на захранване с толкова голям резерв? Предимството е, че са налични много усилватели за необходимите номинални стойности на напрежението. Но това е всичко. Има много повече недостатъци, когато има толкова много неизползвана мощност.

Неефективни работни пространства

Най-големият недостатък е свързан с неефективността и нейните последици. Всеки захранващ блок има своя собствена графика на ефективност-натоварване (Фигура 1). С добре проектираното импулсно захранване тази ефективност е най-голяма в диапазона от 80 до 95% от максималния номинален товар. Въпреки че тази обща насока не се отнася за линейни регулатори и захранвания, тъй като те осигуряват само малка мощност от няколко вата, тя работи доста добре с повечето AC/DC захранвания.

С един поглед

Тежестта с тежестта

Колко захранване е необходимо на един дизайн? Отговорът на този въпрос не е толкова лесен, тъй като е важно също така да се намалят пиковите натоварвания. Всеки, който като разработчик просто достига до пълното и извънгабаритно захранването, има много негативни странични ефекти. Дори с допълнителните функции е важно да купувате само това, което всъщност е полезно.

Когато работи с ниско натоварване, захранването може да генерира много допълнителна топлина. Точно тук започват проблемите за разработчика, които могат да имат очевидни и непредвидени последици. Очевидният ефект е, че устройството губи повече енергия от мрежата. Това прави захранването по-скъпо за работа: тези разходи са лесни за определяне. По-голямото захранване също е по-скъпо за закупуване.

Далеч от жегата

В допълнение към този фактор, който е лесен за определяне, има и други недостатъци, които са по-трудни за определяне. Допълнителната топлина, която трябва да се разсейва, води до по-сложни дизайнерски и бюджетни проблеми, които идват с конвекционно охлаждане (което може вече да е невъзможно), вентилатори, оформление на въздушния поток и радиатори. Тези алтернативи носят преки разходи и добавят материали, ненадеждност и ограничения за опаковане и оформление. Дори гъвкавостта за интегриране на повече функции в корпуса е ограничена или корпусът става по-голям. По-високият захранващ блок също има по-голям отпечатък.

При избора на по-голямо захранващо устройство има и по-малко производители и доставчици на втори източник. Това може да не е притеснително за разработчиците, но може да причини проблеми на отдела за покупки или EMS.

Мащабиране след това

Поради тази причина повечето производители на AC/DC захранване предлагат множество подобни устройства, които се различават само по изходна мощност. Това позволява размерът на захранващия блок да бъде адаптиран към товара, без да се създават излишни мощности. AC/DC захранващите устройства от серията XL от N2Power се предлагат в тясно оразмерени номинални мощности 125, 160, 275 и 375 W.

Изображение 2: AC/DC захранващият блок XL125 (125 W) (вляво) и XL160 (160 W) от N2Power се различават главно по номиналната си мощност. Размерите, размерите, връзките и други спецификации са еднакви. N2Power

Захранванията с такива строго оразмерени стойности се различават само по отношение на номиналната си мощност, но имат същите размери и връзки. Това улеснява обмена, демонтирането или надграждането веднага щом изискванията за натоварване се променят. Фигура 2 показва N2Power XL125 и XL160, които са с размери 3 на 5 инча (7,5 на 12,5 см 2) и двете имат еднакви размери.

Правилно измерение

Проектирането на дизайна за по-малко общо потребление на енергия и след това адаптирането му към максималното натоварване в действителност не е жизнеспособна опция. Проблемът е голямото съотношение между максимално/пиково натоварване и типичното натоварване. Тук обикновено се среща съотношение 2: 1 или дори 3: 1. Захранването трябва да е проектирано за пикови натоварвания, но през повечето време ще работи в съответствие с изисквания под тази стойност и следователно точно в неефективния диапазон.

Има начини около това. Например, допълнителен бустер, супер кондензатор или друга технология може да покрие пиковите натоварвания. Всяко от тези решения обаче носи със себе си нови дизайнерски проблеми, тъй като те трябва да се добавят към товара и да се коригират за преходни процеси. Така че, за да се избегне извънгабаритни размери, максималното натоварване на системата трябва да бъде намалено възможно най-много до типичната стойност на натоварване.

Отвъд ефективността

Други фактори, които трябва да бъдат взети под внимание, включват температурния диапазон, диапазона на работното напрежение, управлението на линията/товара, различни степени на защита, резервиране и I/Os.

По отношение на работната среда и охлаждането възниква въпросът каква работна температура се изисква за захранващия блок. Захранването, което е проектирано за по-високи температури, струва повече - но също така позволява по-малко охлаждане. Трябва да се вземе предвид и работа при ниски температури, например ако приложението е включено при минусови температури.

Друго съображение е номиналното напрежение на променливотоковата мрежа: Необходим ли е захранващ блок за 115 или 230 VAC или такъв с широк диапазон на входното напрежение, който покрива и двете стойности? И тук трябва да претеглите: захранващ блок за двете стойности на променлив ток обикновено е малко по-скъп, но допълнителните разходи може да си струват, тъй като могат да бъдат закупени повече захранващи блокове от този тип, което намалява разходите за закупуване и поддръжка.

Въпрос на толерантност

Става малко по-сложно с толеранса, който се изисква около номиналното напрежение на линията. Трябва ли захранването да бъде проектирано за умерено отклонение ± 5%, средно отклонение от ± 10% или дори за диапазон от ± 20%? Захранващите модули, които се експлоатират в силно променливи мрежи за променлив ток (в рамките на спецификацията), са по-скъпи и се предлагат само от няколко доставчика. Ако трябва да се толерират големи колебания, е по-рентабилно да се инсталира отделен предрегулатор, който поддържа мрежовия кабел в по-тясна зона и след това да се използва евтин захранващ блок.

Какво ниво на абсолютна точност, стабилност и регулиране изисква системата? Повечето захранвания са фабрично настроени за номинална изходна стойност, което означава, че устройството отговаря на определената стойност относително точно. Стабилността и регулирането обаче варират при различните доставчици и по-строгите спецификации увеличават разходите. Тези допълнителни спецификации може дори да са излишни.

Причината за това е, че много захранващи релси AC-to-DC вече се състоят от няколко етапа, като AC/DC преобразувателят от първия етап захранва IBC (Intermediate Bus Converter) или POL (Point of Load) преобразувател вместо крайна релса. Тези DC/DC преобразуватели осигуряват действителното напрежение на системата и могат да толерират малки промени от AC/DC захранването към техните DC входове.

Всестранна защита

Почти всички доставчици предлагат функции като защита срещу пренапрежение и късо съединение. Някои предлагат допълнителна защита срещу високи мрежови преходни процеси, включително индуцирани от мълния скокове на напрежението. Ако такива събития не се очакват или захранването е защитено с външни дискретни компоненти, може да се използва устройство, което отговаря на основните преходни спецификации, вместо такова, което предлага по-голяма защита.

Някои производители предлагат възможност за N + 1, което означава, че захранвания с автоматично превключване могат да се използват в случай на отказ на захранване. Ако това ниво на надеждност не се изисква или ако се предпочита само едно AC/DC захранване, тази функция може и трябва да се избягва.

В по-големите системи има тенденция, че захранващият блок съобщава своите собствени работни състояния (особено вътрешната температура) на системния монитор. Тогава работните параметри могат да се променят и чрез системен контролер. За приложения, които не изискват този тип взаимодействие захранване/система, входно-изходен порт (I 2 C, PMBus, SPI) и свързани вериги в захранващия блок не са необходими.

Просто не прекалявайте

Независимо дали захранващият блок е прекалено голям поради неразбиране на системните изисквания или параметрите на захранването, или просто искате да сте на сигурно място - няма причина за това. Както при всички решения за развитие, трябва да посочите точно какво е необходимо и не повече. След като приоритетите на даден проект, неговата област на приложение и всички съображения са известни, правилните резултати от дизайна.