Джерела живлення ACDC не надто великі, ніж вся електроніка
На додаток до правильних розмірів та характеристик джерела живлення змінного/постійного струму, важливо також не надто габарити. Занадто багато доброго негативно впливає на ефективність, охолодження, розмір загальної системи і, можливо, навіть на самого постачальника - на додаток до більших витрат.
Рисунок 1: Ефективність джерела живлення змінюється залежно від навантаження. Найвище значення досягається при 80-95% від максимального номінального навантаження. На графіку показано блок живлення N2Power XL280-48. N2Power
Першим і найбільшим фактором, який слід враховувати при проектуванні джерела живлення, є узгодження вихідної потужності з навантаженням (рис. 1). Наприклад, якщо максимальне навантаження (постійна напруга постійного струму в струмі) становить 500 Вт, наприклад, блок живлення потужністю 1000 Вт пропонує значно більше можливостей для розробки, ніж насправді потрібно.
Які наслідки використання джерела живлення з таким великим запасом? Перевага полягає в тому, що доступно багато підсилювачів для необхідних номінальних значень напруги. Але це все. Недоліків набагато більше, коли невикористаної енергії так багато.
Неефективні робочі зони
Найбільший недолік пов'язаний з неефективністю та її наслідками. Кожен блок живлення має власний графік ефективності навантаження (рис. 1). При добре продуманому імпульсному блоці живлення ця ефективність є найбільшою в діапазоні від 80 до 95% від максимального номінального навантаження. Хоча це загальне керівництво не поширюється на лінійні регулятори та джерела живлення, оскільки вони забезпечують лише малу потужність у кілька ват, воно цілком підходить для більшості джерел змінного/постійного струму.
З одного погляду
Тягар з тягарем
Скільки джерела живлення потрібно конструкції? Відповісти на це питання не так просто, оскільки важливо також пом'якшити пікові навантаження. Той, хто, як розробник, просто дотягується до повного обсягу та надмірного розміру джерела живлення, має багато негативних побічних ефектів. Навіть маючи додаткові функції, важливо купувати лише те, що насправді корисно.
При роботі при низькому навантаженні джерело живлення може генерувати багато додаткового тепла. Саме тут починаються проблеми для розробника, які можуть мати очевидні та непередбачувані наслідки. Очевидний ефект полягає в тому, що пристрій витрачає більше енергії з мережі. Це робить блок живлення дорожчим в експлуатації: ці витрати легко визначити. Більше джерело живлення також дорожче купувати.
Геть спеку
Окрім цього фактору, який легко визначити, є й інші недоліки, які важче визначити. Додаткове тепло, яке потрібно розсіювати, призводить до складніших проблем з дизайном та бюджетом, які виникають із конвекційним охолодженням (що може бути вже неможливим), вентиляторами, розташуванням повітряного потоку та радіаторами. Ці альтернативи несуть прямі витрати та додають матеріали, ненадійність та обмеження щодо упаковки та компонування. Навіть гнучкість інтеграції більшої кількості функцій у корпус обмежена або корпус стає більшим. Вищий блок живлення також має більший розмір.
Вибираючи блок живлення більшого розміру, виробників та постачальників другого джерела також менше. Це може не турбувати розробників, але це може спричинити проблеми для відділу закупівель або EMS.
Масштабування після цього
З цієї причини більшість виробників джерел змінного/постійного струму пропонують безліч подібних блоків, які відрізняються лише вихідною потужністю. Це дозволяє адаптувати розмір блоку живлення до навантаження, не створюючи надмірної потужності. Блоки живлення змінного/постійного струму серії XL від N2Power доступні з номінальною потужністю близько 125, 160, 275 та 375 Вт.
Рис. 2: Блоки живлення змінного/постійного струму XL125 (125 Вт) (зліва) та XL160 (160 Вт) від N2Power відрізняються головним чином за номінальною потужністю. Розміри, розміри, з'єднання та інші характеристики однакові. N2Power
Блоки живлення з такими щільно розміреними значеннями відрізняються лише номінальною потужністю, але мають однакові розміри та з'єднання. Це полегшує обмін, демонтаж або модернізацію, як тільки вимоги до навантаження змінюються. На малюнку 2 показані N2Power XL125 та XL160, розміри яких 7,5 на 12,5 см 2, 3 на 5 дюймів, і обидва мають однакові розміри.
Розмір правильно
Розробка конструкції для зменшення загального енергоспоживання, а потім адаптація її до максимального навантаження насправді не є життєздатним варіантом. Проблема полягає у великому співвідношенні між максимальним/піковим навантаженням та типовим навантаженням. Тут зазвичай поширене співвідношення 2: 1 або навіть 3: 1. Блок живлення повинен бути розрахований на пікові навантаження, але більшу частину часу він буде експлуатуватися для вимог нижче цього значення і, отже, точно в неефективному діапазоні.
Є шляхи навколо цього. Наприклад, додатковий підсилювач, суперконденсатор або інша технологія може покривати пікові навантаження. Однак кожне з цих рішень приносить із собою нові конструктивні проблеми, оскільки їх потрібно додавати до навантаження та регулювати для перехідних процесів навантаження. Отже, щоб уникнути негабаритних розмірів, максимальне навантаження системи слід максимально зменшити до типового значення навантаження.
Крім ефективності
Інші фактори, які слід враховувати, включають діапазон температур, діапазон робочої напруги, управління лінією/навантаженням, різний ступінь захисту, надмірність та введення/виведення.
Що стосується робочого середовища та охолодження, виникає питання про те, яка робоча температура необхідна для блоку живлення. Блок живлення, призначений для більш високих температур, коштує дорожче - але він також дозволяє менше охолоджувати. Також слід враховувати роботу при низьких температурах, наприклад, якщо додаток увімкнено при мінусовій температурі.
Іншим фактором є номінальна напруга мережі змінного струму: чи потрібен блок живлення на 115 або 230 В змінного струму, або блок із широким діапазоном вхідної напруги, який охоплює обидва значення? Тут теж потрібно зважити: блок живлення для обох значень змінного струму, як правило, трохи дорожчий, але додаткові витрати можуть бути вартими, оскільки можна придбати більше блоків живлення цього типу, що зменшує витрати на придбання та підтримку.
Проблема толерантності
Це трохи ускладнюється з допуском, який необхідний навколо номінальної напруги системи. Чи потрібно розраховувати джерело живлення на середнє відхилення ± 5%, середнє відхилення ± 10% або навіть на діапазон ± 20%? Блоки живлення, які експлуатуються в мережах змінного струму, що коливаються (у межах специфікації), є більш дорогими і доступні лише у кількох постачальників. Якщо слід допустити великі коливання, вигідніше встановити окремий попередній регулятор, який утримує мережевий кабель у вужчій зоні, а потім використовувати недорогий блок живлення.
Який рівень абсолютної точності, стабільності та регулювання вимагає система? Більшість джерел живлення встановлені на заводі на номінальну вихідну величину, що означає, що пристрій відповідає зазначеному значенню відносно точно. Однак стабільність та регулювання різняться залежно від постачальника, і більш суворі технічні характеристики збільшують витрати. Ці додаткові характеристики можуть бути навіть зайвими.
Причиною цього є те, що багато напрямків змінного та постійного струму тепер складаються з декількох ступенів, причому перетворювач змінного/постійного струму першого ступеня подає перетворювач IBC (перетворювач проміжної шини) або POL (точка навантаження) замість кінцева рейка. Ці перетворювачі постійного/постійного струму забезпечують фактичну напругу системи, і вони можуть переносити незначні зміни від джерела змінного/постійного струму до своїх входів постійного струму.
Всебічний захист
Майже всі провайдери пропонують такі функції, як захист від перенапруги та короткого замикання. Деякі пропонують додатковий захист від перехідних процесів високої мережі, включаючи стрибки напруги, спричинені блискавкою. Якщо таких подій не передбачається або блок живлення захищений зовнішніми дискретними компонентами, замість блоку, що забезпечує більший захист, можна використовувати блок, що відповідає основним перехідним характеристикам.
Деякі виробники пропонують можливість N + 1, що означає, що джерела живлення з автоматичним перемиканням можна використовувати у випадку відмови джерела живлення. Якщо такий рівень надійності не потрібен або якщо перевага надається лише одному джерелу змінного/постійного струму, цієї функції можна і слід уникати.
У більших системах спостерігається тенденція до того, що блок живлення передає свої власні робочі стани (особливо внутрішню температуру) на монітор системи. Тоді робочі параметри також можна змінювати за допомогою системного контролера. Для програм, які не потребують цього типу взаємодії живлення/система, порт вводу/виводу (I 2 C, PMBus, SPI) та відповідні схеми в блоці живлення не потрібні.
Тільки не перестарайтеся
Незалежно від того, чи блок живлення негабаритний через нерозуміння системних вимог або параметрів живлення, чи просто ви хочете бути в безпеці - для цього немає причин. Як і у випадку з усіма рішеннями щодо розвитку, слід точно вказати, що потрібно, і не більше. Коли пріоритети проекту, сфера його застосування та всі міркування стануть відомими, будуть отримані правильні результати проектування.