Javított csúcsteljesítményű tápegységek CUI Inc.

2020. április 21., Aaron Yarnell - Olvasási idő: 8 perc

Az elektronikus tápegységek egyik általános jellemzõje a maximális teljesítmény, amelyet a terhelésre képesek leadni. A legtöbb tervező úgy választja az áramellátást, hogy a névleges terhelés a tápegység maximális teljesítményének 60–80% -a legyen. Ez a tápegység maximális kapacitásának is tekinthető, amely 25–67% -kal meghaladja a névleges terhelést. E tervezési döntés meghozatala során a mérnök lehetővé teszi a rendszer működését olyan csúcsterhelés mellett, amely a tápegység meghatározott teljesítménytartományán belül van. Vannak azonban olyan típusú tápegységek, amelyek nem felelnek meg ennek a működési modellnek:

Rendszeresen magas szintű terhelések, amelyek egyébként rendkívül alacsony teljesítményszinteken működnek.
Nagy indítási teljesítményigényű terhelések, amelyek az alacsonyabb üzemi teljesítményszintekhez igazodnak.

A tervezők gyakran kérdezik beszállítóiktól: „Vannak-e magas csúcsteljesítményű tápegységek, amelyek képesek kezelni a nagy átmeneti terheléseket?” A Power Boost-tal ellátott CUI-tápegységek megfelelnek ennek a követelménynek. Ezeknek a termékeknek a kimenőteljesítmény-specifikációi hasonlóak a hagyományos tápegységekével, de emellett támogatni tudják a maximális névleges szint kétszeresét meghaladó csúcsteljesítmény-szintet (legfeljebb tíz másodpercig és 10% -os maximális üzemi ciklussal). Ez lehetővé teszi az ügyfelek számára, hogy a maximális energiaigény helyett a névleges teljesítményszint alapján válasszanak tápegységet.

Ezzel a választással a tervező alacsonyabb maximális besorolású tápegységet használhat, és potenciálisan csökkentheti a rendszer költségeit. Ebben a blogbejegyzésben az állandó feszültségellátást tárgyaljuk, és ezért azt a koncepciót, hogy a kimeneti áram felváltva használható a kimeneti teljesítménnyel (a kimeneti áram arányos a kimeneti teljesítménnyel).

1. ábra: Görbe diagram csúcsterheléssel a névleges terhelés 200% -ánál és a 3,2 csúcstényezőnél (200%/62%)

Áramkorlátozás a hagyományos tápegységeknél

A legtöbb tápegység túláram érzékeléssel és védelmi funkcióval rendelkezik. A belső túláram-érzékelő áramkör ezredmásodperceken belül reagál, hogy megvédje az áramellátást a károsodástól túlzott terhelés esetén. Bár a tápegység nem felel meg az adatlapon szereplő működési előírásoknak, ha a terhelési áram nagyobb, mint a megadott maximális üzemi áram, a tápegységet mégis úgy kell megtervezni, hogy a túláram esetén történő működés ne károsítsa az áramellátást. Ha a túláram határértéke megközelíti a maximális üzemi áramot, akkor az áramellátás nem működhet sokkal nagyobb kimeneti árammal (és belső áramelvezetéssel), mielőtt a túláramvédelem aktiválódik. Általános szabályként a túláram-védelmi küszöböt a lehető legközelebb állítják a maximális névleges kimeneti áramerősséghez (gyakran a maximális kimeneti áram 110% -a) a költséghatékony ellátás lehetővé tétele érdekében.

Az áramellátási koncepció, amely névleges kimeneti áramerősség mellett dolgozik, a maximális meghatározott terhelési áram 62% -a, és a túláramvédelmi küszöbértéknek a maximális meghatározott terhelési áram 110% -ára történő beállítása, jól alkalmazható olyan terheléseknél, ahol a csúcsterhelés és az átlagos terhelés aránya (csúcstényező) 1,8 vagy kevesebb (110%/62%). 1,8-nál nagyobb csúcstényezőjű (nagyobb csúcsterhelések) terheléseknél az áramellátás költsége az átlagos fogyasztott teljesítményhez viszonyítva elfogadhatatlan lehet, mert az áramellátást olyan névleges terheléssel működtetik, amely jelentősen a maximális névleges terhelés alatt van. Azokban a rendszerekben, amelyek terhelési területe 1,8-nél nagyobb csúcstényezővel rendelkezik, költség és méret miatt előnyös egy nagy túláram-tűréssel rendelkező tápegységet használni.

Példák nagy csúcstényezővel rendelkező terhelésekre

Sokféle tápegység-terhelés létezik, amelyek rövid ideig nagy mennyiségű áramot fogyasztanak, majd alacsonyabb energia-üzemmódba kapcsolnak, így a csúcstényező 3: 1 vagy annál nagyobb lehet. Néhány példa az ilyen tulajdonságokkal rendelkező termékekre és alkalmazásokra:

Hőnyomtató az eredetileg felülbírált fűtőelemekkel a megfelelő üzemi hőmérséklet gyors elérése érdekében.
Elektromos motorok induláskor, amikor a jelenlegi EMF hiánya miatt a jelenlegi fogyasztás magas.
Nagy szűrőkondenzátorok, amelyek az első töltéskor nagy áramot vonnak le.
Tesztmodulok, amely időszakos és rövid távú tesztet hajthat végre nagy energiafogyasztással a tesztesemény alatt, és alacsony a fogyasztása a tesztesemények között.

2. ábra: Példák olyan alkalmazásokra, amelyek magas címerfaktorral rendelkeznek

Tápegységek, amelyek kritikus fontosságúak a magas csúcsú tápegységek biztosításához

Az áramellátásnak számos területével kell foglalkozni annak érdekében, hogy olcsó kivitel készüljön, amely támogatja a nagy teljesítményű csúcstényezőkkel járó terheléseket. A legtöbb AC/DC tápegységnél a bemeneti áram először egy biztosítékon és EMI szűrőn, majd egy híd egyenirányítón áramlik. Ott a bemeneti áram tartalék kondenzátort tölt fel (3. ábra). A tartalék kondenzátor biztosítja, hogy a tápfeszültség többi részét tápláló egyenirányított feszültség minimális szint felett legyen, hogy az áramellátó áramkörök megfelelően működhessenek. Ennek a kondenzátornak elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy a maximálisan meghatározott terhelési áramot a minimálisan megadott bemeneti feszültség mellett támogassa. CUI Power Boost tápellátás esetén a tartalék kondenzátor csatlakozásait hozzáférhetővé teszik a felhasználó számára, így további tartalékkapacitás hozzáadható, ha ez az alkalmazáshoz szükséges.

3. ábra: Tápellátás bemeneti szakasz tartalék kondenzátorral

Az AC/DC tápegységek második összetevője, amely speciális követelményeket támaszt a teljesítménynövelő alkalmazással szemben, a leválasztó transzformátor vagy a kapcsolt induktivitás (4. ábra). Ezt a mágneses elemet úgy kell megtervezni, hogy ne legyen telített a csúcsterhelés áramának leadása során. További fontos, hogy ennek az elemnek a hőelvezetési képességének elég nagynak kell lennie a csúcsterheléssel szemben támasztott nagy igények kielégítésére.

4. ábra: Izolációs transzformátor vagy kapcsolt induktor

Az elsődleges oldalsó kapcsoló a tápfeszültség-ellátás harmadik eleme, amelyet bizonyos jellemzőkkel kell megválasztani a nagy csúcsterhelésű áramok megfelelő működése érdekében (5. ábra). A kapcsoló esetében a fő probléma a tartós csúcsterhelés alatt bekövetkező áramelvezetés. Az egyik lehetséges megoldás ennek a problémának a kezelésére, ha termikus tömeget adunk a kapcsolócsomagba, hogy abszorbeálja a csúcsterhelés alatt keletkező túlzott hőt. A hőtömeg megvalósítható a ház belső jellemzőjeként vagy a kapcsolóházhoz rögzített külső hűtőbordaként.

5. ábra: Elsődleges oldalkapcsoló

Következtetés

Míg a legtöbb elektronikus tápegység terhelésének csúcsteljesítmény-követelményei viszonylag közel vannak a névleges teljesítményszintekhez, sok olyan alkalmazáshoz van szükség, amelynek csúcsteljesítmény-szintje lényegesen nagyobb, mint a névleges teljesítményszint. Nagy, rövid élettartamú csúcsterhelésekkel és alacsony igénybevételi ciklusokkal rendelkező alkalmazásokhoz a CUI Power Boost modelljei nagyszerű megoldást jelentenek. A tápegységek ezen osztálya a hagyományos tápegységeknél kisebb, könnyebb és olcsóbb megoldás mellett biztosítja a szükséges csúcsteljesítményt.