Učinkovitost pretvorbe napajalnika

Napajalnik je v bistvu integriran transformator, sestavljen iz transformatorja, pretvornika AC/DC in ustreznih vezij za stabilizacijo napetosti. Preprosto povedano, ta integrirana enota vsebuje dve glavni komponenti: transformator in pretvornik toka. Obe komponenti sami po sebi porabljata električno energijo in njuna povezana stabilizacijska vezja niso izjema. Zato je tudi napajalnik sam-naprava, ki porablja energijo.

Energije, dovedene v napajalnik, ni mogoče 100 % pretvoriti v uporabno energijo za različne komponente znotraj gostiteljske naprave. To je vprašanje učinkovitosti pretvorbe, o katerem razpravljamo danes.

Učinkovitost pretvorbe je kritičen pokazatelj za napajalnike. Visoka učinkovitost pomeni, da sam adapter povzroči manjše izgube, kar vodi do večjih prihrankov energije. Učinkovitost pretvorbe napajalnika je definirana kot skupna izhodna moč, deljena s skupno vhodno močjo: Power Efficiency η=Po / Pi. V tej formuli Po predstavlja izhodno moč, Pi pa vhodno moč.

Treba je obravnavati razmerje med učinkovitostjo pretvorbe napajalnika in dvigom njegove temperature. Ker adapter interno izgubi določeno količino energije, njegova učinkovitost pretvorbe ne more biti 100 %. Moč, ki jo porabi adapter, se kaže kot toplota. Raven proizvedene toplote je odvisna predvsem od učinkovitosti pretvorbe adapterja in njegove fizične velikosti. Pod določenimi pogoji odvajanja toplote se bo temperatura adapterja posebej dvignila-razlika med temperaturo ohišja in temperaturo okolja. Površina ohišja adapterja neposredno vpliva na dvig temperature. Grobo oceno lahko naredite s to formulo: dvig temperature=koeficient toplotne upornosti × poraba električne energije bloka. V okoljih z visoko{10}}temperaturo je treba adapter znižati, da se zmanjša njegova poraba energije, s čimer se zniža dvig temperature in zagotovi, da notranje komponente ne presežejo svojih najvišjih temperaturnih omejitev. Poleg izpolnjevanja operativnih zahtev elektronskih naprav dvig delovne temperature znatno vpliva na srednji čas med napakami (MTBF) adapterja, ko je izhodna moč konstantna. Visoka učinkovitost in nizek dvig temperature povzročita daljšo življenjsko dobo izdelka, manjšo velikost in manjšo težo. Ta razprava o velikosti nas seveda pripelje do teme gostote moči.

Velika večina proizvajalcev napajalnikov uporablja gostoto moči kot standard za merjenje učinkovitosti izdelka. Gostota moči je običajno izražena v vatih na kubični palec (W/in³). Če adapterja ni mogoče uporabiti v določenem najvišjem temperaturnem območju okolja, morda ne bo dosegel navedene največje izhodne moči. Razpoložljiva povprečna izhodna moč je uporabna gostota moči.

Uporabna gostota moči je odvisna od naslednjih dejavnikov:
■ A. Zahtevana izhodna moč.To je največja povprečna moč, ki jo zahteva aplikacija.
■ B. Toplotna impedanca.Opredeljeno kot dvig temperature, ki ga povzroči disipacija moči, običajno merjeno v stopinjah/W.
■ C. Najvišja delovna temperatura ohišja.Vse napajalne komponente imajo določeno najvišjo delovno temperaturo ohišja. To se nanaša na najvišjo temperaturo, ki jo notranji elementi komponente lahko prenesejo med delovanjem. Za ohranitev zanesljivosti mora delovanje ostati pod to temperaturo.
■ D. Delovna temperatura okolja.To se nanaša na -najslabši možni temperaturo okolja med delovanjem komponente. Če napajalna komponenta proizvaja preveč toplote in je ne more dovolj hitro odvesti v okoliški medij, lahko odpove zaradi prekoračitve zajamčene delovne temperature. Zato je izbira ustreznega hladilnega telesa eden od bistvenih pogojev za zanesljivo delovanje komponente.

Glavni parametri, potrebni za toplotno zasnovo močnostnih komponent, so naslednji:
■ 1. Delovna temperatura spoja komponente:Najvišja dovoljena meja delovne temperature za napravo, ki jo zagotavlja proizvajalec ali zahtevajo standardi za izdelke.
■ 2. Disipacija moči komponente:Povprečna moč-stacionarnega stanja, ki jo porabi naprava med delovanjem, opredeljena kot produkt povprečnega RMS izhodnega toka in povprečnega RMS padca napetosti.

■ 3. Disipacija moči močnostnih naprav:se nanaša na zmogljivost odvajanja toplote določene strukture za odvajanje toplote.

■ 4. Toplotna upornost (R):Dvig temperature na enoto disipacije moči kot prenos toplote med mediji.