În prezent, tehnicile de putere distribuită, denumite arhitectură de putere distribuită (DPA), sunt utilizate pentru sistemele care disipează sute de wați. Abordarea DPA convertește linia de curent alternativ intrată într-o tensiune a magistralei de curent continuu, denumită de obicei o sursă front-end

caracteristicile

Caracteristicile unei surse de alimentare influențează proiectarea unui subsistem de gestionare a energiei. Două caracteristici majore sunt eficiența și performanța peste intervalul de temperatură specificat, care poate necesita răcire. De asemenea, există caracteristici importante care protejează sursa de alimentare și încărcarea acesteia de deteriorări, cum ar fi supracurentul, supratemperatura și supratensiunea etc. Apoi, există parametri de funcționare care descriu performanța unei surse de alimentare, cum ar fi deriva, răspunsul dinamic, reglarea liniei, reglarea sarcinii etc.

Eficiența determină pierderile termice și electrice din sistem, precum și cantitatea de răcire necesară. De asemenea, are impact asupra dimensiunilor fizice ale pachetului atât a sursei de alimentare cât și a sistemului final al articolului final. În plus, afectează temperaturile de funcționare ale componentelor sistemului și fiabilitatea rezultată a sistemului. Acești factori contribuie la determinarea costului total al sistemului, atât hardware, cât și suport în teren. Fișele tehnice de alimentare cu energie electrică includ, de obicei, un complot de eficiență vs. curent de ieșire, așa cum se arată în Figura 2-1. Acest grafic arată că eficiența variază în funcție de tensiunea aplicată a sursei de alimentare, precum și de curentul de sarcină de ieșire.

Eficiența, fiabilitatea și temperatura de funcționare sunt interdependente. Fișele tehnice de alimentare cu energie electrică includ de obicei cerințe specifice privind fluxul de aer și radiator. De exemplu, temperatura ambiantă de funcționare afectează curentul de sarcină de ieșire pe care sursa de alimentare îl poate gestiona în mod fiabil. Curbe de deratizare pentru alimentarea cu energie electrică (Figura 2-2) indicați curentul său de funcționare fiabil vs. temperatura. Figura 2-2 arată cât de mult curent poate fi manevrat în siguranță dacă funcționează cu convecție naturală sau 200 LFM și 400 LFM.

Protejarea aprovizionării

Există mai multe alte caracteristici care afectează funcționarea sursei de alimentare. Printre acestea se numără cele angajate pentru protejarea aprovizionării, care sunt enumerate mai jos.

Supracurent: Un mod de defecțiune cauzat de curentul de încărcare de ieșire mai mare decât cel specificat. Este limitat de capacitatea maximă de curent a sursei de alimentare și este controlat de circuite de protecție interne. De asemenea, poate deteriora sursa de alimentare în unele cazuri. Scurtcircuitele dintre ieșirea sursei de alimentare și masă pot crea curenți în sistem care sunt limitați doar de capacitatea maximă de curent și de impedanța internă a sursei de alimentare. Fără limitare, acest curent ridicat poate provoca supraîncălzirea și deteriorarea sursei de alimentare, precum și a sarcinii și a interconectărilor sale (urme ale plăcii, cabluri). Prin urmare, majoritatea surselor de alimentare ar trebui să aibă limitarea curentului (protecție la supracurent) care se activează dacă curentul de ieșire depășește un maxim specificat.

Supratemperatura: Trebuie prevenită o temperatură care depășește valoarea specificată a sursei de alimentare sau poate cauza defectarea sursei de alimentare. Temperatura excesivă de funcționare poate deteriora o sursă de alimentare și circuitele conectate la aceasta. Prin urmare, multe consumabile utilizează un senzor de temperatură și circuite asociate pentru a dezactiva alimentarea dacă temperatura sa de funcționare depășește o anumită valoare. În special, semiconductorii utilizați în aprovizionare sunt vulnerabili la temperaturi care depășesc limitele specificate. Multe consumabile includ protecție la supratemperatură care oprește alimentarea dacă temperatura depășește limita specificată.

Supratensiune: Acest mod de defecțiune apare dacă tensiunea de ieșire depășește valoarea de curent continuu specificată, ceea ce poate impune o tensiune de curent continuu excesivă care deteriorează circuitele de sarcină. De obicei, sarcinile sistemului electronic pot rezista la supratensiune de până la 20% fără a provoca daune permanente. Dacă acesta este un aspect, selectați o aprovizionare care minimizează acest risc. Multe consumabile includ protecție la supratensiune care oprește alimentarea dacă tensiunea de ieșire depășește o cantitate specificată. O altă abordare este o diodă zener cu palan care conduce suficient curent la pragul de supratensiune, astfel încât să activeze limitarea curentului de alimentare și să se oprească.

Pornire ușoară: Limitarea curentului de pornire poate fi necesară atunci când este alimentată pentru prima dată sau când plăcile noi sunt conectate la cald. De obicei, acest lucru se realizează printr-un circuit de pornire soft care încetinește creșterea inițială a curentului și apoi permite funcționarea normală. Dacă nu este tratat, curentul de pornire poate genera un curent de încărcare de vârf ridicat care afectează tensiunea de ieșire. Dacă acesta este un aspect important, selectați o aprovizionare cu această caracteristică.

Blocare subtensiune: Cunoscut sub numele de UVLO, pornește alimentarea când atinge o tensiune de intrare suficient de mare și oprește alimentarea dacă tensiunea de intrare scade sub o anumită valoare. Această caracteristică este utilizată pentru consumabilele care funcționează atât din energia electrică, cât și din baterie. Atunci când este acționat de la baterie, UVLO dezactivează sursa de alimentare (precum și sistemul) dacă bateria se descarcă atât de mult încât scade tensiunea de intrare a alimentării prea mică pentru a permite o funcționare fiabilă.

Corecția factorului de putere (PFC): Se aplică numai surselor de curent alternativ. Relația dintre tensiunea și curentul de curent alternativ se numește factorul de putere. Pentru o sarcină pur rezistivă pe linia de alimentare, tensiunea și curentul sunt în fază, iar factorul de putere este 1,0. Cu toate acestea, atunci când o sursă de curent alternativ este plasată pe linia de alimentare, diferența de fază tensiune-curent crește și factorul de putere scade, deoarece procesul de rectificare și filtrare a intrării de curent alternativ supără relația dintre tensiune și curent pe linia de alimentare. Când se întâmplă acest lucru, reduce eficiența sursei de alimentare și generează armonici care pot cauza probleme altor sisteme conectate la aceeași linie de alimentare. Circuitele de corecție a factorului de putere (PFC) modifică relația dintre tensiunea și curentul liniei de alimentare, făcându-le mai aproape de a fi în fază. Acest lucru îmbunătățește factorul de putere, reduce armonicele și îmbunătățește eficiența sursei de alimentare. Dacă armoniile liniei de alimentare sunt importante, alegeți o sursă de alimentare cu PFC care are un factor de putere de 0,9 sau mai mare.

Compatibilitate electromagnetică (EMC)

Sursele de alimentare fabricate trebuie să utilizeze tehnici de proiectare care asigură compatibilitatea electromagnetică (EMC) prin minimizarea interferențelor electromagnetice (EMI). În sursele de alimentare cu comutare, o tensiune de curent continuu este convertită într-o formă de undă tăiată sau pulsată. Acest lucru face ca sursa de alimentare să genereze zgomot în bandă îngustă (EMI) la baza frecvenței de comutare și a armonicilor sale asociate. Pentru a conține zgomotul, producătorii trebuie să reducă la minimum emisiile radiate sau conduse.

Producătorii de surse de alimentare reduc la minimum radiațiile EMI prin închiderea sursei într-o cutie metalică sau acoperirea cu spray a carcasei cu un material metalic. De asemenea, producătorii trebuie să fie atenți la aspectul intern al alimentării și la cablajul care intră și iese din alimentare, care poate genera zgomot.

Majoritatea interferențelor efectuate pe linia de alimentare sunt rezultatul tranzistorului principal de comutare sau al redresoarelor de ieșire. Cu corectarea factorului de putere și proiectarea adecvată a transformatorului, conectarea radiatorului și proiectarea filtrului, producătorul sursei de alimentare poate reduce interferențele conduse, astfel încât sursa să poată obține aprobările agenției de reglementare EMI fără a suporta costuri excesive ale filtrului. Verificați întotdeauna dacă producătorul sursei de alimentare îndeplinește cerința standardelor EMI de reglementare.

Standarde de reglementare

Respectarea standardelor naționale sau internaționale este de obicei necesară de către națiuni individuale. Diferite națiuni pot solicita respectarea unor standarde diferite. Aceste standarde încearcă să standardizeze performanța EMC a produsului în ceea ce privește EMI. Printre standardele de reglementare se numără:

• Caracteristici de perturbare electromagnetică - Limite și metode de măsurare.
• Compatibilitate electromagnetică - Cerințe pentru aparatele de uz casnic
• Caracteristici de perturbare radio - Limite și metode de măsurare pentru protecția receptorilor, cu excepția celor instalate în vehicul/barcă/dispozitiv în sine sau în vehicule/barci/dispozitive adiacente.
• Specificații pentru aparate și metode de măsurare a perturbațiilor radio și imunității

Continuați cu pagina următoare

Mai multe caracteristici afectează performanța sursei de alimentare.

Derivă: Variația tensiunii de ieșire de curent continuu în funcție de timp la tensiunea de linie constantă, sarcina și temperatura ambiantă.

Răspuns dinamic: O sursă de alimentare poate fi utilizată într-un sistem în care există cerința de a oferi un răspuns dinamic rapid la o schimbare a puterii de încărcare. Acesta poate fi cazul încărcării microprocesoarelor de mare viteză cu funcții de gestionare a energiei. În acest caz, microprocesorul poate fi într-o stare de așteptare și la comandă trebuie să pornească sau să se oprească imediat, ceea ce impune curenți dinamici mari cu rate de rampă rapide pe sursa de alimentare. Pentru a găzdui microprocesorul, tensiunea de ieșire a sursei trebuie să crească în sus sau în jos într-un interval de timp specificat, dar fără depășire excesivă.

Eficienţă: Raportul puterii de ieșire la intrare (în procente), măsurat la un curent de sarcină dat cu condiții nominale de linie (Pout/Pin).

Timp de așteptare: Timp în care tensiunea de ieșire a unei surse de alimentare rămâne în limitele specificațiilor după pierderea puterii de intrare.

Curent de intrare: Curent de intrare instantaneu de vârf tras de o sursă de alimentare la pornire.

Standarde internaționale: Specificați cerințele de siguranță ale unei surse de alimentare și nivelurile permise EMI (interferență electromagnetică).

Izolare: Separarea electrică între intrarea și ieșirea unei surse de energie măsurată în volți. Un neizolat are o cale de curent continuu între intrarea și ieșirea de alimentare, în timp ce o sursă de alimentare izolată folosește un transformator pentru a elimina calea de curent continuu între intrare și ieșire.

Regulamentul liniei: Modificarea valorii tensiunii de ieșire de curent continuu rezultată dintr-o modificare a tensiunii de intrare de curent alternativ, specificată ca schimbare în ± mV sau ±%.

Regulă de încărcare: Modificarea valorii tensiunii de ieșire de curent continuu rezultată dintr-o schimbare a sarcinii de la circuitul deschis la curentul maxim de ieșire nominal, specificat ca schimbare în ± mV sau ±%.

Zgomot de ieșire: Acest lucru poate apărea în alimentarea cu energie sub formă de scurte explozii de energie de înaltă frecvență. Zgomotul este cauzat de încărcarea și descărcarea capacităților parazite din sursa de alimentare în timpul ciclului său de funcționare. Amplitudinea sa este variabilă și poate depinde de impedanța de încărcare, filtrarea externă și modul în care este măsurată.

Decuparea tensiunii de ieșire: Majoritatea surselor de alimentare au capacitatea de a „tăia” tensiunea de ieșire, al cărei domeniu de reglare nu trebuie să fie mare, de obicei aproximativ ± 10%. O utilizare obișnuită este de a compensa căderea de tensiune a distribuției de curent continuu în sistem. Tunderea poate fi fie în sus, fie în jos față de setarea nominală utilizând un rezistor extern sau un potențiometru.

Abaterea periodică și aleatorie (PARD)
Abaterea periodică (ondulare) sau aperiodică (zgomot) nedorită a tensiunii de ieșire a sursei de alimentare de la valoarea sa nominală. PARD este exprimat în mV vârf-la-vârf sau rms, la o lățime de bandă specificată.

Curent de vârf
Curentul maxim pe care îl poate furniza o sursă de alimentare pentru perioade scurte.

Puterea de vârf
Puterea maximă absolută de ieșire pe care o sursă de alimentare o poate produce fără deteriorări. De obicei, depășește capacitatea continuă de putere de ieșire fiabilă și ar trebui să fie utilizat numai rar.

Secvențierea sursei de alimentare: Poate fi necesară pornirea și oprirea secvențială a surselor de alimentare în sistemele cu tensiuni de funcționare multiple. Adică, tensiunile trebuie aplicate într-o secvență specifică, altfel sistemul poate fi deteriorat. De exemplu, după aplicarea primei tensiuni și atingerea unei valori specifice, o a doua tensiune poate fi crescută și așa mai departe. Secvențierea funcționează invers atunci când se scoate curentul, deși viteza nu este de obicei o problemă la fel de mare ca pornirea.

Pornit/oprit de la distanță: Acest lucru este preferat față de comutatoare pentru a porni și opri sursele de alimentare. Specificațiile fișei tehnice ale sursei de alimentare detaliază de obicei parametrii de curent continuu pentru pornirea/oprirea la distanță, enumerând nivelurile logice de pornire și oprire necesare.

Sensul la distanță: O sursă de alimentare tipică își monitorizează tensiunea de ieșire și alimentează o parte din ea înapoi la sursă pentru a asigura reglarea tensiunii. În acest fel, dacă ieșirea tinde să crească sau să scadă, feedback-ul reglează tensiunea de ieșire a sursei. Cu toate acestea, pentru a menține o ieșire constantă la sarcină, sursa de alimentare ar trebui să monitorizeze de fapt tensiunea la sarcină. Dar, conexiunile de la ieșirea unei surse de alimentare la sarcina sa au rezistență și curentul care curge prin ele produce o cădere de tensiune care creează o diferență de tensiune între ieșirea sursei de alimentare și sarcina reală. Pentru o reglare optimă, tensiunea alimentată înapoi la sursa de alimentare ar trebui să fie tensiunea de sarcină reală. Cele două conexiuni de detectare la distanță (plus și minus) ale sursei monitorizează tensiunea reală de încărcare, o porțiune care este apoi alimentată înapoi la sursa de alimentare cu foarte puțină cădere de tensiune, deoarece curentul prin cele două conexiuni de detectare la distanță este foarte scăzut. În consecință, tensiunea aplicată sarcinii este reglementată.

Clipoci: Rectificarea și filtrarea ieșirii unei surse de alimentare de comutare are ca rezultat o componentă alternativă (ondulare) care se deplasează pe ieșirea sa de curent continuu. Frecvența de ondulare este un multiplu integral al frecvenței de comutare a convertorului, care depinde de topologia convertorului. Ripple este relativ neafectat de curentul de încărcare, dar poate fi redus prin filtrarea condensatorului extern.

Urmărirea
Atunci când utilizați mai multe surse de alimentare de ieșire prin care una sau mai multe ieșiri urmează alta cu modificări de linie, sarcină și temperatură, astfel încât fiecare să mențină aceeași tensiune proporțională de ieșire, în cadrul toleranței de urmărire specificate, în raport cu o valoare comună.

Faceți clic aici pentru versiunea PDF îmbunătățită a acestui articol.