Surse de alimentare cu comutare (SMPS)

Valoarea medie a tensiunii de ieșire poate fi ușor calculată cu următoarea formulă:

Diagrama și descrierea funcționării sursei de alimentare de comutare:

1 - tensiune AC de intrare

3 - filtru de intrare

4 - Redresor de pod Graetz

5 - tranzistor adaptor

7 - optoizolator (izolare galvanică)

8 - transformator de impuls

10 - filtru de ieșire

11 - tensiune DC de ieșire

1 - tensiune AC de intrare

3 - filtru de intrare

4 - Redresor de pod Graetz

5 - tranzistor adaptor

7 - optoizolator (izolare galvanică)

8 - transformator de impuls

10 - filtru de ieșire

11 - tensiune DC de ieșire

Iată câteva sugestii despre ce trebuie să căutați atunci când achiziționați o sursă de alimentare de comutare.

Tensiune de intrare

În Polonia și Uniunea Europeană, tensiunea de rețea este de 230 V c.a. (cu excepția Marii Britanii - 240 V c.a.). Standardele permit o abatere de 10%, adică tensiunea de rețea poate fi între 207 V și 253 V c.a. Prin urmare, este recomandabil să alegeți o sursă de alimentare cu o gamă largă de tensiune de intrare, de ex. 100-264 V c.a.

Curent de intrare (curent de intrare maxim)

După pornirea sursei de alimentare, se generează un impuls mare de curent, care poate atinge valori mari în funcție de performanța sursei de alimentare., câteva zeci în amperi, care durează o perioadă de 1, adică la o frecvență de 50 Hz AC, această valoare poate fi de 20 ms. Acest fenomen este cauzat de încărcarea condensatorilor de intrare. Aceasta poate fi o problemă de ex. atunci când conectați mai multe surse de alimentare în același timp sau când utilizați o sursă de alimentare mai mare. Curentul mare de pornire poate declanșa protecția rețelei electrice (siguranțe, întreruptoare etc.). Soluția la această situație este înlocuirea siguranțelor de supratensiune cu tipul C sau D.

Acesta este procentul de putere de ieșire DC (furnizat de sursa de alimentare) și puterea de intrare AC (preluată de la rețea) exprimată ca procent.

Eficiența este indicată de litera „eta” a alfabetului grec: η. În orice convertor de energie, o parte din puterea absorbită devine o pierdere, eficiența ajută la determinarea pierderii de energie. Merită să acordați atenție acestui parametru, cu cât eficiența este mai mare, cu atât se pierde mai puțină energie, rezultând o temperatură mai mică în interiorul sursei de alimentare, rezultând o fiabilitate mai mare și o durată de viață mai lungă a echipamentului. În prezent sursele de alimentare de comutare fabricate au eficiențe de până la> 90% (transformatoarele/sursele de alimentare liniare au eficiențe energetice mai mici de cel mult 50%).

η Eficiența exprimată în procente

Pout Putere de iesire

Pin - puterea de intrare

η Eficiența exprimată în procente

Pout Putere de iesire

Pin - puterea de intrare

Exemplul 1
Avem o sursă de alimentare de 100 W care extrage 117,6 W de la rețea. Calculați eficiența.

Pentru majoritatea surselor de alimentare, sunt specificate puterea de ieșire și eficiența. Producătorii nu specifică în caietul de sarcini câtă energie consumă sursa de alimentare. Acest lucru poate fi calculat cu ușurință prin înlocuirea valorilor din formula transformată.

Exemplul 2
Avem o sursă de alimentare de ieșire de 150 W cu o eficiență de 86%. Calculați puterea extrasă din rețea.

De asemenea, putem calcula cu ușurință pierderea de energie datorată căldurii din sursa de alimentare (Pd - pierderea de putere) prin aplicarea acestei formule simple (scăderea puterii de ieșire din consumul de energie).

În acest caz, pierderea de căldură este de 24,4 W la sarcină maximă. Acest 24,4 W crește temperatura din interiorul incintei și încălzește componentele interne.

MTBF - Timpul mediu dintre eșec

Este exprimat în ore și informează despre fiabilitatea echipamentului.

Acest parametru este foarte des interpretat greșit. De exemplu, sursa de alimentare are un MTBF de 700.000 de ore, sau aproape 80 de ani. Acest lucru nu înseamnă că alimentarea cu energie electrică va funcționa corect atât de mult timp.

Metodele și tehnicile de calcul MTBF au fost introduse de armata SUA în 1965, concomitent cu publicarea modelului MIL-HDBK-217. Acesta a inclus diverse componente electronice, de ex. rate de eșec ale condensatorilor, rezistențelor, tranzistoarelor. Metodele de calcul al ratei de eșec au fost publicate în acest model. Aceasta a fost pentru a introduce standarde de fiabilitate pentru echipamente electronice și echipamente militare.

În plus față de modelul MIL-HDBK-217, sunt utilizate și alte metode de calculare a parametrilor MTBF, care pot fi găsite în datele tehnice ale echipamentelor electronice. Fiecare model are un algoritm diferit de calcul al fiabilității. Exemple de metode: HRD5, Telcordia, RBD, model Markow, FMEA/FMECA, analiza arborelui defect, HALT.

Cunoscând timpul MTBF, putem calcula probabilitatea defectării echipamentului înainte de expirarea timpului MTBF. Aceasta este o informație foarte utilă care vă permite să diagnosticați o eroare de sistem. Principiul este practic simplu: cu cât MTBF este mai mare, cu atât echipamentul este mai fiabil.

Amintiți-vă că MTBF indică întotdeauna timpul după care fiabilitatea echipamentului scade la 36,8%.

De ce? Trebuie să introducem o formulă de fiabilitate pentru calcule.

R (T) - fiabilitatea în raport cu timpul de funcționare al echipamentului, exprimată în procente

T Timpul de funcționare al echipamentului

MTBF Timpul mediu între eșecuri

2.718 - numărul Euler (notat cu litera „e” în formule)

R (T) - fiabilitatea în raport cu timpul de funcționare al echipamentului, exprimată în procente

T Timpul de funcționare al echipamentului

MTBF Timpul mediu între eșecuri

2.718 - numărul Euler (notat cu litera „e” în formule)

Pe cale orală: 2.718 ridicați la puterea negativă a timpului de funcționare distribuit de MTBF.

Calculați rata de defecțiune a echipamentului, unde MTBF este de 50.000 de ore după 50.000 de ore.

Astfel, fiabilitatea echipamentelor cu MTBF = 50.000 de ore este de 36,8% după 50.000 de ore. Cu alte cuvinte, după 50.000 de ore din 100 de dispozitive probabil

37 vor funcționa corect și 63 vor eșua.

Verificați probabilitatea apariției erorii în termen de 3 ani, de ex. pentru două surse de alimentare cu valori MTBF diferite.

1. MTBF = 50.000 ore, 3 ani = 3 ani x 24 ore x 365 zile = 26.280 ore și se înlocuiește cu următorul eșantion:

Acest rezultat arată că după 3 ani există o probabilitate de 59,1% ca sursa de alimentare să funcționeze corect (de exemplu, pentru 100 de dispozitive

59 nu vor avea erori și 41 nu vor reuși).

2. MTBF = 700.000 ore, 3 ani = 3 ani x 24 ore x 365 zile = 26.280 ore și se înlocuiește în eșantion.

Acest caz arată că după 3 ani există o probabilitate de 97,1% ca sursa de alimentare să funcționeze corect (de exemplu, pentru 100 de dispozitive

97 nu va avea erori și 3 vor eșua).

MTBF este cel mai adesea specificat de producător în legătură cu funcționarea echipamentului la o temperatură ambiantă de 25 ° C. Atunci când funcționează la temperaturi mai ridicate, regula este că o creștere a temperaturii ambiante cu 10 ° C înjumătățește MTBF. De ce unele echipamente au MTBF ridicat și altele MTBF scăzut? Diferențele depind de componentele utilizate și de complexitatea echipamentului. Nu toți producătorii specifică acest parametru în specificații.

Tensiunea de ieșire

Tensiunea de ieșire este tensiunea care trebuie stabilizată dacă sarcina sursei de alimentare se modifică între 0 și 100%. Trebuie remarcat faptul că la tensiunea de ieșire pentru fiecare sursă de alimentare se adaugă zgomot, pulsații și perturbări. Pot avea amplitudini de până la câteva sute de mVp-p. În unele cazuri, o valoare prea mare pentru pulsația tensiunii de ieșire poate cauza probleme dacă echipamentul este predispus la pulsații, de ex. poate interfera cu imaginea camerei în aplicațiile CCTV sau poate provoca reporniri frecvente ale unui dispozitiv electronic.

Mai jos este un instantaneu al unei oscilograme a unei surse de comutare de 12 V.

Răspuns dinamic

Fiecare sursă de alimentare ar trebui să aibă o tensiune de ieșire constantă pentru sarcină, care nu se schimbă chiar dacă curentul de sarcină se schimbă. Cu toate acestea, există schimbări bruște ale sarcinii (de exemplu, pornirea/oprirea unui iluminator cu infraroșu pe o cameră CCTV sau pornirea/oprirea unei încărcări suplimentare). Schimbarea sarcinii de la 0 la 100% (sau invers) va provoca perturbări și fluctuații ale tensiunii de ieșire care pot afecta funcționarea altor echipamente conectate la sursa de alimentare.

Desenul de mai jos arată schimbarea tensiunii de ieșire a unei surse de alimentare de bună calitate atunci când sarcina este schimbată de la 0 la 100%, pe baza documentației tehnice.

V - tensiunea de ieșire

L - sarcină

V - tensiunea de ieșire

L - sarcină

Majoritatea surselor de comutare au ieșiri de protecție împotriva scurtcircuitului și supracurentului. Deoarece sunt utilizate diferite metode de protecție, trebuie selectată sursa de alimentare adecvată tipului de sarcină. Motoarele, becurile, sarcinile inductive de mare capacitate, adică sarcinile neliniare, pot necesita un impuls de curent mai mare la pornire, care depășește semnificativ puterea nominală maximă a sursei de alimentare. Acest lucru poate determina pornirea protecției, împiedicând pornirea sursei de alimentare. În practică, se poate dovedi că de ex. o sursă de alimentare de 12 V 50 W nu se va aprinde după conectarea unei sarcini de 12 V 30 W (de ex. bec, motor).

Proiectanții surselor de alimentare utilizează o varietate de metode de protecție la scurtcircuit și la supracurent. Protecția trebuie să furnizeze sursa de alimentare și sarcina. Mai jos sunt cei mai des utilizați angajați.

Modul sughiț

Aceasta este o protecție foarte frecvent utilizată (z ang. sughiţ - sughiț), care are avantajul pierderii reduse de energie în sursele de alimentare în caz de supracurent sau scurtcircuit și revenirea automată la funcționarea normală după dispariția cauzei supracurentului sau scurtcircuitului.

Graficul de mai jos arată cum funcționează modul sughiț.

Uout - tensiunea de ieșire

Am plecat - curent de ieșire

THE - scurtcircuit (supracurent)

B - încetarea cauzei scurtcircuitului

Uout - tensiunea de ieșire

Am plecat - curent de ieșire

THE - scurtcircuit (supracurent)

B - încetarea cauzei scurtcircuitului

THE supracurent sau scurtcircuit apare în timp. Alimentarea este oprită. La ieșire este afișat un impuls foarte scurt (de ex. 100 ms) și este afișat un curent de până la 150% din curentul maxim. Sursa de alimentare trimite un impuls la fiecare câteva secunde până când dispare cauza supracurentului sau a scurtcircuitului (B) și apoi trece la modul normal. În majoritatea cazurilor, pragul de protecție la declanșare (sursa de alimentare oprită) este setat la 110-150% din curentul nominal (Am plecat). Acest mod este cel mai adesea integrat cu protecție termică. Dacă sarcina este mai mare decât curentul nominal, dar atrage mai puțin decât pragul de declanșare a protecției, protecția termică se va activa într-un timp scurt, va deconecta sursa de alimentare, iar sursa de alimentare va comuta în modul sughiț până când cauza supraîncărcării este eliminat.

Alte tipuri de protecție la supracurent sunt prezentate în graficul de mai jos (trei curbe: A, B și C).

Uout - tensiunea de ieșire

Am plecat - curent de ieșire

Uout - tensiunea de ieșire

Am plecat - curent de ieșire

Limitarea curentului de foldback
Acest tip de protecție este utilizat și în sursele de alimentare liniare. Depășirea curentului maxim (reducerea rezistenței la sarcină) este urmată de o reducere (scădere). Cu alte cuvinte, dacă rezistența la sarcină scade, are loc reducerea curentului. Avantajul acestei soluții este pierderea redusă de energie a surselor de alimentare în caz de supracurent sau scurtcircuit. Cu toate acestea, cu această soluție, sursa de alimentare nu pornește la sarcini mari de curent de pornire (de exemplu, capacitate mare).

Curba B - Limitare constantă a curentului
După depășirea curentului maxim (reducerea rezistenței la sarcină), sursa de alimentare menține un nivel constant de curent de ieșire, indiferent de cantitatea de supracurent, în timp ce tensiunea de ieșire scade. Adesea, se folosește o a doua protecție care oprește sursa de alimentare atunci când tensiunea scade înapoi la câțiva volți. Dezavantajele majore ale acestei metode sunt pierderile mari de energie din sursa de curent și curentul mare care trece prin sarcină, ceea ce poate provoca defecțiuni. Această metodă de protecție permite alimentarea cu energie electrică sub sarcini neliniare.

Curba C - Limitarea puterii
După depășirea curentului maxim (reducerea rezistenței la sarcină), puterea de ieșire a sursei de alimentare rămâne constantă. Pe măsură ce sarcina crește, tensiunea și curentul de ieșire scad conform caracteristicii C. Această metodă de protecție permite alimentarea cu energie electrică sub sarcini neliniare.

Temperatura de funcționare (temperatura aerului înconjurător)

În funcție de eficiența sursei de alimentare, o parte din energia furnizată la sursa de alimentare se pierde sub formă de căldură, iar temperatura din interiorul sursei de energie crește față de temperatura exterioară. Sursele de alimentare de înaltă calitate se pot încălzi până la 50-70 ° C atunci când funcționează la 25 ° C. Se pot încălzi până la 75-95 ° C la o temperatură ambiantă de 50 ° C.

Este foarte important să rețineți că temperatura de funcționare afectează în mod direct viața și fiabilitatea echipamentului. Sursele de alimentare cu comutare au o structură complexă și constau din multe componente electronice care pot fi amplasate aproape împreună în interiorul carcasei sursei de alimentare. O temperatură internă prea ridicată poate provoca defecțiuni ale sursei de alimentare și îi poate scurta semnificativ durata de viață. Rețineți că există o relație serioasă între puterea de ieșire și temperatura. Este esențial să se evite alimentarea la temperaturi de peste 50 ° C, în ciuda faptului că producătorii specifică deseori temperaturi de funcționare care depășesc această valoare. În acest caz, citiți cu atenție documentația tehnică.

De exemplu, sursă de alimentare de 150 W 12 V - temperatura de funcționare specificată este -10 ° C -70 ° C. Cu toate acestea, în documentația tehnică, producătorul a plasat un grafic al sarcinii procentuale aferente temperaturii de funcționare

L - Procentul de încărcare

T - Temperatura de funcționare

L - Procentul de încărcare

T - Temperatura de funcționare

Așa cum se arată în figură, sursa de alimentare poate furniza putere maximă pentru sarcină, dar numai până la 50 ° C. La o temperatură de funcționare de 70 ° C, unitatea poate fi încărcată până la 50%, adică până la jumătate din curentul maxim.

Dintre componente, condensatoarele electrolitice sunt cele mai sensibile la creșterea temperaturii. Practic fiecare sursă de alimentare include unele dintre ele. În plus față de temperatura maximă de funcționare, producătorii de condensatoare specifică de obicei un alt parametru important, așa-numitul longevitate. Reducerea temperaturii cu 10 ° C dublează durata de viață a condensatoarelor electrolitice. De exemplu, condensatoarele electrolitice standard au o durată de viață de 1.000 de ore la 105 ° C.

Asa de:

Aceste valori de timp nu indică sfârșitul duratei de viață a condensatorului, ci timpul după care apare o atenuare semnificativă a parametrilor (capacitate, rezistență în serie etc.), ceea ce duce cel mai adesea la o defecțiune.

Așa cum se arată în exemplul de mai sus, temperatura mai scăzută = durata de viață mai lungă. Există, de asemenea, condensatoare care au o durată de viață de câteva ori mai mare, dar și un preț mai mare. Subansamblurile pe care le utilizați depind de producător. Sursele de alimentare ieftine nu utilizează componente mai scumpe și mai durabile.

• Întrebări și răspunsuri - UPS și magazin de baterii - Surse de alimentare neîntreruptibile APC la cele mai bune prețuri!
• Hevesi SE a fost un an de competiții mondiale și echipe naționale
• Medicament utilizat pentru tratarea helmintiazei gastro-intestinale, paraziți unde merge
• Medicamente în interacțiune cu grapefruit
• Hevesy Iván Erich von Stroheim Criminalul este aur