Управление электропитанием

Энергопотребление – это один из факторов, который необходимо учитывать при проектировании любого электрооборудования, чтобы обеспечить максимальную производительность и энергоэффективность.

В течение почти 100 лет мы следили, как изменялось отношение к основным показателям потребления энергии. Изначально при электротехническом проектировании важно было обеспечить стабильное электропитание и возможность подзарядки техники. В связи с ростом выработки электроэнергии в мире, а также ввиду использования более сложных систем распределения электроэнергии в коммерческих и промышленных установках, возросла необходимость проведения измерений и мониторинга. Коммерческие клиенты и бытовые потребители стали больше интересоваться тем, сколько энергии они используют (Вт) и насколько эффективно они это делают (коэффициент мощности).

До начала 1980-х годов все электросчетчики были электромеханическими (аналоговыми) устройствами, в которых использовался основной электромагнитный принцип. Развитие микропроцессорной техники кардинально изменило нашу жизнь и работу. Микропроцессоры проникли практически везде и всюду, они быстро стали привычными компонентами цифрового века. В области управления электропитанием микропроцессоры, прежде всего, начали использоваться в контрольно-измерительном оборудовании и схемах защиты. Преимущества были огромны: один цифровой измеритель мог легко заменить несколько аналоговых. Этот переход от аналоговых устройств к цифровым стал толчком к интенсивному развитию приборов для измерения мощности в 1990-х и 2000-х годах. Однако разработки последних лет выводят нас на новый интеллектуальный уровень. Сегодня клиенты хотят получать точную и своевременную информацию для принятия взвешенных решений и для достижения максимальной производительности и энергоэффективности. Далее мы ознакомимся с двумя основными классами источников электропитания: линейными и импульсными источниками электропитания (SMPS), но сначала рассмотрим встраиваемые решения, которые упрощают конструкцию источников питания.

Встраиваемые решения

Существует целый ряд доступных встраиваемых решений: от интегральных схем управления электропитанием, которые упрощают конструкцию источника питания, до автономных линейных и импульсных источников питания. Термин «интегральная схема управления электропитанием (PMIC)» охватывает целый ряд микросхем, которые обычно используют функциональные преобразования электронной мощности и/или функции управления мощностью. Использование интегральных схем управления электропитанием значительно упрощает конструкцию источника питания. Возможно создание простых устройств с несложной функцией, таких как регуляторы напряжения или коммутационные контроллеры, или более сложных устройств со схемой PMIC, которые могут реализовывать множество функций, включая преобразование энергии, мониторинг и задание последовательности.

Полностью интегрированные решения доступны в виде встраиваемых источников питания. Они предназначены для применения внутри оборудования заказчика и могут быть линейными или импульсными, с одним или несколькими выходами.


DC-DC преобразователи

DC-DC преобразователи представляют собой удобное решение, если в системе уже имеется источник постоянного напряжения, но при этом требуются дополнительные шины с другими номиналами напряжений, больше или меньше исходного. DC-DC преобразователи – это независимые источники питания, часто конструктивно на основе одной печатной платы. Мощность DC-DC преобразователей от единиц ватт до 200 Вт, а КПД, как правило, выше 90%.

Стандарт уровня VI для внешних источников питания

В начале 2000-х годов в большинстве систем и устройств использовались источники питания, в которых нет функции отключения. Когда устройство было неактивно, оно все равно продолжало потреблять электроэнергию, будто все еще включено. Источники питания в выключенном режиме могут потреблять до 1 Вт энергии. Если умножить это на количество устройств, которые остаются подключенными к сети, то понятно, к каким огромным потерям это приводит.

В настоящее время разработчикам внешних источников питания для компьютеров и бытовой техники приходится обеспечивать соответствие компонентов самым строгим стандартам, чтобы гарантировать пригодность изделий для продажи на международном рынке.

Более подробную информацию о стандарте уровня VI для внешних источников питания вы найдете в статье на сайте DesignSpark

Линейные и импульсные источники питания

На схемах ниже представлены два класса источников питания – линейные и импульсные.

Основные факторы, которые необходимо учесть при выборе источников питания:

• Требования к номинальной мощности, защите, шуму и времени переходного отклика
• Безопасность и электромагнитная совместимость (ЭМС)
• Требования к КПД
• Отраслевые стандарты и законодательство в отношении всех вышеуказанных пунктов, включая директивы ЭМС, сертификаты CE, TÜV, FCC и UL


Линейные источники питания и стабилизаторы напряжения

Линейные источники питания просты в использовании, удобны в проектировании и обслуживании, но при этом они уже устарели и не всегда соответствуют современным требованиям энергоэффективности. Основная функция линейного регулятора напряжения заключается в стабилизации выпрямленного напряжения или получении нестандартного значения напряжения.

Линейные регуляторы напряжения используются для поддержания стабильного выходного напряжения, даже если питание источника происходит сразу от нескольких энергоносителей: сети переменного тока, аккумулятора, солнечной батареи.

Импульсные источники питания (SMPS)

Импульсные источники питания дешевле, имеют больший КПД и меньшие размеры и массу по сравнению с линейными. При этом импульсные источники питания более сложные по конструкции, трудоемкие при разработке, они должны соответствовать требованиям стандартов по электробезопасности и электромагнитной совместимости. Свое название импульсные источники питания получили в связи с тем, что выпрямленное напряжение переключается с высокой частотой, обычно в диапазоне от 10 кГц до 1 МГц, для получения переменного тока, который проходит через высокочастотный трансформатор. На высоких частотах можно использовать более дешевые конденсаторы и трансформаторы с меньшими массой и размерами. Переменное напряжение высокой частоты проходит через фильтр и далее выпрямляется для получения постоянного выходного напряжения. КПД лучших импульсных источников питания достигает 96-99%.

Разъемы для источников питания

Во всех системах требуется применение безопасных и надежных методов передачи мощности, поэтому при их проектировании очень важно выбрать правильный разъем. Компания RS Components представляет огромный ассортимент разъемов, обеспечивающих безопасную передачу мощности независимо от типа применения - от простых клеммных блоков до мощных промышленных разъемов.

Ведущие бренды

Популярные посты на сайте DesignSpark