Hiệu suất chuyển đổi bộ điều hợp nguồn

Bộ đổi nguồn về cơ bản là một máy biến áp tích hợp bao gồm một máy biến áp, bộ chuyển đổi AC/DC và các mạch ổn định điện áp tương ứng. Nói một cách đơn giản, bộ phận tích hợp này chứa hai thành phần chính: máy biến áp và bộ chuyển đổi dòng điện. Cả hai thành phần này đều tiêu thụ năng lượng điện và các mạch ổn định liên kết của chúng cũng không ngoại lệ. Do đó, bản thân bộ đổi nguồn cũng là một thiết bị-tiêu thụ năng lượng.

Năng lượng đầu vào của nguồn điện không thể được chuyển đổi 100% thành năng lượng có thể sử dụng cho các bộ phận khác nhau trong thiết bị chủ. Đây là vấn đề về hiệu quả chuyển đổi mà chúng ta đang thảo luận ngày hôm nay.

Hiệu suất chuyển đổi là một chỉ số quan trọng đối với bộ điều hợp nguồn. Hiệu suất cao có nghĩa là bộ chuyển đổi tự chịu tổn thất nhỏ hơn, dẫn đến tiết kiệm năng lượng nhiều hơn. Hiệu suất chuyển đổi của bộ đổi nguồn được định nghĩa bằng tổng công suất đầu ra chia cho tổng công suất đầu vào: Hiệu suất nguồn η=Po / Pi. Trong công thức này, Po đại diện cho công suất đầu ra và Pi đại diện cho công suất đầu vào.

Mối quan hệ giữa hiệu suất chuyển đổi của bộ đổi nguồn và mức tăng nhiệt độ của nó phải được giải quyết. Vì bộ chuyển đổi bên trong sẽ mất một lượng điện năng nhất định nên hiệu suất chuyển đổi của nó không thể đạt 100%. Năng lượng tiêu thụ của bộ chuyển đổi biểu hiện dưới dạng nhiệt. Mức nhiệt sinh ra phụ thuộc chủ yếu vào hiệu suất chuyển đổi của bộ chuyển đổi và kích thước vật lý của nó. Trong một số điều kiện tản nhiệt nhất định, bộ chuyển đổi sẽ có mức tăng nhiệt độ cụ thể-chênh lệch giữa nhiệt độ vỏ và nhiệt độ môi trường. Diện tích bề mặt của vỏ bộ chuyển đổi ảnh hưởng trực tiếp đến mức tăng nhiệt độ này. Có thể ước tính sơ bộ bằng công thức sau: Độ tăng nhiệt độ=Hệ số cản nhiệt × Mức tiêu thụ điện năng của khối. Trong môi trường{10}nhiệt độ cao, bộ chuyển đổi phải được giảm công suất để giảm mức tiêu thụ điện năng, từ đó giảm mức tăng nhiệt độ và đảm bảo các bộ phận bên trong không vượt quá giới hạn nhiệt độ tối đa. Ngoài việc đáp ứng các yêu cầu hoạt động của thiết bị điện tử, việc tăng nhiệt độ hoạt động còn tác động đáng kể đến Thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc (MTBF) của bộ chuyển đổi khi công suất đầu ra không đổi. Hiệu suất cao và mức tăng nhiệt độ thấp giúp tuổi thọ sản phẩm dài hơn, kích thước nhỏ hơn và trọng lượng giảm. Cuộc thảo luận về quy mô này đương nhiên dẫn chúng ta đến chủ đề về mật độ năng lượng.

Phần lớn các nhà sản xuất bộ đổi nguồn sử dụng mật độ nguồn làm tiêu chuẩn để đo lường hiệu quả của sản phẩm. Mật độ công suất thường được biểu thị bằng watt trên inch khối (W/in³). Nếu không thể sử dụng bộ chuyển đổi trong phạm vi nhiệt độ môi trường tối đa đã chỉ định thì bộ chuyển đổi có thể không đạt được công suất đầu ra tối đa đã nêu. Công suất đầu ra trung bình có sẵn là mật độ năng lượng có thể sử dụng.

Mật độ năng lượng sử dụng được phụ thuộc vào các yếu tố sau:
■ A. Công suất đầu ra yêu cầu.Đây là công suất trung bình tối đa mà ứng dụng yêu cầu.
■ B. Trở kháng nhiệt.Được định nghĩa là sự tăng nhiệt độ do tiêu tán năng lượng, thường được đo bằng độ/W.
■ C. Nhiệt độ vận hành trường hợp tối đa.Tất cả các bộ phận nguồn đều có nhiệt độ vận hành trường hợp tối đa được chỉ định. Điều này đề cập đến nhiệt độ cao nhất mà các bộ phận bên trong của bộ phận có thể chịu được trong quá trình hoạt động. Để duy trì độ tin cậy, hoạt động phải duy trì ở nhiệt độ dưới nhiệt độ này.
■ D. Nhiệt độ môi trường xung quanh hoạt động.Điều này đề cập đến nhiệt độ môi trường-trong trường hợp xấu nhất trong quá trình hoạt động của thành phần. Nếu một bộ phận nguồn tạo ra quá nhiều nhiệt và không thể tản nhiệt đủ nhanh ra môi trường xung quanh, bộ phận đó có thể bị hỏng do vượt quá nhiệt độ vận hành được đảm bảo. Vì vậy, việc lựa chọn một bộ tản nhiệt thích hợp là một trong những điều kiện cần thiết để linh kiện hoạt động đáng tin cậy.

Các thông số chính cần thiết cho thiết kế nhiệt của các bộ phận nguồn như sau:
■ 1. Nhiệt độ vận hành mối nối thành phần:Giới hạn nhiệt độ hoạt động tối đa cho phép của thiết bị do nhà sản xuất cung cấp hoặc do tiêu chuẩn sản phẩm quy định.
■ 2. Tản điện thành phần:Công suất trung bình ở trạng thái ổn định{0}} mà thiết bị tiêu thụ trong quá trình hoạt động, được xác định bằng tích của dòng điện đầu ra RMS trung bình và độ sụt điện áp RMS trung bình.

■ 3. Công suất tiêu tán của các thiết bị điện:đề cập đến khả năng tản nhiệt của một cấu trúc tản nhiệt cụ thể.

■ 4. Khả năng chịu nhiệt (R):Sự tăng nhiệt độ trên một đơn vị công suất tiêu tán khi truyền nhiệt giữa các môi trường.