Elementele de bază ale gestionării energiei Caracteristicile sursei de alimentare Electronică de putere
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 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.