|
I de senaste 100 åren har vi iakttagit de grundläggande elektriska parametrarna – ström och spänning. Ursprungligen gjordes detta främst för att se till att elförsörjningen var stabil och hade kapacitet att driva den önskade lasten. Efterhand som kraftproduktionen blev mer centraliserad och mer sofistikerade kraftdistributionssystem blev vanligare i kommersiella och industriella miljöer så ökade också behovet mätning och övervakning. Både industrikunder och privata konsumenter har blivit mer medvetna om hur mycket effekt de förbrukar (watt) och hur effektivt den används.
fram till1980-talet var alla elmätare elektromekaniska (analoga) enheter med grundläggande elektromagnetiska principer. Detta förändrades då mikroprocessortekniken utvecklades och ändrade på hur vi alla lever och arbetar. Mikroprocessorer kom att användas i nästan allt tills de snabbt blivit vardagliga komponenter i den digitala tidsåldern. När det gäller energistyrning var bland de första applikationer för mikroprocessorer inom mätutrustning och kretsskydd. Fördelarna var enorma: en digital mätare kunde lätt ersätta flera analoga mätare. Denna omställning från analoga till digitala system var en bidragande orsak till den stora ökningen i energi- och effektmätning under 1990-talet och 2000-talet. På senare tid har detta medfört ett större medvetande. Nu kräver kunder noggranna och aktuella data för ett bättre beslutsunderlag som kan hjälpa dem att maximera produktiviteten och energieffektiviteten. Längre ner i denna artikel kommer vi att ta en titt på två huvudkategorier av strömförsörjning – linjära nätaggregat och switchade nätaggregat (SMPS) – men först kommer vi att titta på integrerade lösningar som förenklar utformningen av nätaggregat.
Integrerade lösningar
Det finns ett antal integrerade lösningar att välja mellan som spänner brett från effektstyrningskretsar som förenklar konstruktionen strömförsörjningar till fristående linjära och switchade nätaggregat.
Termen effektstyrningskretsar (engelska: Power Management Integrerade Circuit - PMIC) används för en mängd olika IC-kretsar som erbjuder elektroniska effektomvandlingsfunktioner och/eller effektregleringsfunktioner. Användning av PMIC-kretsar förenklar konstruktionen av strömförsörjningar och tillämpas i allt från enkla enheter med en enda funktion, som till exempel spänningsregulatorer eller switchande styrenheter, till mer invecklade PMIC-enheter som kan förena flera funktioner, som effektomvandling, övervakning och sekvensering.
Helt integrerade lösningar finns i form av nätaggregat för inbyggnad. Dessa erbjuder en helhetslösning för omedelbar integration med utrustning och finns med både linjära nätaggregat och switchade funktioner som erbjuder en eller flera spänningsskenor.
DC-DC-omvandlare
DC-DC-omvandlare är en mer praktisk lösning när likströmsförsörjning finns tillgänglig men andra spänningsnivåer behövs. De är helt integrerade, i allmänhet kretskortmonterade och kan ha en märkeffekt upp till 200 W. DC-DC-omvandlare kan användas för att generera både lägre och högre spänningar och har normalt en verkningsgrad över 90 %.
NYHET - TEL 8-serien av isolerade 8 W-omvandlare
Tillverkare / varumärke: TRACO POWER
TDL- och TDN-serien av 2W och 3W DC-DC-omvandlare
Tillverkare / varumärke: TRACO POWER
TMR 9-serien DC-DC-omvandlare i en SIP-8-kapsel
Tillverkare / varumärke: TRACO POWER
TSR-serien switchregulatorer med hög verkningsgrad
Tillverkare / varumärke: TRACO POWER
Level VI-standarden för fristående nätaggregat
I början av 2000-talet använde de flesta system och apparater nätaggregat och batterielminatorer som inte var konstruerade att stängas av när enheten eller systemet var inaktiverat, så de fortsatte att dra ström som om enheten fortfarande var påslagen. Nätaggregat kan utan vidare förbruka 1 W, vilket multiplicerat med antalet enheter som ständigt är inkopplade blir till ett omfattande slöseri med energi.
Därför har konstruktörer av fristående nätaggregat för laptop-datorer och hemelektronik på senare tid blivit föremål för allt strängare regler om ökad energieffektivitet. Konstruktörerna behöver nu uppfylla de mest krävande standarderna för att säkerställa att produkterna kan säljas internationellt.
Läs mer om Level VI-standarden för nätaggregat i vår artikel på DesignSpark: "Climb aboard the low-energy escalator"
Nätaggregat för stationära och bärbara datorer
Tillverkare / varumärke: RS Pro
Tillverkare / varumärke: XP Power
Fristående nätaggregat med hög verkningsgrad...
Tillverkare / varumärke: Meanwell
Tillverkare / varumärke: Power Integrations
Linjära och switchade nätaggregat
I diagrammen nedan visas de två huvudklasser av nätaggregat – linjära och switchade nätaggregat.
Oavsett vilken väg du väljer behöver du överväga följande viktiga faktorer:
• Dina specifika krav gällande märkeffekt, skydd, rippel-/störningsnivå och snabb återställning vid transienter
• Säkerhet och elektromagnetisk kompatibilitet (EMC)
• Energieffektivitetskrav
• Relevanta industristandarder och lagstiftning om alla de ovanstående punkterna, inklusive, men inte begränsat till: EMC-direktiv, CE-, TÜV-, FCC- och UL-certifiering
Linjära nätaggregat och spänningsregulatorer
Linjära nätaggregat är relativt enkla att konstruera och underhålla, men de kan uppfattas som lite föråldrade, utan styrning och reglering som krävs för att uppfylla de senaste kraven på energieffektivitet. Den grundläggande funktionen för en linjär spänningsregulator är att konvertera en variabel likspänning till en konstant, lägre och ofta specifik likspänning.
Konstant utspänning är en nödvändighet för många nätaggregat, men inspänningen kommer från flera olika energikällor och kan variera. En linjär spänningsregulator används därför för att hålla utspänningen konstant.
Switchade nätaggregat (Switch Mode Power Supplies - SMPS)
Jämfört med linjära nätaggregat är switchade nätaggregat oftast mindre, lättare, billigare och mer effektiva. Nackdelen är att de är mer invecklade, kräver ytterligare komponenter och därför kräver mer att ta i beaktande under utvecklingsarbetet. Däremot har styr- och reglerfunktioner i switchade nätaggregat kommit att spela en allt större roll för att minimera slöseriet med energi. Namnet kommer ifrån att likspänning ”switchas” på och av i mycket höga frekvenser (vanligtvis 10 kHz till 1 MHz) för att producera en växelström som kan passera genom en högfrekvensspole eller transformator. På grund av de höga frekvenser som används kan lättare, mindre och billigare kondensatorer och transformatorer användas. Den högfrekventa växelströmmen filtreras och likriktas sedan för att skapa en likströmsutspänning. Under idealiska förhållanden har ett switchat nätaggregat inte någon effektförlust.
MF-USMF-serien ytmonterad återställbar säkring
Tillverkare / varumärke: Bourns
Ytmonterad återställbar säkring
Tillverkare / varumärke: TE Connectivity
WE-VD Series metalloxidvaristor
Tillverkare / varumärke: Wurth Elektronik
Solidaluminium-polymerkondensatorer (OS-CON)
Tillverkare / varumärke: Panasonic
Polymer-Hybrid-Aluminiumkondensatorer
Tillverkare / varumärke: Panasonic
Tantalpolymerkondensatorer T52X/T530-serien
Tillverkare / varumärke: KEMET
Tillverkare / varumärke: RS Pro
Transformatorer för switchade nätaggregat
Tillverkare / varumärke: Murata
Tillverkare / varumärke: DiodesZetex
VS-MBRS340TRPBF, ytmonterad Schottky-diod
Tillverkare / varumärke: Vishay
Tillverkare / varumärke: Infineon
150 CRZ ytmonterade aluminiumkondensatorer
Tillverkare / varumärke: Vishay
WE-FI/SI-serien ringkärnedrosslar
Tillverkare / varumärke: Wurth Elektronik
SP-Cap polymer-aluminiumelektrolytkondensatorer
Tillverkare / varumärke: Panasonic
POSCAP solidpolymer-tantalkondensatorer
Tillverkare / varumärke: Panasonic
Tillverkare / varumärke: On Semiconductor
ADP3334ARMZ-REEL7, LDO-spänningsregulatorer
Tillverkare / varumärke: Analog Devices
Justerbara LDO-spänningsregulatorer
Tillverkare / varumärke: Microchip
NCP1361EABAYSNT1G, PWM-styrenhet 65 kHz
Tillverkare / varumärke: On Semiconductor
NCP1271 PWM-styrenhet utvärderingskort
Tillverkare / varumärke: On Semiconductor
Tillverkare / varumärke: STMicroelectronics
ICE2QS03G, PWM-styrenhet 65 kHz
Tillverkare / varumärke: Infineon
NCP1602AEASNT1G, PFC-krets, 50 kHz
Tillverkare / varumärke: On Semiconductor
Tillverkare / varumärke: Infineon
159 PUL-SI polariserade aluminiumkondensatorer
Tillverkare / varumärke: Vishay
094 MPW-SI aluminiumelektrolytkondensatorer
Tillverkare / varumärke: Vishay
Radial150 RMI elektrolytkondensatorer
Tillverkare / varumärke: Vishay
WE-FTXX polypropenfilmkondensatorer
Tillverkare / varumärke: Wurth Elektronik
Högspännings-MOSFET-transistorer
Tillverkare / varumärke: Infineon
Integrerade styrkretsar och MOSFET:ar
Tillverkare / varumärke: Infineon
Tillverkare / varumärke: STMicroelectronics
Tillverkare / varumärke: Wolfspeed
Kontaktdon till nätaggregat
Alla system med strömförsörjning kräver säkra och tillförlitliga metoder för överföring av kraft. Att välja rätt kontaktdon är därför en viktig del av utformningen. Från enkla kopplingsplintar ända till kraftiga industriella kontakter och allt däremellan har RS Components i ett stort utbud av kontakter som garanterar en säker strömförsörjning, oavsett användningsområdet.