Эффективность преобразования адаптера питания

Адаптер питания по сути представляет собой интегрированный трансформатор, состоящий из трансформатора, преобразователя переменного/постоянного тока и соответствующих схем стабилизации напряжения. Проще говоря, этот интегрированный блок содержит два основных компонента: трансформатор и преобразователь тока. Оба эти компонента по своей природе потребляют электрическую энергию, и связанные с ними схемы стабилизации не являются исключением. Следовательно, сам адаптер питания также является устройством,-потребляющим энергию.

Энергия, поступающая в источник питания, не может быть на 100% преобразована в полезную энергию для различных компонентов главного устройства. Это вопрос эффективности преобразования, который мы сегодня обсуждаем.

Эффективность преобразования является важнейшим показателем для адаптеров питания. Высокая эффективность означает, что сам адаптер несет меньшие потери, что приводит к большей экономии энергии. Эффективность преобразования адаптера питания определяется как общая выходная мощность, деленная на общую входную мощность: Power Efficiency η=Po / Pi. В этой формуле Po представляет выходную мощность, а Pi представляет входную мощность.

Необходимо учитывать взаимосвязь между эффективностью преобразования адаптера питания и повышением его температуры. Поскольку адаптер внутренне теряет определенное количество энергии, эффективность его преобразования не может составлять 100%. Мощность, потребляемая адаптером, проявляется в виде тепла. Уровень выделяемого тепла зависит в первую очередь от эффективности преобразования адаптера и его физического размера. При определенных условиях рассеивания тепла адаптер будет иметь определенное повышение температуры-разница между температурой корпуса и температурой окружающей среды. Площадь поверхности корпуса адаптера напрямую влияет на повышение температуры. Грубую оценку можно сделать по следующей формуле: Повышение температуры=Коэффициент теплового сопротивления × Потребляемая мощность блока. В условиях высоких-температур необходимо снизить номинальные характеристики адаптера, чтобы снизить его энергопотребление, тем самым снижая повышение температуры и гарантируя, что внутренние компоненты не превысят максимальные пределы температуры. Помимо удовлетворения эксплуатационных требований электронных устройств, повышение рабочей температуры существенно влияет на среднее время наработки на отказ адаптера (MTBF), когда выходная мощность постоянна. Высокая эффективность и низкое повышение температуры приводят к увеличению срока службы продукта, уменьшению его размеров и веса. Обсуждение размера естественным образом приводит нас к теме плотности мощности.

Подавляющее большинство производителей адаптеров питания используют плотность мощности в качестве стандарта для измерения эффективности продукции. Плотность мощности обычно выражается в ваттах на кубический дюйм (Вт/дюйм³). Если адаптер нельзя использовать в указанном максимальном диапазоне температур окружающей среды, он может не достичь заявленной максимальной выходной мощности. Доступная средняя выходная мощность — это полезная плотность мощности.

Полезная плотность мощности зависит от следующих факторов:
■ A. Требуемая выходная мощность.Это максимальная средняя мощность, необходимая для приложения.
■ Б. Термический импеданс.Определяется как повышение температуры, вызванное рассеиваемой мощностью, обычно измеряется в градусах/Вт.
■ C. Максимальная рабочая температура корпуса.Все силовые компоненты имеют указанную максимальную рабочую температуру корпуса. Это относится к самой высокой температуре, которую внутренние элементы компонента могут выдержать во время работы. Для поддержания надежности эксплуатация должна оставаться при температуре ниже этой температуры.
■ D. Рабочая температура окружающей среды.Это относится к наихудшей-температуре окружающей среды во время работы компонента. Если силовой компонент генерирует слишком много тепла и не может достаточно быстро рассеивать его в окружающую среду, он может выйти из строя из-за превышения гарантированной рабочей температуры. Поэтому выбор подходящего радиатора является одним из важнейших условий надежной работы компонентов.

Основные параметры, необходимые для теплового расчета силовых компонентов, следующие:
■ 1. Температура рабочего места компонента:Максимально допустимый предел рабочей температуры для устройства, предусмотренный производителем или предусмотренный стандартами на продукцию.
■ 2. Рассеиваемая мощность компонентов:Средняя мощность в установившемся режиме-, потребляемая устройством во время работы, определяемая как произведение среднего среднеквадратичного выходного тока и среднего среднеквадратичного падения напряжения.

■ 3. Рассеиваемая мощность силовых устройств:относится к способности рассеивания тепла конкретной конструкции рассеивания тепла.

■ 4. Термическое сопротивление (R):Повышение температуры на единицу рассеиваемой мощности при передаче тепла между средами.