Чтобы лучше понять фундаментальные технологии конструкций с высокой плотностью мощности, в этой статье я рассмотрю четыре наиболее важных аспекта решений с высокой плотностью мощности:
Я также продемонстрирую, как партнерство с TI и использование передовых технологических возможностей и продуктов, поддерживающих эти четыре аспекта, может помочь вам улучшить ваши усилия по достижению высоких показателей удельной мощности.
Но сначала давайте определим плотность мощности и выделим некоторые важные детали при сравнении решений на основе их значений удельной мощности.
Для приложений управления питанием определение плотности мощности кажется простым: это номинальная (или номинальная) выходная мощность преобразователя, деленная на объем, который занимает преобразователь, как показано на рисунке 1.
Но даже это простое определение требует большого разъяснения, если вы хотите сравнить источники питания на основе их удельной мощности.
Выходная мощность соответствует постоянной выходной мощности, которую преобразователь может выдавать в наихудших условиях окружающей среды. На соответствующую мощность может влиять сочетание температуры окружающей среды, максимально допустимой температуры корпуса, ориентации, высоты и ожидаемого срока службы.
Точно так же вы можете определить объем источника питания разными способами, в зависимости от применения и конструкции преобразователя. Некоторые из переменных, которые могут значительно повлиять на объем и, следовательно, на заявленную удельную мощность источников питания, включают включение или исключение фильтров электромагнитных помех, вентиляторов, требований к корпусу, а также входных и выходных конденсаторов накопления энергии, часто требуется, но не является частью многих модульных источников питания. Следовательно, крайне важно знать и учитывать эти переменные при сравнении представленных данных о плотности мощности из литературы.
Сделаем небольшой исторический обзор.
Эффективность была движущей силой инноваций в энергетике с первых дней импульсного преобразования энергии. Импульсные преобразователи мощности позволили нарушить детерминированный КПД линейных источников питания, который в первую очередь зависел от соотношений входного и выходного напряжения и небольшого количества доступных топологий.
Потребность в повышении эффективности значительно возросла с начала 1990-х годов, чему способствовали персональные компьютеры и электроника, телекоммуникации и достижения в области полупроводниковых технологий. Повышенная эффективность энергетических решений также способствует постоянному увеличению плотности мощности, как показано на Рисунке 2.
Многие волны энергетических кризисов и последующее появление нормативных требований сделали эффективность еще более важным атрибутом энергосистем, особенно энергосбережение и общую стоимость владения.
В течение последнего десятилетия высокая плотность мощности стала признанным высшим достижением энергосистемы.
Чтобы лучше понять акцент на плотности мощности, давайте посмотрим, что нужно для достижения высокой плотности мощности.
Особая взаимосвязь между эффективностью, размером и удельной мощностью сразу бросается в глаза даже для случайных наблюдателей.
Эффективность считается гарантом достижения высокой плотности мощности, поскольку крайне важно уменьшить количество тепла, выделяемого устройством. Чтобы воспользоваться преимуществами более высокой эффективности, объем решения - иными словами, его размер - должен уменьшиться. Достижение одновременно высокой эффективности и малых размеров требует решения, которое может эффективно работать на высоких рабочих частотах. В частности, такое решение должно включать:
Совместное применение этих четырех фундаментальных технологий является краеугольным камнем многих успешно реализованных проектов с высокой удельной мощностью. Таким образом, вы можете просматривать достигнутую удельную мощность, как табель успеваемости, в котором оценивается, насколько хорошо разработчик применил наиболее подходящую полупроводниковую технологию, и правильно ли он выбрал топологию, метод управления, механическую конструкцию, управление температурным режимом и стратегию интеграции.
Если вы действительно хотите понять, почему важна плотность мощности - помимо того, чтобы рассматривать ее как универсальную оценку для ранжирования технических достоинств в энергетике - вы должны сделать шаг назад и посмотреть, как промышленность и общество в целом выигрывают от более высокой плотности мощности.
Например, меньшие физические размеры обычно приводят к меньшему использованию сырья, что может указывать на более низкую стоимость материала. Точно так же меньший размер и меньшее количество материалов, возможно, приведет к меньшему весу, что является чрезвычайно ценным атрибутом в энергосистемах в транспортном сегменте, который может привести к экономии топлива или увеличению дальности действия. И, наконец, с более высокой удельной мощностью появляется возможность миниатюризации. Расширение этого аспекта до его пределов позволило индустрии преобразования энергии создать ранее невообразимые новые рынки.
В этой серии обучающих видео из пяти частей объясняется важность и значение удельной мощности в современных решениях по доставке энергии.
Посмотреть 5 видео по Power Density.
