Da die Nachfrage nach effizienter, kompakter Elektronik steigt, entwickeln sich Schaltnetzteile rasant weiter. Dieser Artikel befasst sich mit den wichtigsten Fortschritten, Anwendungen und Marktauswirkungen dieser Technologie und gibt wichtige Tipps zur Auswahl des richtigen Netzteils auf der Grundlage kritischer Parameter wie Effizienz und Ausgangsspannung.
Inhaltsverzeichnis
Einführung in Schaltnetzteile
Marktgröße und Wachstumspunkte
Wichtige allgemeine Kategorien und Parameter
Neueste Entwicklungen
Schlussfolgerung
Einführung in Schaltnetzteile
Vor dem Aufkommen des Mobiltelefons fand bei der Entwicklung des Personalcomputers die Revolution vom linearen Netzteil zum Schaltnetzteil statt. Viele Menschen verstehen den Computer (PC) selbst und kennen sein Prozessormodell und seine Speichergröße. Aber einige wissen möglicherweise nichts über seine Stromversorgung. Die ersten PCs verwendeten lineare Netzteile.
In nur wenigen Jahrzehnten wurde die Technologie der Schaltnetzteile auf den Kopf gestellt, und der große Fortschritt bei Halbleiterbauelementen liegt hinter ihr. Die moderne Stromversorgungstechnologie entwickelt sich in Richtung:
- Begrünung
- Miniaturisierung
- Modularisierung
- Intelligenz
- Modularisierung und Intelligenz
- Digitalisierung und Diversifizierung
Da die Eigenschaften niedriger Stromverbrauch, geringe Umweltverschmutzung, geringer Stromverbrauch, hohe Effizienz und hohe Integration allmählich zum Mainstream werden, hängt die Energietechnik auch von der Entwicklung elektronischer Komponenten und integrierter Schaltkreise ab. Das neue Schaltnetzteil integriert die Netzschalterröhre und verschiedene Ausgangsschutzmodule, um das Volumen weiter zu reduzieren.
Marktgröße und Wachstumspunkte
Laut Statistiken zur Hengzhou Chengshi-UmfrageDie Größe des globalen Marktes für Schaltnetzteile beträgt im Jahr 2022 etwa 29.56 Milliarden USD. Es wird erwartet, dass sich der Wachstumstrend auch in Zukunft fortsetzen wird. Bis 46.72 wird die Marktgröße bei etwa 2032 Milliarden USD liegen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 4.7 % im Prognosezeitraum.
Die wichtigsten Hersteller von Schaltnetzteilen weltweit sind DELTA, Lite-On Technology, Salcomp, Cosel usw. Die drei größten Hersteller der Welt haben einen Marktanteil von fast 20 %. Der globale Markt für Schaltnetzteile hat in den letzten Jahren ein stetiges Wachstum gezeigt.
Dieses Wachstum ist vor allem auf den Bedarf an Miniaturisierung, Effizienz und Intelligenz elektronischer Geräte sowie auf die rasante Entwicklung neuer Bereiche wie erneuerbare Energiesysteme und Elektrofahrzeuge zurückzuführen.
Es wird erwartet, dass der Markt für Schaltnetzteile in den nächsten Jahren mit der Verbreitung von Technologien wie dem Internet der Dinge, 5G-Kommunikation und künstlicher Intelligenz weiter wachsen wird.
Wichtige allgemeine Kategorien und Parameter
Um das Schaltnetzteil vollständig zu verstehen, müssen Sie zunächst seine elektrischen Parameter, Anwendungsbeschränkungen und zugehörigen Indikatoren untersuchen, um das Gesamtbild zu analysieren und zu verstehen. Auf diese Weise erhalten Sie präzise und professionelle Unterstützung für unsere Verwendungs- oder Beschaffungsbedürfnisse. Hier ist ein Beispiel, das uns dabei hilft, es besser zu verstehen:
Elektrische Parameter des Schaltnetzteils
Eingangsspannungsbereich
Die minimalen und maximalen Werte der Eingangsspannung werden vom Schaltnetzteil akzeptiert. Dieser Bereich hängt normalerweise vom Netzteildesign und der Anwendungsumgebung ab. Bei Wechselstrom liegt die Eingangsspannung zwischen 85 und 264 V.
Ausgangsspannung
Die Spannung wird vom Schaltnetzteil an die Last geliefert. Passen Sie sie an den Bedarf der Last an (12 V).
Ausgangsstroms
Der Stromwert, der vom Schaltnetzteil im Normalbetrieb an die Last abgegeben wird. (20 A).
Der Umwandlungswirkungsgrad
Der Wirkungsgrad, mit dem ein Schaltnetzteil Energie aus einem Eingangsnetzteil in Energie aus einem Ausgangsnetzteil umwandelt. Je höher der Umwandlungswirkungsgrad, desto geringer ist der Energieverlust und desto geringer die Wärmeabgabe des Netzteils (> 85%).
Häufigkeit
Die Rate, mit der ein Schaltnetzteil eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umwandelt, normalerweise in Kilohertz (kHz). Je höher die Frequenz, desto geringer der Schaltverlust, aber auch der Konstruktionsaufwand und die Kosten des Schaltnetzteils steigen (60 K – 90 KHZ).
Wellen und Rauschen
Unerwünschte kleine Schwankungen (Wellen) und hochfrequentes Rauschen in der Ausgangsspannung. Dies ist besonders wichtig für elektronische Präzisionsgeräte, da es die Leistung des Geräts beeinträchtigen kann (<80 MV).
Kühlmethode: Luftkühlung
Schutzfunktion
Es umfasst Überstromschutz (OCP), Überspannungsschutz (OVP), Übertemperaturschutz (OTP) und Kurzschlussschutz (SCP), um Strom- und Lastgeräte vor Schäden zu schützen.
Schaltnetzteilbezogene Einsatzgrenzwerte
Tragfähigkeit
Die maximale Leistung oder Stromstärke einer Last, die ein Schaltnetzteil unterstützen kann. Das Überschreiten dieses Grenzwertes kann zu Überhitzung oder Beschädigung des Netzteils führen.
Sicherheitszertifizierungen
Das Schaltnetzteil muss Sicherheitsnormen und Zertifizierungen wie UL, CE, RoHS usw. erfüllen. Diese Zertifizierungen gewährleisten die Sicherheit und den Umweltschutz des Netzteils.
So viele Parameter bestimmen auch die Anzahl der Schaltnetzteiltypen, darunter:
Klassifizierung nach Arbeitsprinzip
Pulsweitenmodulation (PWM) Schaltnetzteil: Die Ausgangsspannung wird durch Anpassen der Einschaltzeit (Pulsbreite) des Schaltelements gesteuert.
Schaltnetzteil mit Pulsfrequenzmodulation (PFM): Die Ausgangsspannung wird durch Anpassen der Frequenz des Schaltelements gesteuert.
Hybrid-Schaltnetzteil: Kombiniert die Eigenschaften der PWM- und PFM-Technologien.
Resonanz-Schaltnetzteil: Durch die Verwendung von Resonanzkreisen wird eine Schaltwirkung erreicht. Normalerweise arbeiten Schaltkomponenten im Nullspannungs- bzw. Nullstromzustand.
Klassifizierung nach Topologie
Vorwärtswandler: Die Eingangsspannung wird direkt in die Ausgangsspannung umgewandelt, was häufig für die Buck-Konvertierung verwendet wird.
Rückwärtswandler: Die Eingangsspannung ist niedriger als die Ausgangsspannung und wird häufig für Boost-Konvertierungen verwendet.
Gegentaktwandler: Verwendet zwei Schaltelemente, die abwechselnd arbeiten, wodurch die Effizienz und die Ausgangsleistung erhöht werden.
Vollbrückenwandler: Verwendet vier Schaltelemente für Hochleistungsanwendungen.
Halbbrückenwandler: Verwendet zwei Schaltelemente für Anwendungen mit mittlerer Leistung.
Einrohrkonverter: Verwendet ein einzelnes Schaltelement für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch.
Einteilung nach Anwendungsgebiet
Industrielles Schaltnetzteil: Geeignet für industrielle Automatisierung, Kommunikationsgeräte usw., die eine hohe Zuverlässigkeit und Stabilität erfordern.
Schaltnetzteil in Handelsqualität: Geeignet für Geschäftsgebäude, Bürogeräte usw., bei denen eine bessere Leistung und Benutzerfreundlichkeit erforderlich sind.
Schaltnetzteil für Verbraucher: Geeignet für Haushaltsgeräte, PCs usw., bei denen eine geringe Größe und niedrige Kosten erforderlich sind.
Medizinisches Schaltnetzteil: Geeignet für medizinische Geräte, die strenge Standards hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit und Sicherheit erfordern.
Andere Klassifikationen der Stromversorgung
Kommunikationsstromversorgung: Stromversorgung vom Typ DC/DC-Wandler, die in Kommunikationssystemen verwendet wird.
Spezielle Stromversorgung: Hochspannungs- und Schwachstromversorgung, Hochstromversorgung, AC/DC-Stromversorgung mit 400 Hz Eingang usw.
Neueste Entwicklungen
Die Schaltfrequenzen haben mittlerweile den MHz-Bereich erreicht. Seit in den 20er Jahren die 1970-kHz-Grenze überschritten wurde, haben technologische Fortschritte die Schaltfrequenzen auf den Bereich von 500 kHz bis 1 MHz gebracht. Die Soft-Switching-Technologie, die Schaltverluste theoretisch auf Null reduziert, hat eine bedeutende Entwicklung und Anwendung erfahren.
Zu den wichtigsten Schaltungsdesigns gehören quasiresonante Schaltungen, Nullpunkt-schaltende PWM-Schaltungen und Nullpunkt-konvertierende PWM-Schaltungen. Zu den bemerkenswerten ausgereiften Technologien gehören Active Clamp ZVS und Full-Bridge Phase-Shift ZVS Soft Switching, die beide einen Wirkungsgrad von über 90 % erreichen können.
Das Aufkommen der Schalttechnologie hat das harte Schalten nicht in den Schatten gestellt. Vielmehr hat die Kombination der beiden dem Bereich neues Leben eingehaucht. Die Technologien Zero Current Transition (ZCT) und Zero Voltage Transition (ZVT) vereinen die geringen Schaltverluste, die hohe Frequenz und die Energieeinsparung des sanften Schaltens mit den Vorteilen des harten Schaltens in Bezug auf Filterung und Stromhandhabung.
Darüber hinaus steigert die Synchrongleichrichtungstechnologie die Effizienz von Schaltnetzteilen deutlich.
Durch die Verwendung von niederohmigen (weniger als 3 mΩ) MOSFETs anstelle von Dioden zur Gleichrichtung synchronisiert ein Controller die Gate-Ansteuersignale mit der gleichgerichteten Spannung und minimiert so die Gleichrichtungsverluste. Diese Methode ist besonders effektiv für Niederspannungs- und Hochstrom-Leistungswandler.
Digitale Technologie verbessert die Produktleistung, indem sie die Mensch-Maschine-Interaktion über Schnittstellen wie externe Tastaturen und Flüssigkristallanzeigen erleichtert. Sie ermöglicht die Datenkommunikation mit Hostcomputern über RS485, RS232, CAN-Bus und andere Schnittstellen und ermöglicht Telemetrie und Fernsteuerung. Digitale Netzteile unterstützen über ihre Netzwerkschnittstellen auch Online-Wartung, Selbsttests und Upgrades, was die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit deutlich erhöht.
Die Modularisierung von Stromversorgungsschaltungen und -systemen steigert die Qualität, da Entwickler verschiedene Funktionsmodule flexibel einsetzen können. Dies steigert die Fertigungseffizienz, reduziert Kosten und Größe und verbessert die Zuverlässigkeit.
Hersteller haben Steuerfunktionen wie PFC, ZVS, ZCS, PWM, parallele Stromverteilung und Phasenverschiebungs-Vollbrückensteuerung in spezielle Chips integriert. Durch die Verpackung von Leistungsschaltern, Steuerungs-, Antriebs-, Schutz-, Erkennungs- und anderen Schaltkreisen in einem einzigen Modul können Steuerung, Leistungshalbleiterbauelemente und Informationsübertragungsfunktionen integriert werden.
Schlussfolgerung
Kurz gesagt, Schaltnetzteile sind ein unverzichtbarer Bestandteil moderner elektronischer Geräte und haben wichtige Funktionen und Vorteile. In der zukünftigen Entwicklung von Wissenschaft und Technologie werden Schaltnetzteile weiter entwickelt und verbessert, um den Anforderungen elektronischer Geräte in Bezug auf hohe Leistung, hohe Effizienz, hohe Stabilität und Zuverlässigkeit gerecht zu werden.
