Con la crescita della domanda di elettronica efficiente e compatta, gli alimentatori switching si stanno evolvendo rapidamente. Questo articolo approfondisce i principali progressi, applicazioni e impatto di mercato di questa tecnologia, insieme a suggerimenti essenziali per selezionare l'alimentatore giusto in base a parametri critici come efficienza e tensione di uscita.
Sommario
Introduzione agli alimentatori switching
Dimensioni del mercato e punti di crescita
Categorie e parametri comuni degni di nota
Ultimi sviluppi
Conclusione
Introduzione agli alimentatori switching
Prima dell'avvento del telefono cellulare, la rivoluzione dall'alimentatore lineare all'alimentatore switching ha avuto luogo nello sviluppo del personal computer. Molte persone conoscono il computer (PC) stesso e conoscono il modello del suo processore e la dimensione della memoria. Ma alcuni potrebbero non sapere nulla del suo alimentatore. I primi PCS utilizzavano alimentatori lineari.
In appena pochi decenni, la tecnologia di alimentazione a commutazione è stata capovolta, e il grande progresso dei dispositivi a semiconduttore è alle spalle. La moderna tecnologia di alimentazione si sta sviluppando nella direzione di:
- Greening
- La miniaturizzazione
- Modularizzazione
- Intelligence
- Modularizzazione e intelligenza
- Digitalizzazione e diversificazione
Con le caratteristiche di basso consumo energetico, basso inquinamento, bassa corrente, alta efficienza e alta integrazione che stanno gradualmente diventando la corrente principale, la tecnologia energetica dipende anche dallo sviluppo di componenti elettronici e circuiti integrati. Il nuovo alimentatore switching integra il tubo di commutazione di potenza e vari moduli di protezione di uscita per ridurre ulteriormente il volume.
Dimensioni del mercato e punti di crescita
Secondo Statistiche del sondaggio Hengzhou Chengshi, la dimensione del mercato globale degli alimentatori switching nel 2022 è di circa 29.56 miliardi di USD. Si prevede che il futuro manterrà un trend di crescita costante e la dimensione del mercato sarà vicina ai 46.72 miliardi di USD entro il 2032, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 4.7% durante il periodo di previsione.
I principali produttori di alimentatori switching globali sono DELTA, Lite-On Technology, Salcomp, Cosel, ecc. I primi tre produttori al mondo occupano quasi il 20% della quota di mercato. Il mercato globale degli alimentatori switching ha mostrato una crescita costante negli ultimi anni.
Questa crescita è attribuibile principalmente alla necessità di miniaturizzazione, efficienza e intelligenza dei dispositivi elettronici e al rapido sviluppo di settori emergenti come i sistemi di energia rinnovabile e i veicoli elettrici.
Si prevede che il mercato degli alimentatori switching continuerà a espandersi nei prossimi anni con la diffusione di tecnologie quali l'Internet delle cose, la comunicazione 5G e l'intelligenza artificiale.
Categorie e parametri comuni degni di nota
Per comprendere appieno l'alimentatore switching, è necessario iniziare esaminandone i parametri elettrici, le limitazioni applicative e gli indicatori correlati per analizzare e comprendere il quadro completo. In questo modo si fornisce un supporto preciso e professionale per le nostre esigenze di utilizzo o approvvigionamento. Ecco un esempio per aiutarci a comprendere meglio:
Parametri elettrici dell'alimentatore switching
Intervallo di tensione in ingresso
I valori minimo e massimo della tensione di ingresso sono accettati dall'alimentatore switching. Questo intervallo solitamente dipende dalla progettazione dell'alimentatore e dall'ambiente applicativo. Per AC, la tensione di ingresso varia da 85-264 V.
Tensione di uscita
La tensione è fornita dall'alimentatore switching al carico. Adattare le richieste del carico (12 V).
Corrente di uscita
Valore di corrente fornito dall'alimentatore switching al carico durante il normale funzionamento. (20A).
efficienza di conversione
L'efficienza con cui un alimentatore switching converte l'energia da un alimentatore in ingresso in energia da un alimentatore in uscita. Maggiore è l'efficienza di conversione, minore è la perdita di energia e minore è la produzione di calore dell'alimentatore (> 85%).
Frequenza
La velocità con cui un alimentatore switching converte una tensione di ingresso in una tensione di uscita, solitamente in kilohertz (kHz). Maggiore è la frequenza, minore è la perdita di commutazione, ma anche la difficoltà di progettazione e il costo dell'alimentatore switching aumenteranno (60K – 90KHZ).
Increspature e rumore
Piccole fluttuazioni indesiderate (increspature) e rumore ad alta frequenza nella tensione di uscita. È particolarmente importante per le apparecchiature elettroniche di precisione perché può influire sulle prestazioni dell'apparecchiatura (<80MV).
Metodo di raffreddamento: Aria condizionata
funzione di protezione
Include protezione da sovracorrente (OCP), protezione da sovratensione (OVP), protezione da sovratemperatura (OTP) e protezione da cortocircuito (SCP) per proteggere le apparecchiature di alimentazione e di carico da eventuali danni.
Parametri limite delle applicazioni relative all'alimentazione elettrica di commutazione
Capacità di carico
La potenza o corrente massima di un carico che un alimentatore switching può supportare. Superare questo limite può causare surriscaldamento o danni all'alimentatore.
Certificazioni di sicurezza
L'alimentatore switching deve essere conforme agli standard di sicurezza e alle certificazioni, quali UL, CE, RoHS, ecc. Tali certificazioni garantiscono la sicurezza e la tutela ambientale dell'alimentatore.
Molti parametri formano anche un numero considerevole di tipologie di alimentatori switching, tra cui:
Classificazione per principio di funzionamento
Alimentatore switching a modulazione di larghezza di impulso (PWM): La tensione di uscita viene controllata regolando il tempo di attivazione (larghezza di impulso) dell'elemento di commutazione.
Alimentatore switching a modulazione di frequenza di impulsi (PFM): La tensione di uscita viene controllata regolando la frequenza dell'elemento di commutazione.
Alimentatore switching ibrido: Combina le caratteristiche delle tecnologie PWM e PFM.
Alimentatore switching risonante: Utilizzo di circuiti risonanti per ottenere un'azione di commutazione: solitamente i componenti di commutazione funzionano in condizioni di tensione o corrente zero.
Classificazione per topologia
Convertitore diretto: La tensione di ingresso viene convertita direttamente nella tensione di uscita, spesso utilizzata per la conversione Buck.
Convertitore inverso: La tensione di ingresso è inferiore alla tensione di uscita e viene spesso utilizzata per le conversioni Boost.
Convertitore push-pull: Utilizza due elementi di commutazione che funzionano alternativamente, aumentando l'efficienza e la potenza in uscita.
Convertitore Full-Bridge: Utilizza quattro elementi di commutazione per applicazioni ad alta potenza.
Convertitore Half-Bridge: Utilizza due elementi di commutazione per applicazioni di media potenza.
Convertitore monotubo: Utilizza un singolo elemento di commutazione per applicazioni a bassa potenza.
Classificazione per campo di applicazione
Alimentatore switching industriale: Adatto per l'automazione industriale, apparecchiature di comunicazione, ecc., che richiedono elevata affidabilità e stabilità.
Alimentatore switching di livello commerciale: Adatto per edifici commerciali, apparecchiature per ufficio, ecc., che richiedono prestazioni migliori e facilità d'uso.
Alimentatore switching per consumatori: Adatto per elettrodomestici, personal computer, ecc., che richiedono dimensioni ridotte e costi contenuti.
Alimentatore switching di grado medico: Adatto per apparecchiature mediche che richiedono rigorosi standard di sicurezza e compatibilità elettromagnetica.
Altre classificazioni di alimentazione
Alimentazione elettrica per la comunicazione: Alimentatore di tipo convertitore CC/CC utilizzato nei sistemi di comunicazione.
Alimentazione speciale: Alimentatore ad alta tensione e bassa corrente, alimentatore ad alta corrente, alimentatore CA/CC con ingresso a 400 Hz, ecc.
Ultimi sviluppi
Le frequenze di commutazione hanno ormai raggiunto il livello MHz. Dopo aver superato la barriera dei 20 kHz negli anni '1970, i progressi della tecnologia hanno spinto le frequenze di commutazione all'intervallo da 500 kHz a 1 MHz. La tecnologia di commutazione soft, che teoricamente riduce le perdite di commutazione a zero, ha visto uno sviluppo e un'applicazione significativi.
I progetti di circuiti chiave includono circuiti quasi risonanti, circuiti PWM a commutazione zero e circuiti PWM a conversione zero. Le tecnologie degne di nota che sono maturate includono ZVS a morsetto attivo e ZVS soft switching a sfasamento a ponte completo, entrambi in grado di raggiungere un'efficienza superiore al 90%.
L'emergere della tecnologia di commutazione non ha messo in ombra l'hard switching. Al contrario, la combinazione delle due ha dato nuova vita al settore. Le tecnologie Zero Current Transition (ZCT) e Zero Voltage Transition (ZVT) uniscono i vantaggi di bassa perdita di commutazione, alta frequenza e risparmio energetico del soft switching con i vantaggi di filtraggio e gestione della corrente dell'hard switching.
La tecnologia di rettificazione sincrona aumenta inoltre significativamente l'efficienza dell'alimentatore switching.
Utilizzando MOSFET a bassa resistenza (meno di 3 mΩ) al posto dei diodi per la rettifica, un controller sincronizza i segnali di gate drive con la tensione rettificata, riducendo al minimo le perdite di rettifica. Questo metodo è particolarmente efficace per i convertitori di potenza a bassa tensione e alta corrente.
La tecnologia digitale migliora le prestazioni del prodotto facilitando l'interazione uomo-macchina tramite interfacce come tastiere esterne e display a cristalli liquidi. Consente la comunicazione dati con computer host tramite RS485, RS232, bus CAN e altre interfacce, consentendo telemetria e controllo remoto. Gli alimentatori digitali supportano anche manutenzione online, autotest e aggiornamenti tramite le loro interfacce di rete, migliorando significativamente affidabilità e longevità.
La modularizzazione nei circuiti e nei sistemi di alimentazione elettrica aumenta la qualità consentendo ai progettisti di utilizzare vari moduli funzionali in modo flessibile. Ciò aumenta l'efficienza produttiva, riduce i costi e le dimensioni e migliora l'affidabilità.
I produttori hanno integrato funzioni di controllo quali PFC, ZVS, ZCS, PWM, condivisione di corrente parallela e controllo full bridge a sfasamento di fase in chip specializzati. Confezionando dispositivi di commutazione di potenza, controllo, azionamento, protezione, rilevamento e altri circuiti in un singolo modulo, le persone possono integrare controllo, dispositivi semiconduttori di potenza e funzioni di trasmissione delle informazioni.
Conclusione
In breve, l'alimentatore switching è una parte indispensabile delle moderne apparecchiature elettroniche, con ruoli e vantaggi importanti. Nel futuro sviluppo della scienza e della tecnologia, gli alimentatori switching continueranno a essere sviluppati e migliorati per soddisfare le esigenze delle apparecchiature elettroniche in termini di elevate prestazioni, elevata efficienza, elevata stabilità e affidabilità.
