À medida que a demanda por eletrônicos compactos e eficientes cresce, as fontes de alimentação comutadas estão evoluindo rapidamente. Este artigo se aprofunda nos principais avanços, aplicações e impacto de mercado dessa tecnologia, juntamente com dicas essenciais para selecionar a fonte de alimentação correta com base em parâmetros críticos como eficiência e tensão de saída.
Conteúdo
Introdução à comutação de fontes de alimentação
Tamanho do mercado e pontos de crescimento
Categorias e parâmetros comuns que vale a pena observar
Ultimos desenvolvimentos
Conclusão
Introdução à comutação de fontes de alimentação
Antes do advento do telefone celular, a revolução da fonte de alimentação linear para a fonte de alimentação comutada ocorreu no desenvolvimento do computador pessoal. Muitas pessoas entendem o computador (PC) em si e sabem seu modelo de processador e tamanho de memória. Mas alguns podem não saber nada sobre sua fonte de alimentação. Os primeiros PCS usavam fontes de alimentação lineares.
Em apenas algumas décadas, a tecnologia de fonte de alimentação comutada foi virada de cabeça para baixo, e o grande progresso dos dispositivos semicondutores está por trás disso. A tecnologia de energia moderna está se desenvolvendo na direção de:
- Greening
- Miniaturização
- Modularização
- Inteligência
- Modularização e inteligência
- Digitalização e diversificação
Com as características de baixo consumo de energia, baixa poluição, baixa corrente, alta eficiência e alta integração gradualmente se tornando o mainstream, a tecnologia de energia também depende do desenvolvimento de componentes eletrônicos e circuitos integrados. A nova fonte de alimentação de comutação integra o tubo de comutação de energia e vários módulos de proteção de saída para reduzir ainda mais o volume.
Tamanho do mercado e pontos de crescimento
De acordo com as Estatísticas da pesquisa Hengzhou Chengshi, o tamanho do mercado global de fontes de alimentação de comutação em 2022 é de cerca de USD 29.56 bilhões. Espera-se que o futuro mantenha uma tendência de crescimento estável, e o tamanho do mercado estará próximo de USD 46.72 bilhões até 2032, com uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 4.7% durante o período previsto.
Os principais fabricantes de fontes de alimentação comutadas globais são DELTA, Lite-On Technology, Salcomp, Cosel, etc. Os três maiores fabricantes do mundo ocupam quase 20% da fatia de mercado. O mercado global de fontes de alimentação comutadas tem mostrado crescimento constante nos últimos anos.
Esse crescimento é atribuído principalmente à necessidade de miniaturização, eficiência e inteligência de dispositivos eletrônicos e ao rápido desenvolvimento de áreas emergentes, como sistemas de energia renovável e veículos elétricos.
Espera-se que o mercado de fontes de alimentação comutadas continue a se expandir nos próximos anos com a popularização de tecnologias como a Internet das Coisas, comunicação 5G e inteligência artificial.
Categorias e parâmetros comuns que vale a pena observar
Para entender completamente a fonte de alimentação de comutação, você precisa começar examinando seus parâmetros elétricos, limitações de aplicação e indicadores relacionados para analisar e entender seu quadro completo. Dessa forma, fornece suporte preciso e profissional para nossas necessidades de uso ou aquisição. Aqui está um exemplo para nos ajudar a entender melhor:
Parâmetros elétricos da fonte de alimentação comutada
Faixa de tensão de entrada
Os valores mínimo e máximo da tensão de entrada são aceitos pela fonte de alimentação de comutação. Essa faixa geralmente depende do design da fonte de alimentação e do ambiente de aplicação. Para CA, a tensão de entrada varia de 85-264 V.
Voltagem de saída
A tensão é fornecida pela fonte de alimentação de comutação para a carga. Corresponde às demandas da carga (12v).
Produção corrente
O valor atual fornecido pela fonte de alimentação de comutação para a carga durante a operação normal. (20A).
Eficiência de conversão
A eficiência com que uma fonte de alimentação comutada converte energia de uma fonte de alimentação de entrada em energia de uma fonte de alimentação de saída. Quanto maior a eficiência de conversão, menor a perda de energia e menor a saída de calor da fonte de alimentação (> 85%).
Frequência
A taxa na qual uma fonte de alimentação de comutação converte uma tensão de entrada em uma tensão de saída, geralmente em quilohertz (kHz). Quanto maior a frequência, menor a perda de comutação, mas a dificuldade de projeto e o custo da fonte de alimentação de comutação também aumentarão (60K – 90KHZ).
Ondulações e ruído
Pequenas flutuações indesejáveis (ondulações) e ruído de alta frequência na tensão de saída. É especialmente importante para equipamentos eletrônicos de precisão porque pode afetar o desempenho do equipamento (<80MV).
método de resfriamento: resfriamento do ar
função de proteção
Inclui proteção contra sobrecorrente (OCP), proteção contra sobretensão (OVP), proteção contra superaquecimento (OTP) e proteção contra curto-circuito (SCP) para proteger equipamentos de energia e carga contra danos.
Parâmetros de limite de aplicação relacionados à fonte de alimentação comutada
Capacidade de carga
A potência ou corrente máxima de uma carga que uma fonte de alimentação comutada pode suportar. Exceder esse limite pode causar superaquecimento ou danos à fonte de alimentação.
Certificações de segurança
A fonte de alimentação comutada deve estar em conformidade com os padrões e certificações de segurança, como UL, CE, RoHS, etc. Essas certificações garantem a segurança e a proteção ambiental da fonte de alimentação.
Muitos parâmetros também formam um número considerável de tipos de fontes de alimentação comutadas, incluindo:
Classificação por princípio de funcionamento
Fonte de alimentação de comutação por modulação por largura de pulso (PWM): A tensão de saída é controlada ajustando o tempo de ativação (largura de pulso) do elemento de comutação.
Fonte de alimentação comutada por modulação de frequência de pulso (PFM): A tensão de saída é controlada ajustando a frequência do elemento de comutação.
Fonte de alimentação de comutação híbrida: Combina as características das tecnologias PWM e PFM.
Fonte de alimentação de comutação ressonante: O uso de circuitos ressonantes para obter ação de comutação, geralmente os componentes de comutação funcionam em condições de tensão zero ou corrente zero.
Classificação por topologia
Conversor direto: A tensão de entrada é convertida diretamente em tensão de saída, frequentemente usada para conversão Buck.
Conversor reverso: A tensão de entrada é menor que a tensão de saída e é frequentemente usada para conversões Boost.
Conversor Push-Pull: Utiliza dois elementos de comutação para trabalhar alternadamente, aumentando a eficiência e a potência de saída.
Conversor Full-Bridge: Utiliza quatro elementos de comutação para aplicações de alta potência.
Conversor Half-Bridge: Utiliza dois elementos de comutação para aplicações de média potência.
Conversor de tubo único: Utiliza um único elemento de comutação para aplicações de baixa potência.
Classificação por campo de aplicação
Fonte de alimentação comutada industrial: Adequado para automação industrial, equipamentos de comunicação, etc., que exigem alta confiabilidade e estabilidade.
Fonte de alimentação comutada de nível comercial: Adequado para edifícios comerciais, equipamentos de escritório, etc., que exigem melhor desempenho e facilidade de uso.
Fonte de alimentação comutada do consumidor: Adequado para eletrodomésticos, computadores pessoais, etc., exigindo tamanho pequeno e baixo custo.
Fonte de alimentação comutada de grau médico: Adequado para equipamentos médicos que exigem padrões rigorosos de compatibilidade eletromagnética e segurança.
Outras classificações de fonte de alimentação
Fonte de alimentação de comunicação: Fonte de alimentação do tipo conversor DC/DC usada em sistemas de comunicação.
Fonte de alimentação especial: Fonte de alimentação de alta tensão e baixa corrente, fonte de alimentação de alta corrente, fonte de alimentação CA/CC de entrada de 400 Hz, etc.
Ultimos desenvolvimentos
As frequências de comutação agora atingiram o nível de MHz. Desde que ultrapassaram a barreira de 20 kHz na década de 1970, os avanços na tecnologia impulsionaram as frequências de comutação para a faixa de 500 kHz a 1 MHz. A tecnologia de comutação suave, que teoricamente reduz as perdas de comutação a zero, teve desenvolvimento e aplicação significativos.
Os principais projetos de circuitos incluem circuitos quase ressonantes, circuitos PWM de comutação zero e circuitos PWM de conversão zero. Tecnologias notáveis que amadureceram incluem ZVS de grampo ativo e comutação suave ZVS de deslocamento de fase de ponte completa, ambas podendo atingir mais de 90% de eficiência.
O surgimento da tecnologia de comutação não ofuscou a comutação rígida. Em vez disso, a combinação das duas deu vida nova ao campo. As tecnologias de Transição de Corrente Zero (ZCT) e Transição de Tensão Zero (ZVT) unem os benefícios de baixa perda de comutação, alta frequência e economia de energia da comutação suave com as vantagens de filtragem e manuseio de corrente da comutação rígida.
A tecnologia de retificação síncrona também aumenta significativamente a eficiência da fonte de alimentação de comutação.
Ao usar MOSFETs de baixa resistência (menos de 3 mΩ) em vez de diodos para retificação, um controlador sincroniza sinais de acionamento de gate com tensão retificada, minimizando perdas de retificação. Este método é particularmente eficaz para conversores de energia de baixa tensão e alta corrente.
A tecnologia digital aprimora o desempenho do produto ao facilitar a interação homem-máquina por meio de interfaces como teclados externos e displays de cristal líquido. Ela permite a comunicação de dados com computadores host via RS485, RS232, barramento CAN e outras interfaces, permitindo telemetria e controle remoto. As fontes de alimentação digitais também suportam manutenção on-line, autotestes e atualizações por meio de suas interfaces de rede, aumentando significativamente a confiabilidade e a longevidade.
A modularização em circuitos e sistemas de fornecimento de energia aumenta a qualidade ao permitir que os designers usem vários módulos funcionais de forma flexível. Isso aumenta a eficiência da fabricação, reduz custos e tamanho e melhora a confiabilidade.
Os fabricantes integraram funções de controle como PFC, ZVS, ZCS, PWM, compartilhamento de corrente paralela e controle de ponte completa de deslocamento de fase em chips especializados. Ao empacotar dispositivos de comutação de energia, controle, acionamento, proteção, detecção e outros circuitos em um único módulo, as pessoas podem integrar controle, dispositivos semicondutores de energia e funções de transmissão de informações.
Conclusão
Em suma, a fonte de alimentação comutada é uma parte indispensável do equipamento eletrônico moderno, com papéis e vantagens importantes. No desenvolvimento futuro da ciência e tecnologia, as fontes de alimentação comutadas continuarão a ser desenvolvidas e aprimoradas para atender às necessidades do equipamento eletrônico em termos de alto desempenho, alta eficiência, alta estabilidade e confiabilidade.
