Поскольку спрос на эффективную, компактную электронику растет, импульсные источники питания быстро развиваются. В этой статье рассматриваются ключевые достижения, области применения и влияние этой технологии на рынок, а также даются важные советы по выбору правильного источника питания на основе таких критических параметров, как эффективность и выходное напряжение.
Содержание
Введение в импульсные источники питания
Размер рынка и точки роста
Общие категории и параметры, на которые стоит обратить внимание
Последние разработки
Заключение
Введение в импульсные источники питания
До появления мобильного телефона революция от линейного источника питания к импульсному источнику питания произошла в развитии персонального компьютера. Многие люди понимают сам компьютер (ПК) и знают модель его процессора и объем памяти. Но некоторые могут ничего не знать о его источнике питания. Самые ранние ПК использовали линейные источники питания.
Всего за несколько десятилетий технология импульсных источников питания перевернулась с ног на голову, и за этим стоит огромный прогресс полупроводниковых приборов. Современная технология питания развивается в направлении:
- Экологизация
- миниатюризация
- Модульность
- Интеллекта
- Модуляризация и интеллект
- Цифровизация и диверсификация
С такими характеристиками, как низкое энергопотребление, низкое загрязнение, низкий ток, высокая эффективность и высокая интеграция, которые постепенно становятся мейнстримом, технология питания также зависит от развития электронных компонентов и интегральных схем. Новый импульсный источник питания объединяет трубку переключателя питания и различные модули защиты выхода для дальнейшего уменьшения объема.
Размер рынка и точки роста
Согласно Статистика опроса Hengzhou Chengshi, объем мирового рынка импульсных источников питания в 2022 году составит около 29.56 млрд долларов США. Ожидается, что в будущем сохранится устойчивая тенденция роста, и к 46.72 году объем рынка приблизится к 2032 млрд долларов США, а среднегодовой темп роста (CAGR) составит 4.7% в прогнозируемый период.
Основными производителями импульсных источников питания в мире являются DELTA, Lite-On Technology, Salcomp, Cosel и др. Три крупнейших производителя в мире занимают около 20% доли рынка. Мировой рынок импульсных источников питания в последние годы демонстрирует устойчивый рост.
Этот рост в основном обусловлен потребностью в миниатюризации, эффективности и интеллектуальности электронных устройств, а также быстрым развитием новых областей, таких как системы возобновляемой энергии и электромобили.
Ожидается, что рынок импульсных источников питания продолжит расширяться в ближайшие несколько лет благодаря популяризации таких технологий, как Интернет вещей, связь 5G и искусственный интеллект.
Общие категории и параметры, на которые стоит обратить внимание
Чтобы полностью понять импульсный источник питания, вам нужно начать с изучения его электрических параметров, ограничений применения и связанных с ними показателей, чтобы проанализировать и понять его полную картину. Этот способ обеспечивает точную и профессиональную поддержку для наших потребностей в использовании или закупках. Вот пример, который поможет нам лучше понять:
Электрические параметры импульсного источника питания
Диапазон входного напряжения
Минимальные и максимальные значения входного напряжения принимаются импульсным источником питания. Этот диапазон обычно зависит от конструкции источника питания и среды применения. Для переменного тока входное напряжение находится в диапазоне 85-264 В.
Выходное напряжение
Напряжение подается на нагрузку импульсным блоком питания. Соответствует требованиям нагрузки (12 В).
Выходной ток
Значение тока, обеспечиваемое импульсным источником питания для нагрузки во время нормальной работы. (20А).
эффективность преобразования
Эффективность, с которой импульсный источник питания преобразует энергию от входного источника питания в энергию от выходного источника питания. Чем выше эффективность преобразования, тем меньше потери энергии и ниже тепловыделение источника питания (> 85%).
частота
Скорость, с которой импульсный источник питания преобразует входное напряжение в выходное, обычно в килогерцах (кГц). Чем выше частота, тем меньше потери переключения, но сложность конструкции и стоимость импульсного источника питания также возрастут (60K – 90KHZ).
Рябь и шум
Нежелательные небольшие колебания (пульсации) и высокочастотный шум в выходном напряжении. Это особенно важно для точного электронного оборудования, поскольку может повлиять на производительность оборудования (<80 МВ).
Способ охлаждения: Воздушное охлаждение
функция защиты
Она включает в себя защиту от перегрузки по току (OCP), защиту от перенапряжения (OVP), защиту от перегрева (OTP) и защиту от короткого замыкания (SCP) для защиты силового и нагрузочного оборудования от повреждений.
Предельные параметры применения импульсного источника питания
Грузоподъемность
Максимальная мощность или ток нагрузки, которую может поддерживать импульсный источник питания. Превышение этого предела может привести к перегреву или повреждению источника питания.
Сертификаты безопасности
Импульсный блок питания должен соответствовать стандартам безопасности и иметь сертификаты, такие как UL, CE, RoHS и т. д. Эти сертификаты гарантируют безопасность и защиту окружающей среды блока питания.
Столько же параметров формируют и значительное количество типов импульсных источников питания, среди которых:
Классификация по принципу работы
Импульсный источник питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ): Выходное напряжение регулируется путем регулировки времени включения (ширины импульса) коммутационного элемента.
Импульсный источник питания с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ): Выходное напряжение регулируется путем регулировки частоты коммутационного элемента.
Гибридный импульсный источник питания: Сочетает в себе характеристики технологий ШИМ и ЧИМ.
Резонансный импульсный источник питания: Использование резонансных цепей для достижения коммутационного эффекта; обычно коммутационные компоненты работают в условиях нулевого напряжения или нулевого тока.
Классификация по топологии
Прямой преобразователь: Входное напряжение напрямую преобразуется в выходное напряжение, часто используемое для понижающего преобразования.
Обратный преобразователь: Входное напряжение ниже выходного и часто используется для повышающих преобразований.
Двухтактный преобразователь: Использует два коммутационных элемента для попеременной работы, повышая эффективность и выходную мощность.
Полный мостовой преобразователь: Использует четыре коммутационных элемента для приложений высокой мощности.
Полумостовой преобразователь: Использует два коммутационных элемента для приложений средней мощности.
Одноламповый преобразователь: Использует один коммутационный элемент для маломощных приложений.
Классификация по области применения
Промышленный импульсный источник питания: Подходит для промышленной автоматизации, коммуникационного оборудования и т. д., требующих высокой надежности и стабильности.
Импульсный источник питания коммерческого класса: Подходит для коммерческих зданий, офисного оборудования и т. д., где требуется более высокая производительность и простота использования.
Потребительский импульсный источник питания: Подходит для бытовой техники, персональных компьютеров и т. д., где требуются небольшие размеры и низкая стоимость.
Импульсный блок питания медицинского класса: Подходит для медицинского оборудования, требующего строгих стандартов электромагнитной совместимости и безопасности.
Другие классификации источников питания
Источник питания связи: Источник питания постоянного тока преобразовательного типа, используемый в системах связи.
Специальный источник питания: Высоковольтный и слаботочный источник питания, сильноточный источник питания, источник питания переменного/постоянного тока с частотой входного сигнала 400 Гц и т. д.
Последние разработки
Частоты переключения теперь достигли уровня МГц. После преодоления барьера в 20 кГц в 1970-х годах достижения в области технологий продвинули частоты переключения до диапазона от 500 кГц до 1 МГц. Технология мягкого переключения, которая теоретически сводит потери переключения к нулю, получила значительное развитие и применение.
Ключевые схемы включают квазирезонансные схемы, схемы ШИМ с нулевым переключением и схемы ШИМ с нулевым преобразованием. Известные технологии, которые достигли зрелости, включают активное зажимное ZVS и полное мостовое фазосдвигающее ZVS мягкое переключение, обе из которых могут достигать эффективности более 90%.
Появление технологии коммутации не затмило жесткую коммутацию. Вместо этого их объединение вдохнуло новую жизнь в эту область. Технологии Zero Current Transition (ZCT) и Zero Voltage Transition (ZVT) объединяют низкие потери переключения, высокую частоту и преимущества энергосбережения мягкой коммутации с преимуществами фильтрации и обработки тока жесткой коммутации.
Технология синхронного выпрямления также значительно повышает эффективность импульсного источника питания.
Используя низкоомные (менее 3 мОм) МОП-транзисторы вместо диодов для выпрямления, контроллер синхронизирует сигналы управления затвором с выпрямленным напряжением, минимизируя потери выпрямления. Этот метод особенно эффективен для низковольтных, сильноточных преобразователей мощности.
Цифровые технологии повышают производительность продукта, облегчая взаимодействие человека и машины через интерфейсы, такие как внешние клавиатуры и жидкокристаллические дисплеи. Они обеспечивают обмен данными с хост-компьютерами через RS485, RS232, CAN шину и другие интерфейсы, позволяя осуществлять телеметрию и дистанционное управление. Цифровые источники питания также поддерживают онлайн-обслуживание, самотестирование и обновление через свои сетевые интерфейсы, что значительно повышает надежность и долговечность.
Модуляризация в цепях и системах электропитания повышает качество, позволяя проектировщикам гибко использовать различные функциональные модули. Это повышает эффективность производства, снижает затраты и размер, а также повышает надежность.
Производители интегрировали функции управления, такие как PFC, ZVS, ZCS, PWM, параллельное распределение тока и фазосдвигающее полное мостовое управление в специализированные чипы. Упаковывая силовые переключающие устройства, схемы управления, привода, защиты, обнаружения и другие схемы в один модуль, люди могут интегрировать функции управления, силовых полупроводниковых приборов и передачи информации.
Заключение
Короче говоря, импульсный источник питания является неотъемлемой частью современного электронного оборудования, с важными ролями и преимуществами. В будущем развитии науки и техники импульсные источники питания будут продолжать разрабатываться и совершенствоваться для удовлетворения потребностей электронного оборудования с точки зрения высокой производительности, высокой эффективности, высокой стабильности и надежности.
