Verimli, kompakt elektroniklere olan talep arttıkça, anahtarlama güç kaynakları hızla gelişiyor. Bu makale, bu teknolojinin temel gelişmelerini, uygulamalarını ve pazar etkisini, verimlilik ve çıkış voltajı gibi kritik parametrelere göre doğru güç kaynağını seçmek için temel ipuçlarıyla birlikte ele alıyor.
İçindekiler
Anahtarlama güç kaynaklarına giriş
Pazar büyüklüğü ve büyüme noktaları
Dikkat edilmesi gereken ortak kategoriler ve parametreler
En son gelişmeleri
Sonuç
Anahtarlama güç kaynaklarına giriş
Cep telefonunun ortaya çıkmasından önce, kişisel bilgisayarın geliştirilmesinde doğrusal güç kaynağından anahtarlamalı güç kaynağına doğru bir devrim yaşandı. Birçok kişi bilgisayarı (PC) anlar ve işlemci modelini ve bellek boyutunu bilir. Ancak bazıları güç kaynağı hakkında hiçbir şey bilmiyor olabilir. En eski PCS'ler doğrusal güç kaynakları kullanıyordu.
Sadece birkaç on yılda, anahtarlama güç kaynağı teknolojisi altüst oldu ve yarı iletken cihazların büyük ilerlemesi bunun arkasında. Modern güç teknolojisi şu yönde gelişiyor:
- Yeşillendirme
- Minyatürleştirme
- Modülerleştirme
- İstihbarat
- Modülerleştirme ve zeka
- Dijitalleşme ve çeşitlendirme
Düşük güç tüketimi, düşük kirlilik, düşük akım, yüksek verimlilik ve yüksek entegrasyon özellikleri giderek ana akım haline geldikçe, güç teknolojisi de elektronik bileşenlerin ve entegre devrelerin geliştirilmesine bağlıdır. Yeni anahtarlama güç kaynağı, sesi daha da azaltmak için güç anahtarı tüpünü ve çeşitli çıkış koruma modüllerini entegre eder.
Pazar büyüklüğü ve büyüme noktaları
Göre Hengzhou Chengshi anket istatistikleri, 2022'de küresel anahtarlama güç kaynağı pazarının büyüklüğü yaklaşık 29.56 milyar ABD dolarıdır. Gelecekte istikrarlı bir büyüme eğiliminin sürdürülmesi bekleniyor ve pazar büyüklüğünün 46.72'ye kadar 2032 milyar ABD dolarına yakın olması ve tahmin döneminde %4.7'lik bileşik yıllık büyüme oranına (CAGR) sahip olması bekleniyor.
Küresel anahtarlama güç kaynağının ana üreticileri DELTA, Lite-On Technology, Salcomp, Cosel, vb.'dir. Dünyanın en büyük üç üreticisi pazar payının yaklaşık %20'sini işgal etmektedir. Küresel anahtarlama güç kaynağı pazarı son yıllarda istikrarlı bir büyüme göstermiştir.
Bu büyümenin başlıca nedenleri arasında elektronik cihazların minyatürleştirilmesi, verimliliği ve akıllı hale getirilmesi ihtiyacı ile yenilenebilir enerji sistemleri ve elektrikli araçlar gibi yeni ortaya çıkan alanların hızla gelişmesi yer alıyor.
Nesnelerin İnterneti, 5G iletişimi ve yapay zeka gibi teknolojilerin yaygınlaşmasıyla birlikte anahtarlama güç kaynağı pazarının önümüzdeki birkaç yıl içinde büyümeye devam etmesi bekleniyor.
Dikkat edilmesi gereken ortak kategoriler ve parametreler
Anahtarlama güç kaynağını tam olarak anlamak için, tam resmini analiz etmek ve anlamak için elektriksel parametrelerini, uygulama sınırlamalarını ve ilgili göstergelerini inceleyerek başlamanız gerekir. Bu şekilde, kullanım veya tedarik ihtiyaçlarımız için kesin ve profesyonel destek sağlanır. Daha iyi anlamamıza yardımcı olacak bir örnek:
Anahtarlama güç kaynağının elektriksel parametreleri
Giriş Gerilimi Aralığı
Giriş voltajının minimum ve maksimum değerleri anahtarlama güç kaynağı tarafından kabul edilir. Bu aralık genellikle güç kaynağı tasarımına ve uygulama ortamına bağlıdır. AC için giriş voltajı 85-264V arasındadır.
Çıkış voltajı
Voltaj, yüke anahtarlama güç kaynağı tarafından sağlanır. Yükün taleplerini karşılayın (12v).
Çıkış akımı
Normal çalışma sırasında anahtarlama güç kaynağının yüke sağladığı akım değeri. (20A).
dönüşüm verimliliği
Bir anahtarlama güç kaynağının giriş güç kaynağından gelen enerjiyi çıkış güç kaynağından gelen enerjiye dönüştürme verimliliği. Dönüşüm verimliliği ne kadar yüksekse, enerji kaybı o kadar küçük olur ve güç kaynağının ısı çıkışı o kadar düşük olur (> %85).
Sıklık
Bir anahtarlama güç kaynağının giriş voltajını genellikle kilohertz (kHz) cinsinden bir çıkış voltajına dönüştürme hızı. Frekans ne kadar yüksekse anahtarlama kaybı o kadar küçüktür, ancak anahtarlama güç kaynağının tasarım zorluğu ve maliyeti de artacaktır (60K – 90KHZ).
Dalgalanmalar ve gürültü
Çıkış voltajında istenmeyen küçük dalgalanmalar (dalgalanmalar) ve yüksek frekanslı gürültü. Özellikle hassas elektronik ekipmanlar için önemlidir çünkü ekipmanın performansını etkileyebilir (<80MV).
soğutma yöntemi: Hava soğutma
Koruma fonksiyonu
Güç ve yük ekipmanlarının hasar görmesini önlemek için aşırı akım koruması (OCP), aşırı gerilim koruması (OVP), aşırı sıcaklık koruması (OTP) ve kısa devre koruması (SCP) içerir.
Güç kaynağıyla ilgili uygulama sınır parametrelerinin değiştirilmesi
Yükleme kapasitesi
Bir anahtarlama güç kaynağının destekleyebileceği bir yükün maksimum gücü veya akımı. Bu sınırın aşılması güç kaynağının aşırı ısınmasına veya hasar görmesine neden olabilir.
Güvenlik sertifikaları
Anahtarlama güç kaynağı, UL, CE, RoHS vb. gibi güvenlik standartlarına ve sertifikalarına uygun olmalıdır. Bu sertifikalar, güç kaynağının güvenliğini ve çevre korumasını sağlar.
Bu kadar çok parametre aynı zamanda önemli sayıda anahtarlama güç kaynağı türünü de oluşturur, bunlar arasında şunlar yer alır:
Çalışma prensibine göre sınıflandırma
Darbe genişlik modülasyonlu (PWM) anahtarlama güç kaynağı: Çıkış gerilimi, anahtarlama elemanının on-time (darbe genişliği) ayarı ile kontrol edilir.
Darbe frekans modülasyonlu (PFM) anahtarlama güç kaynağı: Çıkış gerilimi, anahtarlama elemanının frekansı ayarlanarak kontrol edilir.
Hibrit anahtarlama güç kaynağı: Hem PWM hem de PFM teknolojilerinin özelliklerini birleştirir.
Rezonanslı anahtarlama güç kaynağı: Anahtarlama işlemini gerçekleştirmek için rezonans devrelerinin kullanılması, genellikle anahtarlama elemanlarının sıfır gerilim veya sıfır akım koşullarında çalışmasını sağlar.
Topolojiye göre sınıflandırma
İleri dönüştürücü: Giriş voltajı doğrudan çıkış voltajına dönüştürülür ve bu genellikle Buck dönüşümü için kullanılır.
Ters dönüştürücü: Giriş voltajı çıkış voltajından daha düşüktür ve genellikle Boost dönüşümleri için kullanılır.
İtme-Çekme dönüştürücü: Dönüşümlü olarak çalışan iki anahtarlama elemanı kullanarak verimliliği ve çıkış gücünü artırır.
Tam Köprü dönüştürücü: Yüksek güç uygulamaları için dört anahtarlama elemanı kullanır.
Yarım Köprü dönüştürücü: Orta güç uygulamaları için iki anahtarlama elemanı kullanır.
Tek tüplü dönüştürücü: Düşük güç uygulamaları için tek bir anahtarlama elemanı kullanır.
Uygulama alanına göre sınıflandırma
Endüstriyel anahtarlama güç kaynağı: Yüksek güvenilirlik ve stabilite gerektiren endüstriyel otomasyon, haberleşme ekipmanları vb. alanlarda kullanıma uygundur.
Ticari sınıf anahtarlama güç kaynağı: Daha iyi performans ve kullanım kolaylığı gerektiren ticari binalar, ofis ekipmanları vb. için uygundur.
Tüketici anahtarlama güç kaynağı: Küçük boyut ve düşük maliyet gerektiren ev aletleri, kişisel bilgisayarlar vb. için uygundur.
Tıbbi sınıf anahtarlama güç kaynağı: Sıkı elektromanyetik uyumluluk ve güvenlik standartları gerektiren tıbbi ekipmanlar için uygundur.
Güç kaynağının diğer sınıflandırmaları
İletişim güç kaynağı: Haberleşme sistemlerinde kullanılan DC/DC dönüştürücü tip güç kaynaklarıdır.
Özel güç kaynağı: Yüksek gerilim ve düşük akım güç kaynağı, yüksek akım güç kaynağı, 400Hz giriş AC/DC güç kaynağı, vb.
En son gelişmeleri
Anahtarlama frekansları artık MHz seviyesine ulaşmıştır. 20'lerde 1970 kHz bariyerini aştığından beri, teknolojideki ilerlemeler anahtarlama frekanslarını 500 kHz ila 1 MHz aralığına taşımıştır. Teorik olarak anahtarlama kayıplarını sıfıra indiren yumuşak anahtarlama teknolojisi önemli bir gelişme ve uygulama görmüştür.
Ana devre tasarımları arasında yarı rezonans devreleri, sıfır anahtarlamalı PWM devreleri ve sıfır dönüşümlü PWM devreleri yer alır. Olgunlaşan dikkate değer teknolojiler arasında aktif kelepçe ZVS ve tam köprü faz kaydırmalı ZVS yumuşak anahtarlama bulunur ve her ikisi de %90'ın üzerinde verimlilik sağlayabilir.
Anahtarlama teknolojisinin ortaya çıkışı sert anahtarlamayı gölgede bırakmadı. Bunun yerine, ikisini birleştirmek alana yeni bir soluk getirdi. Sıfır Akım Geçişi (ZCT) ve Sıfır Gerilim Geçişi (ZVT) teknolojileri, yumuşak anahtarlamanın düşük anahtarlama kaybı, yüksek frekans ve enerji tasarrufu avantajlarını sert anahtarlamanın filtreleme ve akım işleme avantajlarıyla birleştirir.
Senkron doğrultma teknolojisi aynı zamanda anahtarlama güç kaynağı verimliliğini de önemli ölçüde artırıyor.
Doğrultma için diyotlar yerine düşük dirençli (3 mΩ'dan az) MOSFET'ler kullanarak, bir kontrolör kapı sürücü sinyallerini doğrultulmuş voltajla senkronize ederek doğrultma kayıplarını en aza indirir. Bu yöntem özellikle düşük voltajlı, yüksek akımlı güç dönüştürücüler için etkilidir.
Dijital teknoloji, harici klavyeler ve sıvı kristal ekranlar gibi arayüzler aracılığıyla insan-makine etkileşimini kolaylaştırarak ürün performansını artırır. RS485, RS232, CAN veri yolu ve diğer arayüzler aracılığıyla ana bilgisayarlarla veri iletişimini mümkün kılar ve telemetri ve uzaktan kontrole olanak tanır. Dijital güç kaynakları ayrıca ağ arayüzleri aracılığıyla çevrimiçi bakım, kendi kendine testler ve yükseltmeleri destekleyerek güvenilirliği ve uzun ömürlülüğü önemli ölçüde artırır.
Güç kaynağı devreleri ve sistemlerinde modülerleştirme, tasarımcıların çeşitli işlevsel modülleri esnek bir şekilde kullanmalarına olanak tanıyarak kaliteyi artırır. Bu, üretim verimliliğini artırır, maliyetleri ve boyutu azaltır ve güvenilirliği iyileştirir.
Üreticiler, PFC, ZVS, ZCS, PWM, paralel akım paylaşımı ve faz kaydırmalı tam köprü kontrolü gibi kontrol fonksiyonlarını özel yongalara entegre ettiler. Güç anahtarı cihazlarını, kontrolü, sürüşü, korumayı, algılamayı ve diğer devreleri tek bir modüle paketleyerek, insanlar kontrolü, güç yarı iletken cihazlarını ve bilgi iletim fonksiyonlarını entegre edebilirler.
Sonuç
Kısacası, anahtarlama güç kaynağı, önemli rolleri ve avantajları olan modern elektronik ekipmanın vazgeçilmez bir parçasıdır. Bilim ve teknolojinin gelecekteki gelişiminde, anahtarlama güç kaynakları, yüksek performans, yüksek verimlilik, yüksek kararlılık ve güvenilirlik açısından elektronik ekipmanın ihtiyaçlarını karşılamak için geliştirilmeye ve iyileştirilmeye devam edecektir.
