. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje

Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje

Po předchozím úvodu do problematiky řešení ztrát v napájecím obvodu, se nyní zaměříme na možnosti praktického využití získaných informací v návrhu.

V předchozím díle seriálu Power Tip jsme diskutovali o možnosti využití Taylorova teorému pro definici a vystopování energetických ztrát v napájecím zdroji. V tomto díle se naopak zaměříme na možnosti praktického využití získaných informací. Především na možnosti maximalizace účinnosti napájecího zdroje pro konkrétní výstupní proud, tekoucí do zátěže. Rovněž jsme si minule definovali vzorec pro výpočet energetických ztrát, jako funkci výstupního proudu, zapsanou v následujícím tvaru:

Dalším krokem je vložení tohoto jednoduchého výrazu do rovnice účinnosti:

Poté je možné optimalizovat účinnost pro výstupní proud (matematické odvození nechám na každého z vás). Tato optimalizace nám následně produkuje požadovaný výsledek. Je jasně patrné, že maximální účinnost nastává ve chvíli, kdy je výstupní proud roven uvedenému výrazu.

První skutečnost, které je třeba si všimnout je, že hodnota a1 nemá žádný vliv na stávající velikost účinnosti. To je z důvodu jejího přímého vztažení ke ztrátám, které jsou úměrné výstupnímu proudu. Tedy například ztrátám na diodách. Dojde-li tak ke zvýšení výstupního proudu, jsou tyto ztráty kompenzovány zvýšeným výkonem zdroje a nemají žádný vliv na jeho účinnost. Druhou skutečností, které je třeba si všimnout je, že optimální účinnost nastane v okamžiku, kdy si jsou pevné ztráty a ztráty ve vedení naprosto rovny. Z toho plyne skutečnost, že by neměl být problém optimalizovat účinnost zdroje, neboť nad těmito ztrátami, definovanými jako hodnoty a0 a a2, máme obvykle kontrolu. Jejich úprava by zároveň měla vést i ke snížení hodnoty a1 a samozřejmě následné zvýšení celkové účinnosti. Jelikož zisk, získaný těmito úpravami, je konstantní pro všechny proudy tekoucí do připojené zátěže, není další optimalizace bezpodmínečně nutná. Cílem optimalizace hodnoty a1 je její minimalizace při současném udržení nákladů na materiál zdroje pod kontrolou.

Tabulka 1 uvádí přehled základních ztrát z oblasti převodu elektrické energie a s nimi spojených koeficientů. To může pomoci s volbou některých kompromisních řešení, které by mohly vést k maximalizaci účinnosti napájecího zdroje. Kupříkladu správná volba výkonových tranzistorů MOSFET s menším vnitřním odporem, pomůže zlepšit spínací i sériové ztráty v obvodu. Nižší vnitřní odpor však znamená současné zvýšení kapacity elektrody gate a tím i komutačních ztrát. Z toho plyne, že použití příliš výkonových tranzistorů MOSFET může mít opět dopad na hodnoty a0 a a2.


Tab. 1: Ztrátové koeficienty odpovídají reálným ztrátám v napájecím zdroji

Další návrat k matematice implementuje optimální proud do rovnice účinnosti a řeší maximální efektivitu, která se rovná:

Poslední dvě hodnoty jsou násobeny číslem dvě, je tedy třeba jejich přednostní minimalizace, pro dosažení maximální účinnosti. Naproti tomu hodnota a1 je zde zastoupena pouze jednou, proto její optimalizace nepřinese výraznějších změn. Vysoké optimalizace je tedy dělat především u posledních dvou ztrát. Pokud se spolehneme na skutečnost, že výkon tranzistorů MOSFET souvisí s plochou jeho čipu, která je navíc nepřímo úměrná jeho odporu, můžeme snadno zvolit optimální typ (a odpor).

Obrázek 1 zobrazuje výsledky optimalizace velikosti čipu. Při malé velikosti čipu se odpor tranzistoru MOSFET v sepnutém stavu stává účinným omezovačem proudu. Vzhledem k tomu, že větší plocha čipu znamená zároveň i vyšší kapacitu přechodů, vede její neúměrné zvyšování k nárůstu spínacích ztrát a tyto se poté stávají dominantním prvkem obvodu.

Řada dostupných tranzistorů MOSFET je dnes však natolik široká, že návrháři umožňuje vysokou flexibilitu designu i optimální poměr mezi náklady na výrobu zařízení a vysokou účinností.

Dalo by se tak říci, že minimální ztráty nastanou ve chvíli, kdy je rovnováha mezi cenou a ztrátou ve vedení.


Obr. 1: Volba vhodné velikosti čipu tranzistoru MOSFET minimalizuje výkonové ztráty při plném zatížení

Obrázek 2 zachycuje účinnost v závislosti na výstupním proudu, pro tři možné návrhy optimálního bodu z obrázku 1. Hodnota A zastupuje normalizované velikosti čipu tranzistoru MOSFET s hodnotou jedna, dva a tři. Z uvedeného grafu vyplývá vysoký nárůst účinnosti při zmenšení velikosti čipu, který však zároveň vede k růstu ztrát ve vedení, především větším vnitřním odporem tranzistoru. Je však důležité poznamenat, že tyto křivky představují tři hodnoty v jedné, zahrnuté ve velikosti čipu a ceně součástky. Návrh s normalizovanou velikostí čipu je však jen nepatrně méně efektivní než velké návrhy pro vysoké výkony. Především je zde rozdíl v mírně vyšší účinnosti při nízkém zatížení, kde bývá obvod zpravidla nejčastěji provozován.


Obr. 2: Účinnost je nejvyšší při vyšším zatížení napájecího zdroje

V příštím díle seriálu Power Tip budeme diskutovat o omezení a redukci velikosti magnetického obvodu se zvýšenou pracovní frekvencí.

Pro více informací o tomto a dalších řešení napájení, navštivte: www.ti.com/Power-ca.

Autor: Robert Kollman, Texas Instruments







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Power tipy I - Výběr správné pracovní frekvence spínaného zdroje
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
Power tipy III - Tlumení vstupního filtru - Díl 1 z 2
Power tipy IV - Tlumení vstupního filtru - Díl 2 z 2
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru
Power tipy VI - Správné měření napájecího zdroje
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
Power tipy VIII - Omezení EMI technikou rozprostřeného spektra
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
Power tipy XI - Řešení ztrát v obvodu napájení
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje
Power tipy XIII - Omezte ztráty v jádře indukčnosti
Power tipy XIV - Zdroj topologie SEPIC zajišťuje vyšší účinnost
Power tipy XV - Levný a výkonný budič LED
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
Power tipy XVII - Komutační obvod u Flyback regulátoru
Power tipy XVIII - Jednoduché zlepšení stability regulátoru
Power tipy XIX - Snadné získání více záporných napětí
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
Power tipy XXI - Hlídejte RMS proud kondenzátorů
Power tipy XXII - Vyhněte se častým problémům s chybovým zesilovačem
Power tipy XXIII - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 1
Power tipy XXIV - Převod paralelní impedance na sériovou
Power tipy XXV - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 2
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem
Power tipy XXVII - Paralelní řazení napájecích zdrojů
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2
Power tipy XXX - Síťový zdroj s obyčejným obvodem
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru
Power tipy XXXII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 1
Power tipy XXXIII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 2
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
Power tipy XXXV - Omezení parazitní kapacity v transformátorech

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
WIZ107SR-RS232
Převodník TCP/IP <-> RS232 s RJ45 konektorem.
Skladem od 600 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007