Визначення ефективності живлення
Сучасні блоки живлення характеризуються заявами про все більшу ефективність, але чи можуть дизайнери покладатися на специфікації таблиць даних, запитує Бернхард Ердл, PULS Power
Точне вимірювання ефективності живлення є критичним для інженерів-конструкторів. Специфікації ефективності надаються виробниками, але як визначаються значення? Чи може кінцевий користувач проводити вимірювання та що буде задіяно у цьому?
Все більше і більше розробників систем усвідомлюють, що ефективність джерела живлення безпосередньо впливає на його надійність. Дуже важливо - особливо у випадку з пристроями з конвекційним охолодженням - збалансувати необхідні розміри джерела живлення та надійність або термін служби кінцевого продукту. Без додаткової вентиляції тепло може розсіюватися лише обмеженою мірою, і розробник джерела живлення повинен бути дуже обережним, щоб досягти якнайнижчого тепловиділення. Інші основні елементи системи також отримають вигоду від низьких втрат електроенергії та мінімального виробництва тепла від джерела живлення.
П’ять рекомендацій
Наступним слід надавати найвищий пріоритет при вимірюванні ефективності. Вони виявились незамінними на практиці.
Використовуйте точні лічильники. По можливості аналізатори потужності або точні ватметри;
Переконайтесь, що під час налаштування вимірювання проводиться належне підключення кабелів та вимірюється правильна напруга;
Здійснюючи вимірювання змінного струму, завжди використовуйте електронне джерело змінного струму, якщо воно є;
Уникайте впливу ЕМС на випробовуваний пристрій;
Враховуйте вплив температури та часу.
Ефективність - це показник, який допомагає дизайнерам провести правильне порівняння різних джерел живлення. Однак розробники систем та користувачі джерел живлення ще більше цікавляться теплом, яке залишається в блоці живлення, тобто втратами потужності. Оскільки ці втрати потужності неможливо електрично виміряти безпосередньо, можна лише врахувати різницю між вхідною та вихідною потужністю.
В даний час більшість показників ефективності становлять близько 95%, що відповідає втраті 5%. Однак невеликі похибки вимірювання вхідної та вихідної потужності призводять до великих помилок при розрахунку втрат потужності. Якщо похибка вимірювання становить лише 0,5%, тобто в цілому 1%, розрахунок втрат потужності буде неправильним на 20%. (Див. Малюнок 1)
Рисунок 1: Вплив похибки вимірювання на 1% у зміні втрат без навантаження при збільшенні ефективності
Важливо також мати на увазі, що, здавалося б, невеликі відмінності в ефективності означають велику різницю у втратах потужності. Значення сучасних джерел живлення становлять від 92 до 95%. У користувача може скластися враження, що різниця в один або 2% не буде суттєвою. Це помилкова думка; важливе значення має не абсолютна величина ефективності, а, швидше, різниця від ідеального значення 100%.
Як приклад для порівнянних джерел живлення з вихідною напругою 48 В/5А, PULS QS10 має ККД 92,0%, а PULS CP10, представлений 10 років потому, має ККД 95,5%. На перший погляд, різниця, здається, не є великим поліпшенням. Однак втрати потужності CP10 були зменшені на 41% порівняно з моделлю QS10.
Це означає, що при високій ефективності навіть невеликі збільшення спричиняють значне зменшення втрат без навантаження. Зі збільшенням ефективності точність вимірювання набуває все більшої важливості, оскільки в іншому випадку було б неможливо визначити належні втрати навантаження.
Уникнення помилок
Чим ближче розробник наближається до 100% ефективності, тим важче стає точним вимірюванням. Тому абсолютна точність вимірювання є важливою, щоб дати точне твердження про втрати холостого ходу в блоці живлення. Багато помилок можна було б уникнути гарною підготовкою та професійним вимірюванням.
Найпоширенішими джерелами помилок є неправильний принцип вимірювання через невідповідні лічильники, неточні лічильники, неправильне налаштування вимірювань та нехтування умовами навколишнього середовища.
Вибір інструменту вибору
Існує ряд вимірювальних приладів, які використовуються для визначення ефективності. Однак допуски на вимірювання та можливості вимірювальних приладів при вимірюванні різних сигналів (змінного або постійного струму) значно варіюються.
Мультиметри, що вимірюють напругу і струм суто постійних входів і виходів. Напруга може бути виміряна з високою точністю безпосередньо на вході та виході джерела живлення. Багато мультиметрів також мають вбудовану здатність вимірювати струм, але це може мати неточність 1% і більше, діапазон вимірювання мультиметра обмежений 10А. Натомість струм слід вимірювати високоточними маневровими резисторами з допуском 0,01%. Однак несинхронне виявлення значень може бути проблематичним, оскільки воно призводить до помилок, якщо існують коливальні умови.