Conversie-efficiëntie van stroomadapters
Een voedingsadapter is in wezen een geïntegreerde transformator die bestaat uit een transformator, een AC/DC-omzetter en bijbehorende spanningsstabiliserende circuits. Simpel gezegd bevat deze geïntegreerde eenheid twee hoofdcomponenten: de transformator en de stroomomvormer. Beide componenten verbruiken inherent elektrische energie, en de bijbehorende stabilisatiecircuits vormen daarop geen uitzondering. Daarom is de stroomadapter zelf ook een apparaat dat energie- verbruikt.
De energie-invoer in de voeding kan niet 100% worden omgezet in bruikbare energie voor de verschillende componenten binnen het hostapparaat. Dit is de kwestie van de conversie-efficiëntie die we vandaag bespreken.
Conversie-efficiëntie is een kritische indicator voor stroomadapters. Hoge efficiëntie betekent dat de adapter zelf kleinere verliezen lijdt, wat leidt tot grotere energiebesparingen. De conversie-efficiëntie van een voedingsadapter wordt gedefinieerd als het totale uitgangsvermogen gedeeld door het totale ingangsvermogen: Energie-efficiëntie η=Po / Pi. In deze formule vertegenwoordigt Po het uitgangsvermogen en Pi het ingangsvermogen.
Er moet aandacht worden besteed aan de relatie tussen de conversie-efficiëntie van een voedingsadapter en de temperatuurstijging ervan. Omdat de adapter intern een bepaalde hoeveelheid stroom verliest, kan de conversie-efficiëntie niet 100% zijn. Het door de adapter verbruikte vermogen manifesteert zich als warmte. Het niveau van de gegenereerde warmte hangt voornamelijk af van de conversie-efficiëntie van de adapter en de fysieke grootte ervan. Onder bepaalde omstandigheden voor warmteafvoer zal de adapter een specifieke temperatuurstijging ondergaan-het verschil tussen de temperatuur van de behuizing en de omgevingstemperatuur. Het oppervlak van de behuizing van de adapter heeft rechtstreeks invloed op deze temperatuurstijging. Er kan een ruwe schatting worden gemaakt met behulp van deze formule: Temperatuurstijging=Thermische weerstandscoëfficiënt × Blokstroomverbruik. In omgevingen met hoge -temperaturen moet de adapter worden aangepast om het stroomverbruik te verminderen, waardoor de temperatuurstijging wordt verminderd en ervoor wordt gezorgd dat de interne componenten hun maximale temperatuurlimieten niet overschrijden. Naast het voldoen aan de operationele vereisten van elektronische apparaten, heeft de stijging van de bedrijfstemperatuur ook een aanzienlijke invloed op de Mean Time Between Failures (MTBF) van de adapter wanneer het uitgangsvermogen constant is. Hoge efficiëntie en lage temperatuurstijging resulteren in een langere levensduur van het product, kleinere afmetingen en een lager gewicht. Deze discussie over omvang leidt ons uiteraard naar het onderwerp vermogensdichtheid.
De overgrote meerderheid van de fabrikanten van voedingsadapters gebruikt de vermogensdichtheid als standaard om de producteffectiviteit te meten. De vermogensdichtheid wordt doorgaans uitgedrukt in watt per kubieke inch (W/in³). Als de adapter niet binnen het gespecificeerde maximale omgevingstemperatuurbereik kan worden gebruikt, wordt mogelijk niet het aangegeven maximale uitgangsvermogen bereikt. Het beschikbare gemiddelde uitgangsvermogen is de bruikbare vermogensdichtheid.
De bruikbare vermogensdichtheid is afhankelijk van de volgende factoren:
■ A. Vereist uitgangsvermogen.Dit is het maximale gemiddelde vermogen dat voor de toepassing nodig is.
■ B. Thermische impedantie.Gedefinieerd als de temperatuurstijging veroorzaakt door vermogensdissipatie, meestal gemeten in graden/W.
■ C. Maximale bedrijfstemperatuur van de behuizing.Alle voedingscomponenten hebben een gespecificeerde maximale bedrijfstemperatuur van de behuizing. Dit verwijst naar de hoogste temperatuur die de interne elementen van het onderdeel tijdens bedrijf kunnen weerstaan. Om de betrouwbaarheid te behouden, moet de werking onder deze temperatuur blijven.
■ D. Omgevingstemperatuur tijdens gebruik.Dit verwijst naar de slechtste- omgevingstemperatuur tijdens de werking van het onderdeel. Als een vermogenscomponent te veel warmte genereert en deze niet snel genoeg kan afvoeren naar het omringende medium, kan deze defect raken doordat de gegarandeerde bedrijfstemperatuur wordt overschreden. Daarom is het selecteren van een geschikt koellichaam een van de essentiële voorwaarden voor een betrouwbare werking van de componenten.
De belangrijkste parameters die nodig zijn voor het thermische ontwerp van vermogenscomponenten zijn als volgt:
■ 1. Temperatuur van het bedrijfsonderdeel van het onderdeel:De maximaal toegestane bedrijfstemperatuurlimiet voor het apparaat, verstrekt door de fabrikant of opgelegd door productnormen.
■ 2. Vermogensdissipatie van componenten:Het gemiddelde stabiele- vermogen dat door het apparaat wordt verbruikt tijdens bedrijf, gedefinieerd als het product van de gemiddelde RMS-uitgangsstroom en de gemiddelde RMS-spanningsval.
■ 3. Vermogensdissipatie van stroomapparaten:verwijst naar de warmtedissipatiecapaciteit van een specifieke warmtedissipatiestructuur.
■ 4. Thermische weerstand (R):De temperatuurstijging per eenheid vermogensdissipatie als warmteoverdracht tussen media.
