Účinnosť konverzie napájacieho adaptéra

Napájací adaptér je v podstate integrovaný transformátor zložený z transformátora, AC/DC meniča a zodpovedajúcich obvodov na stabilizáciu napätia. Zjednodušene povedané, táto integrovaná jednotka obsahuje dva hlavné komponenty: transformátor a prúdový menič. Obe tieto komponenty zo svojej podstaty spotrebúvajú elektrickú energiu a výnimkou nie sú ani ich pridružené stabilizačné obvody. Samotný napájací adaptér je preto tiež zariadenie spotrebúvajúce energiu-.

Vstup energie do napájacieho zdroja nemôže byť 100% premenený na využiteľnú energiu pre rôzne komponenty v hostiteľskom zariadení. Toto je otázka účinnosti konverzie, o ktorej dnes diskutujeme.

Účinnosť konverzie je kritickým ukazovateľom pre napájacie adaptéry. Vysoká účinnosť znamená, že samotný adaptér spôsobuje menšie straty, čo vedie k väčším úsporám energie. Konverzná účinnosť napájacieho adaptéra je definovaná ako celkový výstupný výkon vydelený celkovým vstupným výkonom: Energetická účinnosť η=Po / Pi. V tomto vzorci Po predstavuje výstupný výkon a Pi predstavuje vstupný výkon.

Musí sa vyriešiť vzťah medzi účinnosťou konverzie napájacieho adaptéra a nárastom jeho teploty. Keďže adaptér interne stráca určité množstvo energie, jeho účinnosť konverzie nemôže byť 100%. Energia spotrebovaná adaptérom sa prejavuje ako teplo. Úroveň generovaného tepla závisí predovšetkým od účinnosti premeny adaptéra a jeho fyzickej veľkosti. Za určitých podmienok rozptylu tepla bude mať adaptér špecifický nárast teploty-rozdiel medzi teplotou puzdra a teplotou okolia. Plocha povrchu puzdra adaptéra priamo ovplyvňuje tento nárast teploty. Hrubý odhad možno urobiť pomocou tohto vzorca: Nárast teploty=Koeficient tepelného odporu × Spotreba energie bloku. V prostrediach s-vysokou teplotou musí byť adaptér znížený, aby sa znížila jeho spotreba energie, čím sa zníži nárast teploty a zabezpečí sa, že vnútorné komponenty neprekročia limity maximálnej teploty. Okrem splnenia prevádzkových požiadaviek elektronických zariadení zvýšenie prevádzkovej teploty výrazne ovplyvňuje strednú dobu medzi poruchami (MTBF) adaptéra, keď je výstupný výkon konštantný. Vysoká účinnosť a nízky nárast teploty vedú k dlhšej životnosti produktu, menšej veľkosti a nižšej hmotnosti. Táto diskusia o veľkosti nás prirodzene vedie k téme hustoty výkonu.

Prevažná väčšina výrobcov napájacích adaptérov používa hustotu výkonu ako štandard na meranie účinnosti produktu. Hustota výkonu sa zvyčajne vyjadruje vo wattoch na kubický palec (W/in³). Ak adaptér nemožno použiť v rámci špecifikovaného maximálneho rozsahu teplôt prostredia, nemusí dosiahnuť uvedený maximálny výstupný výkon. Dostupný priemerný výstupný výkon je využiteľná hustota výkonu.

Využiteľná hustota výkonu závisí od nasledujúcich faktorov:
■ A. Požadovaný výstupný výkon.Toto je maximálny priemerný výkon požadovaný aplikáciou.
■ B. Tepelná impedancia.Definované ako zvýšenie teploty spôsobené stratou výkonu, zvyčajne merané v stupňoch /W.
■ C. Maximálna prevádzková teplota puzdra.Všetky výkonové komponenty majú špecifikovanú maximálnu prevádzkovú teplotu skrine. Vzťahuje sa na najvyššiu teplotu, ktorú môžu vnútorné prvky komponentu vydržať počas prevádzky. Aby sa zachovala spoľahlivosť, prevádzka musí zostať pod touto teplotou.
■ D. Prevádzková teplota okolia.Vzťahuje sa na najhorší-prípad teploty prostredia počas prevádzky komponentu. Ak výkonový komponent generuje príliš veľa tepla a nedokáže ho dostatočne rýchlo odviesť do okolitého média, môže zlyhať z dôvodu prekročenia garantovanej prevádzkovej teploty. Preto je výber vhodného chladiča jednou zo základných podmienok spoľahlivej prevádzky komponentov.

Hlavné parametre potrebné na tepelný návrh výkonových komponentov sú nasledovné:
■ 1. Prevádzková teplota spoja komponentu:Maximálny povolený limit prevádzkovej teploty pre zariadenie uvedený výrobcom alebo stanovený normami produktu.
■ 2. Stratový výkon komponentov:Priemerná energia v ustálenom{0}}stave spotrebovaná zariadením počas prevádzky, definovaná ako súčin priemerného RMS výstupného prúdu a priemerného RMS poklesu napätia.

■ 3. Stratový výkon výkonových zariadení:sa týka kapacity odvádzania tepla špecifickej štruktúry na odvádzanie tepla.

■ 4. Tepelný odpor (R):Nárast teploty na jednotku straty výkonu pri prenose tepla medzi médiami.