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提高电源设计效率的 7 种方法

关键词:电源设计

时间:2024-03-25 10:26:18      来源:网络

在大多数情况下,开关电源是有效的选择。在需要精度和连续运行的工业应用中,更传统的线性电源可能更好。您还应该考虑预期的输入和输出电压,以确定有效的架构。

1. 将电源与终用途相匹配

重要的整体设计考虑因素之一是使用正确类型的电源。这意味着将其与您设备的预期终用途相匹配。

在大多数情况下,开关电源是有效的选择。在需要精度和连续运行的工业应用中,更传统的线性电源可能更好。您还应该考虑预期的输入和输出电压,以确定有效的架构。

考虑您的设备的工作环境。较高温度的工业应用和温度变化很大的户外使用对电源性能有不同的影响。这些条件可能会使某些设计架构在现实世界中或多或少变得高效,因此将它们纳入规划阶段非常重要。

2. 使用正确的材料

高效的电源设计还涉及材料选择。不同的金属具有不同的热导率和电导率,导致电流通过它们时能量损失的变化。您必须将这些特性与 PSU 设计进行比较,以确定适合该任务的材料。

请记住,您不必仅限于纯金属。虽然硅可能是地壳中第二丰富的元素,并且具有高导电性,但镓和砷等添加剂可以为其他材料带来类似的特性,在某些条件下表现更好。

再次强调,考虑终用途至关重要。有些材料在环境温度下具有很高的效率,但在极端情况下可能很快导致过度的能源浪费。

3. 管理内部温度

温度不仅会影响某些材料的效率,还会影响电源效率。无论您的架构或材料如何,您的系统都会在高温和极低温度下退化并产生过多的能量损失。因此,温度控制系统在 PSU 设计中起着至关重要的作用。

许多现代电源类型都可以在32-122 华氏度范围内舒适运行,但前提是气流充足。还值得考虑的是,由于高导热组件的热辐射,内部温度可能比周围环境高得多。

风扇和散热器是任何大型电源的必需品。另一方面,绝缘可能是必要的,以防止组件之间的热传递,并防止在寒冷环境中运行的设备因极低温度而损坏。

4. 防止射频干扰

射频 (RF) 干扰是另一个重要但容易被忽视的因素。作为更大的互联生态系统一部分运行的设备将受到相当大的射频辐射。当今的任何用例都必须应对当今互联世界中的一些射频干扰。虽然这种辐射可能对人体无害,但它会限制电源设计效率。

您可以通过几种不同的方式来防止射频干扰。法拉第笼、柔性垫圈、O 形圈、电缆屏蔽和导电织物都是相对简单的解决方案。哪个取决于您的具体设计限制以及您可能需要通过的任何射频信号。

材料在这种保护中也发挥着关键作用。钢和铜作为射频屏蔽既便宜又有效,但很容易变热,从而引发与温度相关的效率问题。

5. 牢记长期绩效

当您考虑这些 PSU 设计注意事项时,请记住,现在有效的方法可能在未来几年就不再有效。效的电源在整个使用寿命期间都能保持其效率。仅在年提供该性能的高效 PSU 并不理想。

确保电源具有长期效率主要是防止其磨损。适当的温度管理对于保持所需的材料性能大有帮助。设计还应使水、污垢和其他污染物远离敏感组件和通风口,以确保它们能够在多年的积累中高效工作。

使组件易于维修也很重要。模块化设计将实现更快的清洁和升级,从而在异常磨损的情况下使 PSU 具有更长、更高效的使用寿命。

6. 考虑各个组件的功耗

某些设计可能会因试图过度提高电源效率而意外限制电源效率。正如不必要和过于复杂的步骤在制造过程中浪费时间和精力(使额外的加工成为精益生产中的八种主要浪费之一)一样,设计过于复杂也会抑制能源效率。

许多现代 PSU 使用有源元件来降低能耗。这些可能包括有源开关技术、用于温度控制的风扇或监控设备。虽然这些技术可以确保更高效的运营,但它们也需要电力。添加太多终会导致收益递减。

跟踪每个组件的功耗。将它们与累积效率驱动效应进行比较,以确定何时需要停止添加有源组件以限度地发挥其潜力。

7. 在制造前测试电源设计

无论您的设计计算有多,您都必须在将电源设计投入生产之前对其进行测试。现实世界的性能并不总是像纸面上的那样,您希望尽可能减少物理原型迭代。

人工智能(AI) 和数字孪生在此阶段可以提供很大帮助。这些技术可让您对设计进行虚拟建模和测试,从而限度地减少研发成本和时间。由于人工智能更擅长发现这些实验中的微妙趋势,因此它可以更好地查明改进的空间。因此,在某些情况下,该技术已将开发时间缩短了 20%-50%。

请记住在每个设计阶段后重新测试您的电源。原型设计后测试整个设备也很重要,因为其他组件可能会影响 PSU 的效率。

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