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提高电源设计效率的7个方法,你一定不能错过

2024-03-27 16:21:21 Emily Newton 阅读:
随着设备变得越来越小、能源问题加剧以及性能需求的不断增加,当今的电源设计必须高效。

现代电源设计必须考虑到许多因素不断增长的需求。高效率是其中最重要的考虑因素之一。然而,在外形尺寸不断缩小、设备功能不断增强的情况下,要实现高效率十分困难。UF9ednc

电源效率是许多更小的设计选择的产物。虽然这可能会使优化变得棘手,但也意味着有多种改进的机会。您可以使用以下七种方法来设计更高效的电源。UF9ednc

1.将电源与最终用途相匹配

最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最终用途相匹配。UF9ednc

在大多数情况下,开关电源是最有效的选择。在需要精确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,以确定最有效的架构。UF9ednc

考虑您设备的工作环境。较高温度的工业应用和温度变化很大的户外应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实际应用中效率更高或更低,因此在规划阶段就必须考虑到这些因素。UF9ednc

2.使用正确的材料

高效的电源设计也与材料选择有关。不同的金属具有不同的热导率和电导率,导致电流通过时的能量损耗不同。您必须将这些特性与您的电源设计进行比较,以确定适合该任务的最佳材料。UF9ednc

请记住,您不必局限于纯金属。虽然硅可能是地壳中第二丰富的元素,并且具有高导电性,但镓和砷等也可以为其他材料带来类似的特性,在某些条件下性能甚至更好。UF9ednc

再次强调,考虑最终用途至关重要。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。UF9ednc

3.管理内部温度

温度对电源效率的影响不只是使某些材料的效率提高或降低。无论采用何种架构或材料,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,温度控制系统在电源设计中起着至关重要的作用。UF9ednc

许多现代电源都可以在32-122华氏度(0-50℃)范围内舒适运行,但前提是要有足够的气流。同样值得考虑的是,由于高导电率元件的热辐射,内部温度可能比周围环境高得多。UF9ednc

对于任何大型电源来说,风扇和散热器都是必不可少的。另一方面,对于需要在寒冷环境中工作的设备,可能需要使用绝缘材料来防止组件之间的热传递,并防止极端低温造成的损坏。UF9ednc

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。作为大型互联生态系统的一部分而运行的设备会受到大量射频辐射。在当今的互联世界中,任何用例都必须要应对一些射频干扰。虽然这种辐射可能对人体无害,但它会限制电源设计效率。UF9ednc

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直接的解决方案。哪种方法最好,取决于您的具体设计限制以及您可能需要让哪些射频信号通过的情况。UF9ednc

材料在这种保护中也起着关键作用。钢和铜作为射频屏蔽既便宜又有效,但很容易变热,进而引发与温度相关的效率问题。UF9ednc

5.牢记长期性能

当您考虑这些电源设计因素时,请记住,现在有效的方法可能在未来几年就不再有效。最高效的电源能在整个使用寿命期间都保持其效率。仅在第一年能提供这种性能的高效电源并不理想。UF9ednc

确保您的电源具有长期效率,在很大程度上是要保护它免受磨损。适当的温度管理对于保持所需的材料性能大有帮助。设计时还应防止水、灰尘和其他污染物进入敏感元件和通风口,以确保它们在多年的积聚后仍能高效工作。UF9ednc

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,从而延长电源的使用寿命,使其在异常磨损的情况下仍能保持高效。UF9ednc

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反而意外地限制了电源效率。正如在制造过程中不必要和过于复杂的步骤会浪费时间和精力(额外的加工是精益生产中的八种主要浪费之一)一样,设计中的过度复杂也会抑制能源效率。UF9ednc

许多现代电源都使用有源元件来降低能耗。其中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行,但它们也需要电力。添加太多最终会导致收益递减。UF9ednc

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,从而最大限度地发挥其潜力。UF9ednc

7.在制造前测试电源设计

无论您的设计计算有多精确,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,因此您要尽可能减少物理原型的反复。UF9ednc

在这一阶段,人工智能(AI)和数字孪生可以提供极大的帮助。这些技术可让您对设计进行虚拟建模和测试,从而最大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,因此它可以更好地确定改进的空间。因此,这项技术在某些情况下可将研发时间缩短20%-50%。UF9ednc

请记住在每个设计阶段后重新测试您的电源。原型设计后对整个设备进行测试也很重要,因为其他组件也可能会影响电源的效率。UF9ednc

如今,高效电源设计至关重要

随着设备变得越来越小、能源问题日益加剧以及性能要求越来越高,当今的电源设计必须高效。平衡所有这些期望可能很困难,但如果考虑到所有影响因素,就有可能做到。UF9ednc

这七个步骤提供了多种方法来调整您的设计,以制造更高效的电源。由于每个具体步骤可能只会产生微弱的增长,因此将各种策略结合起来将最为有效。UF9ednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News,参考链接:7 Ways to Make Power Supply Design More Efficient,由Ricardo Xie编译。)UF9ednc

责编:Ricardo
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