Eficiència de conversió de l'adaptador d'alimentació
Un adaptador d'alimentació és essencialment un transformador integrat format per un transformador, un convertidor AC/DC i els corresponents circuits d'estabilització de tensió. En termes senzills, aquesta unitat integrada conté dos components principals: el transformador i el convertidor de corrent. Tots dos components consumeixen inherentment energia elèctrica i els seus circuits d'estabilització afiliats no són una excepció. Per tant, el propi adaptador d'alimentació també és un dispositiu-que consumeix energia.
L'entrada d'energia a la font d'alimentació no es pot convertir al 100% en energia utilitzable per als diferents components del dispositiu amfitrió. Aquest és el tema de l'eficiència de conversió que estem discutint avui.
L'eficiència de conversió és un indicador crític per als adaptadors de corrent. L'alta eficiència significa que el propi adaptador incorre en pèrdues menors, la qual cosa comporta un major estalvi energètic. L'eficiència de conversió d'un adaptador de corrent es defineix com la potència de sortida total dividida per la potència d'entrada total: Eficiència energètica η=Po / Pi. En aquesta fórmula, Po representa la potència de sortida i Pi representa la potència d'entrada.
S'ha d'abordar la relació entre l'eficiència de conversió d'un adaptador d'alimentació i el seu augment de temperatura. Com que l'adaptador perd internament una certa quantitat d'energia, la seva eficiència de conversió no pot ser del 100%. L'energia consumida per l'adaptador es manifesta com a calor. El nivell de calor generat depèn principalment de l'eficiència de conversió de l'adaptador i de la seva mida física. En determinades condicions de dissipació de calor, l'adaptador tindrà un augment de temperatura específic-la diferència entre la temperatura de la carcassa i la temperatura ambient. La superfície de la carcassa de l'adaptador afecta directament aquest augment de temperatura. Es pot fer una estimació aproximada mitjançant aquesta fórmula: Augment de temperatura=Coeficient de resistència tèrmica × Consum d'energia del bloc. En entorns d'alta-temperatura, l'adaptador s'ha de rebaixar per reduir el seu consum d'energia i, d'aquesta manera, reduir l'augment de temperatura i assegurar-se que els components interns no superin els límits màxims de temperatura. Més enllà de complir els requisits operatius dels dispositius electrònics, l'augment de la temperatura de funcionament afecta significativament el temps mitjà entre fallades (MTBF) de l'adaptador quan la potència de sortida és constant. L'alta eficiència i la baixa temperatura donen com a resultat una vida útil més llarga del producte, una mida més petita i un pes reduït. Aquesta discussió sobre la mida ens porta naturalment al tema de la densitat de poder.
La gran majoria dels fabricants d'adaptadors de corrent utilitzen la densitat de potència com a estàndard per mesurar l'eficàcia del producte. La densitat de potència s'expressa normalment en watts per polzada cúbica (W/in³). Si l'adaptador no es pot utilitzar dins del rang de temperatura ambiental màxim especificat, és possible que no assoleixi la potència de sortida màxima indicada. La potència de sortida mitjana disponible és la densitat de potència utilitzable.
La densitat de potència útil depèn dels factors següents:
■ A. Potència de sortida requerida.Aquesta és la potència mitjana màxima requerida per l'aplicació.
■ B. Impedància tèrmica.Definit com l'augment de temperatura causat per la dissipació de potència, normalment mesurat en grau /W.
■ C. Temperatura màxima de funcionament del cas.Tots els components de potència tenen una temperatura de funcionament màxima especificada. Es refereix a la temperatura més alta que els elements interns del component poden suportar durant el funcionament. Per mantenir la fiabilitat, el funcionament ha de romandre per sota d'aquesta temperatura.
■ D. Temperatura ambient de funcionament.Això fa referència a la pitjor-temperatura ambiental durant el funcionament del component. Si un component de potència genera massa calor i no la pot dissipar amb prou rapidesa al medi circumdant, pot fallar perquè supera la seva temperatura de funcionament garantida. Per tant, seleccionar un dissipador de calor adequat és una de les condicions essencials per al funcionament fiable dels components.
Els principals paràmetres necessaris per al disseny tèrmic dels components de potència són els següents:
■ 1. Temperatura de la unió de funcionament dels components:El límit de temperatura de funcionament màxim permès per al dispositiu, proporcionat pel fabricant o obligat per les normes del producte.
■ 2. Dissipació de potència dels components:La potència mitjana en estat estacionari-que consumeix el dispositiu durant el funcionament, definida com el producte del corrent de sortida mitjà RMS i la caiguda de tensió RMS mitjana.
■ 3. Dissipació de potència dels dispositius de potència:es refereix a la capacitat de dissipació de calor d'una estructura específica de dissipació de calor.
■ 4. Resistència tèrmica (R):Augment de temperatura per unitat de dissipació de potència a mesura que es transfereix calor entre els mitjans.
