<img src="https://static.chipdip.ru/images/news/mean-well-hard-switching-topology-power-supplies/mw-hard-switch_1.png" width="505" height="320" alt="Механизм образования потерь при переключении"><br>Теоретически, импульсные источники питания должны иметь только потери проводимости (статические потери) и не иметь потерь при переключении, поскольку работают только в период включения/ выключения силовых ключей (диоды, транзисторы MOSFET и IGBT). Однако в действительности, вследствие структуры, технологических особенностей и емкостных эффектов, в полупроводниковых приборах возникают потери при переключении (динамические потери), что является препятствием для повышения эффективности. Преобразователи с потерями при переключении имеют топологию «жесткого» переключения (Hard Switching topology). Практически все базовые топологии импульсных источников питания (Flyback/ Forward/ Half-bridge/ Full-bridge/ Push-pull), без применения специальных мер для «мягкого» переключения (Soft Switching), являются топологиями «жесткого» переключения.
Потери при переключении образуются в момент каждого переключения силового ключа за счет того, что требуется некоторое время на снижение напряжения на элементе при протекающем через него токе. Суммарная величина этих потерь значительна и превышает величину потерь проводимости, при этом потери переключения возникают в каждом цикле включения/выключения силовых ключей, то есть прямо пропорциональны частоте работы импульсного преобразователя. Таким образом, вне зависимости от наличия нагрузки динамические потери в импульсных источниках питания присутствуют всегда и их можно считать константой.
Эти особенности возникновения потерь при переключении нашли своё отражение в особенностях и свойствах импульсных источников питания. Так как минимизировать потери без применения специальных мер невозможно, то топологии Hard Switching применяются только в бюджетных сериях импульсных источников питания MEAN WELL малой и средней мощности (до 1000 Вт) – серии LRS, RS, SE, RSP. Таким образом достигается баланс между техническими характеристиками и свойствами источника питания, количеством используемых компонентов и его стоимостью.
Так, например, особенностью популярных серий LRS является высокая рабочая температура (до 70°С). То есть собственная рабочая температура блока питания серий LRS имеет достаточно высокое значение, так как эти блоки питания работают на фиксированной частоте переключения, причем выходное напряжение присутствует практически всегда (даже без нагрузки, в режиме холостого хода), поэтому динамические потери у него также есть всегда и их можно считать постоянной величиной.
Эта же особенность большого значения потерь переключения также проявляется в работе блоков питания средней мощности с вентиляторами охлаждения, например серий RSP-320, RSP-500. Вентилятор охлаждения в блоках питания этих серий работает в непрерывном режиме, так как постоянно требуется отвод тепла, возникающего вследствие потерь переключения. Включение нагрузки добавляет еще потери проводимости – в этом случае и происходит автоматическая регулировка скорости вращения вентилятора охлаждения.
Третьей особенностью топологий Hard Switching является относительно низкая эффективность источников питания – порядка 70-88%, что конечно выше, чем эффективность источников питания линейного типа, однако для источников питания с «мягким» переключением эффективность достигает более высоких значений (85-96%). Например, для серии RS-100 с «жестким» переключением эффективность находится в диапазоне 74-84% в зависимости от номинального напряжения на выходе (в совокупностью с высокой рабочей температурой до 70°C).
Таким образом, бюджетные серии импульсных источников питания целесообразно применять в случае понятных условий размещения, наличия условий для их вентиляции, а также прогнозируемой нагрузки. Для ответственных применений, а также в условиях компактного размещения, сложностей с обеспечением отвода тепла, динамического изменения нагрузки, а также в целях минимизации потерь стоит рассматривать более дорогие серии источников питания, с «мягким» переключением и высокой эффективностью.
↧