Energiagazdálkodás

Az energiagazdálkodás az egyik legfontosabb tényező, amelyet érdemes figyelembe venni az elektromos tervezés optimális energiahatékonysága és termelékenysége érdekében. 

Közel 100 évig a relativitáselméleten alapuló elektromos paramétereket, mint az áram és a feszültség, vették a mérnökök figyelembe. Kifejezetten az tápellátás területén volt fontos, hogy a hálózatok stabilak és terhelhetők legyenek. Ahogy a központosított energiaellátású rendszerek egy új generációja fejlődött ki, és a kifinomultabb energia-elosztó rendszerek eljutottak a kereskedelmi és ipari létesítményekig, a mérések és megfigyelések pontossága egyre fontosabbá vált. Mind a kereskedelmi, mind a privát felhasználókat egyre jobban érdekelte, hogy mennyi energiát (wattot) fogyasztanak, és milyen hatékonyan tudják ezt az energiát felhasználni.

Az 1980-as évekig az analóg villanyórák mind elektromágneses alapelvekkel működő készülékek voltak. Ez azonban egyik pillanatról a másikra megváltozott, ahogy a mikroprocesszoros technológiák kialakultak, és egyre jobban befolyásolták mindennapjainkat. A mikroprocesszorok egyre inkább utat törtek maguknak a digitális korban, és egy nélkülözhetetlen alaptechnológiává váltak az alkatrészek területén. 
Az energiagazdálkodás szempontjából a mikroprocesszorok használatára a mérőkészülékekben és a hálózati védelemben volt szükség. Használatuk mérhetetlen nagy előnyökkel járt: egy digitális mérőkészülék egyszerűen kiválthatott számos analóg készüléket. Az analógról digitális készülékekre történő váltás a 90-es évektől a mérési technológia széles elterjedését eredményezte. Ez a növekedés teljesen új szintű energiafelhasználói-intelligenciát hozott létre: a mai kor felhasználója pontos és aktuális adatokat igényel, mert szeretne célirányosabb, energiahatékonyabb, termelékenyebb döntéseket hozni.
Emiatt a tápellátó rendszerek is átalakultak. Létrejött a lineáris áramellátás és a kapcsolóüzemű tápegységek (SMPS) is elterjedtek. Számos beágyazott megoldás is egyre népszerűbb, hiszen segítségükkel egyszerűsíthető a tápegységek tervezése.

 

Beágyazott tápegységes megoldások

Számos integrált megoldás áll rendelkezésre az integrált energiagazdálkodási IC-ken keresztül a leegyszerűsített tervezésű tápegységeken át az önálló lineáris és kapcsolóüzemű tápegységekig.  
Az integrált energiagazdálkodási IC (PMIC) fogalma olyan chipeket foglal magába, melyek elektromos energiaátalakításos és / vagy tápegységes funkciókkal bírnak .
A PMIC-k használata leegyszerűsíti a tápegység-tervezést: az egyszerű egyfunkciós eszközöktől a bonyolultabb feszültséget szabályozó eszközökön át, a kapcsolásvezérlőkig vagy a többfunkciós energiaátalakítókig és besoroló/megfigyelő készülékekig.
A beágyazott tápegységek már teljesen integrált energiaellátású megoldások. Ezek kulcsrakész megoldást kínálnak, és azonnal a gépekbe integrálhatók.

 

DC-DC átalakítók

A DC-DC átalakítók kényelmes megoldást kínálnak olyan esetekben, amikor a DC ellátás rendelkezésre áll, azonban további DC feszültségre van szükség. Ezek az átalakítók általában önállók és kártyára szereltek, ill. akár 200W teljesítményre is képesek. A DC-DC átalakítók  akár 90%-kal növelik a hatékonyságot.

VI-os energiahatékonysági szintű külső tápegységre

A 2000-es évek elején hirtelen megszámlálhatatlan mennyiségű tápegységen alapuló készülék és rendszer működött. Azonban ezeket a tápegységeket még nem úgy tervezték, hogy leálljanak, ha a készülék inaktívvá válik. Így azok továbbra is áramot fogyasztottak, mintha a készülékek még mindig be lennének kapcsolva.
Egy darab tápegység gyorsan felhasznál 1W-nyi energiát. Ha ezt egy egész, több gépből álló rendszerre vetítjük, hatalmas mennyiségű feleslegesen elhasznált energiáról beszélünk már.

Épp emiatt a számítógépekhez és használati eszközökhöz kifejlesztett külső tápegységeket tervező mérnökök egyre jobban rá lettek kényszerítve, hogy energiahatékony készülékeket fejlesszenek. Manapság a tervezők célja, hogy megfeleljenek a legszigorúbb szabványoknak, hiszen csak így tudják az új termékeket eladni világszerte.


Fedezze fel a VI-os energiahatékonysági szintű tápegységeket a DesignSpark angol nyelvű cikkének segítségével: ismerje meg a világ legenergiatakarékosabb mozgólépcsőjét! 

Lineáris és kapcsolóüzemű tápegységek

Az alábbi diagramok bemutatják az áramellátás két fő csoportját - a lineáris és a kapcsolóüzemű tápegységek működését. 

Bármelyik megközelítés mellett is dönt, az alábbi tényezőket érdemes mindenképp megfontolni: 

  • Az alkalmazás sajátos követelményei a jobb teljesítményért, a biztonságért, ill. zajszint és tranziens válaszidő
  • Biztonsági és elektromágneses összeférhetőség (EMC)
  • Hatékonysági követelmények
  • Az alkalmazásra vonatkozó ipari biztonsági szabványok és jogszabályok, amelyek a fenti pontokra is vonatkoznak beleértve az EMC irányelveket, a CE, TÜV, FFC és UL tanúsítványokat is.


Lineáris tápegységek és feszültség szabályozók

A lineáris tápegységek tervezése egyszerű, és fenntartásuk is könnyű, azonban manapság kicsit elavultnak számítanak, hiszen nem teljesen szabályozhatók velük a modern rendszerek, és a modern energiahatékonysági követelményeknek sem tesznek teljesen eleget. A lineáris feszültség szabályozók egyik alapvető funkciója, hogy a változó egyenfeszültséget, egy kisebb, állandó és gyakran egyedi egyenfeszültséggé alakítsák.

Az állandó kimeneti feszültség számos tápegységgel működő alkalmazáshoz elengedhetetlen, azonban a tápfeszültség számos forrásból származhat és eltérő erősségű is lehet. A lineáris feszültség szabályozónak épp ez a funkciója: a kimeneti feszültség állandóságának biztosítása.

Kapcsolóüzemű tápegységek (SMPS)

A lineáris tápegységekhez képest, a kapcsolóüzemű tápegységek (SMPS) általában kisebbek, könnyebbek, olcsóbbak és hatékonyabbak is. Egyedüli hátrányuk, hogy a rendszerbe történő beépítésük komplex, és számos extra alkatrészt igényel. Emiatt egy ilyen tápegység használatát előre meg kell tervezni.
Ennek ellenére az SMPS rendszerek olyan magas energiahatékonysággal rendelkeznek a megbízható és precíz vezérelhetőség miatt, hogy szinte alig megy használatukkal energia kárba. Olyan nagy frekvenciában kapcsolják a DC feszültséget ki és be ezek a készülékek (általában 10kHz és 1 MHz), hogy az AC áram melyet létrehoznak nagyfrekvenciás induktorokon és transzformátorokon is áthaladhat.
Köszönhetően ennek a nagy frekvenciának költségkímélőbb, kisebb méretű, könnyebb súlyú kondenzátorok és transzformátorok is használhatók. A nagyfrekvenciás AC feszültség finomításával és szűrésével pedig DC kimeneti feszültség termelhető. Ideális körülmények között egy SMPS rendszer így nem veszít a felhasznált energiából, csak átalakítja azt.

Tápcsatlakozók

Minden tápellátással működő rendszernek biztonságos és megbízható energiaellátáson kell alapulnia. Ebben a rendszerben a csatlakozóknak is kulcsfontosságú szerepe van. Az egyszerű sorkapcsoktól az ipari dugókig, az RS Components kínálatában csatlakozók széles kínálatából válogathat, hogy Ön az alkalmazástól függetlenül egyenletes áramellátást, biztonságos és megbízható rendszert építhessen fel. 

Kapcsolódó cikkek a DesignSpark oldalán (angol nyelvű tartalom)

Kapcsolódó márkák