現(xiàn)代電源設(shè)計必須考慮多種因素日益增長的需求。高效率是這些考慮因素中最重要的一個。然而，隨著設(shè)備尺寸的縮小和功能性的增加，實現(xiàn)高效率可能很困難。
電源效率是許多較小設(shè)計選擇的產(chǎn)物。雖然這可能會使其難以優(yōu)化，但這意味著有多種改進機會。以下是您可以采用的七種方法來設(shè)計更高效的電源。
1. 將電源與最終用途相匹配
最重要的整體設(shè)計考慮因素之一是使用正確類型的電源。這意味著要將其與設(shè)備的預(yù)期最終用途相匹配。
在大多數(shù)情況下，開關(guān)電源是最有效的選擇。在需要精度和連續(xù)運行的工業(yè)應(yīng)用中，更傳統(tǒng)的線性電源可能更好。您還應(yīng)該考慮預(yù)期的輸入和輸出電壓，以確定最有效的架構(gòu)。
考慮設(shè)備的工作環(huán)境。高溫工業(yè)應(yīng)用和溫度變化很大的戶外應(yīng)用對電源性能有不同的影響。這些條件可能會使某些設(shè)計架構(gòu)在現(xiàn)實世界中效率更高或更低，因此在規(guī)劃階段將它們納入其中非常重要。
2. 使用正確的材料
高效的電源設(shè)計也與材料選擇有關(guān)。不同的金屬具有不同的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率，導(dǎo)致電流通過時能量損失的變化。您必須將這些特性與您的 PSU 設(shè)計進行比較，以確定最適合該任務(wù)的材料。
請記住，您不必將自己限制在純金屬上。雖然硅可能是地殼中第二豐富的元素，并且具有高導(dǎo)電性，但鎵和砷等添加劑可以帶來與其他材料相似的特性，并且在某些條件下性能更好。
再次強調(diào)，考慮最終用途至關(guān)重要。有些材料在常溫下效率很高，但在極端情況下可能很快導(dǎo)致過度的能源浪費。
3. 管理內(nèi)部溫度
溫度不僅會影響某些材料的效率，還會對電源效率產(chǎn)生影響。無論架構(gòu)或材料如何，您的系統(tǒng)在高溫和極低溫下都會退化并產(chǎn)生過多的能量損失。因此，溫度控制系統(tǒng)在 PSU 設(shè)計中起著至關(guān)重要的作用。
許多現(xiàn)代電源類型可以在32-122 華氏度范圍內(nèi)舒適運行，但前提是有足夠的氣流。還值得考慮的是，由于高導(dǎo)熱性組件的熱輻射，內(nèi)部溫度可能比周圍環(huán)境高得多。
對于任何大型電源來說，風(fēng)扇和散熱器都是必需的。另一方面，絕緣材料可能是必要的，以防止組件之間的熱量傳遞，并防止在較冷環(huán)境中運行的設(shè)備因極低溫度而受損。
4. 防止射頻干擾
射頻 (RF) 干擾是另一個至關(guān)重要但容易被忽視的因素。作為大型互聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)的一部分運行的設(shè)備將受到相當(dāng)大的 RF 輻射。當(dāng)今互聯(lián)世界中的任何用例都必須處理一些 RF 干擾。雖然這種輻射對人類可能無害，但它會限制電源設(shè)計效率。
您可以通過幾種不同的方法來防止射頻干擾。法拉第籠、柔性墊圈、O 形環(huán)、電纜屏蔽和導(dǎo)電織物都是相對簡單的解決方案。哪種方法最好取決于您的具體設(shè)計約束以及您可能需要通過的任何射頻信號。
材料在這種保護中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。鋼和銅都是廉價且有效的射頻屏蔽材料，但它們很容易變熱，從而引發(fā)與溫度相關(guān)的效率問題。
5. 牢記長期績效
在考慮這些 PSU 設(shè)計注意事項時，請記住，現(xiàn)在的效率可能在幾年后就不再有效。最高效的電源在整個使用壽命期間都能保持其效率。僅在第一年提供這種性能的高效 PSU 并不理想。
確保電源具有長期效率在很大程度上是防止其磨損的問題。適當(dāng)?shù)臏囟裙芾韺⒃诤艽蟪潭壬媳３炙璧牟牧咸匦?。設(shè)計還應(yīng)使水、灰塵和其他污染物遠(yuǎn)離敏感組件和通風(fēng)口，以確保它們在多年的積累中能夠有效工作。
讓組件易于維護也很重要。模塊化設(shè)計將使清潔和升級更加快捷，從而讓 PSU 即使在出現(xiàn)異常磨損的情況下也能擁有更長、更高效的使用壽命。
6.考慮各個組件的功耗
有些設(shè)計可能會因為過度嘗試提高電源效率而意外限制電源效率。正如制造過程中不必要的和過于復(fù)雜的步驟會浪費時間和精力(使額外處理成為精益生產(chǎn)中的八大主要浪費之一)一樣，設(shè)計過于復(fù)雜也會抑制能源效率。
許多現(xiàn)代 PSU 使用有源組件來降低能耗。這些組件可能包括有源開關(guān)技術(shù)、用于溫度控制的風(fēng)扇或監(jiān)控設(shè)備。雖然這些技術(shù)可以確保更高效的運行，但它們也需要電力。添加太多這些組件最終會導(dǎo)致收益遞減。
跟蹤每個組件的功耗。將其與累積效率驅(qū)動效果進行比較，以確定何時需要停止添加活動組件以最大程度地發(fā)揮其潛力。
7. 在制造之前測試電源設(shè)計
無論您的設(shè)計計算有多精確，您都必須在將電源設(shè)計投入生產(chǎn)之前對其進行測試。實際性能并不總是像紙面上那樣，您希望盡可能減少物理原型迭代。
人工智能(AI) 和數(shù)字孿生可以在此階段提供巨大幫助。這些技術(shù)可讓您虛擬建模和測試您的設(shè)計，從而最大限度地減少研發(fā)成本和時間。由于人工智能在發(fā)現(xiàn)這些實驗中的細(xì)微趨勢方面表現(xiàn)出色，因此它可以更好地確定改進空間。因此，在某些情況下，這項技術(shù)將開發(fā)時間縮短了20%-50%。
記住在每個設(shè)計階段后重新測試電源。原型設(shè)計后測試整個設(shè)備也很重要，因為其他組件可能會影響電源的效率。
高效的電源設(shè)計在當(dāng)今至關(guān)重要
隨著設(shè)備越來越小、能源問題越來越嚴(yán)重、對性能的要求越來越高，如今的電源設(shè)計必須高效。平衡所有這些期望可能很困難，但只要考慮所有影響因素，就有可能實現(xiàn)。
這七個步驟提供了多種方法來調(diào)整您的設(shè)計，以制造出更高效的電源。結(jié)合使用策略將是最有效的，因為每種具體策略可能只會產(chǎn)生微小的提升。
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