Strømforsyning

I snart hundre år har vi overvåket relativt enkle strømparametere – strømstyrke og spenning. Opprinnelig var dette innen strømdesign hovedsakelig ment for å sikre at strømtilførselen var stabil og tilstrekkelig til å drive belastningen. Etterhvert som sentralisert strømgenerering økte og mer sofistikerte kraftforsyningssystemer gjorde sitt inntog innen kommersielle og industrielle bruksområder, fikk vi flere grunner til å måle og overvåke strømforbruket. Både kommersielle og private kunder begynte å bli mer interessert i hvor mye strøm de faktisk brukte (watts), og hvor effektivt de brukte den (energifaktor).

Frem til 1980-tallet var alle strømmålere elektromekaniske (analoge) enheter basert på grunnleggende elektromagnetiske prinsipper. Dette endret seg etterhvert som mikroprosessorindustrien vokste frem og endret hvordan vi alle lever og arbeider. Mikroprosessorer var snart å finne i det alle meste, og de ble slik standardkomponenter i digitalalderen. Innen strømstyringsfeltet ble mikroprosesser tidlig brukt i strømmålere og til kretsbeskyttelse. Fordelene var enorme: én digital måler kunne enkelt erstatte flere analoge målere. Denne overgangen fra analoge til digitale enheter førte til stor vekst innen strømmåling i løpet av 1990- og 2000-tallet. Likevel utgjør den veksten vi har sett i det siste, et stort skritt mot et nivå innen smarte løsninger. Nå forventer kunder nøyaktige og oppdaterte data for å hjelpe dem med å ta beslutninger og bidra til å maksimere produktiviteten og energieffektiviteten. Senere i denne artikkelen skal vi se på to hovedklasser innen strømforsyninger – lineære og automatvekslende strømforsyninger (SMPS) – men først tar vi en gjennomgang av integrerte løsninger, som gjør utvikling av strømforsyninger enklere.

Integrerte løsninger

Det finnes en rekke tilgjengelige integrerte løsninger. Disse spenner fra strømstyringskretser som forenkler designprosessen for strømforsyninger, til selvdrevne lineære og automatvekslende strømforsyninger.

Termen strømforsyningskrets (Power Management Integrated Circuit, PMIC) dekker et utvalg krets-chiper som normalt bruker elektronisk strømomformingsteknologi og/eller strømstyringsfunksjoner. Bruk av PMIC-chiper forenkler utvikling av strømforsyninger betraktelig, og de spenner fra enkle, enkeltfunksjonsenheter, slik som spenningsregulatorer eller vekslere, til mer komplekse PMIC-enheter, som kan integrere flere funksjoner, inkludert strømomforming, -overvåkning og -sekvensering.

Fullt integrerte løsninger er tilgjengelige som integrerte strømforsyninger. Disse utgjør en bruksklar løsning som kan kobles direkte til utstyrt ditt, og som kommer i både lineære utgaver og SMPS-utgaver og gir én eller flere spenningsskinner.

DC-DC-omformere

DC-DC-omformere gir enklere løsninger der likestrømsforsyninger er tilgjengelige, men ikke tradisjonelle likespenningsskinner. De er selvdrevne, stort sett kortmonterte og har merkeeffekter på opptil 200 W. DC-DC-omformere kan transformere opp eller ned og har normalt en effektivitet på over 90 %.

Level VI-standard for eksterne strømforsyninger

Tidlig på 2000-talet var det massevis av systemer og enheter som brukte strømforsyninger som ikke var designet for å slå seg av når enheten eller systemet var inaktivt, slik at de fortsatt hadde det samme strømforbruket som når enheten var slått på. Strømforsyninger kan fort forbruke 1 W, som når man ganger det opp med antallet enheter som kontinuerlig sto og trakk strøm, til sammen utgjør en enorm sløsing med energi.

Dette har ført til at myndigheter den siste tiden har skjerpet de lovpålagte kravene til utviklere av strømforsyninger for å øke energieffektiviteten. Utviklerne jobber nå for å etterleve selv de strengeste standardene for å sikre at produktene deres er egnet for salg internasjonalt.

Finn ut mer om Level VI-standarder for strømforsyninger i DesignSpark-artikkelen vår: Climb aboard the low-energy escalator

Lineære og automatvekslende strømforsyninger

I diagrammene nedenfor tar vi en kikk på to hovedklasser av strømforsyninger – lineære og automatvekslende strømforsyninger.

For å finne hvilken som passer for deg, bør du ta følgende faktorer med i betraktningen:
• dine produktspesifikke behov for merkeeffekt, beskyttelse, støynivå og responstid for transienter
• sikkerhet og elektromagnetisk kompatibilitet (EMC)
• effektivitetskrav
• relevante bransjestandarder og lovgivning vedrørende punktene ovenfor, inkludert, men ikke begrenset til: EMC-direktiver, CE-, TÜV-, FCC- og UL-sertifisering

 
Lineære strømforsyninger og spenningsregulatorer

Lineære strømforsyninger er enkle og greie å utvikle og vedlikeholde, men de kan regnes som noe utdaterte, da de ikke gir like god kontroll i forbindelse med moderne energieffektivitetskrav. Hovedfunksjonen til en lineær strømforsyning er å konvertere en variabel likespenning til en konstant, lavere og ofte spesifikk likespenning.

Konstant uttakseffekt er nødvendig i mange strømforsyningsoppgaver, men inntaksspenningen kommer fra mange forskjellige kilder og kan variere. En lineær spenningsregulator brukes derfor for å gjøre uttaksspenningen stabil.

Automatisk vekslende strømforsyninger (SMPS)

Sammenlignet med lineære strømforsyninger er automatvekslende strømforsyninger – eller SMPS som de ofte kalles – ofte mindre, lettere, rimeligere og mer effektive. Ulempene er at de er mer komplekse, krever flere komponenter og derfor også flere designhensyn. Likevel blir den økte kontrollen du får med SMPS-systemer, stadig viktigere for å redusere energisløsing. Navnet kommer av at likespenningen veksles mellom av og på ved svært høye frekvenser (vanligvis 10 kHz til 1 MHz) for å produsere en vekselstrøm som kan sendes gjennom en høyfrekvensinduktor eller transformator. Takket være de høye frekvensene som brukes, er det mulig å bruke lettere, mindre og rimeligere transformatorer Den høyfrekvente vekselstrømmen blir filtrert og likerettet for å produsere likespenning ved uttaket. Under ideelle omstendigheter vil SMPS oppleve null effekttap.

Kontakter i strømforsyninger

Alle strømdrevne systemer er avhengige av trygge og pålitelige metoder for strømtilførsel, så valg av riktig type kontakter og koblinger er en viktig del av designen. Du finner alt fra enkle rekkeklemmer til kraftige industrielle støpsler, og alt i mellom disse ytterpunktene, i RS Components’ digre sortiment av kontakter og koblinger noe som sikrer deg trygg strømtilførsel, uansett hva slags utstyr som skal forsynes.