Kombinationskredsdele – find producenter og leverandører

Koblingsstrømforsyninger er elektroniske strømforsyninger, der ikke konverterer og regulerer elektrisk energi lineært, men ved hurtigt at slå halvlederkontakter (normalt transistorer) til og fra.

I modsætning til lineære strømforsyninger reduceres effekttabet kraftigt, da effekthalvlederne overvejende er enten ledende (tændt) eller blokerede (slukket). I dag er switched-mode-strømforsyninger standard inden for næsten alle områder af elektronikken - fra opladere til industrielle systemer og servere.

Herunder finder du funktionaliteten og typerne af switching-strømforsyninger, deres brug og anvendelsesområder samt deres fordele og ulemper og de udfordringer, man skal være opmærksom på:

Sådan fungerer switching-strømforsyninger:

Driften af switching-strømforsyninger kan opdeles i flere successive trin:

1. Ensretning af input:
   Vekselspænding, f.eks. 230 V AC, ensrettes.
   Resultatet er en pulserende jævnspænding.
2. Mellemliggende kredsløb:
   Udjævning af jævnspændingen ved hjælp af kondensatorer.
   I strømforsyningsenheder med effektfaktorkorrektion (PFC) optimeres strømmen allerede her.
3. Højfrekvent kobling:
   En transistor, MOSFET eller IGBT, skifter jævnspændingen med frekvenser mellem ca. 20 kHz og flere 100 kHz.
   Dette giver en højfrekvent vekselspænding.
4. Energioverførsel og spændingsjustering:
   spændingen trappes op eller ned via induktorer eller transformatorer.
   Høj frekvens giver mulighed for små, lette komponenter.
5. Sekundær ensretning og filtrering:
   Den højfrekvente vekselspænding ensrettes igen.
   Filtre udjævner udgangsspændingen.
6. Regulering:
   Et feedback-loop måler udgangsspændingen.
   Pulsbredden eller skiftefrekvensen justeres for at give en konstant spænding eller strøm.

Vigtige typer af switching-strømforsyninger:

Ikke-isolerede topologier:
Disse strømforsyninger har ingen elektrisk isolering mellem indgang og udgang.

1. Buck-konverter:
   Reducerer en jævnspænding til et lavere niveau.
2. Boost-konverter:
   Øger en direkte spænding.
3. Step-up- og step-down-omformere (buck-boost, SEPIC, Ćuk):
   Kan både øge og mindske spændingen.

Typiske anvendelser er batterienheder, DC/DC-konvertere og interne strømforsyninger.

Galvanisk isolerede topologier:
Her overføres energien via en transformer, hvilket øger sikkerheden og fleksibiliteten.

1. Flyback-omformere:
   Enkelt design, ideelt til lav til middel effekt. Bruges ofte i opladere og plug-in-strømforsyninger.
2. Fremadrettet konverter:
   Bedre effektivitet end flyback, men mere kompleks. Bruges i industriel elektronik.
3. Push-pull-konverter:
   To switche driver transformatoren skiftevis. Velegnet til mellemstore effektniveauer.
4. Halvbro- og fuldbro-omformere:
   Meget høje udgange, god effektivitet. Typisk til serverstrømforsyninger, svejseudstyr og industrielle systemer.

Net- vs. DC/DC-koblede strømforsyninger:

1. AC/DC-koblede strømforsyninger:
   Konverterer netspænding til jævnspænding. Eksempler på dette: Strømforsyninger til bærbare computere, LED-drivere, strømforsyninger til husholdningsapparater.
2. DC/DC switched-mode strømforsyninger:
   Konverterer jævnspænding til en anden jævnspænding. Bruges typisk i køretøjer, indlejrede systemer og telekommunikation.

Anvendelsesområder for switching-strømforsyninger:

Switching-strømforsyninger er næsten allestedsnærværende:

1. Forbrugsgoder:
Smartphones, fjernsyn, spillekonsoller, opladere

2. IT og datacentre:
Strømforsyninger til pc'er, servere, UPS-systemer

3. Industrien:
Styring, automatisering, robotteknologi, frekvensomformere

4. Medicin og måleteknologi:
Effektiv og sikker forsyning af følsom elektronik

5. Vedvarende energi
Invertere, opladere til energilagringssystemer

6. Køretøjer og jernbaner:
Indbyggede netværk, DC/DC-konvertere, opladningsinfrastruktur

Fordele ved switching-strømforsyninger:

• Høj effektivitet: Typisk 80-95 % eller mere. Mindre strømtab og varmeudvikling.
• Kompakt design: Høje skiftefrekvenser tillader små transformatorer og spoler. Lav vægt, især relevant for mobile enheder.
• Bredt indgangsspændingsområde: Mange strømforsyninger fungerer i hele verden, f.eks. 90-264 V AC. Ideel til globale produkter.
• God styrbarhed: Præcis regulering af spænding eller strøm. Hurtig reaktion på belastningsændringer.
• Alsidighed: Kan nemt tilpasses til forskellige spændinger, strømme og effekter. Skalerbar fra milliwatt til kilowatt.

Ulemper og udfordringer:

På trods af deres fordele har switching-strømforsyninger også udfordringer:

• Elektromagnetisk interferens (EMC): Højfrekvent switching genererer interferenssignaler, som skal filtreres.
• Kompleksitet: Design, layout og kontrol er betydeligt mere krævende end med lineære strømforsyninger.
• Omkostninger ved lav effekt: Ved meget lav effekt kan lineære strømforsyninger være enklere og billigere.

Koblingsstrømforsyninger er meget effektive, kompakte og alsidige energiomformere, der fungerer ved hurtigt at skifte elektrisk strøm. Deres forskellige topologier gør det muligt at bruge dem i næsten alle effekt- og spændingsområder. På trods af deres større kompleksitet og EMC-krav opvejer deres fordele klart deres ulemper, og derfor er de blevet en uundværlig del af moderne elektronik.

Her finder du en oversigt over de vigtigste punkter, du skal overveje, når du køber switching-strømforsyninger:

At købe switching-strømforsyninger er meget mere end bare at vælge en passende udgangsspænding og effekt. Switch-mode strømforsyninger er sikkerhedsrelevante, levetidsbestemmende og ofte også standardkritiske komponenter i et samlet system. Forkerte beslutninger i indkøbsprocessen kan føre til pålidelighedsproblemer, EMC-fejl, godkendelseshindringer eller høje opfølgningsomkostninger i marken.
En velbegrundet evaluering tager derfor i lige høj grad hensyn til elektriske, mekaniske, termiske, normative og økonomiske aspekter.

• Det første, man skal tjekke, er det spændingsområde, som strømforsyningen skal bruges i. Ikke kun den nominelle spænding er vigtig, men også den:
• Tilladt spændingsområde. F.EKS. 90-264 V AC.
• Netfrekvensen.
• Tolerance over for spændingsdyk, overspændinger og netfejl.
• Opførsel ved ustabile net eller generatordrift.
• Robuste indgangsområder er særligt vigtige i industrielle miljøer eller i vækstlande.
• Den specificerede udgangseffekt bør ikke være permanent opbrugt. Professionelt overvejet:
• Maksimal kontinuerlig effekt.
• Anbefalede derating-kurver.
• Kortvarig spidsbelastningskapacitet.
• Begrænsning af indkoblingsstrøm og adfærd under belastningsspring.
• En effektreserve på omkring 20-30 % øger pålideligheden og levetiden betydeligt.
• Udgangsspændingens kvalitet er afgørende for mange anvendelser:
• Restkrusning (rippel og støj).
• Kontrolnøjagtighed.
• Regulering af belastning og net.
• Forbigående adfærd.
• Særligt følsom elektronik, sensorer eller kommunikationssystemer reagerer følsomt på spændingsudsving eller højfrekvent støj.
• En professionel switched-mode-strømforsyning bør tilbyde omfattende beskyttelsesfunktioner, herunder
• overstrømsbeskyttelse.
• Kortslutningsbeskyttelse.
• overspændingsbeskyttelse.
• beskyttelse mod overtemperatur.
• Detektering af underspænding.
• Den afgørende faktor er ikke kun tilstedeværelsen, men også opførslen i tilfælde af en fejl, f.eks. automatisk genstart, latch-off.
• Den krævede isoleringsklasse afhænger af anvendelsen. Følgende skal testes:
• Isolationsspænding.
• Krybe- og sikkerhedsafstande.
• Beskyttelsesklasse (I, II eller III).
• Inden for medicinal-, industri- og bygningsteknologi er ren elektrisk isolation helt afgørende.
• Afhængigt af anvendelsesområdet skal forskellige standarder opfyldes, f.eks
• IEC/EN 62368 (lyd, IT, kommunikation)
• IEC/EN 60601 (medicinsk teknologi)
• IEC/EN 61558 (transformere og strømforsyningsenheder)
• En professionel indkøbsafdeling kontrollerer, om certifikaterne er opdaterede og gyldige for målmarkedet.
• Switch-mode strømforsyninger er en hyppig kilde til elektromagnetisk interferens. Følgende er relevante:
• Overholdelse af EMC-grænseværdier.
• Ledede og udstrålede emissioner.
• Overtoner og effektfaktor.
• En integreret PFC (Power Factor Correction) er ofte obligatorisk for højere output og forbedrer også netværkskompatibiliteten.
• Ved international brug skal landespecifikke krav opfyldes, f.eks
• CE, UL/cUL, UKCA, CCC. samt andre regionale testmærker.
• Manglende godkendelser kan forsinke markedslanceringer betydeligt.
• Strømforsyningsenheden skal passe mekanisk til systemet:
• Åben printplade, lukket hus eller montering på topskinne.
• Dimensioner og vægt.
• Monteringstype og -position.
• Tilslutninger, terminaler og trækaflastning.
• Nem installation er en vigtig omkostningsfaktor, især i serieenheder.
• Det termiske design er afgørende for levetiden:
• Tilladt omgivelsestemperaturområde.
• Derating ved højere temperaturer.
• Naturlig eller aktiv køling.
• Krav til luftgennemstrømning.
• En strømforsyningsenhed, der permanent drives tæt på den maksimale temperatur, ældes betydeligt hurtigere.
• Kvaliteten af kritiske komponenter er afgørende:
• Elektrolytkondensatorer (temperatur- og levetidsklasse).
• Effekthalvledere.
• Transformatorer og chokes.
• Selvom komponenter af høj kvalitet øger købsprisen, reducerer de fejlomkostningerne i marken betydeligt.
• Producentens oplysninger om den gennemsnitlige tid mellem fejl (MTBF) skal være realistiske og forståelige. Det er også vigtigt:
• Referenceprojekter.
• Langsigtet tilgængelighed.
• Kendte fejltilstande.
• Et gennemprøvet produkt er ofte mere værdifuldt end et teknisk imponerende, men nyt design.
• Producent, forsyningskæde og service. Skal evalueres:
• Teknisk support.
• Dokumentation og applikationsnoter.
• Svartider på forespørgsler.
• Villighed til at foretage kundespecifikke tilpasninger.
• En kompetent producent er en strategisk partner, ikke bare en leverandør.
• Langsigtet tilgængelighed er afgørende, især for serieprodukter.
• Købsprisen alene er sjældent det vigtigste kriterium. Der bør tages hensyn til
• Energieffektivitet.
• Omkostninger til nedetid.
• Serviceomkostninger.
• Omkostninger til certificering og integration.
• En lidt dyrere strømforsyning kan være betydeligt billigere i løbet af produktets livscyklus.
• For produktfamilier er det en fordel at vælge strømforsyninger, der:
• Dækker flere spændinger.
• Kan kobles parallelt.
• Tilbyder valgfrie funktioner.
• Det forenkler lagerhold og produktvedligeholdelse.

Professionelt indkøb af switching-strømforsyninger kræver en holistisk tilgang, der går ud over de tekniske datablade. Ud over de elektriske parametre er overensstemmelse med standarder, beskyttelsesfunktioner, termisk design, levetid, producentens ekspertise og langsigtede økonomiske konsekvenser afgørende faktorer.
En systematisk udvalgt switching-strømforsyning øger pålideligheden af det samlede system, reducerer udviklings- og fejlomkostninger og bidrager væsentligt til et produkts markedssucces. Med en struktureret og fremadrettet tilgang til indkøb undgår man senere kompromiser - og dyre overraskelser i marken.

Switching power supplies kan købes fra forskellige leverandører. Omfattende information om producenter og leverandører af switching-strømforsyninger fra hele verden kan findes på Exportpages.