برق پشت گرما: منابع تغذیه مطابق با بخاری های کارتریج 5 ولت
یک مهندس یک بخاری کارتریجی 5 ولتی با کیفیت بالا-و{2}}با توان 40 وات انتخاب میکند، آن را به خوبی نصب میکند و آن را به یک شارژر دیواری USB استاندارد متصل میکند. نتیجه ناامید کننده است: سیستم برای رسیدن به دما تلاش می کند. در حالی که بخاری اغلب سرزنش می شود، مقصر واقعی اغلب بی صدا در بالادست می نشیند: منبع تغذیه کم یا نامتناسب.
در سیستمهای جریان DC با-ولتاژ پایین-، رابطه بین منبع برق و بخاری صمیمی و غیرقابل بخشش است که توسط قوانین اساسی الکتریکی کنترل میشود. یک بخاری 40 وات در 5 ولت به جریان پیوسته 8 آمپر (I=P/V) نیاز دارد. رایجترین شارژرهای USB{8}}A به 2.4 آمپر یا کمتر محدود میشوند. حتی شارژرهای مدرن USB{11}}C Power Delivery (PD)، در حالی که قادر به 100 وات هستند، برای ارائه بیش از نمایههای استاندارد 5V/3A (15W) به پروتکلهای ارتباطی صریح نیاز دارند. به سادگی وصل کردن یک بخاری به یک پورت بدون مذاکره، انرژی آن را از بین می برد.
عواقب عرضه کم حجم
هنگامی که منبع تغذیه نتواند تقاضا را برآورده کند، سیستم به یکی از دو روش از کار می افتد:
محدودیت/خاموش شدن فعلی:منبع "هوشمند" با حفاظت جریان بیش از- دریچه گاز را کاهش می دهد یا خروجی را کاهش می دهد و از رسیدن بخاری به نقطه کار خود جلوگیری می کند.
کاهش ولتاژ:یک منبع ارزان قیمت و بدون تنظیم، ولتاژ خروجی خود را تحت بار کاهش می دهد. اگر بخاری به جای 5.0 ولت فقط 4.0 ولت دریافت کند، توان خروجی آن تقریباً به 64٪ از مقدار نامی خود (P ∝ V²) کاهش می یابد. بخاری "ضعیف" درک شده، در واقع یک بخاری گرسنه است.
موج بحرانی "شروع سرد".
چالشی که اغلب نادیده گرفته می شود این استجریان هجومییا افزایش "شروع سرد". سیم مقاومت (معمولا NiCr) دارای ضریب دمای مثبت (PTC) است. مقاومت آن در هنگام سرما می تواند به اندازه 1/10 تا 1/20 مقاومت گرمایش کمتر باشد. بنابراین، در لحظه روشن شدن-، افزایش جریان اولیه میتواند 10-20 برابر جریان حالت پایدار باشد. یک بخاری 8 آمپر ممکن است برای مدت کوتاهی 80-160 آمپر نیاز داشته باشد.
منبع تغذیه یا باید به اندازه کافی قوی باشد تا بتواند این جهش را بدون ایجاد حفاظت انجام دهد یا مدار کنترل باید دارای یکمکانیزم شروع نرم-. شروع نرم{1}}به تدریج ولتاژ/جریان را افزایش می دهد و هجوم را محدود می کند. این نه تنها از منبع تغذیه محافظت میکند، بلکه تنش حرارتی و مکانیکی روی سیمپیچ داخلی بخاری را کاهش میدهد و عمر مفید آن را افزایش میدهد-اصلی که مدتها در لوله خلاء و سایر کاربردهای گرمایش مقاومتی شناخته شده است.
دشمن پنهان: مقاومت سیم کشی
In a 5V system, every milliohm of resistance in the power path is a thief. For an 8A load, a cable and connection resistance of just 0.1 ohms will cause a 0.8V drop (V_drop = I*R). This leaves only 4.2V at the heater terminals, a 16% voltage loss resulting in a >30 درصد تلفات برق انرژی تلف شده به صورت گرما در سیم ها و کانکتورها ظاهر می شود. بنابراین، با استفاده ازهادی های کوتاه و ضخیم (16 AWG یا بزرگتر برای دویدن بیش از چند اینچ) و کانکتورهای جریان بالا- یک پیشنهاد نیست-این یک نیاز اساسی برای عملکرد است.
نیاز به قدرت پاک و پایدار
برای کنترل حرارتی دقیق، الفمنبع تغذیه DC تنظیم شدهضروری است. ولتاژ خروجی منبع تنظیم نشده با نوسانات خط AC و تغییرات بار تغییر می کند و باعث می شود خروجی بخاری تغییر کند. این امر کنترل پایدار PID را غیرممکن می کند و منجر به نوسانات دما می شود. یک منبع تنظیم شده با کیفیت یا یک برد راه انداز بخاری اختصاصی با کنترل PWM (مدولاسیون عرض پالس) از طریق ماسفت ها DC پایدار و تمیز لازم برای عملکرد ثابت را فراهم می کند.
نتیجه گیری: یک اکوسیستم قدرت کل نگر
عملکرد یک بخاری کارتریج 5 ولت به طور جدایی ناپذیری با کل اکوسیستم تحویل انرژی آن مرتبط است. مشخص کردن بخاری تنها اولین قدم است. طراحی سیستم باید شامل موارد زیر باشد:
A منبع تغذیهبرای ارائه موارد مورد نیاز رتبه بندی شده استجریان پیوستهدر 5 ولت و مقاومت در برابرافزایش جریان هجومی.
سیم کشی مناسببا حداقل مقاومت و پایانه های قوی.
تنظیم ولتاژبرای ثبات
مدار شروع نرم- برای افزایش طول عمر بخاری (برای واحدهای- با وات بالا).
برای مأموریتهای{0}}کاربردهای حیاتی، معماری تحویل نیرو باید در هماهنگی با مولفه حرارتی طراحی شود. ممیزی ظرفیت فعلی، سیم کشی و تنظیم اطمینان حاصل می کند که پتانسیل کامل-و وات نامی{3}} بخاری کارتریج در پایانه های آن محقق می شود و آن را از یک گلوگاه بالقوه به یک منبع گرمای قابل اعتماد و کارآمد تبدیل می کند.
