为您的电源选择佳的工作频率是一个复杂的权衡过程,其中包括尺寸、效率以及成本。通常来说,低频率设计往往是为高效的,其尺寸大且成本也高。调高频率可以缩小尺寸并降低成本,但会增加电路损耗。我们使用一款简单的降压电源来描述这些权衡过程。
我们以滤波器组件作为开始。这些组件占据了电源体积的大部分,滤波器的尺寸同工作频率成反比关系。另一方面,每一次开关转换都会伴有能量损耗;工作频率越高,开关损耗就越高,效率也就越低。较高的频率运行通常意味着可以使用较小的组件值。更高频率运行能够带来极大的成本节约。
图1 显示的是降压电源频率与体积的关系。频率为 100 kHz时,电感占据了电源体积的大部分(深蓝色区域)。如果我们假设电感体积与其能量相关,那么其体积缩小将与频率成正比例关系。由于某种频率下电感的磁芯损耗会极大增高并限制尺寸的缩小,在此情况下上述假设就不容乐观了。如果该设计使用陶瓷电容,那么输出电容体积(褐色区域)便会随频率缩小,即所需电容降低。另一方面,之通常会选用输入电容,是因为其具有纹波电流额定值。该额定值不会随频率而明显变化,其体积($区域)往往可以保持恒定。电源的半导体部分不会随频率而变化。这样,由于低频开关,无源器件会占据电源体积的大部分。当我们转到高工作频率时,半导体(即半导体体积,淡蓝色区域)开始占据较大的空间比例。
图1 :电源组件体积主要由半导体占据。
该曲线图显示半导体体积本质上并未随频率而变化,而这一关系可能过于简单化。与半导体相关的损耗主要有两类:传导损耗和开关损耗。同步降压转换器中的传导损耗与MOSFET 的裸片面积成反比关系。MOSFET 面积越大,其电阻和传导损耗就越低。
开关损耗与 MOSFET 开关的速度以及 MOSFET具有多少输入和输出电容有关。这些都与器件尺寸的大小相关。大体积器件具有较慢的开关速度以及更多的电容。图 2 显示了两种不同工作频率(F) 的关系。传导损耗 (Pcon)与工作频率无关,而开关损耗 (Psw F1 和 Psw F2)与工作频率成正比例关系。更高的工作频率 (Psw F2)会产生更高的开关损耗。当开关损耗和传导损耗相等时,每种工作频率的总损耗低。随着工作频率提高,总损耗将更高。
在更高的工作频率下,佳裸片面积较小,从而带来成本节约。实际上,在低频率下,通过调整裸片面积来小化损耗会带来极高成本的设计。转到更高工作频率后,我们就可以优化裸片面积来降低损耗,从而缩小电源的半导体体积。这样做的缺点是,如果我们不改进半导体技术,那么电源效率将会降低。
图2 :提高工作频率会导致更高的总体损耗。
如前所述,更高的工作频率可缩小电感体积;所需的内层芯板会减少。更高频率还可降低对于输出电容的要求。有了陶瓷电容,我们就可以使用更低的电容值或更少的电容。这有助于缩小半导体裸片面积,进而降低成本。
1.电力设备安装中的质量控制 “百年大计,质量”电力设备安装质量好坏直接影响以后电力设备的运行状况。电力工程施工过程中质量监控的范围较广,从设计图纸、原材料到分部分项工作施工,每一个环节都不能被忽视,熟悉和掌握监控的范围及重点,有利于事前采取措施,使质量处于预控状态,在一般情况下质量监控的范围及重点为: (1)学习及会审设计图纸是质量监控的首要环节。 (2)对原材料、半成品的质量监控是质量监控的关键环节。 (3)抓分部、分项工程按规定规程施工是质量监控的主要环节。 (4)关键部位、薄弱环节是质量监控的重点。 质量管理点可用于多种环节, 如推广新技术、质量难点、薄弱环节,要求达到高质量的分项等等,在质量控制的关键部位、薄弱环节上设置质量管理点, 采取事前控制, 往往能收到事半功倍的效果。有时看来是个薄弱环节,但由于事前采取了措施,设置了质量管理点,问题就迎刃而解。设置质量管理点是质量监控的一个有力手段。 2.自然环境侵害对电力设备的影响 在电力系统中,重要组成部分几乎都暴露于大自然中,并且还处于长期运行的状态下,不但要承受电力负荷以及正常机械载荷的作用,还要遭受日晒雨淋,如自然中的强风、雷击、地震、鸟害以及洪水等的影响侵害。这些因素都会使电力设备中的各种线路上的原件出现氧化、老化、腐蚀以及疲劳现象,使线路出现损坏, 从而影响电力设备的安全运行,提高电力设备安装运行维护成本。 |