Essay über Wirkungsgrad

Was ist gut und was ist schlecht…

Sie müssen die tatsächliche Wirkungsgrad Ihres Wandlers gut kennen. Ohne Wirkungsgradkoeffizient werden Sie die primäre Stromquelle nicht richtig auswählen, Sie werden nicht wissen, wie viel Strom im Wandler selbst verbraucht wird, und Sie werden nicht herausfinden, wie er gekühlt werden soll. Gerade die Wirkungsgrad bestimmt die Überhitzungstemperatur des DC/DC- oder AC/DC-Wandlers in Bezug auf die Umgebung, und immerhin reduzieren alle zusätzlichen 10 Grad die Betriebszeit zwischen Ausfällen um etwa die Hälfte!!!

Wie wäre es einfach für den Entwickler, wenn der Wirkungsgrad nicht nur bekannt, sondern auch konstant wäre. Er ändert sich jedoch, dies zeigt sich insbesondere bei den oben genannten isolierten Wandlern und mit einem weiten Eingangsspannungsbereich.

Wovon hängt Wirkungsgrad ab? Es hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab: von der Struktir des Wandlers von der Kategorie des technischen Niveaus der Elementbasis, vom zugeteilten Bauvolumen, von elektrischen, klimatischen und sogar mechanischen Anforderungen und ganz wesentlich vom Talent der Entwickler und dem eingesetzten Know-how. Was aber die Wirkungsgrad beeinträchtigen kann, es sind falsch eingestellten technischen  Spezifikationen.

Ich kann mich gut an die Zeiten erinnern, als die Anforderungen an Geräte, als die Anforderungen an Geräte, die sich im geschützten Volumen des gesamten Produkts befinden, von der allgemeinen technischen Spezifikationen fürs gesamte Produkt vorgegeben wurden! Stellen Sie sich eine einzigartige Situation eines Kunden vor: beweisen Sie, dass Ihr Stromversorgungsgerät bei einer Umgebungstemperatur von 300 Grad 10 Minuten arbeiten kann! Man musste extrem teure Tests nachweisen und durchführen bei denen alle Epoxidklebstoffe kohlenschwarz wurden und das Lot vom Gerätegehäuse tropfte. Und die Argumente, dass 300 Grad aerodynamische Erwärmung auf der Außenseite des Produkts ist und diese gleichen Grade, obwohl in den technischen Anforderungen aufgezeichnet sind, können nicht durch den Polyurethanschaum schnell in das Produkt schleichen und in 10 Minuten das Stromversorgungmodul erreichen, wurden als nicht bestätigte Demagogie gerechnet. Nun, ein bisschen fabelhaft erzählt, aber basierend auf der realen Tatsache! Also, wenn bei der Aufgabenstellung Ihnen gesagt wird: „Umgebungstemperatur …“, fragen Sie genau – Was und wen umgibt die Temperatur und die Umgebung…

Also, zum Aufsatz!

Ideale Situation: Sie geben dem Hersteller viel Hoffnung auf einen Großauftrag und eine höhere Preisvereinbarung. Und das Ergebnis: auf Ihren Wunsch bekommen Sie für Ihr potenzielle Modul eine Lastwirkungsgradabhängigkeit. Zu 99% zuversichtlich, wie in Abb. 1 dargestellt ist.

Abb. 1: Nahezu Ideale (1) und reale (2) Wirkungsgradkurven für das isolierte Stromversorgungsmodul. 

Kommentare: Als Beispiel sind typische Wirkungsgradkurven für eine Ausgangsspannung von 5 VDC und eine Eingangsspannung von 24 VDC angegeben. Ein sehr häufiger Fall ist, dass der Wirkungsgrad in der Zone schnell auf 10-20% steigt und zu 88-89% tendiert. Das ist ein sehr guter Indikator, auch für Schema mit synchroner Gleichrichtung. Natürlich handelt es sich um Niedrigleistungsstrommodule.

Module mit solchen Eigenschaften werden Sie aus vielen Gründen nicht kaufen können. Es ist möglich, ein Labormuster selbst zu schaffen. In der Realität, werden hergestellte in Großmengen Modulen jedoch eine merkliche Eigenschaftszerstreuung der verwendten Elementbasis Module, die Großproduziert sind, werden jedoch eine merkliche Eigenschaftszerstreuung der verwendeten Elementbasis haben. Die Zerstreuung der entstehenden Eigenschaften der Wicklungselemente – Transformatoren und einer Drossel, bekommen unbedingt die Auswirkung der Temperatur in einigen Bereichen innerhalb der Konstruktion auf die Verlustleistung bis zu Messgerätefehlern. Im Allgemeinen, sendet Ihnen ein anständiger Hersteller eine Wirkungsgradkurve unter  Berücksichtigung aller Faktoren, d.h. mit einem gewissen Spielraum niedrigere, reale Kurve. Sie ist als Kurve 2 dargestellt. 

Die Kurve 2 ist ein guter Fall einer typischen Kurve. Es bleibt Ihnen, die erwartende Leistung einzustellen, d.h. solche Leistung, mit der das Modul die meiste Zeit arbeiten wird, und bei der Berechnung der Ausrüstung und des Kühlers nehmen erhaltende Wirkungsgrad. In den meisten Fällen, wird der Wirkungsgrad eines optimal projizierten Moduls bei einer Last von ca. 70% maximal, was in vielen Hinsichten ein sehr guter Punkt ist. Zuerst, aus Zuverlässigkeit, aus der folgt mit welcher Leistung müssen Sie Module kaufen. Wenn Ihre erwartete Leistung 10 Watt beträgt, sollten Sie ein Modul mit einer maximalen Leistung von 15 Watt kaufen!

Charakteristische Grafikbereiche – Wirkungsgrad ist konstant bei Lasten von 50% bis 110%, obwohl seine Reduzierung 2-3% erreichen kann. Bei diesem Wert wird eine Last von 110% als praktischer Überlastschutz dargestellt – es ist unmöglich an dieser Stelle mit einem erfolgreichen, langfristigen Halt zu rechnen, und rechts man kann auf keinen Fall ohne den Hersteller darüber zu informieren (beim Order)!

Das Wirkungsgraddiagramm mit einer Last von 110-140% ist erforderlich, um die Situation unter den Bedingungen der technologischen Zerstreuung der Schutzschwelle, Temperatureinfluss, Versorgungsspannung usw. vorherzusagen. Für die Entwickler des Wandlers zeigt dieser Teil des Diagramms eine ausreichende Versorgung in der Schema und in der Konstruktion des Stromwandlers.

Laut dem Grafik – Abb. 1., bekommen Sie die Hoffnung einen Wirkungsgrad von mindestens 84% zu haben. Die Realität kann Ihnen jedoch Probleme bereiten, wenn Sie andere, unmittelbar sichtige Faktoren nicht berücksichtigen, die den Wirkungsgrad beeinflussen. Betrachten wir einen der charakteristischsten Fälle – die Auswirkung von Spannungsschwankungen, Abb. 2.

Abb. 2: Ideale (1) und reale (2, 3, 4) Wirkungsgradkurven für ein isolierter Stromversorgungsmodul bei signifikanten Schwankungen der Eingangsspannungen unter Bedingungen bedeutenden Schwankungen der Eingangsversorgungsspannungen.

Leider werden Sie feststellen, dass die optimale Lastfläche des Wandlers dramatisch auf 70%-100% gesunken ist und die Hoffnung auf einen hohen Wirkungsgrad ist zusammengebrochen. Jetzt um den Kchlkorper zu berechnen, müssen Sie maximal mit 80% des Wirkungsgrades zu rechnen!

Ich möchte nicht einmal über die Auswirkung der Temperatur auf den Wirkungsgrad schreiben, sie ist schlecht. Erstaunlich ist, dass von Hersteller in Datenblättern die Diagrammen weder der Regime-Punkt der Messung von Diagrammen noch die Temperatur angegeben sind …

Abschließend werde ich ein kleines Beispiel geben, das die Bedeutung des Ausdrucks „was ist gut und was ist schlecht“ erlätuetert.

Erstens sind sehr viele Systemwissenschaftler und Konstrukteure nicht in der Lage, die Wärmezerstreuungsleistung im Wandler zu bestimmen. Sie nehmen 100% des Wirkungsgrads entnehmen gemessenen Wirkungsgrad, zum Beispiel 80%, und gehen davon aus, dass die restlichen 20% die Verlust bzw. Wärme ist, die zur Berechnung des Kühlers verwendet wird. Hier ist der Moment der Wahrheit: In diesem Beispiel beträgt der Wärmeverlust nicht 20%, sondern 25%! Nun, das ist für die Kleinen. Ich bin mir absolut sicher, dass Sie die Formel zur Berechnung der Zerstreuungskraft auswendig können:

Р Zerstr = РAusg . (1 – Wirkungsgrad) / Wirkungsgrad, dabei werden Sie den Kühler richtig berechnen.

Ratschläge :

  1. Fragen Sie nach eine Graphische Darstellung des Wirkungsgrades des Wandlers, die unter Bedingungen erstellt wurde, die Ihrer spezifischen Anwendung möglichst nahe kommen.
  2. Vermeiden der weiten Netz-Eingangsspannung des Wandlers, kämpfen Sie mit Systemwissenschaftler, die die Systemspezifikationen herausgeben, während und sich formal auf einen Standard verlassen – d.h. den GOST-Standard in russischen Regionen (häufig wurden die GOST-Stromversorgungsnormen von Leuten geschrieben, die nicht in der Elektronik qualifiziert sind! ).
  3. Stellen Sie sicher, dass die technischen Spezifikationen einen klaren, maximal reduzierten Eingangsspannungsbereich haben, der langfristig im Betriebsfeld verwendet wird.

Generaldesigner der AEPS-GROUP Alexander Goncharov.