A medida que crece la demanda de dispositivos electrónicos compactos y eficientes, las fuentes de alimentación conmutadas evolucionan rápidamente. Este artículo analiza en profundidad los principales avances, aplicaciones e impacto en el mercado de esta tecnología, junto con consejos esenciales para seleccionar la fuente de alimentación adecuada en función de parámetros críticos como la eficiencia y el voltaje de salida.
Índice del contenido
Introducción a las fuentes de alimentación conmutadas
Tamaño del mercado y puntos de crecimiento
Categorías y parámetros comunes que vale la pena tener en cuenta
Últimos desarrollos
Conclusión
Introducción a las fuentes de alimentación conmutadas
Antes de la llegada del teléfono móvil, la revolución de la fuente de alimentación lineal a la fuente de alimentación conmutada se produjo en el desarrollo de la computadora personal. Mucha gente entiende la computadora (PC) en sí y conoce su modelo de procesador y el tamaño de la memoria. Pero es posible que algunos no sepan nada sobre su fuente de alimentación. Las primeras PC usaban fuentes de alimentación lineales.
En tan solo unas décadas, la tecnología de las fuentes de alimentación conmutadas ha dado un vuelco y el gran avance de los dispositivos semiconductores está detrás de ella. La tecnología eléctrica moderna está evolucionando en la dirección de:
- Verdeado
- Miniaturización
- Modularización
- Intelligence
- Modularización e inteligencia
- Digitalización y diversificación
Con características como el bajo consumo de energía, la baja contaminación, la baja corriente, la alta eficiencia y la alta integración, que se están convirtiendo gradualmente en la corriente principal, la tecnología energética también depende del desarrollo de componentes electrónicos y circuitos integrados. La nueva fuente de alimentación conmutada integra el tubo de conmutación de potencia y varios módulos de protección de salida para reducir aún más el volumen.
Tamaño del mercado y puntos de crecimiento
Según Estadísticas de la encuesta de Hengzhou ChengshiEl tamaño del mercado mundial de fuentes de alimentación conmutadas en 2022 es de aproximadamente 29.56 46.72 millones de dólares. Se espera que en el futuro se mantenga una tendencia de crecimiento constante y que el tamaño del mercado se acerque a los 2032 4.7 millones de dólares en XNUMX, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del XNUMX % durante el período de pronóstico.
Los principales fabricantes de fuentes de alimentación conmutadas a nivel mundial son DELTA, Lite-On Technology, Salcomp, Cosel, etc. Los tres principales fabricantes del mundo ocupan casi el 20% de la cuota de mercado. El mercado mundial de fuentes de alimentación conmutadas ha mostrado un crecimiento constante en los últimos años.
Este crecimiento se atribuye principalmente a la necesidad de miniaturización, eficiencia e inteligencia de los dispositivos electrónicos y al rápido desarrollo de áreas emergentes como los sistemas de energía renovable y los vehículos eléctricos.
Se espera que el mercado de fuentes de alimentación conmutadas continúe expandiéndose en los próximos años con la popularización de tecnologías como Internet de las cosas, la comunicación 5G y la inteligencia artificial.
Categorías y parámetros comunes que vale la pena tener en cuenta
Para comprender completamente la fuente de alimentación conmutada, es necesario comenzar examinando sus parámetros eléctricos, limitaciones de aplicación e indicadores relacionados para analizar y comprender su panorama completo. De esta manera, se brinda un soporte preciso y profesional para nuestras necesidades de uso o adquisición. A continuación, se incluye un ejemplo para ayudarnos a comprender mejor:
Parámetros eléctricos de la fuente de alimentación conmutada
Rango de voltaje de entrada
La fuente de alimentación conmutada acepta los valores mínimo y máximo de la tensión de entrada. Este rango suele depender del diseño de la fuente de alimentación y del entorno de aplicación. En el caso de la CA, la tensión de entrada oscila entre 85 y 264 V.
Tensión de salida
La fuente de alimentación conmutada proporciona el voltaje a la carga. Se adapta a las demandas de la carga (12 V).
Corriente de salida
El valor actual proporcionado por la fuente de alimentación conmutada a la carga durante el funcionamiento normal. (20 A).
Eficiencia de conversión
La eficiencia con la que una fuente de alimentación conmutada convierte la energía de una fuente de alimentación de entrada en energía de una fuente de alimentación de salida. Cuanto mayor sea la eficiencia de conversión, menor será la pérdida de energía y menor la emisión de calor de la fuente de alimentación (> 85%).
Frecuencia
La velocidad a la que una fuente de alimentación conmutada convierte un voltaje de entrada en un voltaje de salida, generalmente en kilohercios (kHz). Cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la pérdida de conmutación, pero también aumentará la dificultad de diseño y el costo de la fuente de alimentación conmutada (60 K – 90 KHZ).
Ondulaciones y ruido
Fluctuaciones pequeñas no deseadas (ondulaciones) y ruido de alta frecuencia en el voltaje de salida. Esto es especialmente importante para equipos electrónicos de precisión porque puede afectar el rendimiento del equipo (<80MV).
Método de enfriamiento: Aire acondicionado
función de protección
Incluye protección contra sobrecorriente (OCP), protección contra sobretensión (OVP), protección contra sobretemperatura (OTP) y protección contra cortocircuitos (SCP) para proteger los equipos de energía y carga contra daños.
Parámetros límite de aplicación relacionados con la fuente de alimentación conmutada
Capacidad de carga
La potencia o corriente máxima de una carga que puede soportar una fuente de alimentación conmutada. Si se supera este límite, la fuente de alimentación puede sobrecalentarse o dañarse.
Certificaciones de seguridad
La fuente de alimentación conmutada debe cumplir con estándares de seguridad y certificaciones, como UL, CE, RoHS, etc. Estas certificaciones garantizan la seguridad y la protección ambiental de la fuente de alimentación.
Son muchos los parámetros que forman también un número considerable de tipos de fuentes de alimentación conmutadas, entre ellos:
Clasificación por principio de funcionamiento.
Fuente de alimentación conmutada con modulación de ancho de pulso (PWM): La tensión de salida se controla ajustando el tiempo de encendido (ancho de pulso) del elemento de conmutación.
Fuente de alimentación conmutada con modulación de frecuencia de pulso (PFM): La tensión de salida se controla ajustando la frecuencia del elemento de conmutación.
Fuente de alimentación conmutada híbrida: Combina las características de las tecnologías PWM y PFM.
Fuente de alimentación conmutada resonante: El uso de circuitos resonantes para lograr la acción de conmutación, generalmente los componentes de conmutación funcionan en condiciones de voltaje cero o corriente cero.
Clasificación por topología
Convertidor directo: El voltaje de entrada se convierte directamente en voltaje de salida, a menudo utilizado para la conversión Buck.
Convertidor inverso: El voltaje de entrada es menor que el voltaje de salida y a menudo se utiliza para conversiones Boost.
Convertidor Push-Pull: Utiliza dos elementos de conmutación para trabajar alternativamente, aumentando la eficiencia y la potencia de salida.
Convertidor de puente completo: Utiliza cuatro elementos de conmutación para aplicaciones de alta potencia.
Convertidor de medio puente: Utiliza dos elementos de conmutación para aplicaciones de potencia media.
Convertidor de un solo tubo: Utiliza un solo elemento de conmutación para aplicaciones de bajo consumo.
Clasificación por campo de aplicación
Fuente de alimentación conmutada industrial: Adecuado para automatización industrial, equipos de comunicación, etc., que requieran alta confiabilidad y estabilidad.
Fuente de alimentación conmutada de grado comercial: Adecuado para edificios comerciales, equipos de oficina, etc., que requieran un mejor rendimiento y facilidad de uso.
Fuente de alimentación conmutada para el consumidor: Adecuado para electrodomésticos, ordenadores personales, etc., que requieran tamaño pequeño y bajo coste.
Fuente de alimentación conmutada de grado médico: Adecuado para equipos médicos que requieren estrictos estándares de seguridad y compatibilidad electromagnética.
Otras clasificaciones de fuentes de alimentación
Fuente de alimentación de comunicación: Fuente de alimentación tipo convertidor DC/DC utilizada en sistemas de comunicación.
Fuente de alimentación especial: Fuente de alimentación de alto voltaje y baja corriente, fuente de alimentación de alta corriente, fuente de alimentación de CA/CC de entrada de 400 Hz, etc.
Últimos desarrollos
Las frecuencias de conmutación han alcanzado ahora el nivel de MHz. Desde que se superó la barrera de los 20 kHz en la década de 1970, los avances tecnológicos han impulsado las frecuencias de conmutación al rango de 500 kHz a 1 MHz. La tecnología de conmutación suave, que teóricamente reduce las pérdidas de conmutación a cero, ha experimentado un desarrollo y una aplicación significativos.
Los diseños de circuitos clave incluyen circuitos cuasirresonantes, circuitos PWM de conmutación por cero y circuitos PWM de conversión por cero. Las tecnologías notables que han madurado incluyen la conmutación suave ZVS de puente completo con puente activo y la conmutación suave ZVS de puente completo con cambio de fase, las cuales pueden alcanzar una eficiencia superior al 90%.
La aparición de la tecnología de conmutación no ha eclipsado a la conmutación dura. Por el contrario, la combinación de ambas ha dado nueva vida a este campo. Las tecnologías de transición de corriente cero (ZCT) y transición de voltaje cero (ZVT) combinan las ventajas de baja pérdida de conmutación, alta frecuencia y ahorro de energía de la conmutación suave con las ventajas de filtrado y manejo de corriente de la conmutación dura.
La tecnología de rectificación síncrona también aumenta significativamente la eficiencia de la fuente de alimentación conmutada.
Al utilizar MOSFET de baja resistencia (menos de 3 mΩ) en lugar de diodos para la rectificación, un controlador sincroniza las señales de control de la compuerta con el voltaje rectificado, lo que minimiza las pérdidas de rectificación. Este método es particularmente eficaz para convertidores de potencia de alta corriente y bajo voltaje.
La tecnología digital mejora el rendimiento del producto al facilitar la interacción hombre-máquina a través de interfaces como teclados externos y pantallas de cristal líquido. Permite la comunicación de datos con computadoras host a través de RS485, RS232, bus CAN y otras interfaces, lo que permite la telemetría y el control remoto. Las fuentes de alimentación digitales también admiten mantenimiento en línea, autopruebas y actualizaciones a través de sus interfaces de red, lo que mejora significativamente la confiabilidad y la longevidad.
La modularización de los circuitos y sistemas de suministro de energía mejora la calidad al permitir a los diseñadores utilizar varios módulos funcionales de manera flexible. Esto mejora la eficiencia de fabricación, reduce los costos y el tamaño y mejora la confiabilidad.
Los fabricantes han integrado funciones de control como PFC, ZVS, ZCS, PWM, distribución de corriente paralela y control de puente completo con cambio de fase en chips especializados. Al agrupar dispositivos de conmutación de potencia, control, accionamiento, protección, detección y otros circuitos en un solo módulo, las personas pueden integrar funciones de control, dispositivos semiconductores de potencia y transmisión de información.
Conclusión
En resumen, la fuente de alimentación conmutada es una parte indispensable de los equipos electrónicos modernos, con importantes funciones y ventajas. En el desarrollo futuro de la ciencia y la tecnología, las fuentes de alimentación conmutadas seguirán desarrollándose y mejorándose para satisfacer las necesidades de los equipos electrónicos en términos de alto rendimiento, alta eficiencia, alta estabilidad y confiabilidad.
