Siltuma jauda: barošanas avotu saskaņošana ar 5 V kārtridžu sildītājiem

Inženieris izvēlas augstas-kvalitatīvas 5 V vienas-galviņas kasetnes sildītāju, kas spēj izturēt 40 vatus, to precīzi uzstāda un pievieno parastam USB sienas lādētājam. Rezultāts ir neapmierinošs; sistēmai ir problēmas sasniegt pareizo temperatūru. Cilvēki parasti vaino sildītāju, taču īstā problēma parasti ir maza izmēra vai neatbilstošs barošanas avots, kas mierīgi atrodas augšpus straumei.

Zema-sprieguma, lielas-strāvas līdzstrāvas sistēmās strāvas avots un sildītājs atrodas ļoti tuvu viens otram, un tos nevar mainīt saskaņā ar elektriskajiem pamatnoteikumiem. Lai darbinātu 40 W sildītāju ar 5 V spriegumu, nepieciešama vienmērīga 8 ampēru strāva (I=P/V). Lielāko daļu USB-A lādētāju var uzlādēt tikai ar 2,4 A vai mazāku spriegumu. Pat pašreizējie USB{11}}C barošanas piegādes (PD) lādētāji var nodrošināt vairāk nekā pamata 5 V/3 A ​​(15 W), ja tie ir iestatīti tā. Vienkārši pievienojot sildītāju portam, par kuru nav panākta vienošanās, tiks pārtraukta tā jauda.


Kas notiek, ja piedāvājums ir pārāk mazs

Ja strāvas avots nevar apmierināt pieprasījumu, sistēma sabojājas vienā no diviem veidiem:

Strāvas ierobežošana/izslēgšana: "viedā" barošana ar aizsardzību pret pārspīlētu{0}}strāvu ierobežos vai izslēgs jaudu, neļaujot sildītājam sasniegt savu darbības punktu.

Sprieguma samazināšanās: lēta, neregulēta barošana zaudēs izejas spriegumu, kad tā būs zem slodzes. Ja sildītājs iegūst tikai 4,0 V, nevis 5,0 V, tā jauda samazinās līdz aptuveni 64% no tā, kādai tai vajadzētu būt (P ∝ V²). Sildītājs, ko cilvēki uzskata par "vāju", patiesībā nesaņem pietiekami daudz jaudas.

Svarīgs "aukstā starta" pieaugums

Iedarbināšanas strāva, ko bieži sauc par "aukstās palaišanas" pārspriegumu, ir problēma, kas bieži tiek ignorēta. Vadam, kas pretojas (parasti NiCr), ir pozitīvs temperatūras koeficients (PTC). Aukstā laikā tā pretestība var būt 1/10 līdz 1/20 daļa no tā, kāda tā ir karstā laikā. Tātad, kad strāva ir ieslēgta, pirmais strāvas pieaugums var būt 10 līdz 20 reizes lielāks par līdzsvara stāvokļa strāvu. 8A sildītājam īsu laiku var būt nepieciešams 80 līdz 160 A.

Strāvas padevei ir jābūt pietiekami spēcīgai, lai izturētu šo pārspriegumu, neieslēdzot aizsardzību, vai arī vadības ķēdei ir jābūt mīkstajai -startēšanas funkcijai. Mīkstais -starts lēnām palielina spriegumu un strāvu, kas ierobežo iedarbināšanu. Tas ne tikai aizsargā strāvas padevi, bet arī samazina sildītāja iekšējās spoles termisko un mehānisko spriegumu, kas padara sildītāja kalpošanas laiku ilgāku. Tas ir vakuuma caurulēs un citos pretestības apkures lietojumos jau ilgu laiku pazīstams princips.

Ienaidnieks, kuru neredzat: vadu pretestība

In a 5V system, every milliohm of resistance in the power path is a thief. If the load is 8A and the cable and connection resistance is only 0.1 ohms, the voltage will drop by 0.8V (V_drop = I*R). The heater terminals now only have 4.2V, which is a 16% voltage loss that leads to a >30% jaudas zudums. Iztērētā enerģija tiek parādīta kā siltums vados un savienotājos. Tāpēc īsu, biezu vadu (16 AWG vai lielāku, ja vadu garums pārsniedz dažas collas) un augstas strāvas-strāvas savienotāju izmantošana nav tikai ieteikums; tā ir veiktspējas pamatvajadzība.

Nepieciešamība pēc stabilas, tīras jaudas

Precīzai temperatūras vadībai ir nepieciešams kontrolēts līdzstrāvas barošanas avots. Neregulētas barošanas avota izejas spriegums mainās, mainoties maiņstrāvas līnijai un slodzei, kas izraisa sildītāja izejas dreifēšanu. Tādējādi nav iespējams uzturēt nemainīgu PID kontroli, kas izraisa temperatūras paaugstināšanos un pazemināšanos. Labs regulēts barošanas avots vai atsevišķa sildītāja draivera plate ar PWM (impulsa platuma modulācijas) vadību, izmantojot MOSFET, nodrošina stabilu, tīru līdzstrāvu, kas nepieciešama uzticamai darbībai.

Secinājums: viss{0}}viss-enerģijas sistēma

5 V kārtridžu sildītāja veiktspēja ir tieši saistīta ar veidu, kā tas saņem elektrību no pārējās sistēmas. Sildītāja izvēle ir tikai pirmais solis. Sistēmas dizainā jāiekļauj:

Barošanas avots, kas var nodrošināt nepieciešamo nepārtraukto strāvu pie 5 V un izturēt ieslēgšanas strāvas pārspriegumu.

Pareiza elektroinstalācija ar zemu pretestību un stipriem galiem.

Sprieguma regulēšana, lai lietas būtu stabilas.

Mīkstās -startēšanas shēma, lai sildītājs darbotos ilgāk (ierīcēm ar lielu jaudu).

Strāvas padeves arhitektūra ir jāizstrādā tā, lai tā darbotos ar termisko komponentu misijai{0}}kritiskām lietojumprogrammām. Strāvas jaudas, vadu un regulēšanas pārbaude nodrošina, ka kasetnes sildītāja spailēs ir sasniegts pilns potenciāls un nominālie vati. Tas pārvērš to no iespējamās vājās vietas par uzticamu un efektīvu siltuma avotu.