יעילות המרה של מתאם חשמל

מתאם מתח הוא בעצם שנאי משולב המורכב משנאי, ממיר AC/DC ומעגלים מייצבי מתח מתאימים. במילים פשוטות, יחידה משולבת זו מכילה שני מרכיבים עיקריים: השנאי והממיר הנוכחי. שני הרכיבים הללו צורכים מטבעם אנרגיה חשמלית, ומעגלי הייצוב הקשורים אליהם אינם יוצאי דופן. לכן, מתאם החשמל עצמו הוא גם מכשיר שצורך אנרגיה-.

לא ניתן להמיר את כניסת האנרגיה לאספקת החשמל ב-100% לאנרגיה שמיש עבור הרכיבים השונים בתוך המכשיר המארח. זו סוגיית יעילות ההמרה בה אנו דנים היום.

יעילות המרה היא אינדיקטור קריטי עבור מתאמי מתח. יעילות גבוהה פירושה שהמתאם עצמו סופג הפסדים קטנים יותר, מה שמוביל לחיסכון גדול יותר באנרגיה. יעילות ההמרה של מתאם מתח מוגדרת כהספק המוצא הכולל חלקי הספק המבוא הכולל: יעילות הספק η=Po / Pi. בנוסחה זו, Po מייצג כוח פלט, ו-Pi מייצג כוח קלט.

יש להתייחס לקשר בין יעילות ההמרה של מתאם החשמל לבין עליית הטמפרטורה שלו. מכיוון שהמתאם מאבד כמות מסוימת של חשמל, יעילות ההמרה שלו לא יכולה להיות 100%. הכוח שצורך המתאם מתבטא בחום. רמת החום שנוצרת תלויה בעיקר ביעילות ההמרה של המתאם ובגודלו הפיזי. בתנאים מסוימים של פיזור חום, למתאם תהיה עליית טמפרטורה ספציפית-ההפרש בין טמפרטורת המארז שלו לטמפרטורת הסביבה. שטח הפנים של המארז של המתאם משפיע ישירות על עליית הטמפרטורה הזו. ניתן לעשות הערכה גסה באמצעות נוסחה זו: עליית טמפרטורה=מקדם התנגדות תרמית × צריכת חשמל בלוק. בסביבות{10}}בטמפרטורה גבוהה, יש להוריד את המתאם כדי להפחית את צריכת החשמל שלו, ובכך להפחית את עליית הטמפרטורה ולהבטיח שהרכיבים הפנימיים לא יחרגו ממגבלות הטמפרטורה המקסימליות שלהם. מעבר לעמידה בדרישות התפעוליות של מכשירים אלקטרוניים, עליית טמפרטורת הפעולה משפיעה באופן משמעותי על ה-Mean Time Between Failures (MTBF) של המתאם כאשר הספק המוצא קבוע. יעילות גבוהה ועליית טמפרטורה נמוכה מביאה לחיי מוצר ארוכים יותר, גודל קטן יותר ומשקל מופחת. הדיון הזה בגודל מוביל אותנו באופן טבעי לנושא של צפיפות הספק.

הרוב המכריע של יצרני מתאמי החשמל משתמשים בצפיפות הספק כסטנדרט למדידת יעילות המוצר. צפיפות ההספק מתבטאת בדרך כלל בוואט לאינץ' מעוקב (W/in³). אם לא ניתן להשתמש במתאם בטווח הטמפרטורות הסביבתיות המקסימליות שצוין, ייתכן שהוא לא ישיג את הספק המוצא המרבי המוצהר. הספק המוצא הממוצע הזמין הוא צפיפות ההספק השמיש.

צפיפות הספק שמיש תלויה בגורמים הבאים:
■ א. כוח פלט נדרש.זהו ההספק הממוצע המרבי הנדרש על ידי האפליקציה.
■ ב. עכבה תרמית.מוגדר כעליית הטמפרטורה הנגרמת על ידי פיזור הספק, הנמדדת בדרך כלל במעלות /W.
■ C. טמפרטורת הפעלה מקסימלית של המארז.לכל רכיבי החשמל יש טמפרטורת פעולה מקסימלית של המארז. זה מתייחס לטמפרטורה הגבוהה ביותר שהאלמנטים הפנימיים של הרכיב יכולים לעמוד בהם במהלך הפעולה. כדי לשמור על אמינות, הפעולה חייבת להישאר מתחת לטמפרטורה זו.
■ ד. טמפרטורת סביבה הפעלה.זה מתייחס לטמפרטורת הסביבה-הגרועה ביותר במהלך פעולת הרכיב. אם רכיב חשמל מייצר יותר מדי חום ואינו יכול לפזר אותו במהירות מספקת למדיום שמסביב, הוא עלול להיכשל עקב חריגה מטמפרטורת הפעולה המובטחת שלו. לכן, בחירת גוף קירור מתאים היא אחד התנאים החיוניים לפעולת רכיב אמינה.

הפרמטרים העיקריים הנדרשים לתכנון תרמי של רכיבי חשמל הם כדלקמן:
■ 1. טמפרטורת צומת פעולת רכיב:מגבלת טמפרטורת ההפעלה המקסימלית המותרת עבור המכשיר, מסופקת על ידי היצרן או מחייבת על פי תקני המוצר.
■ 2. פיזור הספק של רכיבים:ההספק הממוצע במצב יציב- הנצרך על ידי המכשיר במהלך הפעולה, המוגדר כתוצר של זרם המוצא הממוצע של RMS וירידה במתח הממוצע של RMS.

■ 3. פיזור כוח של התקני חשמל:מתייחס ליכולת פיזור החום של מבנה פיזור חום ספציפי.

■ 4. התנגדות תרמית (R):עליית הטמפרטורה ליחידת פיזור הספק בעת מעבר חום בין מדיה.