wersja mobilna
Online: 430 Niedziela, 2016.12.11

Blogi

Niskie napięcie, duży problem

poniedziałek, 30 lipca 2007 15:05

 

(źródło: tgiltd.com)

Wraz ze wzrostem znaczenia urządzeń przenośnych oraz całej elektroniki konsumenckiej coraz więcej uwagi konstruktorów zajmuje obniżanie poboru mocy. To wielowymiarowe zjawisko dotyka każdego etapu konstrukcyjnego zarówno, jeśli chodzi o cały system, wchodzące w jego skład układy elektroniczne, jak i konstrukcję poszczególnych podzespołów. W ostatnim przypadku mniejszy pobór mocy wiąże się nieodłącznie z coraz mniejszą wartością napięcia zasilającego. W wielu zastosowaniach pozwala to zapewnić dłuższy czas działania z baterii, jak również ogranicza straty mocy związane z przełączaniem sygnałów cyfrowych, dlatego w ich przypadku już dawno pożegnaliśmy się z napięciem 5V, które przez wiele lat pełniło rolę standardowego poziomu zasilania układów cyfrowych i doszliśmy w okolice 1V. Dalsze obniżanie napięcia będzie już niezwykle trudne, poza tym ograniczenia fizyczne krzemu nie pozwolą chyba zejść z zasilaniem poniżej 0,8V.

 

Poza zasilanym niewielkim napięciem szybkim układem cyfrowym, cała reszta elektroniki wymaga wyższych napięć. Towarzysząca mikroprocesorowi pamięć wymaga zasilania nieco wyższego niż rdzeń, a więc około 1,6V, układy interfejsowe zasilane są napięciem 3,3V, a magistrale danych w dalszym ciągu zasila się z 5V. Wiele urządzeń wykonawczych, a zwłaszcza te, które zawierają w sobie elementy elektromechaniczne wymaga napięcia zasilania na poziomie 12V. Wyższych napięć w porównaniu do układów cyfrowych wymaga też szereg elementów elektronicznych takich jak białe diody LED, tranzystory mocy MOSFET, a nawet wzmacniacze audio. Kolejny próg wyznacza elektronika samochodowa zasilana z 12V lub 24V, a następnie urządzenia telekomunikacyjne, które tradycyjnie zasilane są napięciem 48V.

W efekcie złożony system elektroniczny może zawierać nawet dziesięć wewnętrznych szyn zasilających, każdą o innych parametrach napięciowo-prądowych. Szybki i energooszczędny mikroprocesor coraz częściej jest otoczony tak rozległym lasem przetwornic i konwerterów, że mam wątpliwości, czy w sumie prowadzi to do jakiś oszczędności. Przecież konwersja napięcia nie odbywa się w sposób bezstratny, a same przetwornice też nie należą do najtańszych komponentów.

O ile napięcia zasilające w elektronice są coraz mniejsze, to z pewnością nie da się tego powiedzieć o całej reszcie świata. W energetyce ograniczenie strat mocy przy przesyłaniu energii oznacza dokładnie odwrotne działanie związane z powiększaniem napięcia. Podobne zjawiska obserwujemy w motoryzacji, która wprawdzie powoli, ale konsekwentnie przechodzi na trzykrotnie wyższe zasilanie, po to, aby ograniczyć straty mocy. Wysokie napięcia towarzyszą też elektronice medycznej, zastosowaniom przemysłowym, w kolejnictwie, automatyce, systemach sterowania, systemach oświetlenia i szeregu innych podobnych dziedzinach. Można nawet powiedzieć, że duża część obszarów, które z czasem zajmuje elektronika, operuje na relatywnie wysokim napięciu zasilającym.

W efekcie jeden wspólny i uniwersalny cel, jakim jest ograniczenie zużycia energii, rozdwaja się na dwa idące w przeciwną stronę trendy konstrukcyjne. Zapanowanie nad nimi w obrębie jednego produktu staje się coraz bardziej kosztowne i złożone. Komplikacja systemu zasilającego zapewniającego optymalne działanie podzespołów i minimalizację pobieranej przez nie mocy niejednokrotnie jest tak duża, że główny cel związany z minimalizacją pobieranej mocy przypomina linię horyzontu, oddalająca się od obserwatora w miarę zbliżania.

Dziesiątki napięć zasilających współczesną elektronikę z pewnością są korzystne dla producentów szybkich mikroprocesorów i innych złożonych układów cyfrowych. Oni tworzą optymalne konstrukcje i słabo interesują się tym, co dzieje się poza ich układem, pozostawiając wytworzenie potrzebnych napięć projektantom systemu. Świetny interes robią producenci konwerterów i systemów zasilających, dla których każde dodatkowe napięcie oznacza zysk ze sprzedaży. Dlatego ten komu uda się zapanować nad tym rosnącym bałaganem i znaleźć sposób na pogodzenie dwóch światów zasilania, ma z pewnością szansę na nagrodę Nobla.

 

Robert Magdziak

Elektronik bloguje

Trendy, zjawiska i nowe technologie pojawiające się rynku elektroniki, to tematyka unikalnego w skali kraju zawodowego bloga poświęconego elektronice profesjonalnej, prowadzonego przez redaktora naczelnego Magazynu Elektroniki Profesjonalnej "Elektronik" – dr. inż. Roberta Magdziaka. Blog jest okazją do spojrzenia na problemy i wyzwania, jakie stoją przed środowiskiem inżynierów elektroników w Polsce oczami osoby, która jest obecna w branży od 15 lat. Komentarze do wpisów można wysyłać bezpośrednio e-mailem do autora. Zapraszamy do lektury!