Niskie napięcie, duży problem

 

(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.

 

Posłuchaj
00:00

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.

Zobacz więcej w kategorii: Opinie
Komponenty
GPSR i NIS 2 zmieniają warunki w dystrybucji
Elektromechanika
Farming 4.0 i Agriculture 4.0, czyli nowoczesne rolnictwo
Mikrokontrolery i IoT
Czas na mikrokontrolery z AI
Komunikacja
Zagłuszanie i podszywanie się pod GNSS to codzienność
Aktualności
Słuchawki z DSP zapewnią nam dźwięk przestrzenny
Zasilanie
Nanobaterie - małe wymiary, duże możliwości
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Statyczne
Logowanie
Targi krajowe
Warsaw Industry Week 2025 - 9. edycja
Targi krajowe
Targi przemysłowe SYMAS & MAINTENANCE
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów