Trendy i zjawiska ostatnich lat

Zmiany w elektronice kształtowane są przez szereg trendów o uniwersalnym charakterze. Obojętnie, który z nich weźmiemy pod uwagę, okazuje się, że każdy z nich sprzyja wzrostowi zapotrzebowania na nowoczesne elementy indukcyjne. Najważniejszym czynnikiem z pewnością jest miniaturyzacja, która wymusiła na producentach powszechne stosowanie zasilaczy impulsowych, charakteryzujących się mniejszymi wymiarami i masą w stosunku do starszych konstrukcji bazujących na transformatorach sieciowych.

Jeśli chodzi o systemy zasilające, doszliśmy dzisiaj do tego, że zdziwienie budzi nie użycie zasilacza impulsowego, ale właśnie tradycyjnego, nawet w takich zastosowaniach, gdzie pozornie wymiary i masa nie mają większego znaczenia. Dowodem na to, jak wiele zaszło zmian w ostatnich latach jest również bogata oferta specjalizowanych konwerterów zasilających lub też gotowych zasilaczy modułowych, które pozwalają skorzystać z zalet wysokosprawnej konwersji mocy również tym konstruktorom, którzy nie są specjalistami w tej tematyce.

Układy te w większości bazują na standardowych podzespołach indukcyjnych, które można dzisiaj kupić tak samo jak inne elementy. W typowych realizacjach zasilania bardzo rzadko zachodzi konieczność wykonywania elementów indukcyjnych o indywidualnych parametrach, zwłaszcza dławiki daje się praktycznie zawsze kupić gotowe.

To samo dotyczy filtrów i elementów do układów wysokiej częstotliwości. Coraz łatwiej kupić również gotowe transformatory impulsowe, zwłaszcza w tych najpopularniejszych opcjach napięć i mocy wyjściowych lub wersje ukierunkowane na współpracę z popularnymi układami scalonymi, np. firmy Power Integrations.

Oprócz miniaturyzacji, zapotrzebowanie na omawiane w raporcie elementy ciągną w górę urządzenia przenośne, bezprzewodowe i cała elektronika zasilana z baterii. Skoro inżynierowie walczą o każdy procent sprawności i minutę czasu pracy z baterii, to jasne jest, że nie po to, aby zaoszczędzoną moc tracić w zwykłych liniowych stabilizatorach. Niestety impulsowa konwersja mocy nierozerwalnie wiąże się z transformatorami, dławikami i ogólnie elementami indukcyjnymi.

Bezindukcyjne układy zasilające bazujące na pompach ładunku nie nadają się do konwersji dużej mocy i poza nielicznymi wyjątkami wiele parametrów mają gorszych od rozwiązań z indukcyjnościami. Dlatego nie tylko nie ma odwrotu od indukcyjności w elektronice, ale wprost przeciwnie, z czasem jest ich coraz więcej.

Kolejnym zjawiskiem sprzyjającym popytowi są zmiany w samej elektronice, która jest zasilana coraz mniejszymi napięciami, a najczęściej kilkoma napięciami o różnej wartości. Różne techniki ograniczania pobieranej mocy takie, jak regulacja napięcia zasilającego w zależności od zapotrzebowania na moc obliczeniową, wyłączanie niepotrzebnych bloków, powodują, że najłatwiej jest je zapewnić właśnie w przypadku zasilania impulsowego, gdyż daje ono największe możliwości regulacji.

Liczba indukcyjności w zasilaczach rośnie też na skutek zmian prawnych wymuszających stosowanie układów korekcji współczynnika mocy, filtrów przeciwzakłóceniowych i wielu innych elementów zapewniających kompatybilność elektromagnetyczną, jak chociażby koraliki ferrytowe.

Wzrost częstotliwości pracy konwerterów ograniczył w dużym stopniu rozmiary dławików i transformatorów, nadal są one zwykle większe w stosunku do układów scalonych i innych elementów biernych w układach zasilających, niemniej nie aż tak duże jak dawniej. Jest to szczególnie widowiskowe w przypadku zasilaczy dużej mocy, które zadowalają się dławikami o indukcyjnościach wynoszących niekiedy nawet ułamkową część mikrohenra.

Producenci modułowych przetwornic do układów zasilania rozproszonego, jak też zasilaczy przeznaczonych do zabudowy wewnątrz urządzenia (tzw. wersje open-frame), walczą o każdy centymetr sześcienny zajmowanej objętości. Z punktu widzenia ich potrzeb wymiary elementów indukcyjnych muszą być zatem jak najmniejsze. Istotne są również straty mocy w uzwojeniach.

Elementy o dużej wartości indukcyjności zawierają zwykle wiele zwojów drutu, co powoduje, iż trudno od strony konstrukcji staje się utrzymać ich małą rezystancję dla prądu stałego. Wzrost częstotliwości pracy konwerterów jest zatem korzystny również z punktu widzenia sprawności przetwarzania energii.

Kolejnym pozytywnym zjawiskiem widocznym na rynku jest dobra dostępność usług wykonywania podzespołów indukcyjnych na zamówienie. Niestety mimo naprawdę szerokiej oferty produktów gotowych istnieje spora część aplikacji, które wymagają przygotowania wersji indywidualnej. Zaliczają się do nich głównie elementy wielouzwojeniowe takie jak transformatory impulsowe, elementy przeznaczone do układów rezonansowych, zasilaczy wysokiego napięcia wymagające specjalnej izolacji lub separacji uzwojeń. Indywidualne zamawianie czeka również klientów potrzebujących specjalnego ekranowania lub innej silniejszej ochrony przed emisją zaburzeń elektromagnetycznych.

Usługi nawijania elementów indukcyjnych wykonują wszyscy producenci zajmujący się tą tematyką, a także spora część firm dystrybucyjnych. Co więcej nawijanie na zamówienie dostępne jest również w przypadku zamawiania małych ilości, również pojedynczych sztuk do przeznaczonych do układów prototypowych, co zdecydowanie ułatwia prace konstrukcyjne. Atutem walki konkurencyjnej staje się dzisiaj nie oferowanie elementów prototypowych, ale szybkość, w jakim firma jest w stanie to zrobić, możliwość spełnienia nietypowych życzeń zamawiającego.

Ostatnim zjawiskiem, nie tylko istotnym już dzisiaj, jeśli chodzi o zapotrzebowanie na elementy indukcyjne, ale również bardzo perspektywicznym, są aplikacje wykorzystujące diody LED o dużej jasności. Diody niebieskie oraz białe mają na tyle duże napięcie przewodzenia, że w wielu zastosowaniach, gdy zasilanie realizowane jest z jednej lub dwóch baterii, konieczne jest użycie przetwornic podwyższających napięcie.

Zasilacze dla diod wykorzystujące dławiki pojawiają się także w przypadku, gdy konieczne jest stabilizowanie prądu diody lub jego precyzyjna regulacja. Zagadnienie to obejmuje dotyczy wyświetlaczy wielkoformatowych oraz precyzyjnych systemów oświetlenia o zadanej barwie światła. Zasilacze wykorzystujące miniaturowe transformatory pojawiają się nawet, gdy LED-y są zasilane z sieci 220V, gdyż duże dopuszczalne wahania napięcia w sieci energetycznej mogą być w ten sposób w sposób możliwie najmniej stratny zniwelowane.