提高电源设计效率的 7 种方法

现代电源设计必须考虑多种因素日益增长的需求。高效率是这些考虑因素中最重要的一个。然而，随着设备尺寸的缩小和功能性的增加，实现高效率可能很困难。

电源效率是许多较小设计选择的产物。虽然这可能会使其难以优化，但这意味着有多种改进机会。以下是您可以采用的七种方法来设计更高效的电源。

1. 将电源与最终用途相匹配

最重要的整体设计考虑因素之一是使用正确类型的电源。这意味着要将其与设备的预期最终用途相匹配。

在大多数情况下，开关电源是最有效的选择。在需要精度和连续运行的工业应用中，更传统的线性电源可能更好。您还应该考虑预期的输入和输出电压，以确定最有效的架构。

考虑设备的工作环境。高温工业应用和温度变化很大的户外应用对电源性能有不同的影响。这些条件可能会使某些设计架构在现实世界中效率更高或更低，因此在规划阶段将它们纳入其中非常重要。

2. 使用正确的材料

高效的电源设计也与材料选择有关。不同的金属具有不同的热导率和电导率，导致电流通过时能量损失的变化。您必须将这些特性与您的 PSU 设计进行比较，以确定最适合该任务的材料。

请记住，您不必将自己限制在纯金属上。虽然硅可能是地壳中第二丰富的元素，并且具有高导电性，但镓和砷等添加剂可以带来与其他材料相似的特性，并且在某些条件下性能更好。

再次强调，考虑最终用途至关重要。有些材料在常温下效率很高，但在极端情况下可能很快导致过度的能源浪费。

3. 管理内部温度

温度不仅会影响某些材料的效率，还会对电源效率产生影响。无论架构或材料如何，您的系统在高温和极低温下都会退化并产生过多的能量损失。因此，温度控制系统在 PSU 设计中起着至关重要的作用。

许多现代电源类型可以在32-122 华氏度范围内舒适运行，但前提是有足够的气流。还值得考虑的是，由于高导热性组件的热辐射，内部温度可能比周围环境高得多。

对于任何大型电源来说，风扇和散热器都是必需的。另一方面，绝缘材料可能是必要的，以防止组件之间的热量传递，并防止在较冷环境中运行的设备因极低温度而受损。

4. 防止射频干扰

射频 (RF) 干扰是另一个至关重要但容易被忽视的因素。作为大型互联生态系统的一部分运行的设备将受到相当大的 RF 辐射。当今互联世界中的任何用例都必须处理一些 RF 干扰。虽然这种辐射对人类可能无害，但它会限制电源设计效率。

您可以通过几种不同的方法来防止射频干扰。法拉第笼、柔性垫圈、O 形环、电缆屏蔽和导电织物都是相对简单的解决方案。哪种方法最好取决于您的具体设计约束以及您可能需要通过的任何射频信号。

材料在这种保护中也发挥着关键作用。钢和铜都是廉价且有效的射频屏蔽材料，但它们很容易变热，从而引发与温度相关的效率问题。

5. 牢记长期绩效

在考虑这些 PSU 设计注意事项时，请记住，现在的效率可能在几年后就不再有效。最高效的电源在整个使用寿命期间都能保持其效率。仅在第一年提供这种性能的高效 PSU 并不理想。

确保电源具有长期效率在很大程度上是防止其磨损的问题。适当的温度管理将在很大程度上保持所需的材料特性。设计还应使水、灰尘和其他污染物远离敏感组件和通风口，以确保它们在多年的积累中能够有效工作。

让组件易于维护也很重要。模块化设计将使清洁和升级更加快捷，从而让 PSU 即使在出现异常磨损的情况下也能拥有更长、更高效的使用寿命。

6.考虑各个组件的功耗

有些设计可能会因为过度尝试提高电源效率而意外限制电源效率。正如制造过程中不必要的和过于复杂的步骤会浪费时间和精力(使额外处理成为精益生产中的八大主要浪费之一)一样，设计过于复杂也会抑制能源效率。

许多现代 PSU 使用有源组件来降低能耗。这些组件可能包括有源开关技术、用于温度控制的风扇或监控设备。虽然这些技术可以确保更高效的运行，但它们也需要电力。添加太多这些组件最终会导致收益递减。

跟踪每个组件的功耗。将其与累积效率驱动效果进行比较，以确定何时需要停止添加活动组件以最大程度地发挥其潜力。

7. 在制造之前测试电源设计

无论您的设计计算有多精确，您都必须在将电源设计投入生产之前对其进行测试。实际性能并不总是像纸面上那样，您希望尽可能减少物理原型迭代。

人工智能(AI) 和数字孪生可以在此阶段提供巨大帮助。这些技术可让您虚拟建模和测试您的设计，从而最大限度地减少研发成本和时间。由于人工智能在发现这些实验中的细微趋势方面表现出色，因此它可以更好地确定改进空间。因此，在某些情况下，这项技术将开发时间缩短了20%-50%。

记住在每个设计阶段后重新测试电源。原型设计后测试整个设备也很重要，因为其他组件可能会影响电源的效率。

高效的电源设计在当今至关重要

随着设备越来越小、能源问题越来越严重、对性能的要求越来越高，如今的电源设计必须高效。平衡所有这些期望可能很困难，但只要考虑所有影响因素，就有可能实现。

这七个步骤提供了多种方法来调整您的设计，以制造出更高效的电源。结合使用策略将是最有效的，因为每种具体策略可能只会产生微小的提升。