Источники питания – как далеко мы продвинулись?
Недавно я обедал с клиентом, с которым мы работаем с конца 1990-х годов. За это время мы увидели много изменений, и, когда начался основной курс, мы начали говорить о том, как технологии электропитания продвинулись за эти годы. Это было наиболее заметно в области эффективности и удельной мощности.
Первым блоком, который он разработал с использованием XP Power, был блок питания размером 3 x 5 дюймов и мощностью 40 Вт. В то время это могло показаться революционным, но если учесть, что в его последнем продукте использовался блок мощностью 350 Вт в том же пространстве, становится ясно, насколько далеко мы продвинулись.
Технологический прогресс?
Я провел небольшое исследование по этому поводу после нашего рабочего обеда и, насколько я могу судить, самые первые импульсные источники питания были разработаны в 1958 году компанией IBM. Они были основаны на технологии электронных ламп. Примерно в то же время корпорация General Motors подала несколько патентов на ‘транзисторные колебания’.
Благодаря такому притоку технологических достижений дизайнеры внезапно получили возможность выбирать из множества компонентов и разных производителей, что дало им беспрецедентное количество вариантов и потенциально революционных проектов.
В центре внимания этого интенсивного периода разработки был традиционный линейный регулятор – самые яркие умы пытались придумать, как можно заменить устаревший трансформатор и резистивный метод изменения входного напряжения более эффективной конструкцией.
Идея, к которой они пришли, заключалась в использовании транзистора для уменьшения входного напряжения до среднего значения, меньшего, чем исходное входное (у нас на сайте есть фантастический запас технических статей, если вам нужно более подробное описание работы SMPS).
Благодаря более высокой эффективности и меньшему количеству магнитных материалов, новая технология была меньше, легче и выделяла меньше тепла.
Как и современные изобретения с такими характеристиками, это решение 1950-х годов было чрезвычайно привлекательным для предприятий в различных секторах – от электроники до аэрокосмической отрасли, от связи до вычислений.
Расчет мощности
В течение следующих нескольких лет появилось множество патентов и разработок, многие из которых мы используем до сих пор. В 1972 году компания Hewlett Packard использовала импульсный источник питания в своем первом карманном калькуляторе. В 1976 году был подан первый патент, в котором использовался термин «импульсный источник питания» (SMPS).
Калькулятор HP на самом деле был компьютером, хотя и в несколько ином формате, чем тот, который мы знаем сегодня. Тогда первоначальный дизайн весил более 40 фунтов. SMPS был использован в конструкции для экономии места и веса, что стало первым шагом на пути к сверхтонким и невероятно легким компьютерам, ноутбукам и планшетам, которые мы используем сегодня.
Точно так же производители аэрокосмической отрасли, размышляя о том, как можно сэкономить вес и пространство, также начали искать специальные импульсные источники питания для создания гораздо более эффективных конструкций.
Охлаждение в 70-х и 80-х?
1970-е годы были напряженным десятилетием, поскольку был сделан первоначальный прорыв и инновации продолжались весьма приличными темпами. Несколько компаний в Великобритании, США и Японии начали продавать стандартные источники питания.
На сегодняшний день существует около дюжины компаний, которые заявляют, что первыми успешно разработали и продали на рынок импульсный источник питания – так что мы не будем туда заходить!
В журналах по электронике того времени публиковались статьи и реклама SMPS. Лидером в то время была Boschert Inc., американская корпорация, основанная в Калифорнии. Он заменил источники питания для линейных принтеров на переключаемые.
В этой компании работало более 1000 человек, и она предлагала широкий ассортимент открытых, корпусных и модульных источников питания. В конечном итоге в середине 80-х годов она была приобретена компанией Computer Products Inc.
Компания Apple Computers впервые представила импульсный источник питания для компьютера Apple II в 1970-х годах. Эта небольшая, но высокоэффективная технология позволила Apple создать меньший по размеру и более легкий компьютер без охлаждающего вентилятора.
Этот тип конструкции с конвекционным охлаждением был уникальным для того времени. Технология обрела собственную жизнь и использовалась в десятках потребительских приложений. Блоки питания IBM PC также перешли в режим переключения, хотя и с охлаждающими вентиляторами, аналогичными тем, которые сегодня используются в блоках питания типа ATX.
В конце 1980-х и начале 1990-х мы были ошеломлены, когда стали доступны стандартные блоки питания размером 3 x 5 дюймов с входом с автоматическим выбором диапазона, который определял, подключен ли он к 120 В переменного тока или 230 В переменного тока, и соответствующим образом настраивал его. Эти продукты имели мощность 25–40 Вт или 1,66–2,66 Вт/дюйм2.
Встряска ЕС
По мере того, как все больше и больше компаний выходили на рынок, появились некоторые свободные отраслевые стандарты вокруг общих размеров, таких как 3×5”. Плотность мощности начала улучшаться по мере развития магнитотехники, переключающих транзисторов и микросхем контроллеров. Эти изменения обеспечили более высокую эффективность и сделали возможным улучшение плотности мощности.
