Nguồn cung cấp năng lượng – chúng ta đã đi được bao xa?
Gần đây tôi đã ăn trưa với một khách hàng mà chúng tôi đã làm việc cùng từ cuối những năm 1990. Chúng tôi đã thấy rất nhiều thay đổi trong thời gian đó và khi khóa học chính đến, chúng tôi bắt đầu nói về công nghệ cung cấp điện đã phát triển như thế nào trong những năm qua. Điều này được thể hiện rõ nhất trong lĩnh vực hiệu quả và mật độ năng lượng.
Thiết bị đầu tiên anh thiết kế sử dụng XP Power là PSU 3 x 5 inch 40W. Điều đó có thể được coi là một cuộc cách mạng vào thời điểm đó nhưng khi bạn xem xét rằng sản phẩm gần đây nhất của anh ấy sử dụng bộ 350W trong cùng một không gian, bạn sẽ thấy rõ chúng ta đã đi được bao xa.
Tiến bộ công nghệ?
Tôi đã thực hiện một nghiên cứu nhỏ về vấn đề này sau bữa trưa làm việc của chúng tôi và theo như tôi có thể nói, bộ nguồn chuyển đổi chế độ đầu tiên được IBM thiết kế vào năm 1958. Chúng dựa trên công nghệ ống chân không. Một số bằng sáng chế về ‘dao động bóng bán dẫn’ đã được General Motors Corporation nộp cùng thời gian đó.
Với làn sóng tiến bộ công nghệ này, các nhà thiết kế đột nhiên có thể chọn từ nhiều thành phần và nhiều nhà sản xuất, mang lại cho họ số lượng tùy chọn chưa từng có và các thiết kế có khả năng mang tính đột phá.
Trọng tâm của giai đoạn phát triển chuyên sâu này là bộ điều chỉnh tuyến tính truyền thống – những bộ óc thông minh nhất đang cố gắng tìm ra cách họ có thể thay thế máy biến áp và phương pháp điện trở lỗi thời để thay đổi điện áp đầu vào bằng một thiết kế hiệu quả hơn.
Ý tưởng mà họ thực hiện là sử dụng một bóng bán dẫn để giảm điện áp đầu vào xuống với giá trị trung bình nhỏ hơn giá trị đầu vào ban đầu (chúng tôi có một kho bài viết kỹ thuật tuyệt vời trên trang web nếu bạn muốn mô tả chi tiết hơn về hoạt động của SMPS).
Với hiệu suất cao hơn và cần ít vật liệu từ tính hơn, công nghệ mới nhỏ hơn, nhẹ hơn và tạo ra ít nhiệt hơn.
Giống như những phát minh hiện đại có những đặc điểm đó, giải pháp của những năm 1950 này cực kỳ hấp dẫn các doanh nghiệp trong nhiều lĩnh vực – từ điện tử đến hàng không vũ trụ và truyền thông đến điện toán, đã có rất nhiều người áp dụng sớm, mỗi người đều đang chạy đua để tận dụng tốt nhất công nghệ cung cấp điện mới này.
Tính công suất
Trong vài năm tiếp theo, một loạt bằng sáng chế và thiết kế đã xuất hiện – nhiều trong số đó chúng ta vẫn sử dụng cho đến ngày nay. Năm 1972, Hewlett Packard sử dụng bộ nguồn chuyển mạch trong máy tính bỏ túi đầu tiên của mình. Năm 1976 chứng kiến bằng sáng chế đầu tiên sử dụng thuật ngữ cung cấp năng lượng chuyển đổi chế độ (SMPS).
Máy tính của HP thực sự là một chiếc máy tính – mặc dù có định dạng hơi khác so với những gì chúng ta biết ngày nay. Hồi đó, thiết kế ban đầu nặng hơn 40 pound. SMPS được sử dụng trong thiết kế để tiết kiệm cả không gian và trọng lượng, đánh dấu bước đầu tiên hướng tới máy tính, máy tính xách tay và máy tính bảng siêu mỏng và cực kỳ nhẹ mà chúng ta sử dụng ngày nay.
Tương tự, các nhà sản xuất hàng không vũ trụ đang xem xét cách họ có thể tiết kiệm trọng lượng và không gian cũng bắt đầu hướng tới các bộ nguồn chuyển đổi tùy chỉnh để tạo ra các thiết kế hiệu quả hơn nhiều.
Hạ nhiệt trong thập niên 70 và 80?
Những năm 1970 là một thập kỷ bận rộn khi bước đột phá ban đầu được thực hiện và sự đổi mới tiếp tục với tốc độ rất đáng nể. Một số công ty ở Anh, Mỹ và Nhật Bản bắt đầu đưa ra thị trường các sản phẩm bộ nguồn tiêu chuẩn.
Cho đến ngày nay, có khoảng chục công ty tuyên bố là công ty đầu tiên thiết kế và tiếp thị thành công bộ nguồn chuyển đổi chế độ – vì vậy chúng tôi sẽ không đề cập đến điều đó!
Các tạp chí điện tử thời đó đăng các bài báo và quảng cáo về SMPS. Người dẫn đầu lúc bấy giờ là Boschert Inc., một tập đoàn của Mỹ thành lập ở California. Nó thay thế nguồn điện máy in tuyến tính bằng thiết kế chế độ chuyển đổi.
Công ty này đã phát triển lên hơn 1000 người, với nhiều loại sản phẩm bao gồm bộ nguồn khung mở, vỏ và mô-đun. Cuối cùng nó đã được Computer Products Inc. mua lại vào giữa những năm 80.
Máy tính Apple lần đầu tiên giới thiệu bộ nguồn chuyển đổi chế độ vào máy tính Apple II vào những năm 1970. Công nghệ nhỏ nhưng hiệu quả cao này giúp Apple có thể tạo ra một chiếc máy tính nhỏ hơn, nhẹ hơn mà không cần quạt làm mát.
Kiểu thiết kế làm mát bằng đối lưu này là duy nhất vào thời điểm đó. Công nghệ này đã tự tồn tại và được sử dụng trong hàng chục ứng dụng tiêu dùng. Bộ nguồn PC của IBM cũng đã chuyển sang chế độ chuyển đổi, mặc dù có quạt làm mát tương tự như quạt họ sử dụng trong các bộ nguồn kiểu ATX ngày nay.
Vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990, chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi các bộ nguồn 3 x 5” tiêu chuẩn công nghiệp ra đời với đầu vào tự động thay đổi phạm vi, có thể nhận biết liệu nó được kết nối với 120VAC hay 230VAC và điều chỉnh cho phù hợp. Các sản phẩm này có công suất 25 – 40W hoặc 1,66 đến 2,66W/In2
Sự thay đổi của EU
Khi ngày càng có nhiều công ty tham gia vào thị trường, một số tiêu chuẩn công nghiệp lỏng lẻo xuất hiện xung quanh các kích thước phổ biến như 3×5”. Mật độ năng lượng bắt đầu cải thiện khi những tiến bộ về từ tính, bóng bán dẫn chuyển mạch và IC điều khiển phát triển. Những thay đổi này mang lại hiệu suất cao hơn và tạo ra mật độ năng lượng tốt hơn.
