A tápegység elektromos kapacitása

A tápegység elektromos kapacitása a maximális áramerősség, amit a terheléshez csatlakoztatott tápegységnek kell szolgáltatnia, a katalógusjegyzékben szereplő összes paramétert (kimeneti feszültség, teljesítmény stb.) megtartva és a specifikációknak megfelelően, a környezeti feltételek (hőmérséklet, páratartalom stb.) mellett működve.

Az SI rendszer szerint az elektromos áramot amperben (A) fejezzük ki. Az elektromos áram miliamperben is kifejezhető (mA).
1 mA egyenlő 1/1000 A, vagyis 1000 mA = 1 A (pl. 600 mA = 0,6 A).

A diagram a tápegység (1) és a terhelés (2) közötti összefüggést ábrázolja. Az elektromos teljesítmény forrása (tápegység), biztosítja a teljesítményt melyet az ellenállás fogyaszt. A terhelés mely az diagramban ellenállás jellel van ábrázolva, (R) ellenállással rendelkezik és (P) teljesítményt ad le. A terhelés az elektromos teljesítményt át tudja alakítani egy másik energiaformává pl. fénnyé (izzó) vagy hővé (izzószál).

Az elektromos áram hatékonysága alatt azt a maximális áramot értjük, amelyet a tápegység a terheléshez el tud juttatni, és szorosan kapcsolódik a terhelés teljesítményéhez. Ez az elektromos rendszerek alaptörvénye, vagyis az Ohm törvénye. Ismerteti a feszültség (V), az áram (A), az ellenállás (R) vagy a teljesítmény (P) közötti kapcsolatot.

Ohm törvénye:

Az Ohm-törvényből származó hasznosabb képlet az áramellátás maximális kimeneti áramának kiszámításához:

Az átalakítás után a tápegység maximális kimeneti teljesítményére vonatkozó képletet kapjuk:

ahol:

I - kimeneti áramerősség amperben kifejezve [A],
P - kimeneti teljesítmény wattban kifejezve [W],
U - kimeneti feszültség voltban kifejezve [V],
R - a terhelés rezisztenciája (ellenállása).

Az alábbiakban egy 12 V-os és egy 5 A áramerősségű tápegység számításának (Ohm-törvény alkalmazása) példája látható.

2. ábra. Az Ohm törvény alkalmazása (számítási példa)

Teljesítmény

Ellenállás

Áram 

vagy

Feszültség 

További példák:

Van egy 12V-os kimeneti tápegységünk, 10 A áramerősséggel. Számítsuk ki a maximális teljesítményét:

Adott egy 12 V-os kimeneti feszültségű és 150 W teljesítményű tápegység. Számítsuk ki az áramerősséget:

Abban az esetben, ha a tápegységet folyamatos üzemre (24 óra) tervezték, akkor ajánlott, hogy a tápegység névleges árama ne haladja meg a maximális áram 80% -át. Ez szorosan kapcsolódik a benne termelt hőmérséklethez. A tápegység áramerősségének (vagy teljesítményének) mindig a működési hőmérséklethez kell kapcsolódnia - azaz a környezeti hőmérséklethez (levegő), amelyben a tápegység működik.

Az 50 °C-ot meghaladó hőmérsékleten (ideális esetben legfeljebb 40 °C) semmiképpen ne használja a készüléket, bár a gyártók gyakran magasabb üzemi hőmérsékletet adnak meg. Vannak olyan tápegységek, amelyeknél a gyártók a maximális hőmérsékletet 70 °C-ban határozzák meg. Ebben az esetben gondosan elemezni kell a műszaki dokumentációt. Léteznek olyan tápegységek, ahol a maximális üzemi hőmérséklet 30 °C.

1. példa

Kiváló moduláris tápegység 12 V/12,5 A/150 W. A megadott üzemi hőmérséklet: -10 ° C-tól 70°C-ig. A dokumentációban azonban a gyártók elhelyeztek egy grafikont (3. ábra) a működési hőmérséklet funkcióban a százalékos terhelésre.

3. ábra. A tápegység százalékos terhelésének ábrája az üzemi hőmérséklet függvényében

Amint a grafikonon látható, a tápegység teljes teljesítményt tud nyújtani a terhelésnek, de csak 50 °C-ig. Ha 70 °C-os külső hőmérsékleten működik, akkor a készülék 50% -ig terhelhető, vagyis a maximális áram felével. Ez azt jelenti, hogy 70 °C-os környezeti hőmérsékleten az áramellátás hatékonysága a felére csökken. Ebben az esetben 12,5 A-ról 6,25 A-ra csökken.

Példa 2.

Moduláris tápegység 12 V/5 A/60 W. A megadott működési hőmérséklet: -10°C do 40°C. A gyártó a dokumentációban azonban elhelyezett egy grafikont (4. ábra) a tápegység engedélyezett kimeneti áramára (I_N) a környezeti hőmérséklet (t_amb) függvényében (a pillanatnyi terhelésre).

4. ábra. A tápegység engedélyezett kimeneti áramának grafikonja (I_N) a környezeti hőmérséklet (t_amb) függvényében (a pillanatnyi terhelésre).

Amint az a fenti táblázatban látható, a tápegység maximális terhelésáramot tud szolgáltatni, de csak 30°C hőmérsékletig. 40 °C-os külső hőmérsékleten történő működtetés esetén a készülék 70% -ig terhelhető.
Ebben az esetben:
- környezeti hőmérséklet (t_amb) 30°C - maximális áram 5A,
- környezeti hőmérséklet (t_amb) 40°C - maximális áram 3,5A.

Feltételezhető, hogy a tápegység magas minőségét a magas üzemi hőmérséklet jellemzi, maximális névleges áram mellett. A tápegység hatékonyságától függően a készülékhez eljuttatott energia egy része elveszik a hőre. Ha az alacsony hatékonyságú tápegységet zárt házba helyezzük, akkor az eszköz elektromos alegységei jelentősen növelhetik a ház belsejében lévő hőmérsékletet. Ez a tápegység jelenlegi hatékonyságának jelentős csökkenését eredményezi.

Alább (5. ábra) látható egy hőmérséklet-vizsgálat, olcsó 12V/10 A moduláris kisfeszültségű tápegységgel rendelkező hőérzékelő kameránál a különböző terhelési áramellátásnál 25°C-os környezeti hőmérsékleten.

Amint látható a képeken, a tápegység néhány eleme nagyon magas hőmérsékletet ér el. A kimeneti szűrő fojtószelepe melegszik fel a leginkább. Ez a tápegység alacsony hatékonyságú, sok energiát veszít a hőre.

Kimeneti feszültségszabályozással ellátott tápegység esetén figyelembe kell venni, hogy az áramerősséget, azaz a terhelés tápellátását biztosító maximális áramot a gyártó a névleges kimeneti feszültséghez adja meg. Ha növeljük a kimeneti feszültséget, csökkenteni kell a kimeneti áramot.

Példa 3.

12 V-os kimeneti feszültségű és 500 W-os kimeneti teljesítményű tápegység, 11,6 és 16,2 V között kimeneti feszültség szabályozással. A 12 V-os névleges feszültségre kiszámítjuk a teljesítményét.

Ha a kimeneti feszültséget 16,2 V-ra növeljük, az áramellátás hatékonysága:

Amint láthatjuk, a maximális áramerősség (azaz a tápegység áramellátásának hatékonysága) a névleges áramhoz képest 10 A-nál nagyobb mértékben csökkent.