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Factores que afectan la eficiencia

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Viene de Eficiencia en las fuentes de alimentación

La potencia de entrada en las fuentes de alimentación es el producto de la tensión de entrada, la corriente y el factor de potencia. Si la tensión de entrada (es decir, la tensión de red) es baja, para suministrar la misma potencia de salida, la corriente de entrada tendrá que aumentar, lo que resulta en mayores pérdidas en los componentes de potencia. Las pérdidas en las inductancias y transformadores son I2R, donde R es la Resistencia del componente. Para la misma eficiencia, reducir a la mitad la tensión de entrada significa doblar la corriente de entrada. En realidad, la corriente de entrada es más del doble debido a la reducción de la eficiencia causada por el aumento de las pérdidas de energía, lo que significa en más de cuatro veces la pérdida de potencia de algunos componentes dentro de la fuente de alimentación, y más del doble de las pérdidas en los otros.

El mismo fenómeno ocurre para la potencia de salida, calculado como el producto de la corriente de salida y la tensión de salida. La tensión de salida óptima, es la más alta que la fuente puede suministrar. En tensiones de salida más bajas, las corrientes aumentan, y las pérdidas aumentan proporcionalmente al cuadrado de la corriente.

Como ejemplo, se muestra en la figura 1 una comparación entre la eficiencia de la fuente de XP CCB200 con 264 y 90 VAC de entrada, y de una fuente de alimentación AC-DC comparable de otro fabricante. Las diferentes curvas muestran la eficiencia en el más bajo voltaje posible de entrada (red eléctrica Japonesa menos 10%), y los más altos (red del Reino Unido, más el 10%). Con los dos voltajes de entrada diferentes, la eficiencia de la XP CCB200 varía del 1 al 2 %, mientras que la eficiencia de la otra fuente de alimentación cae casi 5 puntos porcentuales a plena carga cuando se cambia a los voltajes de entrada bajos. Si situamos esto en términos de pérdida de energía, la fuente de XP disiparía de 2 a 4 W con la tensión de entrada más baja, mientras que la fuente de alimentación del otro fabricante disiparía casi 10 W. La eficiencia que se nombra en ese otro fabricante es del 92%, pero al cambiar a entradas de tensión bajas Japón / América del Norte, la eficiencia máxima que puede alcanzar es de 88.5%, y sólo bajo condiciones de carga específicas.

Factores que afectan la eficiencia
Eficiencia de la fuente de alimentación versus condiciones de carga, con diferentes tensiones de entrada. Se muestran las curvas de la XPCCB200 y otra fuente comparable de otro fabricante.

La carga real es otro de los factores que afectan la eficiencia y que hay que tener en cuenta y esto se basa en la demanda por parte de los equipos finales. En la figura 1 se muestra la caída significativa en la eficiencia de la fuente de alimentación versus la carga. La razón la encontramos en que ciertos circuitos de la fuente de alimentación (por ejemplo, los circuitos de control) requieren potencia para manejarlos bajo cualquier condición y la potencia requerida no cambia proporcionalmente con la variación dela potencia de salida. A continuación si esta se considera como pérdidas fijas, cuando la potencia de salida cae, el porcentaje de estas fijas con respecto a la potencia de salida se hace mayor y en última instancia, reduce la eficiencia global.

El rendimiento bajo cargas variables es un factor clave para determinar si una fuente de alimentación cumple con la legislación sobre eficiencia en todo el mundo, como el nivel V de eficiencia energética, CEC, etc. Puede haber límites a la eficiencia media. Por ejemplo, uno de los criterios de la norma 80-Plus para fuentes de alimentación es que la misma tenga un 80% de eficiencia con el 20%, el 50% y el 100% de su carga nominal. Por lo tanto es esencial, una comprensión clara de cómo una fuente de alimentación actúa bajo diferentes condiciones de carga.

Otros factores que afectan la eficiencia y que influyen en el grado de eficiencia de una fuente de alimentación es su topología (Tabla 1). Las topologías más eficientes, son las de tipo resonantes, que se utilizan para minimizar las pérdidas por conmutación mediante el control de los tiempos de conmutación de la tensión y la corriente, asegurando de este modo que se crucen en el punto cero. Diseños básicos como los convertidores flyback pueden ser más económicos, pero la eficiencia puede degradarse sustancialmente. Productos más caros también pueden emplear otras técnicas para reducir las pérdidas, tales como la rectificación síncrona y sobre dimensionar sus bobinas de la entrada, por ejemplo, para disminuir su resistencia y por lo tanto, la energía desperdiciada en forma de calor.

Factores que afectan la eficiencia
La topología de la fuente afecta al máximo nivel de eficiencia que se puede obtener.

Resumen de los factores que afectan la eficiencia

Cuando se busca una fuente de alimentación, es vital entender si funcionará de una manera fiable y segura. Los ingenieros que diseñan el equipo deben observar detenidamente los datos facilitados por los fabricantes, y llevar a cabo las pruebas, si es necesario, con el fin de calcular el rendimiento que resultaría en el peor de los casos, para determinar si una fuente de alimentación cumple con los criterios de eficiencia o no. Esto se debe entender en detalle para asegurarse de que se ha seleccionado la fuente correcta.