Взвешиваем авто или считаем удельную мощность для моего Т-100)
Что-то дернуло меня сегодня заехать на пром весовую для наших черниговских мусоровозов) Нет, сдавать в металлолом авто я не планирую) просто стало интересно что и как у меня обстоит с удельной мощностью… которой еще называют максимальную мощность мотора, отнесённую ко всей массе автомобиля!
Барабанная дробь и… 1220 кг с 10 л в баке и водителем под 80 кг) ИТОГО — 1300 кг!
Расчетная мощность B204L в сток конфигурации получается 185 л.с… делим и получаем оч даже пристойные 7 кг/л.с. или 151 л.с. на тону веса)
Для сравнения приведу пару интересных примеров:
Skoda Octavia RS (2006 модельного года), мощность: 200 л.с., собственная масса: 1375 кг
Удельная масса: 6,87 кг/л.с.
Subaru BRZ, мощность: 200 л.с., собственная масса: 1220 кг
Удельная масса: 6,10 кг/л.с.
Ford Focus ST, мощность: 250 л.с., собственная масса: 1437 кг
Удельная масса: 5,75 кг/л.с.
Audi TT RS plus Coupé, мощность: 360 л.с., собственная масса: 1450 кг
Удельная масса: 4,03 кг/л.с.
Ну а если немного помечтать… то вполне даже реально выйти на соотношение 1300 кг к 230 л.с., что дает нам фантастические 5,65 кг/л.с.. есть куда расти)
Всем бобра) и мечты сбываются, как не крути, но это факт!
Удельная мощность
Удельная мощность — отношение потребляемой устройством мощности к его массе (или объёму).
Удельная мощность автомобиля
Применительно к автомобилям удельной мощностью называют максимальную мощность мотора, отнесённую ко всей массе автомобиля. Мощность поршневого двигателя, делённая на литраж двигателя, называется литровой мощностью. Например, литровая мощность бензиновых моторов составляет 30…45 кВт/л, а у дизелей без турбонаддува — 10…15 кВт/л.
Увеличение удельной мощности мотора приводит, в конечном счёте, к сокращению расхода топлива, так как не нужно транспортировать тяжёлый мотор. Этого добиваются за счёт лёгких сплавов, совершенствования конструкции и форсирования (увеличения быстроходности и степени сжатия, применения турбонаддува и т. д.). Но эта зависимость соблюдается не всегда. В частности, более тяжёлые дизельные двигатели могут быть более экономичны, так как КПД современного дизеля с турбонаддувом доходит до 50 %[1].
В литературе, используя этот термин, часто приводят обратную величину кг/л.с. или кг/квт.
Удельная мощность танков
| Страна-производитель | Модель танка | Боевая масса, т | Мощность двигателя, л.с. | Удельная мощность, л.с./т | Тип двигателя |
|---|---|---|---|---|---|
| Франция | Леклерк | 54,6 | 1500 | 27,4 | дизельный двигатель |
| Россия | Т-80У-М1 | 46,0 | 1250 | 27,2 | газотурбинный двигатель |
| Украина | Т-84 | 46,0 | 1200 | 26,08 | дизельный двигатель |
| США | М1А2 Aбрамс | 62,5 | 1500 | 24,0 | газотурбинный двигатель |
| Германия | Леопард-2А5 | 62,5 | 1500 | 24,0 | дизельный двигатель |
| Россия | Т-90С | 46,5 | 1000 | 21,5 | дизельный двигатель |
| Израиль | Меркава Mk.3 | 60,0 | 1200 | 20,0 | дизельный двигатель |
| Великобритания | Челленджер-2 | 62,5 | 1200 | 19,2 | дизельный двигатель |
 Боевые свойства танка | |
|---|---|
| Защита | Бронирование (Дифференцированное · Равнопрочное) · Броня (Гомогенная · Комбинированная · Навесная · Противокумулятивный экран · Динамическая защита) · Броневой корпус · Башня · Активная защита · Живучесть · Термодымовая аппаратура · Циммерит |
| Огневая мощь | Вооружение (Автомат заряжания · Баллистический вычислитель · Боекомплект · Боеукладка · Противооткатные устройства · Система управления огнём · Стабилизатор вооружения · Тормоз отката · Эжектор пушки) · Манёвр огнём · Скорострельность |
| Подвижность | Автономность действия · Быстроходность · Буксование · Поворотливость · Приёмистость · Сила тяги · Сопротивление качению · Удельная мощность · Удельное давление · Юз |
Полезное
Смотреть что такое «Удельная мощность» в других словарях:
удельная мощность — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN specific capacitypower densityspecific outputspecific powerunit… … Справочник технического переводчика
удельная мощность — 3.21 удельная мощность (power density): Значение выходной мощности, Вт/м для кабелей и кабельных блоков электронагревателя и Вт/м2 для прокладок, нагревательных панелей и блоков из прокладок и нагревательных панелей. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Удельная мощность ПА — 2.34. Удельная мощность ПА отношение номинальной мощности двигателя к полной массе автомобиля. Источник: НПБ 307 2002: Автомобили пожарные. Номенклатура показателей 2.42 удельная мощность ПА : Отношение номинальной мощности двигателя к полной… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
удельная мощность — savitoji galia statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įrenginio galios ir jo masės (tūrio ar kitokio parametro) dalmuo. atitikmenys: angl. specific power vok. spezifische Leistung, f rus. удельная мощность, f pranc. puissance … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
удельная мощность — galios tankis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. power density vok. Leistungsdichte, f rus. плотность мощности, f; удельная мощность, f pranc. densité de puissance, f; puissance volumique, f … Fizikos terminų žodynas
удельная мощность — savitoji galia statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. specific power vok. spezifische Leistung, f rus. удельная мощность, f pranc. puissance massique, f; puissance spécifique, f … Fizikos terminų žodynas
удельная мощность — savitoji galia statusas T sritis Energetika apibrėžtis Reaktoriaus aktyviosios zonos galios ir tūrio dalmuo. atitikmenys: angl. power density vok. spezifische Leistung, f rus. удельная мощность, f pranc. densité de puissance, f; puissance… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
удельная мощность K — 168 удельная мощность KN Отношение установленной мощности Nуст к произведению рабочей высоты подъема Hр (или рабочей глубины опускания hр) и номинальной грузоподъемности Qном Источник: ГОСТ Р 52064 2003 … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
удельная мощность — [specific power] обобщенный параметр электропечной установки, представляющий отношение номинальной мощности к емкости электрической печи периодического действия. Удельную мощность измеряют в кВ • А/т или MB • А/т. Величина удельной мощности… … Энциклопедический словарь по металлургии
Удельная мощность — отношение мощности двигателя к его массе или др. параметру. Мощность поршневого двигателя, отнесённая к литражу двигателя (См. Литраж двигателя), называется литровой мощностью; отнесённая к суммарной площади его поршней поршневой… … Большая советская энциклопедия
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Удельная мощность автомобиля определяет его проходимость, тягово-скоростные свойства и производительность. [1]
Удельной мощностью автомобиля называют отношение расходуемой мощности двигателя к силе земного притяжения всей массы нагруженного автомобиля. [3]
С уменьшением удельной мощности автомобиля Л уд возрастают. [4]
Таким образом, увеличение удельной мощности автомобиля хотя и целесообразно с точки зрения улучшения его динамических качеств, тем не менее не является однозначным и универсальным способом повышения быстроходности автомобиля. [7]
Техническая скорость VT зависит от удельной мощности автомобиля и автопоезда; передаточных чисел, КПД трансмиссии и согласованности совместной работы ее с двигателем; сопротивления качению и аэродинамического сопротивления; устойчивости, управляемости и тормозных качеств автомобиля и автопоездов, особенно на дорогах с низким коэффициентом сцепления; плавности хода, величин кинематической максимальной скорости и допускаемой по правилам для определенных дорожных условий скорости движения, развиваемых скоростей движения на подъемах и спусках дорог. [8]
В более легких дорожных условиях, с меньшей высотой неровностей, с ростом удельной мощности автомобиля увеличивается его средняя скорость, причем чем лучше состояние поверхности дороги, тем это увеличение больше. [10]
Таким образом, увеличение удельной мощности потенциально позволяет увеличить среднюю скорость благодаря достижению более высокой скорости на дороге данного типа и сокращению времени разгона до этой скорости. Однако реализация этой возможности зависит от ряда других факторов. Согласно результатам исследования, изменение удельной мощности автомобиля приводит к соответствующему изменению средней скорости движения только в определенном диапазоне значений удельной мощности. Вт / кг) небольшое изменение сопротивления движению заметно снижает скорость. В этих условиях прирост удельной мощности обеспечивает заметное повышение средней скорости движения. В этом случае увеличение удельной мощности почти не отражается на скоростных свойствах автомобиля. [14]
Издается с 2007 года
Конкурентоспособность автомобиля и удельная мощность его двигателя
Ни для кого не является секретом, что борьба на рынках сбыта грузовых автомобилей в последние годы имеет тенденцию только обостряться. И победу одержит тот игрок на рынке, который предложит потребителю конкурентоспособный товар с оптимальным соотношением «це-на/качество». Понятие «конкурентоспособность» применительно к продукции автомобильной промышленности весьма многогранно. Не будем подробно останавливаться на всех аспектах этого явления. Затронем только наиболее важные составляющие этой категории, а именно показатели тяговоскоростных свойств и топливной экономичности авто-транспортных средств (АТС) в различных условиях движения.
Очевидно, что именно эти свойства определяют эффективность автомобиля у потребителя. Так, скоростные свойства, характеризуемые динамику грузо-вика, в конечном счете формируют его среднетехническую скорость. Топливная же экономичность говорит сама за себя и дополни-тельных комментариев не требует.
При проектировании новых моделей автотранспортных средств (АТС) и при модернизации выпускаемой продукции одной из главнейших задач конструктора является выбор двигателя, характеристики которого в наибольшей степени удовлетворяли бы все возрастающие требования потребителя по уровню экологических параметров, скоростных свойств и топливной экономичности.
В процессе решения вопроса о выборе параметров двигателя должны учитываться не только конструктивные параметры АТС. Основными из них являются: полная масса, распределение нагрузки по осям, передаточные числа главной передачи и ступеней механической коробки передач, коэффициенты сопротивления качению шин и воздуха, потери в трансмиссии и т. д. При этом не должны остаться без внимания условия эксплуатации, определяемые пересеченностью маршрута, плотностью транспортного потока, действующими ограничениями на маршруте и ряд других факто-ров.
Согласование и оптимизация перечисленных параметров и факторов, направленные на повышение потребительских свойств АТС, обычно проводятся с использованием экспериментальных, расчетных или расчетно-экспериментальных методов. Не-смотря на многообразие методов и богатый жизненный опыт, и среди теоретиков — ученых и конструкторов, и среди практиков, то есть руководителей автотранспортных предприятий и даже простых водителей, до сих пор бытует мнение о превосходстве над другими параметрами такого фактора, как удельная мощность. Определяется она отношением максимальной мощности к полной массе АТС. Считается, что именно удельная мощность в наибольшей степени «несет ответственность» за эффективность автомобиля и его конкурентоспособность. Но так ли это? Посмотрим.
Необходимость повышения конкурентоспособности и продвижения нового продукта на рынках сбыта в России, странах СНГ и ближнего и дальнего зарубежья потребовала от подразделений ОАО «КамАЗ» разработки и внедрения семейства двигателей КамАЗ, удовлетворяющих требованиям стандартов EURO-1 (двигатель 740.13-260) и EURO-2 (740.30-260). Применение указанных двигателей в конструкции автомобилей-самосвалов КамАЗ-65115 привело к необходимости доработки (усиления) ходовой части и трансмиссии, а также к реализации ряда других конструкторско-технологических мероприятий.
С целью оценки эффективности конструкторских решений была разработана и реализована программа сравнительных испытаний автомобилей КамАЗ-65115, оборудованных указанными двигателями одной и той же мощностью 191кВт. А так как полные массы АТС идентичны, то одинакова и удельная мощность данных грузовиков. В чем же отличия? Давайте изучать.
Объекты исследований
В качестве объектов исследований использовались три автомобиля КамАЗ-65115 полной массой 25200 кг грузоподъемностью 15 т. Первый из них оборудован двигателем 7403.10 (EURO-0) номинальной мощностью 191 кВт при 2600 об/мин и максимальным крутящим моментом 810 Н·м при 1600 об/мин. Коробка передач — десяти-ступенчатая модели 152. Передаточное отношение главной передачи i0 = 6,53.
На втором автомобиле установлен двигатель 740.13-260 (EURO-1) номинальной мощностью 191 кВт при 2200 об/мин и максимальным крутящим моментом 950 Н·м при 1500 об/мин в сочетании с десятиступенчатой коробкой передач модели 152 и главной передачей с передаточным отношением i0 = 5,43.
Третий автомобиль оборудован двигателем 740.30-260 (EURO-2) номинальной мощностью 191 кВт при 2200 об/мин и максимальным крутящим моментом 1100 Н·м при 1400 об/мин в сочетании с ко-робкой передач модели 152 и главной передачей с передаточным отношением i0 = 5,43. На двух последних автомобилях (как вариант) устанавливались главные передачи с передаточным отношением i0 = 5,94.
На всех трех автомобилях поочередно устанавливались шины моде-лей И-68А производства ОАО «Нижнекамск-шина» и шины 11.00R20 фирмы “Michelin”. Изложим в общих чертах методику проведения сравнительных испытаний.
Методика проведения сравнительных Испытаний
Перед проведением испытаний была выполнена проверка и регулировка параметров различных систем и агрегатов всех трех двигателей и трех автомобилей на соответствие требованиям технических условий и другой нормативно-технической документации. Эти мероприятия обеспечивают идентичность суммарных сил сопротивления движению АТС и составляющих силового баланса на горизонтальной дороге.
Сравнительные испытания по оценке влияния характеристик двигателей, параметров трансмиссии и шин раз-личных моделей на показатели скоростных свойств и топливной экономичности, тяговые характеристики и эксплуатационные показатели АТС проводились в следующих режимах движения.
1. Режим «разгон — выбег».
В этом случае автомобиль на прямолинейном горизонтальном участке дороги протяженностью 4…5 км раз-гоняется с места при полной подаче топлива с последовательным переключением передач. Разгон выполняется от нулевой до максимальной скорости. Регистрируются время разгона Т (с) до заданной скорости или на заданном отрезке пути, а также максимальная скорость Vmax и условная максимальная скорость Vmax усл (км/ч), определяемая как средняя скорость прохождения отрезка пути от 1600 до 2000 м. После этого двигатель отсоединяется от трансмиссии и автомобиль движется накатом с выключенной передачей (выбег) до полной остановки. Обработка экспериментальной зависимости скорости от времени V = V(t) при выбеге позволяет определить суммарную силу (и суммарную мощность) сопротивления движению с использованием экспериментальной величины замедления.
2. Режим установившегося движения.
АТС движется по прямолинейному горизонтальному участку дороги с заданной скоростью в интервале от 40 до 90 км/ч на высшей ступени трансмиссии через 10 км/ч в противоположных направлениях. При этом с помощью соответствующего оборудования регистрируются скорость движения V (км/ч) и путевой расход топлива Q (л/100 км).
3. Эксплуатационные режимы.
АТС движется по типизированному магистральному или горному маршрутам автополигона с соблюдением действующих на этом маршруте ограничений по скорости. Протяженность магистрального маршрута составляет 59,5 км, горного — 19,5 км. Во время заездов непрерывно регистрируются время прохождения маршрута, его протяженность и количество израсходованного при этом топлива. Это позволяет определить эксплуатационные показатели в различных условиях движения.
4. Движение на подъемах малой крутизны.
Движение АТС на подъемах крутизной 4, 6, 8 и 10% с одинаковой скоростью в начале каждого из подъемов на различных ступенях трансмиссии дает возможность определить производительность транспортного средства в этих условиях работы по выражению E = mг Vср / Qср где: Е — производительность АТС, выражаемая в про-центах; mг – грузоподъемность, т; Vср — средняя скорость (км/ч); Qср —путевой расход топлива (л/100 км).
5. Оценка топливного баланса АТС.
Оценка топливного баланса транспортного средства проводится с использованием величин суммарной мощности сопротивления движению, путевого рас-хода топлива и составляющих силового и мощностного балансов, которые определяют-ся по оригинальным методикам. Указанные методики ввиду их большого объема в данной статье не излагаются. Отметим лишь, что топливный баланс рассчитывается на основе силового. Некоторые из составляющих силового баланса — аэродинамическое сопротивление, потери в шинах и трансмиссии — определяются непосредственно на автомобиле. Затраты же на привод вспомогательного оборудования (вентилятор, генератор, насос гидроусилителя руля и т. д.) и передачу крутящего момента заимствуются у производите-ля навесного оборудования или регистрируются в процессе испытаний на специальных стендах.
Результаты испытаний
Результаты испытаний по оценке влияния исследуемых конструктивных параметров двигателей и автомобилей на скоростные свойства и топливную экономичность (табл. 1—4) и результаты расчетов топливного баланса дают основание сделать следующие выводы:
— применение двигателя 740.13-260 в сочетании с главной передачей i0 = 5,43 позволяет улучшить скоростные свойства автомобиля КамАЗ-65115 на 1,0…6,0% в сравнении с двигателем 7403.10;
— установка двигателя 740.30-260 обеспечивает улучшение скоростных свойств автомобиля на 1,1…3,6% по сравнению с автомобилем, оборудованным двигателем 740.13-260;
— применение шин “Michelin” улучшает скоростные свойства на 1,5…4,1% в сравнении с шинами И-68А и топливную экономичность в режиме установившегося движения на 11,5%;
— осредненный расход топлива автомобиля с двигателем 740.30-260 (EURO-2) на 3,3…5,2% меньше, чем с двигателем 740.13-260 (EURO-1) и на 11,4% меньше, чем с двигателем 7403.10 (EURO-0);
— производительность автомобиля с двигателем 740.30-260 (EURO-2, i0 = 5,94) на 4,1% выше, чем автомобиля с двигателем 740.13-260 (EURO-1) и на 7,1% выше, чем с двигателем 7403.10 (EURO-0) на магистральном маршруте; на горном маршруте преимущества двигателя 740.30-260 (EURO-2) сохраняются;
— наиболее ярко преимущества автомобиля с двигателем 740.30-260 (EURO-2) проявляются на подъемах малой крутизны, причем чем круче подъем, тем выше выигрыш от применения указанного двигателя в сравнении с двигателем 7403.10 (EURO-0);
— затраты топлива на преодоление потерь в шинах И-68А составляют от 18,1 до 20,4 л/100 км, в шинах “Michelin” — от 12,2 до 12,4 л/100 км, то есть на 5,9…8,0 л/100 км меньше;
— затраты топлива на преодоление сопротивления воздуха изменяются от 4,5 до 15,0 л/100 км в интервале скоростей от 50 до 90 км/ч;
— на преодоление потерь в агрегатах трансмиссии расходуется 4,8…6,2 л/100 км.
Теперь мы видим, что автомобили с двигателями одинаковой номинальной мощности (и одинаковой удельной мощности!) обладают совершенно разными потребительскими качествами. Поэтому при выборе модели автомобиля потребитель дол-жен отдавать предпочтение той, у которой выше максимальный крутящий момент. А удельная мощность не всегда однозначно характеризует конкурентоспособность.
Другая важная рекомендация для покупателя касается применения импортных шин. Их эффективность по сравнению с отечественными достаточно высока на дорогах с твердым покрытием и практически равна нулю в тяжелых условиях (типа рассмотренного выше горного маршрута). Здесь гораздо важнее характеристика двигателя, а точнее — величина максимального крутящего момента, а не удельная мощность. Полученные результаты испытаний по определению топливных балансов АТС наглядно показывают резервы повышения топливной экономичности автомобилей КамАЗ полной массой 25…26 т.
Так, реально достижимое снижение потребления топлива на преодоление потерь в шинах на 3…4 л/100 км, на преодоление сопротивления воздушной среды на 1,5…2,0 л/100 км и в трансмиссии на 1,0…1,5 л/100 км позволит уменьшить суммарный расход топлива на 5,5…7,5 л/100 км. Это касается режимов установившегося движения по горизонтальной дороге. В условиях реальной эксплуатации реализация перечисленных мероприятий позволит экономить не менее 3…4 л/100 км, то есть уменьшить эксплуатационный расход топлива с 41…42 л/100 км до 38,0 л/100 км (на 7,3…9,5%).
Дальнейшего повышения показателей топливной экономичности, производительности и конкурентоспособности автомобилей КамАЗ можно добиться:
— за счет уменьшения минимальных удельных расходов топлива по внешней скоростной характеристике двигателя от существующих значений 210 г/кВт ч до 190 г/кВт ч, данное мероприятие позволит уменьшить эксплуатационный расход топлива на 5,0…6,0%;
— путем дальнейшей оптимизации характеристик двигателя и параметров трансмиссии, что обеспечит эксплуатацию двигателя в экономичной зоне и уменьшение расхода топлива на 7…8%;
— автоматизацией управления двигателем и трансмиссией, что приведет к дальнейшему повышению топливной экономичности на 4…5%;
— уменьшением потерь на привод вспомогательного оборудования; данное мероприятие обеспечит уменьшение расходов топлива на 1,5…2,0%.
Таким образом, реализация указанных конструкторских решений в ближайшем будущем позволит улучшить топливную экономичность автомобилей КамАЗ полной массой 25,2 т еще на 16,5…21,0%, что приведет к снижению эксплуатационного расхода топлива до 32…33 л/100 км. А это уже серьезная заявка на повышение конкурентоспособности отечественных автомобилей. Над разработкой и воплощением намеченных направлений в настоящее время занимается ряд конструкторских и исследовательских подразделений КамАЗа.
В заключение хотелось бы несколько слов сказать о том, что применение двигателей КамАЗ 740.30-260 оказалось эффективным и на других моделях автомобилей.
Удельная мощность: что нам необходимо знать?
Удельная мощность — тема, с которой, вероятно, знакомо большинство инженеров, но часто они даже не задумываются об этом. Или, возможно, вы думаете, что это не коснётся вас. Данная статья представляет собой общее введение по данной теме, которая, кажется, становится все более серьезной проблемой при разработке электронных продуктов.
Определение удельной мощности
Удельная мощность (иногда называют плотность мощности) — это термин, который более или менее определяет себя. Для более формального определения рассмотрим следующее: удельная мощность — это мера величины выходной мощности схемы или устройства, деленной на объем этого устройства или продукта. Значение удельной мощности должно соответствовать непрерывному максимальному значению, которое цепь может обеспечить при наихудших условиях эксплуатации.
Если вы представите прямоугольный корпус, как показано на рисунке ниже, объем будет произведением высоты, ширины и глубины источника питания. Следовательно, удельная мощность (УМ) будет равна:
Удельная мощность обычно связана с источниками питания, силовыми ИС или любой схемой, генерирующей электроэнергию. В этой статье мы будем использовать эталонный источник питания для расчета частичных разрядов.
Единицей измерения частичных разрядов является ватт на кубический метр (Вт / м 3 ) или ватт на кубический дюйм (Вт / дюйм 3 ). Другая связанная мера — плотность тока или амперы на кубический миллиметр или кубический дюйм (А / мм 3 или А / дюйм 3 ).
Почему удельная мощность?
Удельная мощность важна из-за следующих факторов:
Достижение по «упаковке энергии»
Один из простых способов увеличить удельную мощность — уменьшить размеры компонентов. Выбирайте конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и радиаторы наименьшего размера, требуемые конструкцией. Однако у этого метода есть ограничение, потому что размер является основным фактором в фактической стоимости компонента.
Такой подход можно использовать и дальше, если вы можете увеличить частоту переключения. Импульсные регуляторы,DC-DC преобразователи и другие импульсные схемы не требуют такой большой фильтрации или накопления энергии на более высоких частотах для достижения того же результата. А при более высоких частотах возможно значительное уменьшение размеров конденсаторов и катушек индуктивности.
Ранние SMPS работали на частоте менее 100 кГц. Новые разработки перешли на диапазон 100 кГц и выше. Сегодня большинство схем переключения работают на частотах в диапазоне от 1 до 4 МГц.
Хотя значительное уменьшение размера происходит на более высоких частотах, есть предел для дальнейшего уменьшения размеров продуктов электроники. Это связано с тем, что продолжающееся увеличение частоты коммутации увеличивает потери при переключении. Данные потери в основном связаны с активным сопротивлением коммутирующего транзистора или сопротивлением сток-исток (RDS (вкл)).
Снижение сопротивления сток-исток обычно увеличивает заряд затвора и паразитные емкости. Зарядка и разрядка паразитных емкостей затворов и стоков транзистора требует некоторой энергии, которая увеличивает общие потери.
Еще одним фактором, ограничивающим увеличение плотности мощности, являются потери при обратном восстановлении в основном диоде полевых МОП-транзисторов. Паразитные индуктивности также вызывают коммутационные потери. Уменьшение частоты переключения помогает минимизировать все эти потери. Однако компромисс заключается в балансировании потерь с меньшими размерами компонентов, что делает частоту переключения критическим фактором конструкции. Выбор силового MOSFET транзистора для конструкции SMPS имеет решающее значение, поскольку различные характеристики, такие как сток-исток RDS (включено), паразитные емкости, площадь кристалла и частота коммутации, тесно связаны друг с другом.
На плотность мощности также влияют тепловые характеристики транзисторов, которые являются функцией увеличенных коммутационных потерь. Избавление от тепла — основная проблема в конструкции SMPS — определяется в первую очередь компоновкой транзисторов или интегральных микросхем (ИС).
Увеличение частоты переключения привело к значительному уменьшению размеров транзисторов и ИС, что существенно повлияло на конструкцию корпуса. Чем меньше размер корпуса, тем труднее отводить тепло устройству. Как правило, уменьшение коммутационных потерь улучшает тепловые характеристики. Инновационная конструкция корпуса может улучшить рассеивание тепла и обеспечить более высокую удельную мощность.
GaN транзисторы
Один из надежных способов достичь желаемого уровня плотности мощности — использовать улучшенные транзисторы или ИС. Те, которые сделаны из нитрида галлия (GaN), особенно хорошо работают в режиме импульсного источника питания. Эти устройства могут работать на гораздо более высоких частотах с незначительным снижением эффективности или без него. Потери в GaN-устройствах намного меньше, чем у кремниевых или даже SiC-устройств, что позволяет им работать на гораздо более высоких частотах.
Сочетание устройств на основе GaN с инновационным корпусом существенно увеличит удельную мощность. Одним из таких примеров является корпус HotRod QFN от Texas Instruments. Он снижает паразитные индуктивности, связанные с более традиционными корпусами. Дополнительным ключом к лучшему снижению нагрева являются выступы на некоторых корпусах на целой пластине (WCSP) — они передают большую часть тепла печатной плате (PCB) для более быстрого его отвода и распространения в пространстве.
Дополнительный выигрыш в плотности мощности является результатом инновационных разработок, таких как улучшенные драйверы затвора и новые топологии преобразователей. Один из самых больших преимуществ — это увеличенная интеграция схем. Размещение большего количества компонентов и схем в небольшом корпусе значительно увеличивает удельную мощность.
Одним из таких примеров является интеграция схемы драйвера затвора в корпус GaN FET. При разработке многокристальных модулей с двумя или более кристаллами в корпусе удельная мощность будет расти. Включение пассивных компонентов в корпус ИС — еще один метод интеграции, который создает меньше паразитных помех и снижает электромагнитные помехи. Наконец, трехмерное наложение компонентов также дает желаемый выигрыш. Хотя уменьшение занимаемой площади блока питания или печатной платы преобразователя полезно, не забывайте учитывать доступное вертикальное пространство.
В заключение, улучшения плотности мощности могут быть достигнуты за счет сбалансированного сочетания методов, которые включают снижение коммутационных потерь, улучшение тепловых характеристик за счет лучшей «упаковки деталей в корпус» и увеличение степени интеграции. Помня о концепции плотности мощности при проектировании следующего блока питания или схемы питания, вы автоматически добьетесь повышения эффективности, охлаждения и меньшего размера.
