Danske forskere og bedrifter har utviklet en høyfrekvent strømforsyning som er en firedel av størrelsen til tilsvarende kommersielle strømforsyninger. En funksjonell prototyp er nå klar for det voksende LED-markedet.
Strømforsyninger er gjerne en klamp om foten når man skal konstruere elegante elektronikkprodukter.
De er årsaken til at tv-flatskjermen ofte buler ut på midten, siden det må være plass til en strømforsyning. De er den tunge, stygge boksen som følger med den slanke, elegante LED-armaturen, og den ubehjelpelige mursteinen som ofte er mer vrien å få plass til i veska enn den bærbare pc-en.
Derfor er det litt av en verdensnyhet det et konsortium av forskere fra Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og fem danske bedrifter presenterte i slutten av februar: En strømforsyning i miniformat, som skal kunne benyttes i morgendagens løsninger til IoT og smart belysning.
– Switchmode-strømforsyningen ble oppfunnet på 1970-tallet, og er grunnlaget i svært mye elektronikk. Siden 1980-tallet har man forsket på å utvikle nye typer strømforsyninger for å øke switch-frekvensen, men få er kommet like langt som oss, heter det fra medstifter og administrerende direktør Mickey Madsen i Nordic Power Converters, som er en av partnerne i prosjektet.
- Effektuttaket i elnettet øker raskere enn energibruken: Her er løsningene som kan forhindre masseutfall
Høye frekvenser er nøkkelen
Nordic Power Converters ble stiftet i 2014; noe som faller noenlunde sammen med starten av TinyPower-prosjektet. En del av forskningen er da også basert på Mickey Madsens kandidat- og ph.d.-studie i høyfrekvente strømforsyninger.
De høye frekvensene er nemlig årsaken til at det har lyktes Mickey Madsen og kollegene hans å utvikle en funksjonell prototyp på en strømforsyning til LED-belysning som bare trenger en firedel av plassen til tilsvarende kommersielle strømforsyninger.
TinyPower-strømforsyningen er basert på tradisjonelle silisiumkomponenter, men siden strømforsyningen kan operere med svært høye frekvenser – 1–5 MHz, noe som er en faktor 10–50 i forhold til andre strømforsyninger – kan man redusere størrelsen på spoler og kondensatorer betraktelig.
Nettopp disse komponentene utgjør ellers vanligvis 80 prosent av størrelsen og 60 prosent av omkostningene i en strømforsyning.
– Så hvis man kan redusere størrelsen på dem, kan man virkelig endre så vel størrelse som pris på disse strømforsyningene, sier Mickey Madsen, som legger til at de mindre komponentene også medfører mindre mengde råmaterialer og dermed en lavere produksjonspris.
Høy frekvens med minimalt tap
Vanligvis er skiftetapet høyt når strømforsyninger skal operere med så høye frekvenser, men ifølge Mickey Madsen har det lyktes dem å minimere skiftetapet, og dermed øke frekvensen uten å miste den høye virkningsgraden på omkring 88 prosent.
Han påpeker også at hele konstruksjonen blir mer mekanisk robust når man reduserer massen til spolene og kondensatorene. Akkurat disse komponentene er ellers sårbare overfor vibrasjoner.
Et tosporet prosjekt
Da TinyPower-prosjektet ble sjøsatt for tre og et halvt år siden, var det med et mål om å utvikle én strømforsyning som kunne finne bred anvendelse innen ulike applikasjoner til både IoT og belysning.
Men slik har det ikke blitt. Man fant raskt ut at de ulike applikasjonene krevde veldig forskjellige effekter. Der mange IoT-applikasjoner kan nøye seg med få watt, krever strømforsyninger til belysning ofte 40–50 watt.
Derfor ble prosjektet delt opp i to spor: Forskere til DTU har konsentrert seg om en strømforsyning til IoT, mens Nordic Power Converters har stått i spissen for utviklingen av en strømforsyning rettet mot belysning. Men de to strømforsyningene bygger likevel på den samme teknologiplattformen.
Utviklingsarbeidet til DTU har blant annet omfattet integrerte chips med lang produktutviklingstid, og derfor har man kommet lengre med belysningsstrømforsyningen, forteller Mickey Madsen. Første generasjon testes for tiden i noen pilotprosjekter, og nå står Nordic Power Converters klar med en funksjonell prototyp på andre generasjon, som kan konvertere strømnettets 230 volt til et utstrøm på 24–36 volt.
- Hybrid-lastebil: Brukes til å sikre strømforsyningen
Enormt LED-marked
For Nordic Power Converters består neste skritt i å dra ut i felten med strømforsyningen under armen og finne interesserte kunder. Enheten skal blant annet vises fram på verdens største belysningsmesse i Frankfurt i slutten av mars.
LED-markedet forventes ifølge markedsanalyser å vokse fra en 2016-verdi på mellom 18 og 26 milliarder dollar til opp mot 54 milliarder dollar i 2022. Ifølge en dansk rapport fra den danske Energistyrelsen hadde mer enn seks av ti husstander LED-belysning i 2016. Så det burde i utgangspunktet være kunder nok.
Mickey Madsen anslår at det vil ta mellom seks og ni måneder å gjøre den nåværende funksjonelle prototypen produksjonsmoden. Første generasjon ministrømforsyning ble produsert hos Nordic Power Converters’ faste EMS-leverandør i Polen, og det vil sannsynligvis også neste generasjon bli.
– Men vi beveger oss i retning av noe som kanskje kunne produseres i Danmark. I og med at vi bruker mindre komponenter, gir det mulighet for å bruke SMT-prosesser som er mer automatisert enn de manuelle prosessene som ellers ofte blir benyttet.
Artikkelen ble først publisert på Ing.dk
