Diferența cheie - SMPS vs sursă de alimentare liniară
Majoritatea dispozitivelor electronice și electrice necesită tensiune DC pentru a funcționa. Aceste dispozitive, în special dispozitivele electronice cu circuite integrate, ar trebui să fie furnizate cu o tensiune continuă fiabilă, fără distorsiuni, pentru ca acestea să funcționeze fără să funcționeze defectuos sau să ardă. Scopul unei surse de curent continuu este de a furniza tensiune continuă curată la aceste dispozitive. Sursele de curent continuu sunt clasificate în mod liniar și cu comutare, care sunt topologiile implicate pentru a transforma alimentarea de curent alternativ în curent continuu. Sursa de alimentare liniară folosește un transformator pentru a reduce direct tensiunea de rețea alternativă într-un nivel dorit, în timp ce SMPS convertește alternativul în DC folosind un dispozitiv de comutare care ajută la obținerea unei valori medii a nivelului de tensiune dorit. Aceasta este diferența cheie între SMPS și sursa de alimentare liniară.
CUPRINS
1. Prezentare generală și diferența cheie
2. Ce este sursa de alimentare liniară
3. Ce este SMPS
4. Compararea alăturată - SMPS vs sursa de alimentare liniară în formă tabelară
5. Rezumat
Ce este o sursă de alimentare liniară?
Într-o sursă de alimentare liniară, tensiunea de curent alternativ este transformată într-o tensiune mai mică direct de un transformator cu trepte. Acest transformator trebuie să gestioneze o putere mare, deoarece funcționează la frecvența de rețea AC 50 / 60Hz. Prin urmare, acest transformator este voluminos și mare, ceea ce face ca sursa de alimentare să fie mare și mare.
Tensiunea redusă este apoi rectificată și filtrată pentru a obține tensiunea continuă necesară pentru ieșire. Deoarece tensiunea la acest nivel este supusă variației în funcție de distorsiunile tensiunii de intrare, o reglare a tensiunii se face înainte de ieșire. Regulatorul de tensiune într-o sursă de alimentare liniară este un regulator liniar, care este de obicei un dispozitiv semiconductor care acționează ca un rezistor variabil. Valoarea rezistenței de ieșire se modifică odată cu necesitatea puterii de ieșire, făcând tensiunea de ieșire constantă. Astfel, regulatorul de tensiune funcționează ca un dispozitiv de disipare a puterii. De cele mai multe ori, disipează puterea în exces pentru a face tensiunea constantă. Prin urmare, regulatorul de tensiune ar trebui să aibă radiatoare mari. Ca urmare, sursele de alimentare liniare devin mult mai grele. Mai mult, ca urmare a disipării puterii de către regulatorul de tensiune ca căldură,eficiența unei surse de alimentare liniare scade cu aproximativ 60%.
Cu toate acestea, sursele de alimentare liniare nu produc zgomot electric la tensiunea de ieșire. Oferă izolare între ieșire și intrare datorită transformatorului. Prin urmare, sursele de alimentare liniare sunt utilizate pentru aplicații de înaltă frecvență, cum ar fi dispozitive de radiofrecvență, aplicații audio, teste de laborator care necesită alimentare fără zgomot, procesare de semnal și amplificatoare.
Figura 01: Sursa de alimentare cu un regulator de tensiune liniară
Ce este SMPS?
SMPS (sursa de alimentare cu comutare) funcționează pe un dispozitiv cu tranzistor de comutare. La început, intrarea de curent alternativ este convertită în tensiune continuă de către un redresor, fără a reduce tensiunea, spre deosebire de o sursă de alimentare liniară. Apoi, tensiunea continuă este supusă unei comutări de înaltă frecvență, de obicei printr-un tranzistor MOSFET. Adică, tensiunea prin MOSFET este pornită și oprită de semnalul MOSFET Gate, de obicei un semnal modulat în lățime a impulsului de aproximativ 50 kHz (bloc chopper / invertor). După această operație de tăiere, forma de undă devine un semnal DC pulsat. După aceea, un transformator de coborâre este folosit pentru a reduce tensiunea semnalului continuu pulsat de înaltă frecvență la nivelul dorit. În cele din urmă, un redresor de ieșire și un filtru sunt utilizate pentru a restabili tensiunea continuă de ieșire.
Figura 02: Diagrama bloc a unui SMPS
Reglarea tensiunii în SMPS se face printr-un circuit de feedback care monitorizează tensiunea de ieșire. Dacă puterea necesară pentru sarcină este mare, tensiunea de ieșire tinde să crească. Această creștere este detectată de circuitul de feedback al regulatorului și este utilizată pentru a controla raportul de pornire-oprire a semnalului PWM. Astfel, tensiunea medie a semnalului se schimbă. Ca urmare, tensiunea de ieșire este controlată pentru a rămâne constantă.
Transformatorul step-down utilizat în SMPS funcționează la o frecvență înaltă; astfel, volumul și greutatea transformatorului sunt mult mai mici decât cele ale unei surse de alimentare liniare. Acesta devine un motiv major pentru ca un SMPS să fie mult mai mic și mai ușor decât omologul său de tip liniar. Mai mult, reglarea tensiunii se face fără a disipa puterea în exces ca pierderea ohmică sau căldura. Eficiența SMPS ajunge până la 85-90%.
În același timp, un SMPS generează zgomot de înaltă frecvență datorită operației de comutare a MOSFET. Acest zgomot poate fi reflectat în tensiunea de ieșire; cu toate acestea, în unele modele avansate și costisitoare, acest zgomot de ieșire este atenuat într-o oarecare măsură. În plus, comutarea creează și interferențe electromagnetice și de frecvență radio. Prin urmare, este necesar să utilizați ecranare RF și filtre EMI în SMPS-uri. Prin urmare, SMPS nu sunt aplicații audio și de frecvență radio adecvate. Echipamentele mai puțin sensibile la zgomot, cum ar fi încărcătoarele de telefoane mobile, motoarele de curent continuu, aplicațiile de mare putere etc. pot fi utilizate cu SMPS-uri. Designul său mai ușor și mai mic îl face convenabil să fie folosit și ca dispozitive portabile.
Care este diferența dintre SMPS și sursa de alimentare liniară?
Difuzarea articolului din mijloc înainte de tabel
SMPS vs Sursa de alimentare liniară |
|
| SMPS rectifică direct rețeaua de curent alternativ fără a reduce tensiunea. Apoi, DC-ul convertit este comutat în frecvență înaltă pentru un transformator mai mic pentru al reduce la nivelul de tensiune dorit. În cele din urmă, semnalul de înaltă frecvență AC este rectificat la tensiunea de ieșire DC. | Alimentarea liniară reduce tensiunea la valoarea dorită la început de un transformator mai mare. După aceea, AC-ul este rectificat și filtrat pentru a face tensiunea continuă de ieșire. |
| Reglarea tensiunii | |
| Reglarea tensiunii se face prin controlul frecvenței de comutare. Tensiunea de ieșire este monitorizată de circuitul de feedback și variația tensiunii este utilizată pentru controlul frecvenței. | Tensiunea continuă rectificată și filtrată este supusă unei rezistențe de ieșire a unui divizor de tensiune pentru a face tensiunea de ieșire. Această rezistență este controlabilă printr-un circuit de feedback care monitorizează variația tensiunii de ieșire. |
| Eficienţă | |
| Generarea de căldură în SMPS este relativ scăzută, deoarece tranzistorul de comutare funcționează în regiunile de întrerupere și înfometare. Dimensiunea redusă a transformatorului de ieșire face, de asemenea, pierderea de căldură mică. Prin urmare, eficiența este mai mare (85-90%). | Puterea în exces este disipată ca căldură pentru a face tensiunea constantă într-o sursă de alimentare liniară. Mai mult, transformatorul de intrare este mult mai voluminos; astfel, pierderile transformatorului sunt mai mari. Prin urmare, eficiența unei surse de alimentare liniare este de până la 60%. |
| Construi | |
| Dimensiunea transformatorului unui SMPS nu trebuie să fie mare deoarece funcționează la frecvență înaltă. Prin urmare, greutatea transformatorului va fi, de asemenea, mai mică. Ca urmare, dimensiunea, precum și greutatea unui SMPS sunt mult mai mici decât o sursă de alimentare liniară. | Sursele de alimentare liniare sunt mult mai voluminoase, deoarece transformatorul de intrare trebuie să fie mare datorită frecvenței reduse pe care funcționează. Deoarece se generează mai multă căldură într-un regulator de tensiune, ar trebui utilizate și radiatoare. |
| Distorsiuni de zgomot și tensiune | |
| SMPS generează un zgomot de înaltă frecvență datorită comutării. Aceasta trece în tensiunea de ieșire, precum și în rețeaua de intrare uneori. Distorsiunea armonică la rețeaua electrică ar putea fi posibilă și în SMPS-uri. | Sursele de alimentare liniare nu produc zgomot în tensiunea de ieșire. Distorsiunea armonică este mult mai mică decât cea a SMPS-urilor. |
| Aplicații | |
| SMPS poate fi folosit ca dispozitive portabile datorită construcției mici. Dar, deoarece generează un zgomot de înaltă frecvență, SMPS-urile nu pot fi utilizate pentru aplicații sensibile la zgomot, cum ar fi aplicațiile RF și audio. | Sursele de alimentare liniare sunt mult mai mari și nu pot fi utilizate pentru dispozitive portabile. Deoarece nu generează zgomot și tensiunea de ieșire este, de asemenea, curată, acestea sunt utilizate pentru majoritatea testelor electrice și electronice din laboratoare. |
Rezumat - SMPS vs sursă de alimentare liniară
SMPS și sursele de alimentare liniare sunt două tipuri de surse de curent continuu utilizate. Diferența cheie între SMPS și sursa de alimentare liniară este topologiile utilizate pentru reglarea tensiunii și reducerea tensiunii. În timp ce sursa de alimentare liniară convertește tensiunea alternativă la tensiune scăzută la început, SMPS rectifică și filtrează mai întâi sursa de rețea și apoi trece la o alternativă de înaltă frecvență înainte de a coborî. Deoarece greutatea și dimensiunea transformatorului crește pe măsură ce frecvența de funcționare scade, transformatorul de intrare al surselor de alimentare liniare este mult mai greu și mai mare, spre deosebire de SMPS. În plus, deoarece reglarea tensiunii se face cu disiparea căldurii prin rezistențe, sursele de alimentare liniare ar trebui să aibă chiuvete care le fac și mai grele. Regulatorul SMPS controlează frecvența de comutare pentru a controla tensiunea de ieșire. Prin urmare,SMPS sunt mai mici ca mărime și mai ușoare în greutate. Deoarece generarea de căldură în SMPS este mai mică, eficiența lor este, de asemenea, mai mare.
Descărcați versiunea PDF a SMPS față de sursa de alimentare liniară
Puteți descărca versiunea PDF a acestui articol și o puteți folosi în scopuri offline conform notelor de citare. Vă rugăm să descărcați versiunea PDF aici Diferența dintre SMPS și sursa de alimentare liniară.
