Ključna razlika - SMPS vs linearno napajanje
Za delovanje večine elektronskih in električnih naprav je potrebna enosmerna napetost. Te naprave, zlasti elektronske naprave z integriranimi vezji, morajo biti opremljene z zanesljivo enosmerno napetostjo brez popačenj, da lahko delujejo brez okvar ali izgorevanja. Namen enosmernega napajanja je dovajanje teh enosmernih napetosti do teh naprav. Napajalniki z enosmernim tokom so razvrščeni v linearni in preklopni način, ki so topologije, ki omogočajo oskrbo z izmeničnim tokom v gladkem enosmernem toku. Linearno napajanje uporablja transformator za neposredno znižanje omrežne napetosti na želeno raven, SMPS pa pretvori izmenični tok v enosmerni z uporabo preklopne naprave, ki pomaga doseči povprečno vrednost želene napetostne ravni. To je ključna razlika med SMPS in linearnim napajanjem.
VSEBINA
1. Pregled in ključna razlika
2. Kaj je linearno napajanje
3. Kaj je SMPS
4. Vzporedna primerjava - SMPS v primerjavi z linearnim napajanjem v tabelarni obliki
5. Povzetek
Kaj je linearno napajanje?
Pri linearnem napajanju se omrežna izmenična napetost pretvori v nižjo napetost neposredno s padajočim transformatorjem. Ta transformator mora delovati z veliko močjo, saj deluje na omrežni frekvenci 50 / 60Hz. Zato je ta transformator zajet in velik, zato je napajanje težko in veliko.
Nato se odpravljena napetost odpravi in filtrira, da dobimo enosmerno napetost, potrebno za izhod. Ker je napetost na tej ravni odvisna od izkrivljanja vhodne napetosti, se pred izhodom izvede regulacija napetosti. Regulator napetosti v linearnem napajalniku je linearni regulator, ki je običajno polprevodniška naprava, ki deluje kot spremenljiv upor. Vrednost izhodnega upora se spreminja glede na izhodno moč, zaradi česar je izhodna napetost konstantna. Tako regulator napetosti deluje kot naprava za odvajanje moči. Večino časa odvaja odvečno moč, da napetost ostane konstantna. Zato bi moral imeti regulator napetosti velike hladilne ponore. Posledično postanejo linearni napajalniki veliko težji. Nadalje, kot posledica odvajanja moči regulatorja napetosti kot toplote,izkoristek linearnega napajanja pade za približno 60%.
Vendar linearni napajalniki ne povzročajo električnega šuma na izhodni napetosti. Zagotavlja izolacijo med izhodom in vhodom zaradi transformatorja. Zato se linearni napajalniki uporabljajo za visokofrekvenčne aplikacije, kot so radiofrekvenčne naprave, avdio aplikacije, laboratorijski testi, ki zahtevajo brezšumno oskrbo, obdelavo signalov in ojačevalnike.
Slika 01: Napajanje z linearnim regulatorjem napetosti
Kaj je SMPS?
SMPS (stikalni napajalnik) deluje na preklopni tranzistorski napravi. Sprva se AC vhod s pomočjo usmernika pretvori v enosmerno napetost, ne da bi se napetost zmanjšala, za razliko od linearnega napajanja. Nato enosmerna napetost pretvori visokofrekvenčno preklapljanje, običajno z MOSFET tranzistorjem. To pomeni, da napetost prek MOSFET-a vklopi in izklopi signal MOSFET Gate, običajno moduliran s širino impulza približno 50 kHz (helikopter / blok pretvornika). Po tej operaciji sekanja valovna oblika postane signal pulzirajočega enosmernega toka. Po tem se znižajoči transformator uporablja za zmanjšanje napetosti visokofrekvenčnega pulzirajočega enosmernega signala na želeno raven. Nazadnje se za povratno napetost izhodne enosmerne napetosti uporabljata izhodni usmernik in filter.
Slika 02: Blok diagram SMPS
Regulacija napetosti v SMPS se izvede prek povratnega vezja, ki nadzira izhodno napetost. Če je potreba po moči obremenitve velika, se izhodna napetost običajno poveča. Ta prirastek zazna povratno vezje regulatorja in se uporablja za nadzor razmerja med vklopom in izklopom signala PWM. Tako se povprečna napetost signala spremeni. Posledično se izhodna napetost nadzira, da ostane konstantna.
Padajoči transformator, ki se uporablja v sistemu SMPS, deluje na visoki frekvenci; tako sta prostornina in teža transformatorja veliko manjša kot pri linearnem napajanju. To postane glavni razlog, da je SMPS veliko manjši in lažji od kolega linearnega tipa. Poleg tega se regulacija napetosti izvede brez odvajanja odvečne moči kot ohmične izgube ali toplote. Učinkovitost SMPS doseže celo 85-90%.
Hkrati SMPS ustvarja visokofrekvenčni šum zaradi preklopnega delovanja MOSFET-a. Ta hrup se lahko odraža v izhodni napetosti; v nekaterih naprednih in dragih modelih pa je ta izhodni hrup do neke mere omiljen. Poleg tega preklop ustvarja tudi elektromagnetne in radijske frekvence. Zato je treba v SMPS uporabljati RF zaščitno in EMI filtre. Zato SMPS niso ustrezne avdio in radijske frekvence. S sistemom SMPS lahko uporabljate manj občutljivo opremo, kot so polnilniki za mobilne telefone, enosmerni motorji, aplikacije z visoko močjo itd. Je lažji, manjša oblika pa omogoča tudi priročno uporabo kot prenosne naprave.
Kakšna je razlika med SMPS in linearnim napajanjem?
Diff Article Sredina pred mizo
SMPS vs linearno napajanje |
|
| SMPS neposredno popravi omrežni izmenični tok brez zmanjšanja napetosti. Nato pretvorjeni enosmerni tok vklopi visokofrekvenčno za manjši transformator, da ga zniža na želeno napetost. Končno se visokofrekvenčni izmenični signal popravi na enosmerno izhodno napetost. | Linearno napajanje z večjim transformatorjem na začetku zmanjša napetost na želeno vrednost. Po tem se AC popravi in filtrira, da nastane izhodna enosmerna napetost. |
| Regulacija napetosti | |
| Regulacija napetosti se izvede z nadzorom preklopne frekvence. Izhodno napetost nadzira povratno vezje in spreminjanje napetosti se uporablja za regulacijo frekvence. | Izravnana in filtrirana enosmerna napetost je izpostavljena izhodni upornosti delilnika napetosti, da nastane izhodna napetost. Ta upor lahko nadzoruje povratno vezje, ki nadzira spreminjanje izhodne napetosti. |
| Učinkovitost | |
| Proizvodnja toplote v SMPS je sorazmerno nizka, saj preklopni tranzistor deluje v mejnih in stradnih regijah. Zaradi majhnosti izhodnega transformatorja so tudi toplotne izgube majhne. Zato je učinkovitost večja (85-90%). | Odvečna moč se odvaja kot toplota, da se napetost v linearnem napajanju konstantno spremeni. Poleg tega je vhodni transformator veliko večji; tako so izgube transformatorjev večje. Zato je izkoristek linearnega napajanja kar 60%. |
| Build | |
| Velikost transformatorja SMPS ni nujno velika, saj deluje v visoki frekvenci. Zato bo tudi teža transformatorja manjša. Posledično je velikost in teža SMPS veliko manjša od linearnega napajanja. | Linearni napajalniki so veliko večji, saj mora biti vhodni transformator velik zaradi nizke frekvence, na kateri deluje. Ker v regulatorju napetosti nastaja več toplote, je treba uporabiti tudi hladilnike. |
| Popačenja hrupa in napetosti | |
| SMPS zaradi preklopa ustvari visokofrekvenčni hrup. Ta preide v izhodno napetost in včasih tudi v vhodno omrežje. Harmonična popačenja v omrežju bi lahko bila mogoča tudi pri SMPS. | Linearni napajalniki ne povzročajo šuma v izhodni napetosti. Harmonsko popačenje je veliko manjše kot pri SMPS. |
| Aplikacije | |
| SMPS se lahko zaradi majhne gradnje uporablja kot prenosne naprave. Ker pa ustvarjajo visokofrekvenčni hrup, SMPS ni mogoče uporabiti za programe, občutljive na hrup, kot so RF in avdio aplikacije. | Linearni napajalniki so veliko večji in jih ni mogoče uporabiti za prenosne naprave. Ker ne ustvarjajo hrupa in je tudi izhodna napetost čista, se uporabljajo za večino električnih in elektronskih testov v laboratorijih. |
Povzetek - SMPS vs linearno napajanje
SMPS in linearni napajalnik sta dve vrsti enosmernih napajalnikov v uporabi. Ključna razlika med SMPS in linearnim napajanjem je v topologijah, ki se uporabljajo za regulacijo napetosti in znižanje napetosti. Medtem ko linearno napajanje na začetku pretvori izmenično napetost v nizko napetost, SMPS najprej popravi in filtrira omrežni izmenični tok, nato pa preklopi na visokofrekvenčni izmenični tok, preden odstopi. Ker se teža in velikost transformatorja povečujeta z zmanjšanjem delovne frekvence, je vhodni transformator linearnih napajalnikov veliko težji in večji za razliko od SMPS. Poleg tega, ker se regulacija napetosti izvaja z odvajanjem toplote skozi upore, morajo imeti linearni napajalniki hladilnike, zaradi katerih so še težji. Regulator SMPS nadzoruje preklopno frekvenco za nadzor izhodne napetosti. ZatoSMPS so manjši in lažji. Ker je v SMPS proizvodnja toplote manjša, je tudi njihov izkoristek večji.
Prenesite PDF različico SMPS vs Linear Power Supply
Lahko prenesete različico tega članka v obliki PDF in jo uporabite za namene brez povezave v skladu z opombami k navedbam. Prenesite različico PDF tukaj Razlika med SMPS in linearnim napajanjem.
