Kluczowa różnica - SMPS a zasilacz liniowy
Większość urządzeń elektronicznych i elektrycznych wymaga do działania napięcia stałego. Urządzenia te, zwłaszcza elektroniczne z układami scalonymi, powinny być zasilane niezawodnym, pozbawionym zniekształceń napięciem stałym, aby działały bez awarii i spalania. Celem zasilacza prądu stałego jest dostarczenie czystego napięcia stałego do tych urządzeń. Zasilacze prądu stałego są podzielone na liniowe i impulsowe, które są topologiami używanymi do przekształcenia zasilania sieciowego AC w płynny prąd stały. Liniowy zasilacz wykorzystuje transformator do bezpośredniego obniżania napięcia sieciowego AC do pożądanego poziomu, podczas gdy SMPS konwertuje prąd przemienny na prąd stały za pomocą urządzenia przełączającego, które pomaga uzyskać średnią wartość pożądanego poziomu napięcia. To jest kluczowa różnica między zasilaniem SMPS a zasilaniem liniowym.
ZAWARTOŚĆ
1. Przegląd i kluczowe różnice
2. Co to jest zasilacz liniowy
3. Co to jest SMPS
4. Porównanie obok siebie - SMPS vs zasilacz liniowy w formie tabelarycznej
5. Podsumowanie
Co to jest zasilacz liniowy?
W zasilaczu liniowym napięcie sieciowe AC jest zamieniane na niższe napięcie bezpośrednio przez transformator obniżający napięcie. Ten transformator musi obsługiwać dużą moc, ponieważ pracuje przy częstotliwości sieciowej AC 50/60 Hz. Dlatego ten transformator jest nieporęczny i duży, co powoduje, że zasilacz jest ciężki i duży.
Zmniejszone napięcie jest następnie prostowane i filtrowane w celu uzyskania napięcia stałego wymaganego na wyjściu. Ponieważ napięcie na tym poziomie podlega zmianom w zależności od zniekształceń napięcia wejściowego, regulacja napięcia jest wykonywana przed wyjściem. Regulator napięcia w zasilaczu liniowym jest regulatorem liniowym, który jest zwykle urządzeniem półprzewodnikowym działającym jako rezystor zmienny. Wartość rezystancji wyjściowej zmienia się wraz z zapotrzebowaniem na moc wyjściową, dzięki czemu napięcie wyjściowe jest stałe. W ten sposób regulator napięcia działa jako urządzenie rozpraszające moc. W większości przypadków rozprasza nadmiar mocy, aby napięcie było stałe. Dlatego regulator napięcia powinien mieć duże radiatory. W rezultacie liniowe zasilacze stają się znacznie cięższe. Ponadto w wyniku rozpraszania mocy przez regulator napięcia w postaci ciepła,sprawność zasilacza liniowego spada nawet o około 60%.
Jednak zasilacze liniowe nie wytwarzają szumów elektrycznych przy napięciu wyjściowym. Zapewnia izolację między wyjściem a wejściem dzięki transformatorowi. Dlatego zasilacze liniowe są wykorzystywane do zastosowań o wysokiej częstotliwości, takich jak urządzenia o częstotliwości radiowej, aplikacje audio, testy laboratoryjne, które wymagają zasilania bez zakłóceń, przetwarzanie sygnału i wzmacniacze.
Rysunek 01: Zasilacz z liniowym regulatorem napięcia
Co to jest SMPS?
SMPS (zasilacz impulsowy) działa na tranzystorze przełączającym. Początkowo wejście prądu przemiennego jest przekształcane na napięcie stałe przez prostownik bez zmniejszania napięcia, w przeciwieństwie do zasilacza liniowego. Następnie napięcie prądu stałego jest przełączane z wysoką częstotliwością, zwykle przez tranzystor MOSFET. Oznacza to, że napięcie przez MOSFET jest włączane i wyłączane przez sygnał bramki MOSFET, zwykle sygnał o modulowanej szerokości impulsu około 50 kHz (blok przerywacza / falownika). Po tej operacji przerywania przebieg staje się sygnałem pulsacyjnym DC. Następnie stosuje się transformator obniżający napięcie, aby zmniejszyć napięcie pulsującego sygnału prądu stałego o wysokiej częstotliwości do żądanego poziomu. Wreszcie, prostownik wyjściowy i filtr służą do przywrócenia wyjściowego napięcia stałego.
Rysunek 02: Schemat blokowy SMPS
Regulacja napięcia w SMPS odbywa się za pośrednictwem obwodu sprzężenia zwrotnego, który monitoruje napięcie wyjściowe. Jeśli zapotrzebowanie na moc obciążenia jest wysokie, napięcie wyjściowe ma tendencję do wzrostu. Ten przyrost jest wykrywany przez obwód sprzężenia zwrotnego regulatora i jest używany do sterowania stosunkiem załączenia do wyłączenia sygnału PWM. W ten sposób zmienia się średnie napięcie sygnału. W rezultacie napięcie wyjściowe jest kontrolowane w celu utrzymania stałego.
Transformator obniżający napięcie używany w zasilaczu impulsowym działa na wysokiej częstotliwości; w ten sposób objętość i waga transformatora są znacznie mniejsze niż w przypadku zasilacza liniowego. Staje się to głównym powodem, dla którego SMPS jest znacznie mniejszy i lżejszy niż jego odpowiednik typu liniowego. Ponadto regulacja napięcia odbywa się bez rozpraszania nadmiaru mocy w postaci strat omowych lub ciepła. Wydajność SMPS osiąga aż 85-90%.
Jednocześnie SMPS generuje szum o wysokiej częstotliwości z powodu operacji przełączania tranzystora MOSFET. Ten szum może być odzwierciedlony w napięciu wyjściowym; Jednak w niektórych zaawansowanych i drogich modelach ten szum wyjściowy jest do pewnego stopnia złagodzony. Ponadto przełączanie powoduje również zakłócenia elektromagnetyczne i częstotliwości radiowe. Dlatego wymagane jest stosowanie ekranowania RF i filtrów EMI w SMPS. Dlatego SMPS nie są odpowiednimi aplikacjami audio i radiowymi. Z SMPS można używać mniej wrażliwych na hałas urządzeń, takich jak ładowarki do telefonów komórkowych, silniki prądu stałego, aplikacje o dużej mocy itp. Jego lżejsza i mniejsza konstrukcja sprawia, że można go używać również jako urządzenia przenośne.
Jaka jest różnica między zasilaczem SMPS a zasilaczem liniowym?
Porównaj środek artykułu przed tabelą
SMPS a zasilacz liniowy |
|
| SMPS bezpośrednio prostuje napięcie sieciowe AC bez zmniejszania napięcia. Następnie przekonwertowany prąd stały jest przełączany na wysoką częstotliwość dla mniejszego transformatora, aby zredukować go do pożądanego poziomu napięcia. Wreszcie, sygnał AC o wysokiej częstotliwości jest prostowany do napięcia wyjściowego DC. | Liniowy zasilacz redukuje napięcie do żądanej wartości na początku przez większy transformator. Następnie prąd przemienny jest prostowany i filtrowany, aby uzyskać wyjściowe napięcie stałe. |
| Regulacja napięcia | |
| Regulacja napięcia odbywa się poprzez sterowanie częstotliwością przełączania. Napięcie wyjściowe jest monitorowane przez obwód sprzężenia zwrotnego, a zmiany napięcia są wykorzystywane do regulacji częstotliwości. | Wyprostowane i przefiltrowane napięcie stałe jest poddawane rezystancji wyjściowej dzielnika napięcia, aby wytworzyć napięcie wyjściowe. Rezystancja ta jest kontrolowana przez obwód sprzężenia zwrotnego, który monitoruje zmiany napięcia wyjściowego. |
| Wydajność | |
| Wytwarzanie ciepła w SMPS jest stosunkowo niskie, ponieważ tranzystor przełączający działa w regionach odcięcia i głodu. Mały rozmiar transformatora wyjściowego sprawia, że straty ciepła są niewielkie. Dlatego wydajność jest wyższa (85-90%). | Nadmiar mocy jest rozpraszany w postaci ciepła, aby zapewnić stałe napięcie w zasilaczu liniowym. Ponadto transformator wejściowy jest znacznie większy; w związku z tym straty transformatora są wyższe. Dlatego sprawność zasilacza liniowego wynosi zaledwie 60%. |
| Budować | |
| Rozmiar transformatora SMPS nie musi być duży, ponieważ działa on na wysokich częstotliwościach. Dlatego też waga transformatora będzie mniejsza. W rezultacie rozmiar, a także waga SMPS jest znacznie niższa niż liniowego zasilacza. | Liniowe zasilacze są znacznie większe, ponieważ transformator wejściowy musi być duży ze względu na niską częstotliwość, na której pracuje. Ponieważ w regulatorze napięcia wytwarzane jest więcej ciepła, należy również zastosować radiatory. |
| Zniekształcenia szumów i napięcia | |
| SMPS generuje szum o wysokiej częstotliwości z powodu przełączania. Przekłada się to na napięcie wyjściowe, a czasem również na zasilanie sieciowe. Zniekształcenia harmoniczne w zasilaniu sieciowym mogą być również możliwe w przypadku SMPS. | Zasilacze liniowe nie wytwarzają szumów w napięciu wyjściowym. Zniekształcenia harmoniczne są znacznie mniejsze niż w przypadku SMPS. |
| Aplikacje | |
| SMPS może być używany jako urządzenie przenośne ze względu na małą konstrukcję. Ponieważ jednak generuje szum o wysokiej częstotliwości, SMPS nie mogą być używane w aplikacjach wrażliwych na szum, takich jak aplikacje RF i audio. | Zasilacze liniowe są znacznie większe i nie można ich używać do urządzeń przenośnych. Ponieważ nie generują hałasu, a napięcie wyjściowe jest również czyste, są używane do większości testów elektrycznych i elektronicznych w laboratoriach. |
Podsumowanie - SMPS a zasilacz liniowy
Zasilacze SMPS i zasilacze liniowe to dwa rodzaje stosowanych zasilaczy prądu stałego. Kluczową różnicą między zasilaniem SMPS a zasilaniem liniowym jest topologia stosowana do regulacji napięcia i obniżania napięcia. Podczas gdy liniowy zasilacz konwertuje prąd zmienny na niskie napięcie na początku, SMPS najpierw prostuje i filtruje napięcie sieciowe, a następnie przełącza się na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości przed obniżeniem. Ponieważ waga i rozmiar transformatora wzrasta wraz ze spadkiem częstotliwości roboczej, transformator wejściowy zasilaczy liniowych jest znacznie cięższy i większy, w przeciwieństwie do SMPS. Ponadto, ponieważ regulacja napięcia odbywa się poprzez rozpraszanie ciepła poprzez rezystory, zasilacze liniowe powinny mieć radiatory, które dodatkowo zwiększają ich ciężar. Regulator SMPS steruje częstotliwością przełączania, aby kontrolować napięcie wyjściowe. W związku z tym,SMPS są mniejsze i lżejsze. Ponieważ wytwarzanie ciepła w SMPS jest niższe, ich wydajność jest również wyższa.
Pobierz wersję PDF SMPS a zasilacz liniowy
Możesz pobrać wersję PDF tego artykułu i używać jej w trybie offline, zgodnie z notami cytowania. Proszę pobrać wersję PDF tutaj Różnica między zasilaniem SMPS a zasilaniem liniowym.
