Rozdiel medzi SMPS a lineárnym zdrojom
Share
Kľúčový rozdiel - SMPS verzus lineárne napájanie
Väčšina elektronických a elektrických zariadení vyžaduje na svoju činnosť jednosmerné napätie. Tieto zariadenia, najmä elektronické zariadenia s integrovanými obvodmi, by mali byť vybavené spoľahlivým jednosmerným napätím bez skreslenia, aby mohli pracovať bez poruchy alebo napaľovania. Účelom jednosmerného napájacieho zdroja je dodávať týmto zariadeniam čisté jednosmerné napätie. Zdroje jednosmerného prúdu sú rozdelené do lineárneho a prepínaného režimu, čo sú topológie zapojené do plynulého napájania striedavým prúdom do hladkého jednosmerného prúdu.. Lineárne napájanie využíva transformátor na priame zníženie sieťového napätia na požadovanú úroveň zatiaľ čo SMPS prevádza striedavý prúd na jednosmerný prúd pomocou prepínacieho zariadenia, ktoré pomáha získať priemernú hodnotu požadovanej úrovne napätia. Toto je kľúčový rozdiel medzi SMPS a lineárnym napájaním.
OBSAH
1. Prehľad a kľúčový rozdiel
2. Čo je lineárne napájanie
3. Čo je SMPS
4. Porovnanie vedľa seba - SMPS vs lineárne napájanie v tabuľkovej forme
5. Zhrnutie
Čo je lineárne napájanie?
Pri lineárnom napájaní je striedavé sieťové napätie konvertované na nižšie napätie priamo pomocou transformátora typu down-down. Tento transformátor musí zvládnuť veľký výkon, pretože pracuje na striedavej frekvencii 50/60 Hz. Preto je tento transformátor objemný a veľký, takže napájanie je ťažké a veľké.
Znížené napätie sa potom usmerní a filtruje, aby sa získalo jednosmerné napätie potrebné pre výstup. Pretože napätie na tejto úrovni sa mení v závislosti od skreslenia vstupného napätia, pred výstupom sa vykoná regulácia napätia. Regulátor napätia v lineárnom napájacom zdroji je lineárny regulátor, ktorý je zvyčajne polovodičovým zariadením, ktoré pôsobí ako premenlivý odpor. Hodnota výstupného odporu sa mení s požiadavkou výstupného výkonu, takže výstupné napätie je konštantné. Regulátor napätia teda pracuje ako zariadenie na rozptyľovanie energie. Väčšinu času rozptyľuje nadmerný výkon, aby sa napätie nemenilo. Preto by mal mať regulátor napätia veľké chladiče. Výsledkom je, že lineárne napájacie zdroje sú oveľa ťažšie. Ďalej, v dôsledku rozptylu energie regulátorom napätia ako tepla, účinnosť lineárneho napájania klesá až o 60%..
Lineárne napájacie zdroje však na výstupnom napätí nevytvárajú elektrický šum. Poskytuje izoláciu medzi výstupom a vstupom kvôli transformátoru. Preto sa lineárne zdroje napájania používajú pre vysokofrekvenčné aplikácie, ako sú vysokofrekvenčné zariadenia, zvukové aplikácie, laboratórne testy, ktoré vyžadujú bezhlučné napájanie, spracovanie signálu a zosilňovače..
Obrázok 01: Napájanie s lineárnym regulátorom napätia
Čo je to SMPS?
SMPS (spínaný zdroj energie) pracuje na spínacom tranzistorovom zariadení. Najprv sa na rozdiel od lineárneho zdroja energie striedavý vstup prevádza usmerňovačom na jednosmerné napätie bez zníženia napätia. Potom sa jednosmerné napätie podrobí vysokofrekvenčnému prepínaniu, zvyčajne tranzistorom MOSFET. To znamená, že napätie cez MOSFET je zapínané a vypínané signálom MOSFET Gate, zvyčajne signálom modulovaným na šírku impulzu približne 50 kHz (chopper / invertorový blok). Po tejto operácii sekania sa priebeh stáva pulzovaným jednosmerným signálom. Potom sa použije redukčný transformátor na zníženie napätia vysokofrekvenčného pulzovaného DC signálu na požadovanú úroveň. Nakoniec sa na spätné získanie výstupného jednosmerného napätia používa výstupný usmerňovač a filter.
Obrázok 02: Bloková schéma SMPS
Regulácia napätia v SMPS sa vykonáva prostredníctvom obvodu spätnej väzby, ktorý monitoruje výstupné napätie. Ak je energetická náročnosť záťaže vysoká, výstupné napätie má tendenciu sa zvyšovať. Tento prírastok je detekovaný obvodom spätnej väzby regulátora a používa sa na riadenie pomeru zap / vyp signálu PWM. Takto sa mení priemerné signálne napätie. Výsledkom je, že výstupné napätie je regulované tak, aby zostalo konštantné.
Krokový transformátor používaný v SMPS pracuje na vysokej frekvencii; preto objem a hmotnosť transformátora sú oveľa menšie ako objem a hmotnosť lineárneho napájania. To sa stáva hlavným dôvodom, prečo je SMPS oveľa menší a ľahší ako jeho náprotivok lineárneho typu. Okrem toho sa reguluje napätie bez rozptylu prebytočnej energie, napríklad ohmických strát alebo tepla. Účinnosť SMPS dosahuje až 85-90%.
Zároveň SMPS generuje vysokofrekvenčný šum v dôsledku prepínania MOSFET-u. Tento šum sa môže odrážať na výstupnom napätí; avšak v niektorých pokročilých a drahých modeloch je tento výstupný šum do istej miery zmiernený. Spínanie ďalej vytvára elektromagnetické a vysokofrekvenčné rušenie. Preto sa v SMPS vyžaduje použitie RF tienenia a EMI filtrov. Preto SMPS nie sú vhodné zvukové a vysokofrekvenčné aplikácie. S SMPS je možné používať menej citlivé zariadenia, ako sú nabíjačky mobilných telefónov, jednosmerné motory, vysokovýkonné aplikácie atď. Je to ľahší a menší dizajn, vďaka čomu je vhodné používať ho aj ako prenosné zariadenia.
Aký je rozdiel medzi SMPS a lineárnym napájaním?
SMPS vs lineárne napájanie | |
| SMPS priamo usmerňuje sieťové napätie bez zníženia napätia. Potom sa konvertovaný jednosmerný prúd prepne na vysokofrekvenčný menší transformátor, aby sa znížil na požadovanú úroveň napätia. Nakoniec sa vysokofrekvenčný striedavý signál usmerňuje na jednosmerné výstupné napätie. | Lineárne napájanie redukuje napätie na požadovanú hodnotu na začiatku väčším transformátorom. Potom je striedavé napätie usmerňované a filtrované tak, aby bolo výstupné jednosmerné napätie. |
| Regulácia napätia | |
| Regulácia napätia sa vykonáva reguláciou spínacej frekvencie. Výstupné napätie je sledované obvodom spätnej väzby a zmena napätia sa používa na riadenie frekvencie. | Usmernené a filtrované jednosmerné napätie je vystavené výstupnému odporu deliča napätia, aby sa výstupné napätie vytvorilo. Tento odpor je ovládateľný spätnoväzbovým obvodom, ktorý monitoruje zmenu výstupného napätia. |
| efektívnosť | |
| Výroba tepla v SMPS je pomerne nízka, pretože spínací tranzistor pracuje v oblastiach prerušenia a hladovania. Malá veľkosť výstupného transformátora tiež znižuje tepelné straty. Preto je účinnosť vyššia (85 - 90%). | Prebytočný výkon sa rozptýli ako teplo, aby sa napätie v lineárnom zdroji energie konštantné. Vstupný transformátor je navyše oveľa objemnejší; straty transformátora sú teda vyššie. Preto je účinnosť lineárneho napájania nízka ako 60%. |
| build | |
| Veľkosť transformátora SMPS nemusí byť veľká, pretože pracuje na vysokej frekvencii. Preto bude tiež menšia hmotnosť transformátora. Výsledkom je, že veľkosť a hmotnosť SMPS je oveľa nižšia ako lineárne napájanie. | Lineárne napájacie zdroje sú oveľa objemnejšie, pretože vstupný transformátor musí byť veľký kvôli nízkej frekvencii, na ktorej pracuje. Pretože v regulátore napätia sa generuje viac tepla, mali by sa používať aj chladiče. |
| Skreslenie hluku a napätia | |
| SMPS generuje vysokofrekvenčný šum v dôsledku prepínania. To prechádza do výstupného napätia a niekedy do vstupnej siete. Harmonické skreslenie sieťového napájania by mohlo byť možné aj v SMPS. | Lineárne napájacie zdroje nevytvárajú šum na výstupnom napätí. Harmonické skreslenie je oveľa menšie ako pri SMPS. |
| aplikácia | |
| SMPS sa dá používať ako prenosné zariadenia kvôli malej zostave. Keďže však generuje vysokofrekvenčný šum, nie je možné používať SMPS pre aplikácie citlivé na hluk, ako sú RF a audio aplikácie. | Lineárne napájacie zdroje sú omnoho väčšie a nemôžu byť použité pre prenosné zariadenia. Pretože negenerujú hluk a výstupné napätie je tiež čisté, používajú sa na väčšinu elektrických a elektronických testov v laboratóriách. |
Zhrnutie - SMPS vs lineárne napájanie
Zdroje SMPS a lineárne sú dva typy jednosmerných napájacích zdrojov, ktoré sa používajú. Kľúčovým rozdielom medzi SMPS a lineárnym napájaním sú topológie používané na reguláciu napätia a znižovanie napätia. Zatiaľ čo lineárne napájanie premieňa striedavé napätie na nízke napätie na začiatku, SMPS najskôr usmerní a filtruje sieťové napájanie a potom prepne na vysokofrekvenčné striedavé napätie pred znížením. Pretože hmotnosť a veľkosť transformátora sa zvyšuje s klesajúcou prevádzkovou frekvenciou, vstupný transformátor lineárneho napájania je na rozdiel od SMPS oveľa ťažší a väčší. Okrem toho, keďže regulácia napätia sa vykonáva pomocou rozptylu tepla prostredníctvom odporov, lineárne zdroje energie by mali mať chladiče, ktoré ich robia ešte ťažšími. Regulátor SMPS riadi spínaciu frekvenciu na riadenie výstupného napätia. Preto sú SMPS menšie a ľahšie. Pretože výroba tepla v SMPS je nižšia, ich účinnosť je tiež vyššia.
Stiahnite si PDF verziu SMPS verzus lineárny napájací zdroj
Môžete si stiahnuť verziu tohto článku PDF a použiť ju na účely offline podľa citačných poznámok. Stiahnite si verziu PDF tu Rozdiel medzi SMPS a lineárnym zdrojom.
referencie:
1. „Lineárne napájacie zdroje a regulátory.“ Opravy elektroniky a technologické novinky. N.p., n.d. Web. K dispozícii tu. 14. júna 2017.
2. „Zdroj napájania v spínanom režime“. Wikipedia. Nadácia Wikimedia, 17. mája 2017. Web. K dispozícii tu. 14. júna 2017.
S láskavým dovolením:
1. „Napájanie pomocou lineárneho regulátora napätia“ Autor: CLI - Vlastné dielo, Public Domain) prostredníctvom Commons Wikimedia
2. „SMPS Block Diagram“ IE na anglickej Wikipédii - prevedené z en.wikipedia na Commons pomocou Dcirovic., Public Domain) prostredníctvom Commons Wikimedia
