Różnica między SMPS a zasilaczem liniowym
Share
Kluczowa różnica - SMPS vs zasilacz liniowy
Większość urządzeń elektronicznych i elektrycznych wymaga do działania napięcia stałego. Urządzenia te, a zwłaszcza urządzenia elektroniczne z układami scalonymi, powinny być zasilane niezawodnym, pozbawionym zniekształceń napięciem stałym, aby mogły działać bez zakłóceń lub spalania. Celem zasilania prądem stałym jest doprowadzenie do tych urządzeń czystego napięcia stałego. Zasilacze prądu stałego dzielą się na liniowe i przełączane, które są topologiami związanymi z przekształcaniem zasilania prądem przemiennym w płynne napięcie stałe. Zasilacz liniowy wykorzystuje transformator do bezpośredniego obniżenia napięcia sieciowego prądu przemiennego do pożądanego poziomu podczas SMPS przekształca prąd przemienny w prąd stały za pomocą urządzenia przełączającego, które pomaga uzyskać średnią wartość pożądanego poziomu napięcia. Jest to kluczowa różnica między SMPS a zasilaczem liniowym.
ZAWARTOŚĆ
1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to jest liniowy zasilacz
3. Co to jest SMPS
4. Porównanie obok siebie - SMPS kontra zasilacz liniowy w formie tabeli
5. Podsumowanie
Co to jest liniowy zasilacz?
W zasilaczu liniowym napięcie prądu przemiennego jest przekształcane na niższe napięcie bezpośrednio przez transformator obniżający napięcie. Ten transformator musi obsłużyć dużą moc, ponieważ działa przy częstotliwości sieciowej 50/60 Hz. Dlatego ten transformator jest nieporęczny i duży, przez co zasilacz jest ciężki i duży.
Zmniejszone napięcie jest następnie prostowane i filtrowane, aby uzyskać napięcie stałe wymagane na wyjściu. Ponieważ napięcie na tym poziomie jest zmieniane w zależności od zniekształceń napięcia wejściowego, regulacja napięcia odbywa się przed wyjściem. Regulator napięcia w zasilaczu liniowym jest regulatorem liniowym, który jest zwykle urządzeniem półprzewodnikowym, które działa jak rezystor zmienny. Wartość rezystancji wyjściowej zmienia się wraz z zapotrzebowaniem na moc wyjściową, co powoduje, że napięcie wyjściowe jest stałe. Zatem regulator napięcia działa jako urządzenie rozpraszające energię. Przez większość czasu rozprasza nadmiar mocy, aby napięcie było stałe. Dlatego regulator napięcia powinien mieć duże radiatory. W rezultacie zasilacze liniowe stają się znacznie cięższe. Ponadto, w wyniku rozproszenia mocy przez regulator napięcia w postaci ciepła, sprawność liniowego zasilacza spada aż o około 60%.
Jednak zasilacze liniowe nie wytwarzają zakłóceń elektrycznych na napięcie wyjściowe. Zapewnia izolację między wyjściem a wejściem ze względu na transformator. Dlatego liniowe zasilacze są stosowane w aplikacjach o wysokiej częstotliwości, takich jak urządzenia o częstotliwości radiowej, aplikacje audio, testy laboratoryjne wymagające bezszumowego zasilania, przetwarzania sygnału i wzmacniaczy.
Rysunek 01: Zasilacz z liniowym regulatorem napięcia
Co to jest SMPS?
SMPS (zasilacz impulsowy) działa na przełączającym urządzeniu tranzystorowym. Najpierw wejście prądu przemiennego jest przekształcane na napięcie stałe przez prostownik, bez zmniejszania napięcia, w przeciwieństwie do zasilacza liniowego. Następnie napięcie prądu stałego przechodzi przełączanie wysokiej częstotliwości, 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 odcinania, kształt fali staje się sygnałem pulsującego prądu stałego. Następnie stosuje się transformator obniżający, aby obniżyć napięcie pulsującego sygnału prądu stałego o wysokiej częstotliwości do pożądanego poziomu. Wreszcie prostownik wyjściowy i filtr są wykorzystywane do przywrócenia wyjściowego napięcia stałego.
Rysunek 02: Schemat blokowy SMPS
Regulacja napięcia w SMPS odbywa się za pomocą obwodu sprzężenia zwrotnego, który monitoruje napięcie wyjściowe. Jeśli zapotrzebowanie mocy na obciążenie jest wysokie, napięcie wyjściowe zwykle rośnie. Przyrost ten jest wykrywany przez obwód sprzężenia zwrotnego regulatora i służy do sterowania stosunkiem włączenia / wyłączenia sygnału PWM. Tak więc zmienia się średnie napięcie sygnału. W rezultacie napięcie wyjściowe jest kontrolowane w celu utrzymania stałej wartości.
Transformator obniżający napięcie stosowany w SMPS działa z wysoką częstotliwością; dlatego objętość i ciężar transformatora są znacznie mniejsze niż w przypadku liniowego zasilacza. 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 nadwyżki mocy w postaci strat omowych lub ciepła. Wydajność SMPS sięga aż 85-90%.
Jednocześnie SMPS generuje szum o wysokiej częstotliwości z powodu operacji przełączania MOSFET. Hałas ten może być odzwierciedlony w napięciu wyjściowym; jednak w niektórych zaawansowanych i drogich modelach hałas wyjściowy jest do pewnego stopnia łagodzony. 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 częstotliwości radiowych. Z urządzeniami SMPS można stosować mniej wrażliwe na hałas urządzenia, takie jak ładowarki do telefonów komórkowych, silniki prądu stałego, aplikacje dużej mocy itp. Jego lżejsza i mniejsza konstrukcja sprawia, że można go również wygodnie używać jako urządzeń przenośnych.
Jaka jest różnica między SMPS a zasilaczem liniowym?
SMPS kontra zasilacz liniowy | |
| SMPS bezpośrednio prostuje napięcie sieciowe bez zmniejszania napięcia. Następnie przekształcony prąd stały jest przełączany na wysoką częstotliwość dla mniejszego transformatora, aby obniżyć go do pożądanego poziomu napięcia. Wreszcie sygnał prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości jest prostowany do napięcia wyjściowego prądu stałego. | Liniowy zasilacz redukuje napięcie do pożądanej wartości na początku przez większy transformator. Następnie prąd przemienny jest prostowany i filtrowany, aby uzyskać wyjściowe napięcie prądu stałego. |
| Regulacja napięcia | |
| Regulacja napięcia odbywa się poprzez kontrolę częstotliwości przełączania. Napięcie wyjściowe jest monitorowane przez obwód sprzężenia zwrotnego, a zmiana napięcia jest wykorzystywana do sterowania częstotliwością. | Wyprostowane i przefiltrowane napięcie stałe poddawane jest rezystancji wyjściowej dzielnika napięcia w celu wytworzenia napięcia wyjściowego. Rezystancja ta jest kontrolowana przez obwód sprzężenia zwrotnego, który monitoruje zmiany napięcia wyjściowego. |
| Wydajność | |
| Generowanie ciepła w SMPS jest stosunkowo niskie, ponieważ tranzystor przełączający działa w obszarach odcięcia i głodu. Niewielki rozmiar transformatora wyjściowego powoduje również, że straty ciepła są niewielkie. Dlatego wydajność jest wyższa (85–90%). | Nadwyżka mocy jest rozpraszana w postaci ciepła, aby napięcie było stałe w zasilaczu liniowym. Ponadto transformator wejściowy jest znacznie nieporęczny; dlatego straty transformatora są wyższe. Dlatego sprawność liniowego zasilacza wynosi zaledwie 60%. |
| Budować | |
| Rozmiar transformatora SMPS nie musi być duży, ponieważ działa on z wysoką częstotliwością. Dlatego ciężar transformatora również będzie mniejszy. W rezultacie rozmiar, a także waga SMPS jest znacznie mniejsza niż liniowy zasilacz. | Zasilacze liniowe są znacznie nieporęczne, ponieważ transformator wejściowy musi być duży ze względu na niską częstotliwość, na której działa. Ponieważ w regulatorze napięcia powstaje więcej ciepła, należy również zastosować radiatory. |
| Hałas i zniekształcenia napięcia | |
| SMPS generuje szum o wysokiej częstotliwości z powodu przełączania. Czasami przechodzi to na napięcie wyjściowe, a także na wejście sieciowe. Zakłócenia harmoniczne w sieci mogą być również możliwe w SMPS. | Zasilacze liniowe nie wytwarzają zakłóceń w napięciu wyjściowym. Zniekształcenia harmoniczne są znacznie mniejsze niż w przypadku SMPS. |
| Aplikacje | |
| SMPS może być używany jako urządzenie przenośne ze względu na małą budowę. Ponieważ jednak generuje szum o wysokiej częstotliwości, SMPS nie mogą być używane w aplikacjach wrażliwych na hałas, takich jak RF i audio. | Zasilacze liniowe są znacznie większe i nie można ich używać w urządzeniach przenośnych. Ponieważ nie generują szumu, a napięcie wyjściowe jest również czyste, są używane do większości testów elektrycznych i elektronicznych w laboratoriach. |
Podsumowanie - SMPS kontra zasilacz liniowy
Zasilacze SMPS i liniowe to dwa rodzaje używanych zasilaczy prądu stałego. Kluczową różnicą między SMPS a zasilaniem liniowym są topologie stosowane do regulacji napięcia i obniżania napięcia. Podczas gdy liniowy zasilacz przekształca prąd przemienny w niskie napięcie na początku, SMPS najpierw prostuje i filtruje prąd przemienny z sieci, a następnie przełącza się na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości przed ustąpieniem. Ponieważ ciężar i rozmiar transformatora rośnie wraz ze spadkiem częstotliwości roboczej, transformator wejściowy zasilaczy liniowych jest znacznie cięższy i większy w przeciwieństwie do SMPS. Ponadto, ponieważ regulacja napięcia odbywa się z rozpraszaniem ciepła przez rezystory, zasilacze liniowe powinny mieć radiatory, które czynią je jeszcze cięższymi. Regulator SMPS steruje częstotliwością przełączania, aby kontrolować napięcie wyjściowe. Dlatego SMPS są mniejsze i lżejsze. Ponieważ wytwarzanie ciepła w SMPS jest niższe, ich wydajność jest również wyższa.
Pobierz wersję PDF SMPS kontra zasilacz liniowy
Możesz pobrać wersję PDF tego artykułu i używać go do celów offline zgodnie z cytatami. Pobierz wersję PDF tutaj Różnica między SMPS a zasilaczem liniowym.
Odniesienie:
1. „Zasilacze liniowe i regulatory”. Naprawa elektroniki i nowości technologiczne. N.p., n.d. Sieć. Dostępny tutaj. 14 czerwca 2017 r.
2. „Zasilacz impulsowy”. Wikipedia. Fundacja Wikimedia, 17 maja 2017 r. Internet. Dostępny tutaj. 14 czerwca 2017 r.
Zdjęcie dzięki uprzejmości:
1. „Zasilacz z liniowym regulatorem napięcia” Autor: CLI - Praca własna, domena publiczna) przez Commons Wikimedia
2. „Schemat blokowy SMPS” Autor: IE z angielskiej Wikipedii - przeniesiony z en.wikipedia do Commons przez Dcirovic., Domena publiczna) przez Commons Wikimedia
