Tärkein ero - SMPS vs. lineaarinen virtalähde
Suurin osa elektronisista ja sähköisistä laitteista vaatii toimiakseen tasavirtaa. Nämä laitteet, erityisesti elektroniset laitteet, joissa on integroidut piirit, tulisi toimittaa luotettavalla, vääristymättömällä tasajännitteellä, jotta ne voivat toimia ilman toimintahäiriöitä tai palamista. DC-virtalähteen tarkoituksena on toimittaa puhdas DC-jännite näille laitteille. DC-virtalähteet on luokiteltu lineaariseen ja kytkettyyn tilaan, jotka ovat topologioita, jotka tekevät verkkovirrasta tasaisen tasavirran. Lineaarinen virtalähde käyttää muuntajaa vaihtamaan verkkojännitteen suoraan halutulle tasolle, kun taas SMPS muuntaa vaihtovirran tasavirraksi kytkinlaitteella, joka auttaa saavuttamaan halutun jännitetason keskiarvon. Tämä on tärkein ero SMPS: n ja lineaarisen virtalähteen välillä.
SISÄLLYS
1. Yleiskatsaus ja keskeinen ero
2. Mikä on lineaarinen virtalähde
3. Mikä on SMPS
4. Vertailu rinnakkain - SMPS vs. lineaarinen virtalähde taulukkomuodossa
5. Yhteenveto
Mikä on lineaarinen virtalähde?
Lineaarisessa virtalähteessä verkkovirtajännite muunnetaan pienemmäksi jännitteeksi suoraan porrastetulla muuntajalla. Tämän muuntajan on käsiteltävä suurta tehoa, koska se toimii vaihtovirran taajuudella 50 / 60Hz. Siksi tämä muuntaja on iso ja suuri, mikä tekee virtalähteestä raskas ja suuri.
Pienennetty jännite korjataan ja suodatetaan, jotta saadaan lähtöön tarvittava tasajännite. Koska tämän tason jännite vaihtelee tulojännitteen vääristymien mukaan, jännitteen säätö tehdään ennen lähtöä. Lineaarisen virtalähteen jännitesäädin on lineaarinen säädin, joka on yleensä puolijohdelaite, joka toimii muuttuvana vastuksena. Lähtöresistanssin arvo muuttuu lähtötehovaatimuksen mukaan, jolloin lähtöjännite on vakio. Siten jännitteen säädin toimii tehoa hajauttavana laitteena. Suurimman osan ajasta se haihtaa ylimääräisen tehon jännitteen muuttamiseksi vakiona. Siksi jännitesäätimessä tulisi olla suuret jäähdytyselementit. Tämän seurauksena lineaariset virtalähteet tulevat paljon raskaammiksi. Lisäksi jännitteen säätimen lämpöhäviön seurauksenalineaarisen virtalähteen hyötysuhde laskee jopa noin 60%.
Lineaariset virtalähteet eivät kuitenkaan tuota sähköistä melua lähtöjännitteelle. Se tarjoaa eristyksen lähdön ja tulon välillä muuntajan takia. Siksi lineaarisia virtalähteitä käytetään suurtaajuussovelluksissa, kuten radiotaajuuslaitteissa, audiosovelluksissa, laboratoriotesteissä, jotka edellyttävät melutonta syöttöä, signaalinkäsittelyä ja vahvistimia.
Kuva 01: Virtalähde lineaarisella jännitesäätimellä
Mikä on SMPS?
SMPS (kytketty virtalähde) toimii kytkentätransistorilaitteessa. Aluksi vaihtovirta tulo muunnetaan tasajännitteeksi tasasuuntaajalla vähentämättä jännitettä, toisin kuin lineaarisessa virtalähteessä. Sitten tasajännitteelle tehdään suurtaajuuskytkentä, tyypillisesti MOSFET-transistorin avulla. Toisin sanoen MOSFETin kautta oleva jännite kytketään päälle ja pois päältä MOSFET Gate -signaalilla, yleensä pulssinleveydellä moduloidulla noin 50 kHz: n signaalilla (katkaisija / invertterilohko). Tämän pilkkomisen jälkeen aaltomuodosta tulee pulssi-DC-signaali. Sen jälkeen alamuuntajaa käytetään alentamaan suurtaajuisen pulssitetun DC-signaalin jännite halutulle tasolle. Lopuksi ulostulotasasuuntaajaa ja suodatinta käytetään lähtöjännitteen palauttamiseksi.
Kuva 02: SMPS: n lohkokaavio
Jännitteen säätö SMPS: ssä tapahtuu takaisinkytkentäpiirin kautta, joka valvoo lähtöjännitettä. Jos kuorman tehontarve on korkea, lähtöjännitteellä on taipumus kasvaa. Tämä lisäys havaitaan säätimen takaisinkytkentäpiirillä, ja sitä käytetään ohjaamaan PWM-signaalin on-off-suhdetta. Siten keskimääräinen signaalijännite muuttuu. Tämän seurauksena lähtöjännitettä ohjataan pitämään vakiona.
SMPS: ssä käytetty porrastettu muuntaja toimii suurella taajuudella; siten muuntajan tilavuus ja paino ovat paljon pienemmät kuin lineaarisen virtalähteen. Tästä tulee merkittävä syy, että SMPS on paljon pienempi ja kevyempi kuin lineaarisen tyyppinen vastine. Lisäksi jännitteen säätö tapahtuu hajottamatta ylimääräistä tehoa ohmihäviönä tai lämpönä. SMPS: n hyötysuhde on jopa 85-90%.
Samanaikaisesti SMPS tuottaa suurtaajuista kohinaa MOSFETin kytkentätoiminnon vuoksi. Tämä melu voi heijastua lähtöjännitteessä; Joissakin edistyneissä ja kalliissa malleissa tätä lähtömelua kuitenkin lievennetään jossain määrin. Lisäksi kytkentä aiheuttaa myös sähkömagneettisia ja radiotaajuisia häiriöitä. Siksi SMPS: ssä vaaditaan RF-suojaus- ja EMI-suodattimien käyttöä. Siksi SMPS eivät ole sopivia ääni- ja radiotaajuussovelluksia. SMPS-laitteiden kanssa voidaan käyttää vähemmän meluherkkiä laitteita, kuten matkapuhelimen latureita, tasavirtamoottoreita, suuritehoisia sovelluksia jne. Sen kevyempi ja pienempi muotoilu tekee siitä kätevän käyttää myös kannettavina laitteina.
Mitä eroa on SMPS: llä ja lineaarisella virtalähteellä?
Erilainen artikkeli keskellä taulukkoa
SMPS vs. lineaarinen virtalähde |
|
| SMPS korjaa suoraan verkkovirran vaihtamatta jännitettä. Sitten muunnettu tasavirta kytketään suurtaajuisena pienempää muuntajaa varten sen vähentämiseksi halutulle jännitetasolle. Lopuksi suurtaajuinen vaihtosignaali tasataan tasavirtaulostulojännitteeksi. | Lineaarinen virtalähde vähentää jännitteen haluttuun arvoon alussa suuremmalla muuntajalla. Sen jälkeen vaihtovirta korjataan ja suodatetaan lähtöjännitteen muodostamiseksi. |
| Jännitteen säätö | |
| Jännitteen säätö tapahtuu ohjaamalla kytkentätaajuutta. Lähtöjännitettä valvotaan takaisinkytkentäpiirillä ja taajuuden ohjaukseen käytetään jännitteen vaihtelua. | Tasoitettu ja suodatettu tasajännite altistetaan jännitteenjakajan lähtövastukselle lähtöjännitteen muodostamiseksi. Tätä vastusta voidaan ohjata takaisinkytkentäpiirillä, joka valvoo lähtöjännitteen vaihtelua. |
| Tehokkuus | |
| Lämmöntuotanto SMPS: ssä on suhteellisen pieni, koska kytkentätransistori toimii katkaisu- ja nälkäalueilla. Lähtömuuntajan pieni koko tekee myös lämpöhäviöstä pienen. Siksi hyötysuhde on korkeampi (85-90%). | Ylimääräinen teho häviää lämpönä jännitteen muuttamiseksi vakiona lineaarisessa virtalähteessä. Lisäksi tulomuuntaja on paljon suurempi; siten muuntajan häviöt ovat suuremmat. Siksi lineaarisen virtalähteen hyötysuhde on niinkin alhainen kuin 60%. |
| Rakentaa | |
| SMPS: n muuntajan koon ei tarvitse olla suuri, koska se toimii korkealla taajuudella. Siksi myös muuntajan paino on pienempi. Tämän seurauksena SMPS: n koko ja paino ovat paljon pienemmät kuin lineaarisen virtalähteen. | Lineaariset virtalähteet ovat paljon suurempia, koska tulomuuntajan on oltava suuri johtuen matalasta taajuudesta, jolla se toimii. Koska jännitteen säätimessä syntyy enemmän lämpöä, tulisi käyttää myös jäähdytyselementtejä. |
| Melun ja jännitteen vääristymät | |
| SMPS tuottaa korkean taajuuden kohinan kytkennän vuoksi. Tämä siirtyy lähtöjännitteeseen sekä joskus syöttöverkkoon. Harmoninen vääristymä verkkovirrassa voisi olla mahdollista myös SMPS-laitteissa. | Lineaariset virtalähteet eivät tuota melua lähtöjännitteessä. Harmoninen vääristymä on paljon pienempi kuin SMPS: ien. |
| Sovellukset | |
| SMPS: ää voidaan käyttää kannettavina laitteina pienen rakenteen vuoksi. Mutta koska se tuottaa suurtaajuista kohinaa, SMPS: itä ei voida käyttää meluherkissä sovelluksissa, kuten RF- ja äänisovelluksissa. | Lineaariset virtalähteet ovat paljon suurempia, eikä niitä voida käyttää kannettavissa laitteissa. Koska ne eivät aiheuta melua ja lähtöjännite on myös puhdas, niitä käytetään suurimmaksi osaksi laboratorioiden sähkö- ja elektroniikkatestejä. |
Yhteenveto - SMPS vs. lineaarinen virtalähde
SMPS- ja Linear-virtalähteet ovat kahta tyyppiä DC-virtalähteitä. Tärkein ero SMPS: n ja lineaarisen virtalähteen välillä on jännitteen säätämiseen ja jännitteen poistamiseen käytetyt topologiat. Vaikka lineaarinen virtalähde muuntaa vaihtovirran alhaiseksi jännitteeksi, SMPS ensin tasoittaa ja suodattaa verkkovirran ja vaihtaa sitten korkean taajuuden vaihtovirtaan ennen kuin eroaa. Koska muuntajan paino ja koko kasvavat toimintataajuuden pienentyessä, lineaaristen virtalähteiden tulomuuntaja on paljon raskaampi ja suurempi toisin kuin SMPS. Lisäksi, koska jännitteen säätö tapahtuu lämmön haihdutuksella vastusten kautta, lineaarisissa virtalähteissä tulisi olla jäähdytyselementit, jotka tekevät niistä vielä raskaampia. SMPS: ien säädin ohjaa kytkentätaajuutta lähtöjännitteen ohjaamiseksi. Siksi,SMPS-koot ovat kooltaan pienempiä ja kevyempiä. Koska SMPS: n lämmöntuotanto on vähäisempää, myös niiden hyötysuhde on korkeampi.
Lataa SMPS vs. lineaarinen virtalähde PDF-versio
Voit ladata tämän artikkelin PDF-version ja käyttää sitä offline-tarkoituksiin lainausmerkintöjen mukaan. Lataa PDF-versio täältä SMPS: n ja lineaarisen virtalähteen välinen ero.
