Ключова разлика – SMPS срещу линейно захранване
Повечето електронни и електрически устройства изискват постоянно напрежение, за да функционират. Тези устройства, особено електронните устройства с интегрални схеми, трябва да се захранват с надеждно постоянно напрежение без изкривявания, за да работят без повреда или изгаряне. Целта на захранването с постоянен ток е да доставя чисто постоянно напрежение на тези устройства. Захранващите устройства с постоянен ток се категоризират на линейни и комутирани, които са топологиите, използвани за превръщане на променливотоковото захранване в гладко постоянен ток. Линейното захранване използва трансформатор за директно понижаване на AC мрежовото напрежение до желаното ниво, докато SMPS преобразува AC в DC с помощта на превключващо устройство, което помага да се получи средна стойност на желаното ниво на напрежение. Това е ключовата разлика между SMPS и линейното захранване.
Какво е линейно захранване?
В линейно захранване мрежовото AC напрежение се преобразува в по-ниско напрежение директно от понижаващ трансформатор. Този трансформатор трябва да се справи с голяма мощност, тъй като работи при честота на променлив ток 50/60Hz. Следователно този трансформатор е обемист и голям, което прави захранването тежко и голямо.
Пониженото напрежение след това се коригира и филтрира, за да се получи постояннотоковото напрежение, необходимо за изхода. Тъй като напрежението на това ниво е подложено на промяна в зависимост от изкривяванията на входното напрежение, регулирането на напрежението се извършва преди изхода. Регулаторът на напрежението в линейното захранване е линеен регулатор, който обикновено е полупроводниково устройство, което действа като променлив резистор. Стойността на изходното съпротивление се променя с изискването за изходна мощност, което прави изходното напрежение постоянно. По този начин регулаторът на напрежение работи като устройство за разсейване на мощността. През повечето време той разсейва излишната мощност, за да направи напрежението постоянно. Следователно регулаторът на напрежението трябва да има големи радиатори. В резултат на това линейните захранвания стават много по-тежки. Освен това, в резултат на разсейване на мощността от регулатора на напрежението като топлина, ефективността на линейното захранване пада до около 60%.
Въпреки това, линейните захранвания не произвеждат електрически шум върху изходното напрежение. Осигурява изолация между изхода и входа благодарение на трансформатора. Следователно линейните захранвания се използват за високочестотни приложения като радиочестотни устройства, аудио приложения, лабораторни тестове, които изискват безшумно захранване, обработка на сигнали и усилватели.
Фигура 01: Захранване с линеен регулатор на напрежение
Какво е SMPS?
SMPS (захранване с импулсен режим) работи на превключващо транзисторно устройство. Първо, AC входът се преобразува в DC напрежение от токоизправител, без да се намалява напрежението, за разлика от линейното захранване. След това постояннотоковото напрежение претърпява високочестотно превключване, обикновено от MOSFET транзистор. Това означава, че напрежението през MOSFET се включва и изключва от MOSFET Gate сигнал, обикновено широчинно-импулсен модулиран сигнал от около 50 kHz (чопър/инверторен блок). След тази операция на нарязване, формата на вълната се превръща в пулсиращ DC сигнал. След това се използва понижаващ трансформатор, за да се намали напрежението на високочестотния пулсиращ DC сигнал до желаното ниво. И накрая, изходен токоизправител и филтър се използват за възстановяване на изходното постоянно напрежение.
Фигура 02: Блокова диаграма на SMPS
Регулирането на напрежението в SMPS се извършва чрез верига за обратна връзка, която следи изходното напрежение. Ако изискването за мощност на товара е високо, изходното напрежение има тенденция да се увеличава. Това нарастване се открива от веригата за обратна връзка на регулатора и се използва за контролиране на съотношението включване/изключване на ШИМ сигнала. По този начин средното напрежение на сигнала се променя. В резултат на това изходното напрежение се контролира, за да се поддържа постоянно.
Понижаващият трансформатор, използван в SMPS, работи на висока честота; по този начин обемът и теглото на трансформатора са много по-малки от тези на линейно захранване. Това се превръща в основна причина SMPS да бъде много по-малък и по-лек от аналога си от линеен тип. Освен това регулирането на напрежението се извършва без разсейване на излишната мощност като омични загуби или топлина. Ефективността на SMPS достига до 85-90%.
В същото време SMPS генерира високочестотен шум поради операцията по превключване на MOSFET. Този шум може да се отрази в изходното напрежение; въпреки това, в някои усъвършенствани и скъпи модели този изходен шум е смекчен до известна степен. Освен това превключването създава електромагнитни и радиочестотни смущения. Следователно е необходимо да се използват радиочестотно екраниране и EMI филтри в SMPS. Следователно SMPS не са подходящи аудио и радиочестотни приложения. С SMPS може да се използва по-малко чувствително към шум оборудване като зарядни устройства за мобилни телефони, постояннотокови двигатели, приложения с висока мощност и др. Неговият по-лек и по-малък дизайн го прави удобен за използване и като преносими устройства.
Каква е разликата между SMPS и линейното захранване?
SMPS срещу линейно захранване |
|
| SMPS директно коригира мрежовия променлив ток, без да намалява напрежението. След това преобразуваният DC се превключва във висока честота за по-малък трансформатор, за да се намали до желаното ниво на напрежение. Накрая, високочестотният променливотоков сигнал се коригира към изходното постоянно напрежение. | Линейното захранване намалява напрежението до желаната стойност в началото чрез по-голям трансформатор. След това променливотоковият ток се коригира и филтрира, за да се получи изходното постоянно напрежение. |
| Регулиране на напрежението | |
| Регулирането на напрежението се извършва чрез контролиране на честотата на превключване. Изходното напрежение се следи от веригата за обратна връзка и промяната на напрежението се използва за управление на честотата. | Коригираното и филтрирано постоянно напрежение се подлага на изходно съпротивление на делител на напрежение, за да се получи изходно напрежение. Това съпротивление се контролира от верига за обратна връзка, която следи промяната на изходното напрежение. |
| Ефективност | |
| Производството на топлина в SMPS е сравнително ниско, тъй като превключващият транзистор работи в зоните на прекъсване и гладуване. Малкият размер на изходния трансформатор също прави топлинните загуби малки. Следователно ефективността е по-висока (85-90%). | Излишната мощност се разсейва като топлина, за да направи напрежението постоянно в линейно захранване. Освен това входният трансформатор е много по-обемист; по този начин загубите на трансформатора са по-високи. Следователно ефективността на линейното захранване е едва 60%. |
| Build | |
| Размерът на трансформатора на SMPS не е необходимо да бъде голям, тъй като той работи с висока честота. Следователно теглото на трансформатора също ще бъде по-малко. В резултат на това размерът, както и теглото на SMPS са много по-ниски от линейното захранване. | Линейните захранвания са много по-обемисти, тъй като входният трансформатор трябва да е голям поради ниската честота, на която работи. Тъй като в регулатора на напрежението се генерира повече топлина, трябва да се използват и радиатори. |
| Шум и изкривявания на напрежение | |
| SMPS генерира високочестотен шум поради превключване. Това преминава в изходното напрежение, както и във входната мрежа понякога. Хармонични изкривявания в мрежовото захранване също могат да бъдат възможни в SMPS. | Линейните захранвания не произвеждат шум в изходното напрежение. Хармоничното изкривяване е много по-малко от това на SMPS. |
| Приложения | |
| SMPS може да се използва като преносимо устройство поради малката конструкция. Но тъй като генерира високочестотен шум, SMPS не могат да се използват за чувствителни към шум приложения като RF и аудио приложения. | Линейните захранвания са много по-големи и не могат да се използват за преносими устройства. Тъй като не генерират шум и изходното напрежение също е чисто, те се използват за повечето електрически и електронни тестове в лабораториите. |
Обобщение – SMPS срещу линейно захранване
SMPS и линейните захранващи устройства са два използвани типа DC захранвания. Ключовата разлика между SMPS и линейното захранване са топологиите, използвани за регулиране на напрежението и понижаване на напрежението. Докато линейното захранване преобразува променлив ток в ниско напрежение в началото, SMPS първо коригира и филтрира мрежовия променлив ток и след това превключва към високочестотен променлив ток, преди да се оттегли. Тъй като теглото и размерът на трансформатора се увеличават с намаляването на работната честота, входният трансформатор на линейните захранвания е много по-тежък и по-голям за разлика от SMPS. В допълнение, тъй като регулирането на напрежението се извършва с разсейване на топлината чрез съпротивления, линейните захранвания трябва да имат радиатори, които ги правят още по-тежки. Регулаторът на SMPS контролира честотата на превключване, за да контролира изходното напрежение. Следователно SMPS са по-малки по размер и по-леки по тегло. Тъй като генерирането на топлина в SMPS е по-ниско, тяхната ефективност също е по-висока.
Изтеглете PDF версия на SMPS срещу линейно захранване
Можете да изтеглите PDF версия на тази статия и да я използвате за офлайн цели според бележките за цитиране. Моля, изтеглете PDF версия тук Разлика между SMPS и линейно захранване.
