Diferența cheie – SMPS vs sursa de alimentare liniară
Majoritatea dispozitivelor electronice și electrice necesită tensiune DC pentru a funcționa. Aceste dispozitive, în special dispozitivele electronice cu circuite integrate, ar trebui să fie alimentate cu o tensiune DC fiabilă, fără distorsiuni, pentru ca acestea să funcționeze fără defecțiuni sau ardere. Scopul unei surse de curent continuu este de a furniza curent continuu curat acestor dispozitive. Sursele de curent continuu sunt clasificate în mod liniar și în comutație, care sunt topologiile implicate pentru a transforma alimentarea de la rețea de curent alternativ în continuu continuu. Sursa de alimentare liniară folosește un transformator pentru a reduce direct tensiunea rețelei AC la un nivel dorit, în timp ce SMPS convertește AC în DC folosind un dispozitiv de comutare care ajută la obținerea unei valori medii a nivelului de tensiune dorit. Aceasta este diferența cheie dintre SMPS și sursa de alimentare liniară.
Ce este o sursă de alimentare liniară?
Într-o sursă de alimentare liniară, tensiunea de rețea de curent alternativ este convertită la o tensiune mai mică direct de un transformator coborâtor. Acest transformator trebuie să suporte o putere mare, deoarece funcționează la frecvența rețelei AC 50/60Hz. Prin urmare, acest transformator este voluminos și mare, ceea ce face ca sursa de alimentare să fie grea și mare.
Tensiunea redusă este apoi rectificată și filtrată pentru a obține tensiunea DC necesară pentru ieșire. Deoarece tensiunea la acest nivel este supusă să varieze în funcție de distorsiunile tensiunii de intrare, se face o reglare a tensiunii înainte de ieșire. Regulatorul de tensiune dintr-o sursă de alimentare liniară este un regulator liniar, care este de obicei un dispozitiv semiconductor care acționează ca un rezistor variabil. Valoarea rezistenței de ieșire se modifică odată cu cerința de putere de ieșire, făcând constantă tensiunea de ieșire. Astfel, regulatorul de tensiune funcționează ca un dispozitiv de disipare a puterii. De cele mai multe ori, disipă puterea în exces pentru a face tensiunea constantă. Prin urmare, regulatorul de tensiune ar trebui să aibă radiatoare mari. Ca urmare, sursele de alimentare liniare devin mult mai grele. În plus, ca urmare a disipării puterii de către regulatorul de tensiune sub formă de căldură, eficiența unei surse de alimentare liniare scade cu aproximativ 60%.
Cu toate acestea, sursele de alimentare liniare nu produc zgomot electric la tensiunea de ieșire. Oferă izolație între ieșire și intrare datorită transformatorului. Prin urmare, sursele de alimentare liniare sunt utilizate pentru aplicații de în altă frecvență, cum ar fi dispozitive de radiofrecvență, aplicații audio, teste de laborator care necesită alimentare fără zgomot, procesare a semnalului și amplificatoare.
Figura 01: Sursă de alimentare cu un regulator liniar de tensiune
Ce este SMPS?
SMPS (sursă de alimentare cu comutare) funcționează pe un dispozitiv cu tranzistor comutator. La început, intrarea AC este convertită în tensiune DC de un redresor, fără a reduce tensiunea, spre deosebire de o sursă de alimentare liniară. Apoi, tensiunea de curent continuu suferă o comutare de în altă frecvență, de obicei de către un tranzistor MOSFET. Adică, tensiunea prin MOSFET este activată și oprită de semnalul MOSFET Gate, de obicei un semnal modulat cu lățimea impulsului de aproximativ 50 kHz (bloc chopper/invertor). După această operație de tăiere, forma de undă devine un semnal DC pulsat. După aceea, se folosește un transformator coborâtor pentru a reduce tensiunea semnalului DC pulsat de în altă frecvență la nivelul dorit. În cele din urmă, un redresor de ieșire și un filtru sunt folosite pentru a restabili tensiunea de ieșire DC.
Figura 02: Diagrama bloc a unui SMPS
Reglarea tensiunii în SMPS se face printr-un circuit de feedback care monitorizează tensiunea de ieșire. Dacă necesarul de putere al sarcinii este mare, tensiunea de ieșire tinde să crească. Această creștere este detectată de circuitul de feedback al regulatorului și este utilizată pentru a controla raportul on-to-off al semnalului PWM. Astfel, tensiunea medie a semnalului se modifică. Ca rezultat, tensiunea de ieșire este controlată pentru a se menține constantă.
Transformatorul coborâtor utilizat în SMPS funcționează la o frecvență în altă; astfel, volumul și greutatea transformatorului sunt mult mai mici decât cele ale unei surse de alimentare liniare. Acesta devine un motiv major pentru ca un SMPS să fie mult mai mic și mai ușor decât omologul său de tip liniar. În plus, reglarea tensiunii se face fără a disipa puterea în exces ca pierdere ohmică sau căldură. Eficiența SMPS ajunge la 85-90%.
În același timp, un SMPS generează zgomot de în altă frecvență datorită operațiunii de comutare a MOSFET-ului. Acest zgomot poate fi reflectat în tensiunea de ieșire; cu toate acestea, în unele modele avansate și scumpe, acest zgomot de ieșire este atenuat într-o oarecare măsură. În plus, comutarea creează interferențe electromagnetice și de radiofrecvență. Prin urmare, este necesar să se utilizeze ecranare RF și filtre EMI în SMPS. Prin urmare, SMPS nu sunt aplicații adecvate audio și radiofrecvență. Echipamentele mai puțin sensibile la zgomot, cum ar fi încărcătoarele de telefoane mobile, motoarele de curent continuu, aplicațiile de mare putere etc. pot fi utilizate cu SMPS. Designul mai ușor și mai mic îl face convenabil să fie folosit și ca dispozitive portabile.
Care este diferența dintre SMPS și sursa de alimentare liniară?
SMPS vs sursa de alimentare liniară |
|
| SMPS redresează direct rețeaua de curent alternativ fără a reduce tensiunea. Apoi, DC convertit este comutat la în altă frecvență pentru un transformator mai mic pentru a-l reduce la nivelul de tensiune dorit. În cele din urmă, semnalul AC de în altă frecvență este rectificat la tensiunea de ieșire DC. | Sursa de alimentare liniară reduce tensiunea la valoarea dorită la început printr-un transformator mai mare. După aceea, AC este rectificat și filtrat pentru a face tensiunea de ieșire DC. |
| Reglarea tensiunii | |
| Reglarea tensiunii se face prin controlul frecvenței de comutare. Tensiunea de ieșire este monitorizată de circuitul de feedback, iar variația tensiunii este utilizată pentru controlul frecvenței. | Tensiunea DC rectificată și filtrată este supusă unei rezistențe de ieșire a unui divizor de tensiune pentru a face tensiunea de ieșire. Această rezistență este controlabilă printr-un circuit de feedback care monitorizează variația tensiunii de ieșire. |
| Eficiență | |
| Generarea de căldură în SMPS este relativ scăzută, deoarece tranzistorul de comutare funcționează în regiunile de întrerupere și de foame. Dimensiunea mică a transformatorului de ieșire face, de asemenea, pierderea de căldură mică. Prin urmare, eficiența este mai mare (85-90%). | Puterea în exces este disipată sub formă de căldură pentru a face tensiunea constantă într-o sursă de alimentare liniară. Mai mult, transformatorul de intrare este mult mai voluminos; astfel, pierderile la transformator sunt mai mari. Prin urmare, eficiența unei surse de alimentare liniare este de până la 60%. |
| Build | |
| Dimensiunea transformatorului unui SMPS nu trebuie să fie mare, deoarece funcționează în în altă frecvență. Prin urmare, greutatea transformatorului va fi, de asemenea, mai mică. Drept urmare, dimensiunea, precum și greutatea unui SMPS sunt mult mai mici decât o sursă de alimentare liniară. | Sursele de alimentare liniare sunt mult mai voluminoase, deoarece transformatorul de intrare trebuie să fie mare din cauza frecvenței joase pe care funcționează. Pe măsură ce se generează mai multă căldură într-un regulator de tensiune, ar trebui folosite și radiatoare. |
| Distorsiuni de zgomot și tensiune | |
| SMPS generează un zgomot de în altă frecvență datorită comutării. Aceasta trece în tensiunea de ieșire, precum și în rețeaua de intrare uneori. Distorsiunea armonică a rețelei de alimentare ar putea fi posibilă și în SMPS-uri. | Sursele de alimentare liniare nu produc zgomot la tensiunea de ieșire. Distorsiunea armonică este mult mai mică decât cea a SMPS-urilor. |
| Aplicații | |
| SMPS poate fi folosit ca dispozitive portabile datorită construcției mici. Dar, deoarece generează un zgomot de în altă frecvență, SMPS-urile nu pot fi utilizate pentru aplicații sensibile la zgomot, cum ar fi aplicațiile RF și audio. | Sursele de alimentare liniare sunt mult mai mari și nu pot fi utilizate pentru dispozitive portabile. Deoarece nu generează zgomot și tensiunea de ieșire este, de asemenea, curată, acestea sunt utilizate pentru majoritatea testelor electrice și electronice din laboratoare. |
Rezumat – SMPS vs sursa de alimentare liniară
SMPS și sursele de alimentare liniare sunt două tipuri de surse de curent continuu utilizate. Diferența cheie dintre SMPS și sursa de alimentare liniară este topologiile utilizate pentru reglarea tensiunii și scăderea tensiunii. În timp ce sursa de alimentare liniară transformă AC la tensiune joasă la început, SMPS mai întâi rectifică și filtrează rețeaua de curent alternativ și apoi comută la un AC de în altă frecvență înainte de a renunța. Deoarece greutatea și dimensiunea transformatorului cresc pe măsură ce frecvența de funcționare scade, transformatorul de intrare al surselor de alimentare liniare este mult mai greu și mai mare, spre deosebire de SMPS. În plus, întrucât reglarea tensiunii se face cu disiparea căldurii prin rezistențe, sursele de alimentare liniare ar trebui să aibă radiatoare care să le facă și mai grele. Regulatorul SMPS-urilor controlează frecvența de comutare pentru a controla tensiunea de ieșire. Prin urmare, SMPS sunt mai mici ca dimensiune și mai ușoare ca greutate. Deoarece generarea de căldură în SMPS este mai mică, eficiența acestora este și mai mare.
Descărcați versiunea PDF a SMPS vs sursa de alimentare liniară
Puteți descărca versiunea PDF a acestui articol și o puteți utiliza în scopuri offline, conform notelor de citare. Vă rugăm să descărcați versiunea PDF aici Diferența dintre SMPS și sursa de alimentare liniară.
