Ero SMPS n ja lineaarisen virtalähteen välillä
Share
Keskeinen ero - SMPS vs. Lineaarinen virtalähde
Useimmat elektroniset ja sähkölaitteet tarvitsevat tasajännitettä toimiakseen. Näiden laitteiden, erityisesti integroituja piirejä sisältävien elektronisten laitteiden, tulee olla varustettu luotettavalla, vääristymättömällä tasajännitteellä, jotta ne toimisivat ilman toimintahäiriöitä tai palamista. Tasavirtalähteen tarkoituksena on syöttää puhdasta tasajännitettä näihin laitteisiin. Tasavirtavirtalähteet luokitellaan lineaariseen ja kytkettyyn tilaan, jotka ovat topologioita, jotka tekevät vaihtovirtasyötöstä tasaiseen tasavirtaan. Lineaarinen virtalähde käyttää muuntajaa vaihtamaan vaihtovirtajännitteen suoraan halutulle tasolle sillä aikaa SMPS muuntaa vaihtovirta DC: ksi kytkentälaitteella, joka auttaa saavuttamaan halutun jännitetason keskiarvon. Tämä on keskeinen ero SMPS: n ja lineaarisen teholähteen välillä.
SISÄLLYS
1. Yleiskatsaus ja keskeiset erot
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 verkkovirta muunnetaan alempaan jännitteeseen suoraan portaattomassa muuntajassa. Tämän muuntajan on käsiteltävä suurta tehoa, koska se toimii verkkovirtataajuudella 50 / 60Hz. Siksi tämä muuntaja on tilaa vievä ja suuri, joten virtalähde on raskas ja suuri.
Alennettu jännite oikaistaan sitten ja suodatetaan, jotta saadaan lähtöön tarvittava tasajännite. Koska jännite tällä tasolla alistetaan vaihtelemaan tulojännitteen vääristymien mukaan, jännitesäätö tehdään ennen lähtöä. Lineaarisen teholähteen jännitesäädin on lineaarinen säädin, joka on yleensä puolijohdelaite, joka toimii muuttuvana vastuksena. Lähtövastusarvo muuttuu lähtötehovaatimuksen kanssa, jolloin lähtöjännite pysyy vakiona. Jännitesäädin toimii siten tehonpoistolaitteena. Suurimman osan ajasta se hajottaa ylimääräisen tehon jännitteen vakioksi tekemiseksi. Siksi jännitesäätimellä tulisi olla suuria jäähdytyselementtejä. Seurauksena on, että lineaariset teholähteet tulevat paljon raskaammiksi. Lisäksi johtuen siitä, että jännitesäätimet hajoavat lämmönlähteenä, lineaarisen tehonsyötön hyötysuhde laskee jopa noin 60%.
Lineaariset virtalähteet eivät kuitenkaan tuota sähkömelua lähtöjännitteeseen. Se tarjoaa eristyksen lähdön ja tulon välillä muuntajan takia. Siksi lineaarisia virtalähteitä käytetään korkeataajuisiin sovelluksiin, kuten radiotaajuuslaitteisiin, audiosovelluksiin, melutonta syöttöä vaativiin laboratoriotesteihin, signaalinkäsittelyyn ja vahvistimiin.
Kuva 01: Virtalähde lineaarisella jännitesäätimellä
Mikä on SMPS?
SMPS (kytketyn tilan virtalähde) toimii kytkintransistorilaitteella. Aluksi vaihtovirta tulo muunnetaan tasajännitteeksi tasasuuntaajan avulla pienentämättä jännitettä, toisin kuin lineaarisessa teholähteessä. Sitten tasajännite käy läpi korkeataajuisen kytkennän, tyypillisesti MOSFET-transistorin avulla. Toisin sanoen MOSFETin kautta tapahtuva jännite kytketään päälle ja pois MOSFET Gate -signaalilla, yleensä pulssinleveydellä moduloidulla signaalilla, joka on noin 50 kHz (hakkuri / invertterilohko). Tämän pilkkomisoperaation jälkeen aaltomuodosta tulee pulssattu DC-signaali. Sen jälkeen vaiheittaista muuntajaa käytetään alentamaan korkeataajuuksisen pulssitetun tasaussignaalin jännite halutulle tasolle. Lopuksi lähtötasasuuntaajaa ja suodatinta käytetään lähtö-DC-jännitteen palauttamiseen.
Kuva 02: SMPS: n lohkokaavio
Jännitteen säätö SMPS: ssä tapahtuu takaisinkytkentäpiirin kautta, joka tarkkailee lähtöjännitettä. Jos kuorman tehovaatimus on suuri, lähtöjännitteellä on taipumus kasvaa. Tämän lisäyksen havaitsee säätimen takaisinkytkentäpiiri ja sitä käytetään PWM-signaalin päälle / pois-suhteen ohjaamiseen. Siten keskimääräinen signaalijännite muuttuu. Seurauksena lähtöjännite säädetään pitämään vakiona.
SMPS: ssä käytetty vaiheittainen muuntaja toimii korkealla taajuudella; siten muuntajan tilavuus ja paino ovat paljon pienemmät kuin lineaarisen teholähteen. Tästä tulee tärkeä syy siihen, että SMPS on paljon pienempi ja kevyempi kuin lineaarityyppinen vastine. Lisäksi jännitteen säätö tehdään hajottamatta ylimääräistä tehoa ohmin häviönä tai kuumuutena. SMPS: n hyötysuhde nousee jopa 85-90%.
Samanaikaisesti SMPS tuottaa korkeataajuista kohinaa johtuen MOSFETin kytkentätoiminnosta. Tämä melu voi heijastua lähtöjännitteessä; Joissakin edistyneissä ja kalliissa malleissa tätä lähtömelua kuitenkin lievennetään jossain määrin. Lisäksi kytkentä luo myös sähkömagneettisia ja radiotaajuisia häiriöitä. Siksi SMPS-laitteissa on käytettävä RF-suojausta ja EMI-suodattimia. Siksi SMPS ei ole sopiva ääni- ja radiotaajuussovellus. SMPS-laitteiden kanssa voidaan käyttää vähemmän meluherkkiä laitteita, kuten matkapuhelinlatureita, tasavirtamoottoreita, suuritehoisia sovelluksia jne. Se on kevyempi ja pienempi muotoilu tekee siitä kätevän myös käyttää kannettavana laitteena.
Mitä eroa on SMPS: n ja lineaarisen virtalähteen välillä??
SMPS vs. Lineaarinen virtalähde | |
| SMPS oikaisee verkkovirta suoraan vähentämättä jännitettä. Sitten muunnettu tasavirta kytketään suurtaajuudella pienemmälle muuntajalle sen alentamiseksi halutulle jännitetasolle. Lopuksi korkeataajuinen vaihtovirtasignaali tasasuhdetaan tasavirran lähtöjännitteeseen. | Lineaarinen virransyöttö pienentää jännitteen haluttuun arvoon alussa suuremmalla muuntajalla. Sen jälkeen vaihtovirta tasataan ja suodatetaan, jotta lähtö-DC-jännite saadaan. |
| Jännitteen säätö | |
| Jännitteen säätö tapahtuu ohjaamalla kytkentätaajuutta. Lähtöjännitettä seurataan takaisinkytkentäpiirillä, ja taajuuden ohjaamiseen käytetään jännitteen variaatiota. | Puhdistettu ja suodatettu tasajännite altistetaan jännitejakajan lähtöresistanssille lähtöjännitteen muodostamiseksi. Tätä vastustusta voi ohjata takaisinkytkentäpiirillä, joka tarkkailee lähtöjännitteen vaihtelua. |
| tehokkuus | |
| Lämmöntuotto SMPS: ssä on suhteellisen matala, koska kytkentätransistori toimii raja- ja nälkäalueilla. Lähtömuuntajan pieni koko tekee myös lämpöhäviön pieneksi. Siksi hyötysuhde on korkeampi (85-90%). | Ylimääräinen teho häviää lämmönä jännitteen muuttamiseksi vakiona lineaarisessa teholähteessä. Lisäksi tulomuuntaja on paljon bulkkimainen; siten muuntajan häviöt ovat suurempia. Siksi lineaarisen teholähteen hyötysuhde on niinkin alhainen kuin 60%. |
| Rakentaa | |
| SMPS: n muuntajan koon ei tarvitse olla suuri, koska se toimii korkeataajuudella. Siksi muuntajan paino on myös pienempi. Seurauksena on, että SMPS: n koko ja paino ovat paljon pienemmät kuin lineaarinen virtalähde. | Lineaariset virtalähteet ovat huomattavasti suuremmat, koska tulomuuntajan on oltava suuri johtuen alhaisesta taajuudesta, jolla se toimii. Koska jännitesäätimessä syntyy enemmän lämpöä, tulee käyttää myös jäähdytyselementtejä. |
| Melu- ja jännitevääristymät | |
| SMPS tuottaa korkeataajuista kohinaa kytkemisen vuoksi. Tämä siirtyy lähtöjännitteeseen sekä toisinaan verkkovirtaan. Verkkotason harmoninen vääristyminen voi olla mahdollista myös SMPS-laitteissa. | Lineaariset virtalähteet eivät tuota melua lähtöjännitteeseen. Harmoninen vääristymä on paljon vähemmän kuin SMPS: ssä. |
| Sovellukset | |
| SMPS: ää voidaan käyttää kannettavina laitteina pienen rakenteen vuoksi. Mutta koska se tuottaa korkeataajuista kohinaa, SMPS: itä ei voida käyttää meluherkissä sovelluksissa, kuten RF- ja äänisovelluksissa. | Lineaariset virtalähteet ovat paljon suurempia, eikä niitä voida käyttää kannettaviin laitteisiin. Koska ne eivät aiheuta melua ja lähtöjännite on myös puhdasta, niitä käytetään suurimpaan osaan laboratorioiden sähkö- ja elektroniikkatesteistä. |
Yhteenveto - SMPS vs. Lineaarinen virtalähde
SMPS ja Lineaariset virtalähteet ovat kahta tyyppiä käytössä olevia tasavirtalähteitä. Avainero SMPS: n ja lineaarisen teholähteen välillä on topologiat, joita käytetään jännitteen säätämiseen ja jännitteen alentamiseen. Samalla kun lineaarinen virtalähde muuntaa vaihtovirran matalajännitteeksi alussa, SMPS ensin puhdistaa ja suodattaa verkkovirran ja vaihtaa sitten korkean taajuuden vaihtovirtaan ennen kuin astuu alas. Koska muuntajan paino ja koko kasvavat toimintataajuuden pienentyessä, lineaaristen teholähteiden tulomuuntaja on paljon raskaampi ja suurempi toisin kuin SMPS. Lisäksi, koska jännitteen säätö tapahtuu lämmön haihtumisella vastusten kautta, lineaarisissa teholähteissä tulisi olla jäähdytyslevyjä, jotka tekevät niistä vieläkin raskaampia. SMPS: n säädin säätää kytkentätaajuutta lähtöjännitteen ohjaamiseksi. Siksi SMPS on kooltaan pienempi ja kevyempi. Koska SMPS: n lämmöntuotanto on alhaisempaa, myös niiden hyötysuhde on parempi.
Lataa PDF-versio SMPS vs. Lineaarisesta virtalähteestä
Voit ladata tämän artikkelin PDF-version ja käyttää sitä offline-tarkoituksiin lainaushuomautusten mukaisesti. Lataa PDF-versio tästä. Ero SMPS: n ja lineaarisen virtalähteen välillä.
Viite:
1. ”Lineaariset virtalähteet ja säätimet.” Elektroniikan korjaus- ja teknologiauutisia. N.p., n.d. Web. Saatavilla täältä. 14. kesäkuuta 2017.
2. ”Kytketyn tilan virtalähde.” Wikipedia. Wikimedia-säätiö, 17. toukokuuta 2017. Web. Saatavilla täältä. 14. kesäkuuta 2017.
Kuvan kohteliaisuus:
1. ”Virtalähde lineaarisella jännitesäätimellä”, kirjoittanut CLI - Oma työ, julkinen alue) Commons Wikimedian kautta
2. IE: n "SMPS-lohkokaavio" englanniksi Wikipediassa - siirtänyt encikipediasta Commonsiin Dcirovic., Public Domain) Commons Wikimedian kautta
