Razlika med SMPS in linearnim napajalnikom

Ključna razlika - SMPS v primerjavi z linearnim napajanjem
 

Večina elektronskih in električnih naprav za delovanje potrebuje enosmerno napetost. Te naprave, zlasti elektronske naprave z integriranimi vezji, morajo imeti zanesljivo enosmerno napetost brez popačenja, da lahko delujejo brez motenj v delovanju ali izgorevanju. Namen enosmernega napajanja je, da tem napravam dobavi čisto enosmerno napetost. Napajalniki z enosmernim tokom so razvrščeni v linearni in stikalni način, ki so vključeni v topologije, da se napajalno omrežje napaja v enakomeren enosmerni tok. Linearno napajanje uporablja transformator za neposredno znižanje omrežne napetosti na želeno raven medtem SMPS pretvori AC v DC s pomočjo stikalne naprave, ki pomaga pridobiti povprečno vrednost želene napetostne ravni. To je ključna razlika med SMPS in linearnim napajanjem.

VSEBINA

1. Pregled in ključne razlike
2. Kaj je linearno napajanje
3. Kaj je SMPS
4. Primerjava ob strani - SMPS v primerjavi z linearnim napajanjem v tabeli
5. Povzetek

Kaj je linearno napajanje?

V linearnem napajalniku se omrežna napetost pretvori v nižjo napetost neposredno s padajočim transformatorjem. Ta transformator mora imeti veliko moč, saj deluje na izmenični frekvenci 50 / 60Hz. Zato je ta transformator obsežen in velik, zaradi česar je napajalnik težek in velik.

Količino napetosti nato odpravimo in filtriramo, da dobimo enosmerno napetost, potrebno za izhod. Ker se napetost na tej ravni spreminja glede na izkrivljanja vhodne napetosti, se pred izhodom izvede regulacija napetosti. Regulator napetosti v linearnem napajalniku je linearni regulator, ki je običajno polprevodniška naprava, ki deluje kot spremenljiv upor. Vrednost izhodnega upora se spreminja z zahtevo izhodne moči, zaradi česar je izhodna napetost konstantna. Tako regulator napetosti deluje kot naprava za razprševanje moči. Večino časa razprši odvečno moč, da postane napetost konstantna. Zato mora imeti regulator napetosti velike toplotne odtoke. Kot rezultat, linearni napajalniki postanejo veliko težji. Poleg tega izkoristek linearnega napajanja s pomočjo razelektritve napetosti kot regulatorja toplote pade za približno 60%.

Vendar linearni napajalniki ne proizvajajo električnega šuma na izhodni napetosti. Omogoča izolacijo med izhodom in vhodom zaradi transformatorja. Zato se linearno napajanje uporablja za visokofrekvenčne aplikacije, kot so radijske frekvence, avdio aplikacije, laboratorijski testi, ki zahtevajo brez hrup, obdelavo signalov in ojačevalnike.

Slika 01: Napajanje z linearnim regulatorjem napetosti

Kaj je SMPS?

SMPS (stikalo z napajanjem) deluje na stikalni tranzistorski napravi. Sprva usmerjevalni vhod pretvori v enosmerno napetost z usmernikom, ne da bi zmanjšal napetost, za razliko od linearnega napajanja. Nato se enosmerna napetost podvrže visokofrekvenčnemu preklopu, običajno s pomočjo MOSFET tranzistorja. To pomeni, da se napetost skozi MOSFET vklopi in izklopi s signalom MOSFET Gate, ponavadi s impulzno moduliranim signalom približno 50 kHz (sekator / inverterski blok). Po tem poseku postane valovna oblika impulzno-enosmerni signal. Po tem se uporabi padajoči transformator za zmanjšanje napetosti visokofrekvenčnega pulziranega enosmernega signala na želeno raven. Končno se za povratno izhodno enosmerno napetost uporabi izhodni usmernik in filter.

Slika 02: Blokovni diagram SMPS

Regulacija napetosti v SMPS poteka prek povratnega vezja, ki spremlja izhodno napetost. Če je zahteva za moč bremena velika, se izhodna napetost ponavadi poveča. To povečanje zazna vezje povratne informacije regulatorja in se uporablja za nadzor razmerja med vklopom in izklopom PWM signala. Tako se povprečna napetost signala spremeni. Kot rezultat, se izhodna napetost nadzoruje tako, da ostane konstantna.

Spustni transformator, ki se uporablja v SMPS, deluje na visoki frekvenci; tako sta prostornina in teža transformatorja veliko manjša kot pri linearnem napajalniku. To postane glavni razlog, da je SMPS veliko manjši in lažji od svojega linearnega tipa. Poleg tega se regulacija napetosti izvaja brez razprševanja presežne moči kot ohmične izgube ali toplote. Učinkovitost SMPS doseže kar 85-90%.

Hkrati SMPS ustvarja visokofrekvenčni hrup zaradi stikalnega delovanja MOSFET. Ta hrup se lahko odraža v izhodni napetosti; vendar se pri nekaterih naprednih in dragih modelih ta izhodni hrup do neke mere ublaži. Poleg tega stikalo ustvarja tudi elektromagnetne in radiofrekvenčne motnje. Zato je treba v SMPS uporabljati RF zaščitne filtre in EMI filtre. Zato SMPS niso primerne avdio in radijske frekvence. Pri SMPS-jih lahko uporabljate manj hrupno opremo, kot so polnilci za mobilne telefone, enosmerni motorji, aplikacije z visoko močjo itd. Lažji in manjši dizajn omogoča priročno uporabo tudi kot prenosne naprave.

Kakšna je razlika med SMPS in linearnim napajalnikom?

SMPS v primerjavi z linearnim napajanjem
SMPS neposredno usmeri napajalno omrežje brez zmanjšanja napetosti. Nato pretvorjeni enosmerni tok preklopite v visokofrekvenčno za manjši transformator, da ga zmanjšate na želeno napetostno raven. Končno se visokofrekvenčni izmenični signal usmeri v izhodno napetost DC.	Linearno napajanje z večjim transformatorjem na začetku zmanjša napetost na želeno vrednost. Po tem se izmenični tok odpravi in ​​filtrira, da se ustvari izhodna enosmerna napetost.
Regulacija napetosti
Regulacija napetosti se izvaja z nadzorom preklopne frekvence. Izhodno napetost spremlja vezje povratnih informacij, za krmiljenje frekvence pa se spreminja napetost.	Rektificirana in filtrirana enosmerna napetost je podvržena izhodnemu uporu delilnika napetosti, da se izdela izhodna napetost. Ta odpornost je krmiljena s povratnim vezjem, ki spremlja odstopanje izhodne napetosti.
Učinkovitost
Proizvodnja toplote v SMPS je sorazmerno nizka, saj preklopni tranzistor deluje v območjih odrezavanja in stradanja. Zaradi majhne velikosti izhodnega transformatorja so tudi toplotne izgube majhne. Zato je učinkovitost večja (85-90%).	Odvečna moč se razprši kot toplota, tako da napetost postane konstantna v linearnem napajanju. Poleg tega je vhodni transformator veliko bolj zastojen; tako so izgube transformatorjev večje. Zato je učinkovitost linearnega napajanja le 60%.
Zgraditi
Ni potrebno, da velikost transformatorja SMPS ni velika, saj deluje v visokofrekvenčni. Zato bo tudi teža transformatorja manjša. Kot rezultat, je velikost in teža SMPS veliko manjša od linearnega napajanja.	Linearni napajalniki so veliko bolj obsežni, saj mora biti vhodni transformator velik zaradi nizke frekvence, na kateri deluje. Ker v regulatorju napetosti nastaja več toplote, je treba uporabiti tudi hladilnike.
Hrup in napetostna popačenja
SMPS ustvarja visokofrekvenčni hrup zaradi preklopa. Ta prehaja v izhodno napetost, pa tudi v vhodno omrežje. Harmonično izkrivljanje napajanja v omrežju bi bilo mogoče tudi pri SMPS.	Linearni napajalniki ne ustvarjajo hrupa v izhodni napetosti. Harmonično popačenje je veliko manj kot pri SMPS.
Prijave
Zaradi majhne izdelave lahko SMPS uporabljate kot prenosne naprave. Ker pa ustvarja visokofrekvenčni hrup, SMPS ni mogoče uporabiti za hrupno občutljive aplikacije, kot so RF in avdio aplikacije.	Linearni napajalniki so veliko večji in jih ni mogoče uporabiti za prenosne naprave. Ker ne ustvarjajo hrupa in je izhodna napetost tudi čista, jih uporabljamo za večino električnih in elektronskih testov v laboratorijih.

Povzetek - SMPS vs linearno napajanje

SMPS in linearno napajanje sta dve vrsti napajalnikov z enosmernim tokom. Ključna razlika med SMPS in linearnim napajanjem je topologija, ki se uporablja za regulacijo napetosti in zmanjševanje napetosti. Medtem ko linearno napajanje na začetku pretvori izmenično v nizko napetost, SMPS najprej odpravi in ​​filtrira omrežno napajanje in nato preklopi na visokofrekvenčni izmenični tok, preden stopite navzdol. Ker se teža in velikost transformatorja povečujeta, ko se delovna frekvenca zmanjšuje, je vhodni transformator linearnega napajanja veliko težji in večji, za razliko od SMPS. Poleg tega, ker se regulacija napetosti izvaja z odvajanjem toplote prek uporov, morajo imeti linearni napajalniki toplotne odtoke, zaradi katerih so še težji. Regulator SMPS-ov nadzoruje preklopno frekvenco za nadzor izhodne napetosti. Zato so SMPS manjše velikosti in lažje. Ker je proizvodnja toplote v SMPS manjša, je tudi njihov izkoristek večji.

Prenesite PDF različico SMPS v primerjavi z linearnim napajalnikom

Lahko prenesete PDF različico tega članka in jo uporabljate za namene brez povezave v skladu z navedbami. Prosimo, prenesite PDF različico tukaj Razlika med SMPS in linearnim napajalnikom.

Referenca:

1. "Linearni napajalniki in regulatorji." Novice o popravilu elektronike in tehnologiji. N.p., n.d. Splet. Na voljo tukaj 14. junij 2017.
2. "Napajanje v stikalnem načinu." Wikipedija. Wikimedia Foundation, 17. maj 2017. Splet. Na voljo tukaj 14. junij 2017.

Vljudnost slik:

1. »Napajanje z linearnim regulatorjem napetosti« CLI - Lastno delo, Public Domain) prek Commons Wikimedia
2. "Block Diagram SMPS" avtorja IE v angleški Wikipediji - Dcirovic. Prevedel iz en.wikipedia v Commons, javno področje) prek Commons Wikimedia