Galvenā atšķirība - SMPS pret lineāro barošanas avotu
Lielākajai daļai elektronisko un elektrisko ierīču ir nepieciešams līdzstrāvas spriegums, lai tās darbotos. Šīm ierīcēm, jo īpaši elektroniskām ierīcēm ar integrētajām shēmām, ir jānodrošina uzticams līdzstrāvas spriegums bez kropļojumiem, lai tās darbotos bez darbības traucējumiem vai degšanas. Līdzstrāvas barošanas avota mērķis ir nodrošināt šīm ierīcēm tīru līdzstrāvas spriegumu. Līdzstrāvas barošanas avoti tiek iedalīti lineārajā un komutācijas režīmā, kas ir topoloģijas, kas ir iesaistītas, lai maiņstrāvas padeve būtu vienmērīga līdzstrāva. Lineārajā barošanas blokā tiek izmantots transformators, lai tieši pazeminātu maiņstrāvas tīkla spriegumu vēlamajā līmenī, savukārt SMPS pārveido maiņstrāvu līdzstrāvā, izmantojot komutācijas ierīci, kas palīdz iegūt vēlamā sprieguma līmeņa vidējo vērtību. Šī ir galvenā atšķirība starp SMPS un lineāro barošanas avotu.
Kas ir lineārais barošanas avots?
Lineārā barošanas avotā tīkla maiņstrāvas spriegums tiek tieši pārveidots par zemāku spriegumu, izmantojot pazeminošo transformatoru. Šim transformatoram ir jāpārvar liela jauda, jo tas darbojas ar maiņstrāvas tīkla frekvenci 50/60 Hz. Tāpēc šis transformators ir apjomīgs un liels, padarot barošanas avotu smagu un lielu.
Pazemināts spriegums pēc tam tiek iztaisnots un filtrēts, lai iegūtu izvadei nepieciešamo līdzstrāvas spriegumu. Tā kā spriegums šajā līmenī tiek pakļauts mainīgumam atkarībā no ieejas sprieguma izkropļojumiem, pirms izejas tiek veikta sprieguma regulēšana. Sprieguma regulators lineārā barošanas avotā ir lineārs regulators, kas parasti ir pusvadītāju ierīce, kas darbojas kā mainīgs rezistors. Izejas pretestības vērtība mainās atkarībā no izejas jaudas prasības, padarot izejas spriegumu nemainīgu. Tādējādi sprieguma regulators darbojas kā jaudas izkliedēšanas ierīce. Lielāko daļu laika tas izkliedē lieko jaudu, lai spriegums būtu nemainīgs. Tāpēc sprieguma regulatoram jābūt lielām siltuma izlietnēm. Tā rezultātā lineārie barošanas avoti kļūst daudz smagāki. Turklāt sprieguma regulatora siltuma izkliedēšanas rezultātā lineārās barošanas avota efektivitāte samazinās pat par aptuveni 60%.
Tomēr lineārie barošanas avoti nerada elektrisku troksni pie izejas sprieguma. Tas nodrošina izolāciju starp izeju un ieeju transformatora dēļ. Tāpēc lineāros barošanas avotus izmanto augstfrekvences lietojumos, piemēram, radiofrekvenču ierīcēs, audio lietojumprogrammās, laboratorijas testos, kam nepieciešama padeve bez trokšņa, signālu apstrāde un pastiprinātāji.
Attēls 01: Barošanas avots ar lineāro sprieguma regulatoru
Kas ir SMPS?
SMPS (slēgtā režīma barošanas avots) darbojas ar komutācijas tranzistora ierīci. Sākumā maiņstrāvas ieeju ar taisngriezi pārvērš līdzstrāvas spriegumā, nesamazinot spriegumu, atšķirībā no lineārā barošanas avota. Tad līdzstrāvas spriegums tiek pakļauts augstfrekvences pārslēgšanai, parasti ar MOSFET tranzistoru. Tas nozīmē, ka spriegumu caur MOSFET ieslēdz un izslēdz MOSFET vārtu signāls, parasti impulsa platuma modulēts signāls aptuveni 50 kHz (chopper/invertora bloks). Pēc šīs smalcināšanas darbības viļņu forma kļūst par pulsējošu līdzstrāvas signālu. Pēc tam tiek izmantots pazeminošs transformators, lai samazinātu augstfrekvences pulsējošā līdzstrāvas signāla spriegumu līdz vajadzīgajam līmenim. Visbeidzot, izejas līdzstrāvas sprieguma atjaunošanai tiek izmantots izejas taisngriezis un filtrs.
2. attēls: SMPS blokshēma
Sprieguma regulēšana SMPS tiek veikta, izmantojot atgriezeniskās saites ķēdi, kas uzrauga izejas spriegumu. Ja slodzes jaudas prasība ir augsta, izejas spriegumam ir tendence palielināties. Šo pieaugumu nosaka regulatora atgriezeniskās saites ķēde, un to izmanto, lai kontrolētu PWM signāla ieslēgšanas/izslēgšanas attiecību. Tādējādi mainās vidējais signāla spriegums. Rezultātā izejas spriegums tiek kontrolēts, lai tas būtu nemainīgs.
SMPS izmantotais pazeminošais transformators darbojas ar augstu frekvenci; tādējādi transformatora tilpums un svars ir daudz mazāki nekā lineāram barošanas avotam. Tas kļūst par galveno iemeslu, kāpēc SMPS ir daudz mazāks un vieglāks nekā tā lineārā tipa līdzinieks. Turklāt sprieguma regulēšana tiek veikta, neizkliedējot lieko jaudu kā omu zudumu vai siltumu. SMPS efektivitāte sasniedz pat 85–90%.
Tajā pašā laikā SMPS rada augstas frekvences troksni MOSFET pārslēgšanas darbības dēļ. Šis troksnis var atspoguļoties izejas spriegumā; tomēr dažos progresīvos un dārgos modeļos šis izejas troksnis ir zināmā mērā samazināts. Turklāt pārslēgšana rada arī elektromagnētiskos un radiofrekvences traucējumus. Tāpēc SMPS ir jāizmanto RF ekranēšana un EMI filtri. Tāpēc SMPS nav piemērotas audio un radiofrekvenču lietojumiem. Ar SMPS var izmantot iekārtas, kas ir mazāk jutīgas pret troksni, piemēram, mobilo tālruņu lādētājus, līdzstrāvas motorus, lieljaudas lietojumprogrammas utt. Vieglāks un mazāks dizains padara to ērti lietojamu arī kā pārnēsājamas ierīces.
Kāda ir atšķirība starp SMPS un lineāro barošanas bloku?
SMPS pret lineāro barošanas avotu |
|
| SMPS tieši iztaisno maiņstrāvas tīklu, nesamazinot spriegumu. Pēc tam pārveidotā līdzstrāva tiek pārslēgta uz augstfrekvenci mazākam transformatoram, lai samazinātu to līdz vajadzīgajam sprieguma līmenim. Visbeidzot, augstfrekvences maiņstrāvas signāls tiek izlabots līdz līdzstrāvas izejas spriegumam. | Lineārā strāvas padeve samazina spriegumu līdz vēlamajai vērtībai sākumā ar lielāku transformatoru. Pēc tam maiņstrāva tiek iztaisnota un filtrēta, lai izveidotu izejas līdzstrāvas spriegumu. |
| Sprieguma regulēšana | |
| Sprieguma regulēšana tiek veikta, kontrolējot pārslēgšanas frekvenci. Izejas spriegumu uzrauga atgriezeniskās saites ķēde, un sprieguma izmaiņas tiek izmantotas frekvences kontrolei. | Rektificētais un filtrētais līdzstrāvas spriegums tiek pakļauts sprieguma dalītāja izejas pretestībai, lai izveidotu izejas spriegumu. Šo pretestību var kontrolēt ar atgriezeniskās saites ķēdi, kas uzrauga izejas sprieguma izmaiņas. |
| Efficiency | |
| Siltuma ģenerēšana SMPS ir salīdzinoši zema, jo pārslēgšanas tranzistors darbojas atslēgšanās un bada zonās. Izejas transformatora mazais izmērs samazina arī siltuma zudumus. Tāpēc efektivitāte ir augstāka (85-90%). | Jaudas pārpalikums tiek izkliedēts kā siltums, lai lineārā barošanas avotā spriegums būtu nemainīgs. Turklāt ieejas transformators ir daudz apjomīgāks; tādējādi transformatora zudumi ir lielāki. Tāpēc lineārās barošanas avota efektivitāte ir pat 60%. |
| Build | |
| SMPS transformatora izmēram nav jābūt lielam, jo tas darbojas augstā frekvencē. Tāpēc arī transformatora svars būs mazāks. Tā rezultātā SMPS izmērs, kā arī svars ir daudz mazāks nekā lineāram barošanas avotam. | Lineārie barošanas avoti ir daudz apjomīgāki, jo ieejas transformatoram ir jābūt lielam, jo tas darbojas zemā frekvencē. Tā kā sprieguma regulatorā rodas vairāk siltuma, jāizmanto arī siltuma izlietnes. |
| Troksnis un sprieguma kropļojumi | |
| SMPS pārslēgšanas dēļ rada augstas frekvences troksni. Tas nonāk izejas spriegumā, kā arī dažkārt ievades tīklā. Tīkla barošanas harmoniski kropļojumi var būt iespējami arī SMPS. | Lineārie barošanas avoti nerada troksni izejas spriegumā. Harmoniskie kropļojumi ir daudz mazāki nekā SMPS. |
| Lietojumprogrammas | |
| SMPS mazās uzbūves dēļ var izmantot kā pārnēsājamas ierīces. Taču, tā kā tas rada augstas frekvences troksni, SMPS nevar izmantot pret trokšņiem jutīgām lietojumprogrammām, piemēram, RF un audio lietojumprogrammām. | Lineārie barošanas avoti ir daudz lielāki, un tos nevar izmantot pārnēsājamām ierīcēm. Tā kā tie nerada troksni un arī izejas spriegums ir tīrs, tos izmanto lielākajai daļai elektrisko un elektronisko testu laboratorijās. |
Kopsavilkums - SMPS pret lineāro barošanas avotu
SMPS un lineārie barošanas avoti ir divu veidu līdzstrāvas barošanas avoti, ko izmanto. Galvenā atšķirība starp SMPS un lineāro barošanas avotu ir topoloģijas, ko izmanto sprieguma regulēšanai un sprieguma samazināšanai. Kamēr lineārais barošanas avots sākumā pārveido maiņstrāvu par zemu spriegumu, SMPS vispirms iztaisno un filtrē tīkla maiņstrāvu un pēc tam pārslēdzas uz augstfrekvences maiņstrāvu pirms atkāpšanās. Tā kā transformatora svars un izmērs palielinās, samazinoties darba frekvencei, lineāro barošanas avotu ieejas transformators ir daudz smagāks un lielāks atšķirībā no SMPS. Turklāt, tā kā sprieguma regulēšana tiek veikta ar siltuma izkliedi caur pretestībām, lineārajiem barošanas avotiem jābūt ar siltuma izlietnēm, kas padara tos vēl smagākus. SMPS regulators kontrolē pārslēgšanas frekvenci, lai kontrolētu izejas spriegumu. Tāpēc SMPS ir mazāka izmēra un vieglākas. Tā kā siltumenerģijas ražošana SMPS ir zemāka, to efektivitāte ir arī augstāka.
Lejupielādēt SMPS vs lineāro barošanas avotu PDF versiju
Varat lejupielādēt šī raksta PDF versiju un izmantot to bezsaistē, kā norādīts citēšanas piezīmēs. Lūdzu, lejupielādējiet PDF versiju šeit: Atšķirība starp SMPS un lineāro barošanas avotu.
