Rozdíl mezi SMPS a lineárním napájením
Share
Klíčový rozdíl - SMPS vs lineární napájení
Většina elektronických a elektrických zařízení vyžaduje pro správnou funkci stejnosměrné napětí. Tato zařízení, zejména elektronická zařízení s integrovanými obvody, by měla být napájena spolehlivým stejnosměrným napětím bez zkreslení, aby fungovala bez poruchy nebo vypalování. Účelem stejnosměrného napájení je dodávat do těchto zařízení čisté stejnosměrné napětí. Zdroje stejnosměrného napájení jsou rozděleny do lineárního a přepínaného režimu, což jsou topologie zapojené do napájení střídavého proudu do plynulého DC. Lineární napájení využívá transformátor k přímému snížení síťového napětí na požadovanou úroveň zatímco SMPS převádí AC na DC pomocí přepínacího zařízení, které pomáhá získat průměrnou hodnotu požadované úrovně napětí. To je klíčový rozdíl mezi SMPS a lineárním napájením.
OBSAH
1. Přehled a klíčový rozdíl
2. Co je lineární napájení
3. Co je to SMPS
4. Srovnání vedle sebe - SMPS vs lineární napájení v tabulkové formě
5. Shrnutí
Co je to lineární napájecí zdroj?
Při lineárním napájení je střídavé síťové napětí převedeno na nižší napětí přímo pomocí transformátoru typu down-down. Tento transformátor musí zvládnout velký výkon, protože pracuje na střídavé síťové frekvenci 50/60 Hz. Tento transformátor je proto objemný a velký, takže napájení je těžké a velké.
Snížené napětí je poté usměrněno a filtrováno, aby se získalo stejnosměrné napětí potřebné pro výstup. Protože napětí na této úrovni se mění v závislosti na zkreslení vstupního napětí, je před výstupem provedena regulace napětí. Regulátor napětí v lineárním napájecím zdroji je lineární regulátor, který je obvykle polovodičovým zařízením, které působí jako variabilní rezistor. Hodnota výstupního odporu se mění s požadavkem na výstupní výkon, takže výstupní napětí je konstantní. Regulátor napětí tedy pracuje jako zařízení pro rozptylování energie. Většinu času rozptyluje nadbytečnou energii, aby bylo napětí konstantní. Regulátor napětí by proto měl mít velké chladiče. Výsledkem je, že lineární napájecí zdroje jsou mnohem těžší. Kromě toho v důsledku rozptylu energie regulátorem napětí jako tepla klesá účinnost lineárního napájení až o 60%..
Lineární napájecí zdroje však na výstupní napětí nevyvolávají elektrický šum. Poskytuje izolaci mezi výstupem a vstupem kvůli transformátoru. Lineární napájecí zdroje se proto používají pro vysokofrekvenční aplikace, jako jsou vysokofrekvenční zařízení, zvukové aplikace, laboratorní testy, které vyžadují bezhlučné napájení, zpracování signálu a zesilovače..
Obrázek 01: Napájení pomocí lineárního regulátoru napětí
Co je to SMPS?
SMPS (spínaný zdroj napájení) pracuje na spínacím tranzistoru. Nejprve je střídavý vstup na rozdíl od lineárního napájení převeden na stejnosměrné napětí usměrňovačem bez snížení napětí. Poté stejnosměrné napětí podléhá vysokofrekvenčnímu přepínání, obvykle tranzistorem MOSFET. To znamená, že napětí přes MOSFET je zapínáno a vypínáno signálem MOSFET Gate, obvykle signálem modulovaným na šířku impulsu asi 50 kHz (chopper / invertorový blok). Po této operaci sekání se tvar vlny stává pulsovaným DC signálem. Poté se použije redukční transformátor ke snížení napětí vysokofrekvenčního pulzovaného DC signálu na požadovanou úroveň. Nakonec se používá výstupní usměrňovač a filtr pro zpětné získání výstupního stejnosměrného napětí.
Obrázek 02: Blokové schéma SMPS
Regulace napětí v SMPS se provádí pomocí zpětnovazebního obvodu, který monitoruje výstupní napětí. Pokud je požadavek na zatížení zátěže vysoký, má výstupní napětí tendenci se zvyšovat. Tento přírůstek je detekován zpětnovazebním obvodem regulátoru a používá se k řízení poměru zapnutí a vypnutí signálu PWM. Průměrné napětí signálu se tedy mění. Výsledkem je, že výstupní napětí je udržováno konstantní.
Krokový transformátor používaný v SMPS pracuje na vysoké frekvenci; proto objem a hmotnost transformátoru jsou mnohem menší než objem a hmotnost lineárního napájení. To se stává hlavním důvodem, proč je SMPS mnohem menší a lehčí než jeho protějšek lineárního typu. Kromě toho je regulace napětí prováděna bez rozptylu přebytečné energie jako Ohmická ztráta nebo teplo. Účinnost SMPS dosahuje až 85-90%.
Současně SMPS generuje vysokofrekvenční šum v důsledku přepínací operace MOSFETu. Tento šum se může odrážet ve výstupním napětí; u některých pokročilých a drahých modelů je však tento výstupní šum do určité míry zmírněn. Přepínání navíc vytváří elektromagnetické a vysokofrekvenční rušení. V SMPS je tedy nutné používat RF stínění a EMI filtry. Proto SMPS nejsou vhodné zvukové a vysokofrekvenční aplikace. S SMPS lze použít méně citlivá zařízení, jako jsou nabíječky mobilních telefonů, stejnosměrné motory, aplikace s vysokým výkonem atd. Je to lehčí a menší konstrukce umožňuje pohodlné použití i jako přenosná zařízení.
Jaký je rozdíl mezi SMPS a lineárním napájením?
SMPS vs lineární napájení | |
| SMPS přímo usměrňuje síťové napájení bez snížení napětí. Poté se převedený DC přepne na vysokofrekvenční pro menší transformátor, aby se snížil na požadovanou úroveň napětí. Nakonec je vysokofrekvenční střídavý signál usměrňován na stejnosměrné výstupní napětí. | Lineární napájecí zdroj snižuje napětí na požadovanou hodnotu na začátku větším transformátorem. Poté je střídavé napětí usměrněno a filtrováno tak, aby se vytvořilo výstupní stejnosměrné napětí. |
| Regulace napětí | |
| Regulace napětí se provádí regulací spínací frekvence. Výstupní napětí je sledováno obvodem zpětné vazby a změna napětí se používá pro řízení frekvence. | Usměrněné a filtrované stejnosměrné napětí je vystaveno výstupnímu odporu děliče napětí za účelem vytvoření výstupního napětí. Tento odpor lze regulovat pomocí zpětnovazebního obvodu, který monitoruje kolísání výstupního napětí. |
| Účinnost | |
| Výroba tepla v SMPS je poměrně nízká, protože spínací tranzistor pracuje v mezních a hladovinových oblastech. Malá velikost výstupního transformátoru také snižuje tepelné ztráty. Proto je účinnost vyšší (85-90%). | Přebytečný výkon se rozptýlí jako teplo, aby se napětí v lineárním zdroji energie konstantní. Vstupní transformátor je navíc mnohem objemnější; ztráty transformátoru jsou tedy vyšší. Účinnost lineárního napájení je tedy nízká až 60%. |
| Stavět | |
| Velikost transformátoru SMPS nemusí být velká, protože pracuje na vysoké frekvenci. Hmotnost transformátoru bude proto také menší. Výsledkem je, že velikost i hmotnost SMPS je mnohem menší než lineární napájení. | Lineární napájecí zdroje jsou mnohem objemnější, protože vstupní transformátor musí být velký kvůli nízké frekvenci, na které pracuje. Protože se v regulátoru napětí generuje více tepla, mělo by se používat také jímačů tepla. |
| Zkreslení šumu a napětí | |
| SMPS generuje vysokofrekvenční šum díky přepínání. To přechází do výstupního napětí a někdy také do sítě. Harmonické zkreslení síťového napájení by mohlo být možné také u SMPS. | Lineární napájecí zdroje nevytvářejí šum ve výstupním napětí. Harmonické zkreslení je mnohem menší než u SMPS. |
| Aplikace | |
| SMPS lze díky malému sestavení použít jako přenosná zařízení. Protože však generuje vysokofrekvenční šum, nelze SMPS použít pro aplikace citlivé na šum, jako jsou RF a audio aplikace. | Lineární napájecí zdroje jsou mnohem větší a nelze je použít pro přenosná zařízení. Protože negenerují šum a výstupní napětí je také čisté, používají se pro většinu elektrických a elektronických testů v laboratořích. |
Shrnutí - SMPS vs Lineární napájení
Zdroje SMPS a lineární jsou dva typy stejnosměrných zdrojů napájení. Klíčovým rozdílem mezi SMPS a lineárním napájením jsou topologie používané pro regulaci napětí a snižování napětí. Zatímco lineární napájecí zdroj převádí střídavě na nízké napětí na začátku, SMPS nejprve usměrní a filtruje síťové střídavé napětí a poté přepne na vysokofrekvenční střídavé napětí před sestoupením. Protože se hmotnost a velikost transformátoru zvyšuje se snižující se provozní frekvencí, je vstupní transformátor lineárního napájení mnohem těžší a větší na rozdíl od SMPS. Kromě toho, protože regulace napětí je prováděna s odváděním tepla přes odpory, lineární napájecí zdroje by měly mít chladiče, které je činí ještě těžšími. Regulátor SMPS řídí spínací frekvenci pro řízení výstupního napětí. Proto jsou SMPS menší a lehčí. Protože je výroba tepla v SMPS nižší, je také vyšší jejich účinnost.
Stáhněte si PDF verzi SMPS vs lineární napájení
Můžete si stáhnout PDF verzi tohoto článku a použít ji pro účely offline podle citačních poznámek. Stáhněte si prosím verzi PDF zde Rozdíl mezi SMPS a lineárním napájením.
Odkaz:
1. „Lineární napájecí zdroje a regulátory.“ Opravy elektroniky a technologické novinky. N.p., n.d. Web. K dispozici zde. 14. června 2017.
2. „Spínaný zdroj napájení.“ Wikipedia. Nadace Wikimedia, 17. května 2017. Web. K dispozici zde. 14. června 2017.
Obrázek se svolením:
1. „Napájení s lineárním regulátorem napětí“ CLI - vlastní práce, public domain) přes Commons Wikimedia
2. „SMPS Block Diagram“ pomocí IE na anglické Wikipedii - převeden z en.wikipedia na Commons pomocí Dcirovic., Public Domain) přes Commons Wikimedia
