Erinevus SMPS ja lineaarse toiteallika vahel

Peamine erinevus - SMPS vs Lineaarne toiteallikas
 

Enamik elektroonilisi ja elektriseadmeid vajab toimimiseks alalispinget. Nendele seadmetele, eriti integreeritud vooluahelaga elektroonikaseadmetele, tuleks töötada usaldusväärse ja moonutusteta alalisvoolu pingega, et need töötaksid tõrgeteta või põlemata. Alalisvoolu toiteallika eesmärk on varustada neid seadmeid puhta alalispingega. Alalisvoolu toiteallikad liigitatakse lineaarsesse ja kommuteeritud režiimi, mis on topoloogia, mis on vajalik vahelduvvoolu toite muutmiseks sujuvaks alalisvooluks. Lineaarne toiteallikas kasutab vahelduvvooluvõrgu soovitud taseme saavutamiseks trafot samas SMPS teisendab vahelduvvoolu alalisvooluks, kasutades lülitusseadet, mis aitab saada soovitud pingetaseme keskmist väärtust. See on peamine erinevus SMPS ja lineaarse toiteallika vahel.

SISU

1. Ülevaade ja peamised erinevused
2. Mis on lineaarne toiteallikas
3. Mis on SMPS?
4. Kõrvuti võrdlus - SMPS vs Lineaarne toiteallikas tabelina
5. Kokkuvõte

Mis on lineaarne toiteallikas?

Lineaarse toiteallika korral muundatakse võrgu vahelduvpinge madalamaks pingeks otse astmelise trafo abil. See trafo peab hakkama saama suure võimsusega, kuna see töötab vahelduvvoolu sagedusel 50 / 60Hz. Seetõttu on see trafo mahukas ja suur, muutes toiteallika raskeks ja suureks.

Seejärel alalisvoolu pinge puhastatakse ja filtreeritakse, et saada väljundiks vajalik alalispinge. Kuna sellel tasemel on pinge varieeruv sõltuvalt sisendpinge moonutustest, tehakse enne väljundit pinge reguleerimine. Lineaarse toiteallika pingeregulaatoriks on lineaarne regulaator, mis on tavaliselt pooljuhtseade, mis toimib muutuva takistina. Väljundtakistuse väärtus muutub vastavalt väljundvõimsuse vajadusele, muutes väljundpinge konstantseks. Seega töötab pingeregulaator energiat hajutava seadmena. Enamasti hajutab see liigse energia, et muuta pinge konstantseks. Seetõttu peaksid pingeregulaatoril olema suured jahutusradiaatorid. Selle tagajärjel muutuvad lineaarsed toiteallikad palju raskemaks. Lisaks langeb pingeregulaatori poolt soojusena hajutatud energia tõttu lineaarse toiteallika efektiivsus koguni umbes 60%.

Kuid lineaarsed toiteallikad ei tekita väljundpingel elektrilist müra. See tagab trafo tõttu väljundi ja sisendi vahelise isolatsiooni. Seetõttu kasutatakse lineaarseid toiteallikaid kõrgsageduslike rakenduste jaoks, näiteks raadiosagedusseadmete, helirakenduste, müravaba toidet vajavate laborikatsete, signaalitöötluse ja võimendite jaoks.

Joonis 01: Lineaarse pingeregulaatori toiteallikas

Mis on SMPS??

SMPS (kommuteeritud toiteallikas) töötab lülitustransistoriseadmel. Alguses muundatakse vahelduvvoolu sisend alaldi alalispingeks, pinget vähendamata, erinevalt lineaarsest toiteallikast. Seejärel toimub alalispinge kõrge sagedusega lülitamine, tavaliselt MOSFET-transistori abil. See tähendab, et pinge MOSFETi kaudu lülitatakse sisse ja välja MOSFET Gate'i signaali abil, tavaliselt impulsi laiusega moduleeritud signaaliga umbes 50 kHz (hakkuri / muunduri plokk). Pärast seda tükeldamise toimingut muutub lainekuju pulseeritud alalisvoolu signaaliks. Pärast seda kasutatakse astmelist trafot, et vähendada kõrgsagedusliku pulseeritud alalisvoolu signaali pinget soovitud tasemele. Lõpuks kasutatakse väljund alaldi pinge taastamiseks väljund alaldi ja filtri.

Joonis 02: SMPS-i plokkskeem

Pinge reguleerimine SMPS-is toimub tagasisideahela kaudu, mis jälgib väljundpinget. Kui koormuse energiavajadus on kõrge, kipub väljundpinge suurenema. Selle juurdekasvu tuvastab regulaatori tagasisideahel ja seda kasutatakse PWM-signaali sisse-välja lülituse suhte juhtimiseks. Seega muutub keskmine signaali pinge. Selle tulemusel juhitakse väljundpinget pidevaks.

SMPS-is kasutatav trafo töötab kõrge sagedusega; seega on trafo maht ja kaal palju väiksem kui lineaarse toiteallika oma. See muutub peamiseks põhjuseks, miks SMPS peab olema palju väiksem ja kergem kui tema lineaarse tüübi vaste. Veelgi enam, pinge reguleerimine toimub liigse energia hajutamisel oomi kadu või kuumust hajutamata. SMPSi kasutegur ulatub 85–90%.

Samal ajal tekitab SMPS MOSFETi lülitustoimingu tõttu kõrgsageduslikku müra. See müra võib kajastuda väljundpinges; mõnedes arenenud ja kallites mudelites on see väljundmüra siiski mingil määral leevendatud. Lisaks tekitab lülitamine ka elektromagnetilisi ja raadiosageduslikke häireid. Seetõttu tuleb SMPS-ides kasutada RF-varjestust ja EMI-filtreid. Seetõttu ei ole SMPS sobivad audio- ja raadiosagedusrakendused. SMPS-idega saab kasutada vähem müratundlikke seadmeid, nagu mobiiltelefonide laadijad, alalisvoolumootorid, suure võimsusega rakendused jne. See on kergem ja väiksema disainiga on mugav seda kasutada ka kaasaskantavate seadmetena.

Mis vahe on SMPS-i ja lineaarse toiteallika vahel??

SMPS vs Lineaarne toiteallikas
SMPS puhastab vooluvõrku vahetult pinget vähendamata. Seejärel lülitatakse muundatud alalisvool väiksema trafo jaoks kõrge sagedusega, et vähendada seda soovitud pingetasemele. Lõpuks puhastatakse kõrgsagedusliku vahelduvvoolu signaal alalisvoolu väljundpingega.	Lineaarne toiteallikas vähendab pinget suurema trafo abil soovitud väärtuseni alguses. Pärast seda vahelduvvool puhastatakse ja filtreeritakse, et saada väljund alalispinge.
Pinge reguleerimine
Pinge reguleerimine toimub lülitussageduse juhtimisega. Väljundpinget jälgib tagasisideahel ja sageduse juhtimiseks kasutatakse pinge varieerumist.	Puhastatud ja filtreeritud alalispingele antakse väljundpinge saamiseks pingejaguri väljundtakistus. Seda takistust saab kontrollida tagasisideahela abil, mis jälgib väljundpinge varieerumist.
Tõhusus
Soojusenergia on SMPS-is suhteliselt madal, kuna lülitustransistor töötab piir- ja näljapiirkonnas. Väljundtrafo väike suurus muudab soojuskao ka väikeseks. Seetõttu on efektiivsus kõrgem (85–90%).	Liigne energia hajutatakse soojusena, et muuta pinge lineaarse toiteallika konstantseks. Lisaks on sisendtrafo palju mahukam; seega on trafo kaod suuremad. Seetõttu on lineaarse toiteallika kasutegur vaid 60%.
Ehitage
SMPS-i trafo suurus ei pea olema suur, kuna see töötab kõrge sagedusega. Seetõttu jääb ka trafo kaal väiksemaks. Selle tulemusel on SMPS-i suurus ja kaal palju väiksem kui lineaarne toiteallikas.	Lineaarsed toiteallikad on palju mahukamad, kuna sisendtrafo peab olema madal, kuna see töötab. Kuna pingeregulaatoris toodetakse rohkem soojust, tuleks kasutada ka jahutusradiaatoreid.
Müra ja pinge moonutused
SMPS tekitab lülitamise tõttu kõrgsageduslikku müra. See läheb nii väljundpingesse kui ka vahelduvvooluvõrku. Võrgutoite harmoonilised moonutused võivad olla võimalikud ka SMPS-ide puhul.	Lineaarsed toiteallikad ei tekita väljundpinges müra. Harmoonilisi moonutusi on palju vähem kui SMPS-del.
Rakendused
SMPS-i saab väikese ehituse tõttu kasutada kaasaskantavate seadmetena. Kuid kuna see tekitab kõrgsageduslikku müra, ei saa SMPS-e kasutada müratundlikes rakendustes, näiteks raadio- ja helirakendustes.	Lineaarsed toiteallikad on palju suuremad ja neid ei saa kaasaskantavate seadmete jaoks kasutada. Kuna need ei tekita müra ja väljundpinge on ka puhas, kasutatakse neid enamiku laborites tehtavate elektriliste ja elektrooniliste testide jaoks.

Kokkuvõte - SMPS vs Lineaarne toiteallikas

SMPS ja Lineaarsed toiteallikad on kahte tüüpi alalisvooluallikad. Peamine erinevus SMPS-i ja lineaarse toiteallika vahel on pinge reguleerimisel ja pinge alandamisel kasutatavad topoloogiad. Kui lineaarne toiteallikas muundab vahelduvvoolu madalaks pingeks alguses, siis SMPS puhastab ja filtreerib kõigepealt vooluvõrgu vahelduvvoolu ning lülitab seejärel enne maha astumist kõrge sagedusega vahelduvvoolule. Kuna trafo kaal ja suurus suurenevad töösageduse vähenedes, on lineaarsete toiteallikate sisendtrafo palju raskem ja suurem kui SMPS-is. Lisaks, kuna pinge reguleerimine toimub soojust hajutades takistuste kaudu, peaks lineaarsetel toiteallikatel olema jahutusradiaatorid, mis muudavad need veelgi raskemaks. SMPS-ide regulaator kontrollib väljundpinge juhtimiseks lülitussagedust. Seetõttu on SMPS väiksema suurusega ja kergema kaaluga. Kuna soojuse tootmine SMPS-is on madalam, on ka nende kasutegur kõrgem.

Laadige alla SMPS vs Lineaarse toiteallika PDF-versioon

Selle artikli PDF-versiooni saate alla laadida ja seda võrguühenduseta otstarbel kasutada tsitaatide märkuste kohaselt. Laadige alla PDF-versioon siit. SMPS-i ja lineaarse toiteallika erinevus.

Viide:

1. “Lineaarsed toiteallikad ja regulaatorid”. Elektroonika remondi- ja tehnoloogiauudised. N.p., n.d. Võrk. Saadaval siin. 14. juuni 2017.
2. „Lülitusrežiimi toiteallikas”. Vikipeedia. Wikimedia Foundation, 17. mai 2017. Veeb. Saadaval siin. 14. juuni 2017.

Pilt viisakalt:

1. CLI - „Lineaarse pingeregulaatoriga toiteallikas” - Commons Wikimedia kaudu oma töö, avalik omand)
2. IE poolt ingliskeelse Vikipeedia poolt tehtud „SMPS-i plokkskeem” - üle viidud saidilt en.wikipedia Commons Dcirovic., Public Domain) Commonsi Wikimedia kaudu