Разлика между SMPS и линейно захранване

Основна разлика - SMPS спрямо линейно захранване
 

Повечето електронни и електрически устройства изискват постояннотоково напрежение, за да функционират. Тези устройства, особено електронните устройства с интегрални схеми, трябва да бъдат снабдени с надеждно постояннотоково напрежение без изкривяване, за да работят, без да функционират неизправно или изгарят. Целта на захранването с постоянен ток е да доставя чисто DC напрежение на тези устройства. Захранванията с постоянен ток се категоризират в линеен и комутиран режим, които са включени топологии, които превръщат захранването с променлив ток в плавен постоянен. Линейното захранване използва трансформатор за директно намаляване на променливотоковото напрежение до желаното ниво докато SMPS преобразува променлив ток в постоянен ток с помощта на превключващо устройство, което помага да се получи средна стойност на желаното ниво на напрежение. Това е ключовата разлика между SMPS и линейното захранване.

СЪДЪРЖАНИЕ

1. Преглед и ключова разлика
2. Какво е линейно захранване
3. Какво е SMPS
4. Паралелно сравнение - SMPS срещу линейно захранване в таблична форма
5. Резюме

Какво е линейно захранване?

При линейно захранване, мрежовото променливо напрежение се преобразува в по-ниско напрежение директно от понижаващ трансформатор. Този трансформатор трябва да се справи с голяма мощност, тъй като работи на променлива честота 50 / 60Hz. Следователно, този трансформатор е обемист и голям, което прави захранването тежко и голямо.

След това намаленото напрежение се коригира и филтрира, за да се получи постояннотоковото напрежение, необходимо за изхода. Тъй като напрежението на това ниво е подложено да варира в зависимост от изкривяванията на входното напрежение, регулирането на напрежението се извършва преди изхода. Регулаторът на напрежение в линейно захранване е линеен регулатор, който обикновено е полупроводниково устройство, което действа като променлив резистор. Стойността на изходното съпротивление се променя с изискването за изходна мощност, като прави изходното напрежение постоянно. По този начин регулаторът на напрежението работи като разсейващо мощност устройство. През повечето време тя разсейва излишната мощност, за да направи напрежението постоянно. Следователно регулаторът на напрежението трябва да има големи радиатори. В резултат на това линейните захранвания стават много по-тежки. Освен това, в резултат на разсейване на мощността от регулатора на напрежението като топлина, ефективността на линейно захранване пада до около 60%.

Линейните захранващи устройства обаче не произвеждат електрически шум върху изходното напрежение. Той осигурява изолация между изхода и входа поради трансформатора. Следователно, линейните захранвания се използват за високочестотни приложения като радиочестотни устройства, аудио приложения, лабораторни тестове, които изискват безшумно захранване, обработка на сигнала и усилватели.

Фигура 01: Захранване с линеен регулатор на напрежение

Какво е SMPS?

SMPS (захранване с включен режим) работи на превключващо транзисторно устройство. Отначало входът за променлив ток се преобразува в постояннотоково напрежение чрез изправител, без да се намалява напрежението, за разлика от линейното захранване. Тогава постояннотоковото напрежение претърпява високочестотно превключване, обикновено от MOSFET транзистор. Тоест напрежението през MOSFET се включва и изключва чрез MOSFET Gate сигнал, обикновено модулиран сигнал с широчина на импулса от около 50 kHz (блок на чопър / инвертор). След тази операция за рязане, вълновата форма се превръща в пулсиран-DC сигнал. След това се използва понижаващ трансформатор за намаляване на напрежението на високочестотния пулсиран DC сигнал до желаното ниво. Накрая, изходен изправител и филтър се използват за връщане на изходното DC напрежение.

Фигура 02: Блок-схема на SMPS

Регулирането на напрежението в SMPS се извършва чрез схема за обратна връзка, която следи изходното напрежение. Ако изискването за мощност на товара е голямо, изходното напрежение има тенденция да се увеличава. Този прираст се открива от веригата за обратна връзка на регулатора и се използва за управление на съотношението включване-изключване на PWM сигнала. Така средното напрежение на сигнала се променя. В резултат на това изходното напрежение се контролира, за да поддържа постоянен.

Спадният трансформатор, използван в SMPS, работи на високочестотни; по този начин, обемът и теглото на трансформатора са много по-малки от тези на линейно захранване. Това става основна причина за SMPS да бъде много по-малък и по-лек от своя линеен тип колега. Освен това регулирането на напрежението се извършва без разсейване на излишната мощност като омична загуба или топлина. Ефективността на SMPS достига 85-90%.

В същото време SMPS генерира високочестотен шум поради работата на комутацията на MOSFET. Този шум може да се отрази в изходното напрежение; въпреки това, при някои модерни и скъпи модели този изходен шум се намалява до известна степен. Освен това превключването създава и електромагнитни и радиочестотни смущения. Следователно е необходимо да се използват RF екраниращи и EMI филтри в SMPS. Следователно SMPS не са подходящи аудио и радиочестотни приложения. С SMPSs могат да се използват по-малко шумово оборудване като зарядни устройства за мобилни телефони, постояннотокови двигатели, приложения с висока мощност и др. По-лекият и по-малък дизайн го прави удобен да се използва и като преносими устройства.

Каква е разликата между SMPS и линейно захранване?

SMPS срещу линейно захранване
SMPS директно изпраща мрежовия променлив ток, без да намалява напрежението. Тогава преобразуваният DC се превключва във високочестотна за по-малък трансформатор, за да го намали до желаното ниво на напрежение. И накрая, високочестотният променлив сигнал се изправя към изходното напрежение на постоянен ток.	Линейното захранване намалява напрежението до желаната стойност в началото чрез по-голям трансформатор. След това AC се ректифицира и филтрира, за да направи изходното DC напрежение.
Регулиране на напрежението
Регулирането на напрежението се осъществява чрез контрол на честотата на превключване. Изходното напрежение се следи от веригата за обратна връзка, а изменението на напрежението се използва за регулиране на честотата.	Ректифицираното и филтрирано DC напрежение се подлага на изходно съпротивление на делител на напрежение, за да се направи изходното напрежение. Това съпротивление се управлява от верига за обратна връзка, която следи изменението на изходното напрежение.
Ефективност
Генерирането на топлина в SMPS е сравнително ниско, тъй като превключващият транзистор работи в зоните на изключване и глад. Малкият размер на изходния трансформатор също прави загубата на топлина малка. Следователно, ефективността е по-висока (85-90%).	Излишната мощност се разсейва като топлина, за да направи напрежението постоянно в линейно захранване. Освен това входният трансформатор е много по-обемен; по този начин загубите на трансформатори са по-големи. Следователно, ефективността на линейното захранване е едва 60%.
Изграждане
Размерът на трансформатора на SMPS не трябва да бъде голям, тъй като той работи във високочестотни. Следователно теглото на трансформатора също ще бъде по-малко. В резултат размерът, както и теглото на SMPS е много по-нисък от линейното захранване.	Линейните захранвания са много по-обемни, тъй като входният трансформатор трябва да е голям поради ниската честота, на която работи. Тъй като в регулатора на напрежението се генерира повече топлина, трябва да се използват и радиатори.
Изкривявания на шума и напрежението
SMPS генерира високочестотен шум поради превключване. Това преминава в изходното напрежение, както и към входната мрежа понякога. Хармонично изкривяване в мрежовото захранване може да бъде възможно и при SMPS.	Линейните захранващи устройства не издават шум в изходното напрежение. Хармоничното изкривяване е много по-малко от това на SMPS.
Приложения
SMPS може да се използва като преносими устройства поради малката конструкция. Но тъй като генерира високочестотен шум, SMPS не могат да се използват за чувствителни към шума приложения като RF и аудио приложения.	Линейните захранвания са много по-големи и не могат да се използват за преносими устройства. Тъй като не генерират шум, а изходното напрежение също е чисто, те се използват за повечето електрически и електронни тестове в лаборатории.

Обобщение - SMPS срещу линейно захранване

SMPS и линейните захранващи устройства са два типа постоянни захранващи устройства. Ключовата разлика между SMPS и линейното захранване е топологиите, използвани за регулиране на напрежението и намаляване на напрежението. Докато линейното захранване преобразува променлив ток в ниско напрежение в началото, SMPS първо коригира и филтрира мрежовия променлив ток и след това преминава към високочестотен променлив ток, преди да отстъпи. Тъй като теглото и размерът на трансформатора се увеличават с намаляването на работната честота, входният трансформатор на линейното захранване е много по-тежък и по-голям за разлика от SMPS. Освен това, тъй като регулирането на напрежението се извършва с разсейване на топлината чрез съпротивления, линейните захранващи устройства трябва да имат топлинни мивки, които ги правят още по-тежки. Регулаторът на SMPS контролира честотата на превключване, за да контролира изходното напрежение. Следователно SMPS са с по-малки размери и по-леки по тегло. Тъй като производството на топлина в SMPS е по-ниско, тяхната ефективност също е по-висока.

Изтеглете PDF версия на SMPS срещу линейно захранване

Можете да изтеглите PDF версия на тази статия и да я използвате за офлайн цели, съгласно цитираните бележки. Моля, изтеглете PDF версия тук Разлика между SMPS и линейно захранване.

справка:

1. "Линейни захранвания и регулатори." Новини за ремонт на електроника и технологии. N.p., n.d. Web. Налични тук 14 юни 2017 г..
2. "Захранване в комутиран режим." Wikipedia. Фондация Уикимедия, 17 май 2017. Мрежата. Налични тук 14 юни 2017 г..

С любезност на изображенията:

1. „Захранване с линеен регулатор на напрежението” От CLI - Собствена работа, публично достояние) през Wikimedia Commons
2. „Блок-диаграма на SMPS“ от IE в английската Уикипедия - Прехвърлен от en.wikipedia в Commons от Dcirovic., Public Domain) през Commons Wikimedia