Разница между SMPS и линейным источником питания
Share
Ключевая разница - SMPS и линейный источник питания
Для работы большинства электронных и электрических устройств требуется постоянное напряжение. Эти устройства, особенно электронные устройства со встроенными микросхемами, должны быть снабжены надежным постоянным напряжением без искажений, чтобы они работали без сбоев или сгорания. Целью источника постоянного тока является подача чистого напряжения постоянного тока на эти устройства. Источники питания постоянного тока подразделяются на линейные и коммутируемые режимы, которые являются топологиями, используемыми для превращения питания переменного тока в плавный постоянный ток.. Линейный источник питания использует трансформатор для прямого понижения напряжения переменного тока до желаемого уровня. пока SMPS преобразует переменный ток в постоянный, используя переключающее устройство, которое помогает получить среднее значение желаемого уровня напряжения. В этом ключевое отличие SMPS от линейного блока питания..
СОДЕРЖАНИЕ
1. Обзор и основные отличия
2. Что такое линейный источник питания
3. Что такое SMPS
4. Сравнение между собой - SMPS и линейный источник питания в табличной форме
5. Резюме
Что такое линейный источник питания?
В линейном источнике питания напряжение переменного тока в сети преобразуется в более низкое напряжение непосредственно с помощью понижающего трансформатора. Этот трансформатор должен выдерживать большую мощность, поскольку он работает на частоте сети переменного тока 50/60 Гц. Следовательно, этот трансформатор громоздкий и большой, что делает блок питания тяжелым и большим.
Затем пониженное напряжение выпрямляется и фильтруется для получения постоянного напряжения, необходимого для выхода. Поскольку напряжение на этом уровне подвержено изменению в зависимости от искажений входного напряжения, регулирование напряжения выполняется перед выходом. Регулятор напряжения в линейном источнике питания представляет собой линейный регулятор, который обычно представляет собой полупроводниковое устройство, которое действует как переменный резистор. Значение выходного сопротивления изменяется в зависимости от требуемой выходной мощности, делая постоянным выходное напряжение. Таким образом, регулятор напряжения работает как устройство рассеивания мощности. Большую часть времени он рассеивает избыточную мощность, чтобы сделать напряжение постоянным. Поэтому регулятор напряжения должен иметь большие радиаторы. В результате линейные источники питания становятся намного тяжелее. Кроме того, в результате рассеивания мощности регулятором напряжения в виде тепла эффективность линейного источника питания падает примерно на 60%..
Однако линейные источники питания не создают электрических помех на выходном напряжении. Это обеспечивает изоляцию между выходом и входом из-за трансформатора. Поэтому линейные источники питания используются для высокочастотных применений, таких как радиочастотные устройства, аудиоприложения, лабораторные испытания, требующие бесперебойного питания, обработки сигналов и усилителей..
Рисунок 01: Источник питания с линейным регулятором напряжения
Что такое SMPS?
SMPS (импульсный источник питания) работает на коммутирующем транзисторном устройстве. Сначала вход переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока выпрямителем без снижения напряжения, в отличие от линейного источника питания. Затем напряжение постоянного тока подвергается высокочастотному переключению, как правило, с помощью MOSFET-транзистора. То есть напряжение через полевой МОП-транзистор включается и выключается с помощью сигнала затвора полевого МОП-транзистора, обычно это сигнал с широтно-импульсной модуляцией около 50 кГц (блок прерывателя / инвертора). После этой операции прерывания форма волны становится сигналом пульсирующего постоянного тока. После этого понижающий трансформатор используется для снижения напряжения высокочастотного пульсирующего сигнала постоянного тока до желаемого уровня. Наконец, выходной выпрямитель и фильтр используются для восстановления выходного постоянного напряжения.
Рисунок 02: Блок-схема SMPS
Регулирование напряжения в SMPS осуществляется через цепь обратной связи, которая контролирует выходное напряжение. Если потребляемая мощность нагрузки высока, выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению. Это приращение обнаруживается цепью обратной связи регулятора и используется для управления отношением включения / выключения сигнала ШИМ. Таким образом, среднее напряжение сигнала изменяется. В результате выходное напряжение контролируется для поддержания постоянного.
Понижающий трансформатор, используемый в SMPS, работает на высокой частоте; таким образом, объем и вес трансформатора намного меньше, чем у линейного источника питания. Это становится основной причиной того, что SMPS будет намного меньше и легче, чем его аналог линейного типа. Кроме того, регулирование напряжения выполняется без рассеивания избыточной мощности в виде омических потерь или тепла. Эффективность SMPS достигает 85-90%.
В то же время SMPS генерирует высокочастотный шум из-за операции переключения MOSFET. Этот шум может быть отражен в выходном напряжении; однако в некоторых продвинутых и дорогих моделях этот выходной шум до некоторой степени смягчается. Кроме того, переключение также создает электромагнитные и радиочастотные помехи. Следовательно, в SMPS необходимо использовать радиозащиту и фильтры EMI. Поэтому SMPS не являются подходящими аудио- и радиочастотными приложениями. С SMPS можно использовать менее чувствительное к шуму оборудование, такое как зарядные устройства для мобильных телефонов, двигатели постоянного тока, устройства большой мощности и т. Д. Более легкий и компактный дизайн делает его удобным в качестве портативного устройства.
В чем разница между SMPS и линейным источником питания?
SMPS против линейного источника питания | |
| SMPS напрямую выпрямляет переменный ток без снижения напряжения. Затем преобразованный постоянный ток переключается на высокую частоту для меньшего трансформатора, чтобы снизить его до желаемого уровня напряжения. Наконец, высокочастотный сигнал переменного тока выпрямляется до выходного напряжения постоянного тока.. | Линейный источник питания снижает напряжение до желаемого значения в начале с помощью большего трансформатора. После этого переменный ток выпрямляется и фильтруется для получения выходного постоянного напряжения. |
| Регулирование напряжения | |
| Регулирование напряжения осуществляется путем контроля частоты переключения. Выходное напряжение контролируется цепью обратной связи, а изменение напряжения используется для контроля частоты. | Выпрямленное и отфильтрованное постоянное напряжение подвергается выходному сопротивлению делителя напряжения для создания выходного напряжения. Это сопротивление контролируется цепью обратной связи, которая контролирует изменение выходного напряжения. |
| КПД | |
| Выделение тепла в SMPS сравнительно низкое, поскольку переключающий транзистор работает в областях отсечки и истощения. Небольшой размер выходного трансформатора также делает потери тепла малыми. Следовательно, эффективность выше (85-90%). | Избыточная мощность рассеивается в виде тепла для поддержания постоянного напряжения в линейном источнике питания. Кроме того, входной трансформатор намного громоздче; таким образом, потери трансформатора выше. Следовательно, эффективность линейного источника питания составляет всего 60%.. |
| Сложение | |
| Размер трансформатора SMPS не должен быть большим, поскольку он работает на высокой частоте. Следовательно, вес трансформатора также будет меньше. В результате размер, а также вес SMPS намного ниже, чем линейный источник питания. | Линейные источники питания гораздо громоздче, так как входной трансформатор должен быть большим из-за низкой частоты, на которой он работает. Поскольку в регуляторе напряжения выделяется больше тепла, следует также использовать радиаторы.. |
| Шумы и искажения напряжения | |
| SMPS генерирует высокочастотный шум из-за переключения. Это переходит в выходное напряжение, а иногда и во входную сеть. Гармонические искажения в электросети также возможны в SMPS. | Линейные источники питания не создают шума в выходном напряжении. Гармонические искажения намного меньше, чем у SMPS.. |
| Приложения | |
| SMPS может использоваться в качестве портативного устройства из-за небольшой сборки. Но так как он генерирует высокочастотный шум, SMPS нельзя использовать для чувствительных к шуму приложений, таких как радиочастотные и аудио приложения. | Линейные источники питания намного больше и не могут использоваться для портативных устройств. Поскольку они не создают шума и выходное напряжение также чистое, они используются для большинства электрических и электронных испытаний в лабораториях.. |
Резюме - SMPS против линейного источника питания
Источники питания SMPS и Linear - это два типа источников питания постоянного тока. Ключевым отличием SMPS от линейного источника питания является топология, используемая для регулирования напряжения и понижения напряжения. В то время как линейный источник питания вначале преобразует переменный ток в низкое напряжение, SMPS сначала выпрямляет и фильтрует сетевой переменный ток, а затем переключается на высокочастотный переменный ток, прежде чем отключиться. Поскольку масса и размер трансформатора увеличиваются с уменьшением рабочей частоты, входной трансформатор линейных источников питания намного тяжелее и больше в отличие от SMPS. Кроме того, поскольку регулирование напряжения осуществляется за счет рассеивания тепла через сопротивления, линейные источники питания должны иметь радиаторы, которые делают их еще тяжелее. Регулятор SMPS контролирует частоту переключения для контроля выходного напряжения. Поэтому SMPS меньше по размеру и легче по весу. Поскольку тепловыделение в SMPS ниже, их эффективность также выше.
Скачать PDF версию SMPS против линейного источника питания
Вы можете скачать PDF версию этой статьи и использовать ее в автономном режиме, как указано в примечаниях. Пожалуйста, загрузите PDF версию здесь Разница между SMPS и линейным источником питания.
Ссылка:
1. «Линейные источники питания и регуляторы». Новости электроники и ремонт электроники. Н.п., н.д. Web. Доступна здесь. 14 июня 2017.
2. «Импульсный источник питания». Wikipedia. Фонд Викимедиа, 17 мая 2017 года. Интернет. Доступна здесь. 14 июня 2017.
Изображение предоставлено:
1. «Источник питания с линейным регулятором напряжения». CLI - собственная работа, общественное достояние) через Викисклад Commons
2. «Блок-схема SMPS» от IE из английской Википедии - перенесено из en.wikipedia в Commons от Dcirovic., Public Domain) через Commons Wikimedia
