Klíčový rozdíl - SMPS vs lineární napájecí zdroj
Většina elektronických a elektrických zařízení vyžaduje pro svou 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 spálení. Účelem stejnosměrného napájecího zdroje je dodávat těmto zařízením čisté stejnosměrné napětí. Zdroje stejnosměrného proudu jsou rozděleny do kategorií na lineární a spínaný režim, což jsou topologie zapojené do přeměny střídavého napájení na hladké stejnosměrné. Lineární napájecí zdroj využívá transformátor k přímému snižování síťového napětí na požadovanou úroveň, zatímco SMPS převádí střídavé napětí na stejnosměrné pomocí spínacího 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 napájecí zdroj
3. Co je SMPS
4. Porovnání vedle sebe - SMPS vs lineární napájecí zdroj ve formě tabulky
5. Shrnutí
Co je lineární napájecí zdroj?
U lineárního napájecího zdroje se střídavé napětí v síti převádí na nižší napětí přímo pomocí transformátoru snižujícího napětí. Tento transformátor musí zvládnout velký výkon, protože pracuje při síťové frekvenci 50/60 Hz. Proto je tento transformátor objemný a velký, takže je napájecí zdroj těžký a velký.
Sestupné napětí se poté napraví a filtruje, aby se získalo stejnosměrné napětí požadované pro výstup. Protože napětí na této úrovni se mění v závislosti na zkreslení vstupního napětí, provádí se před výstupem regulace napětí. Regulátor napětí v lineárním napájecím zdroji je lineární regulátor, který je obvykle polovodičovým zařízením, které funguje jako proměnný rezistor. Hodnota výstupního odporu se mění s požadavkem na výstupní výkon, takže výstupní napětí je konstantní. Regulátor napětí tedy funguje jako zařízení rozptylující energii. Většinou rozptýlí přebytečný výkon, aby se 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 ve formě teplaúčinnost lineárního napájecího zdroje klesá až o 60%.
Lineární napájecí zdroje však nevyvolávají elektrický šum na výstupním napětí. Poskytuje izolaci mezi výstupem a vstupem kvůli transformátoru. Proto se lineární napájecí zdroje používají pro vysokofrekvenční aplikace, jako jsou vysokofrekvenční zařízení, zvukové aplikace, laboratorní testy, které vyžadují bezhlučné napájení, zpracování signálu a zesilovače.
Obrázek 01: Napájení s lineárním regulátorem napětí
Co je SMPS?
SMPS (spínaný napájecí zdroj) pracuje na spínacím tranzistorovém zařízení. Zpočátku je střídavý vstup převeden na stejnosměrné napětí usměrňovačem, aniž by došlo ke snížení napětí, na rozdíl od lineárního zdroje napájení. Poté stejnosměrné napětí prochází vysokofrekvenčním přepínáním, obvykle tranzistorem MOSFET. To znamená, že napětí přes MOSFET se zapíná a vypíná signálem MOSFET Gate, obvykle signálem modulovaným šířkou pulzu asi 50 kHz (blok chopper / invertor). Po této operaci sekání se křivka stane pulzním stejnosměrným signálem. Poté se použije sestupný transformátor ke snížení napětí vysokofrekvenčního pulzního stejnosměrného signálu na požadovanou úroveň. Nakonec se pro zpětné získání výstupního stejnosměrného napětí použije výstupní usměrňovač a filtr.
Obrázek 02: Blokové schéma SMPS
Regulace napětí v SMPS se provádí pomocí zpětnovazebního obvodu, který sleduje výstupní napětí. Pokud je požadavek na výkon zátěže vysoký, má výstupní napětí tendenci se zvyšovat. Tento přírůstek je detekován obvodem zpětné vazby regulátoru a slouží k řízení poměru zapnutí / vypnutí signálu PWM. Změní se tedy průměrné napětí signálu. Ve výsledku je výstupní napětí regulováno tak, aby bylo konstantní.
Sestupný transformátor používaný v SMPS pracuje na vysoké frekvenci; objem a hmotnost transformátoru jsou tedy mnohem menší než u lineárního napájecího zdroje. To se stává hlavním důvodem, proč je SMPS mnohem menší a lehčí než jeho protějšek lineárního typu. Regulace napětí se navíc provádí bez rozptýlení přebytečného výkonu jako ohmická ztráta nebo teplo. Účinnost SMPS dosahuje až 85–90%.
SMPS současně generuje vysokofrekvenční šum v důsledku přepínací operace MOSFET. Tento šum se může projevit na výstupním napětí; v některých pokročilých a nákladných modelech je však tento výstupní šum do určité míry zmírněn. Přepínání dále vytváří elektromagnetické a vysokofrekvenční rušení. Proto je nutné v SMPS používat RF stínění a EMI filtry. SMPS proto nejsou vhodné zvukové a vysokofrekvenční aplikace. S SMPS lze použít zařízení méně citlivé na hluk, jako jsou nabíječky mobilních telefonů, stejnosměrné motory, aplikace s vysokým výkonem atd. Jeho lehčí a menší design umožňuje pohodlné použití i jako přenosná zařízení.
Jaký je rozdíl mezi SMPS a lineárním napájením?
Rozdílný článek uprostřed před tabulkou
SMPS vs lineární napájecí zdroj |
|
| SMPS přímo usměrňuje síťové střídavé napětí bez snížení napětí. Poté se převedený stejnosměrný proud přepne na vysokou frekvenci pro menší transformátor, aby se snížil na požadovanou úroveň napětí. Nakonec je vysokofrekvenční střídavý signál usměrněn na výstupní stejnosměrné napětí. | Lineární napájecí zdroj snižuje napětí na začátku na požadovanou hodnotu pomocí většího transformátoru. Poté je střídavé napětí usměrněno a filtrováno, aby se dosáhlo výstupního stejnosměrného napětí. |
| Regulace napětí | |
| Regulace napětí se provádí řízením spínací frekvence. Výstupní napětí je monitorováno zpětnovazebním obvodem a pro regulaci kmitočtu se používá kolísání napětí. | Usměrněné a filtrované stejnosměrné napětí je vystaveno výstupnímu odporu děliče napětí, aby se dosáhlo výstupního napětí. Tento odpor je regulovatelný zpětnovazebním obvodem, který sleduje kolísání výstupního napětí. |
| Účinnost | |
| Produkce tepla v SMPS je poměrně nízká, protože spínací tranzistor pracuje v mezních a hladových oblastech. Díky malé velikosti výstupního transformátoru jsou také malé tepelné ztráty. Proto je účinnost vyšší (85-90%). | Přebytečný výkon se rozptýlí jako teplo, aby se napětí konstantní v lineárním zdroji energie. Kromě toho je vstupní transformátor mnohem objemnější; ztráty transformátoru jsou tedy vyšší. Účinnost lineárního napájecího zdroje je tedy až 60%. |
| Stavět | |
| Velikost transformátoru SMPS nemusí být velká, protože pracuje na vysoké frekvenci. Hmotnost transformátoru bude proto také menší. Výsledkem je, že velikost a hmotnost SMPS je mnohem nižší než u lineárního napájecího zdroje. | 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, měly by se použít také chladiče. |
| Zkreslení hluku a napětí | |
| SMPS generuje vysokofrekvenční šum v důsledku přepínání. To prochází do výstupního napětí a někdy i do vstupní sítě. Harmonické zkreslení v síti může být také možné u SMPS. | Lineární napájecí zdroje nevytvářejí šum ve výstupním napětí. Harmonické zkreslení je mnohem menší než u SMPS. |
| Aplikace | |
| SMPS lze kvůli malé verzi použít jako přenosná zařízení. Ale protože generuje vysokofrekvenční šum, nelze SMPS použít pro aplikace citlivé na hluk, 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 napájecí zdroj
SMPS a lineární napájecí zdroje jsou dva typy používaných stejnosměrných napájecích zdrojů. Klíčovým rozdílem mezi SMPS a lineárním napájením jsou topologie používané pro regulaci napětí a snižování napětí. Zatímco lineární napájecí zdroj na začátku převádí střídavé napětí na nízké napětí, SMPS nejprve odstraní a filtruje síťový střídavý proud a poté přepne na vysokofrekvenční střídavý proud, než odstoupí. Protože hmotnost a velikost transformátoru se zvyšuje se snižováním pracovní frekvence, je vstupní transformátor lineárních napájecích zdrojů na rozdíl od SMPS mnohem těžší a větší. Kromě toho, protože se regulace napětí provádí s odvodem tepla přes odpory, lineární napájecí zdroje by měly mít chladiče, díky nimž jsou ještě těžší. Regulátor SMPS řídí spínací frekvenci pro řízení výstupního napětí. Proto,SMPS jsou menší a lehčí. Jelikož je výroba tepla v SMPS nižší, je také vyšší jejich účinnost.
Stáhnout PDF verzi SMPS vs Lineární napájecí zdroj
Můžete si stáhnout verzi tohoto článku ve formátu PDF a použít jej pro offline účely podle citací. Stáhněte si zde verzi PDF Rozdíl mezi SMPS a lineárním napájením.
