Nøgleforskel - SMPS vs lineær strømforsyning
De fleste elektroniske og elektriske enheder kræver jævnstrømsspænding for at fungere. Disse enheder, især elektroniske enheder med integrerede kredsløb, skal forsynes med en pålidelig, forvrængningsfri jævnstrømsspænding, så de kan fungere uden at fungere eller brænde. Formålet med en jævnstrømsforsyning er at levere ren jævnstrømsspænding til disse enheder. DC-strømforsyninger er kategoriseret i lineær og switch-mode, hvilket er de topologier, der er involveret for at gøre AC-strømforsyningen til glat DC. Lineær strømforsyning bruger en transformer til direkte nedtrapping af vekselstrømsnetspændingen til et ønsket niveau, mens SMPS konverterer vekselstrøm til jævnstrøm ved hjælp af en omskifterenhed, som hjælper med at opnå en gennemsnitlig værdi af det ønskede spændingsniveau. Dette er nøgleforskellen mellem SMPS og lineær strømforsyning.
INDHOLD
1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er lineær strømforsyning
3. Hvad er SMPS
4. Sammenligning side om side - SMPS vs lineær strømforsyning i tabelform
5. Oversigt
Hvad er en lineær strømforsyning?
I en lineær strømforsyning konverteres lysnetspændingen til en lavere spænding direkte af en nedtransformer. Denne transformator skal håndtere en stor effekt, da den fungerer ved AC-netfrekvensen 50 / 60Hz. Derfor er denne transformer stor og stor, hvilket gør strømforsyningen tung og stor.
Nedsænket spænding rettes derefter og filtreres for at få den jævnstrømsspænding, der kræves til udgangen. Da spændingen på dette niveau udsættes for at variere afhængigt af forvrængningerne af indgangsspændingen, udføres en spændingsregulering før udgangen. Spændingsregulatoren i en lineær strømforsyning er en lineær regulator, som normalt er en halvlederindretning, der fungerer som en variabel modstand. Outputmodstandsværdien ændres med udgangseffektkravet, hvilket gør udgangsspændingen konstant. Således fungerer spændingsregulatoren som en strømafledende enhed. Det meste af tiden spreder det overskydende strøm for at gøre spændingen konstant. Derfor bør spændingsregulatoren have store kølelegemer. Som et resultat bliver de lineære strømforsyninger meget tungere. Som et resultat af spændingsregulatorens spredning af varme som varme,effektiviteten af en lineær strømforsyning falder så meget som ca. 60%.
Lineære strømforsyninger producerer dog ikke elektrisk støj på udgangsspændingen. Det giver isolering mellem output og input på grund af transformeren. Derfor anvendes lineære strømforsyninger til højfrekvente applikationer såsom radiofrekvensanordninger, lydapplikationer, laboratorietests, der kræver støjfri forsyning, signalbehandling og forstærkere.
Figur 01: Strømforsyning med en lineær spændingsregulator
Hvad er SMPS?
SMPS (switch-mode strømforsyning) fungerer på en switch transistor enhed. Først konverteres vekselstrømsindgangen til jævnstrømsspænding af en ensretter uden at reducere spændingen, i modsætning til i en lineær strømforsyning. Derefter gennemgår jævnstrømsspændingen en højfrekvent omskiftning, typisk af en MOSFET-transistor. Det vil sige, spændingen gennem MOSFET tændes og slukkes af MOSFET Gate-signal, normalt et pulsbreddemoduleret signal på ca. 50 kHz (chopper / inverterblok). Efter denne huggeoperation bliver bølgeformen til et pulserende DC-signal. Derefter bruges en nedtrapningstransformator til at reducere spændingen i det højfrekvente pulserede jævnstrømsignal til det ønskede niveau. Endelig bruges en udgangsretter og et filter til at gøre DC-udgangsspændingen tilbage.
Figur 02: Blokdiagram over en SMPS
Spændingsreguleringen i SMPS sker via et feedback-kredsløb, der overvåger udgangsspændingen. Hvis belastningens effektbehov er højt, har udgangsspændingen en tendens til at stige. Denne stigning detekteres af regulatorens feedback-kredsløb og bruges til at styre PWM-signalets on-to-off-forhold. Således ændres den gennemsnitlige signalspænding. Som et resultat styres udgangsspændingen for at holde konstant.
Den nedtrapningstransformator, der anvendes i SMPS, fungerer ved en højfrekvens; således er volumen og vægt af transformeren meget mindre end for en lineær strømforsyning. Dette bliver en væsentlig årsag til, at en SMPS er meget mindre og lettere end dens lineære modstykke. Desuden udføres spændingsreguleringen uden at sprede overskydende effekt som Ohmisk tab eller varme. Effektiviteten af SMPS bliver så høj som 85-90%.
Samtidig genererer en SMPS højfrekvent støj på grund af MOSFET's skifteoperation. Denne støj kan reflekteres i udgangsspændingen; i nogle avancerede og dyre modeller mindskes denne outputstøj dog til en vis grad. Endvidere skaber skiftet også elektromagnetisk og radiofrekvensinterferens. Derfor er det nødvendigt at bruge RF-afskærmning og EMI-filtre i SMPS'er. Derfor er SMPS ikke egnede lyd- og radiofrekvensapplikationer. Mindre støjfølsomt udstyr såsom mobiltelefonopladere, jævnstrømsmotorer, applikationer med høj effekt osv. Kan bruges med SMPS'er. Det er lettere og mindre design gør det også praktisk at blive brugt som bærbare enheder.
Hvad er forskellen mellem SMPS og lineær strømforsyning?
Diff artikel midt foran bordet
SMPS vs lineær strømforsyning |
|
| SMPS udbedrer direkte lysnettet uden at reducere spændingen. Derefter skiftes den konverterede DC højfrekvent til en mindre transformer for at reducere den til det ønskede spændingsniveau. Endelig rettes det højfrekvente AC-signal til DC-udgangsspændingen. | Lineær strømforsyning reducerer spændingen til den ønskede værdi i starten af en større transformer. Derefter rettes vekselstrømmen og filtreres for at gøre udgangsspændingen. |
| Spændingsregulering | |
| Spændingsregulering udføres ved at styre omskifterfrekvensen. Udgangsspændingen overvåges af feedback-kredsløbet, og variationen af spænding bruges til frekvensstyringen. | Den udbedrede og filtrerede jævnstrømsspænding udsættes for en udgangsmodstand fra en spændingsdeler for at fremstille udgangsspændingen. Denne modstand kan styres af et feedback-kredsløb, der overvåger variationen i udgangsspændingen. |
| Effektivitet | |
| Varmeproduktionen i SMPS er forholdsvis lav, da koblingstransistoren fungerer i afskærings- og sultregionerne. Udgangstransformatorens lille størrelse gør også varmetabet lille. Derfor er effektiviteten højere (85-90%). | Den overskydende effekt spredes som varme for at gøre spændingen konstant i en lineær strømforsyning. Desuden er inputtransformatoren meget større; transformertab er således højere. Derfor er effektiviteten af en lineær strømforsyning så lav som 60%. |
| Byg | |
| Transformatorstørrelsen på en SMPS behøver ikke at være stor, da den fungerer i højfrekvens. Derfor vil transformatorens vægt også være mindre. Som et resultat er størrelsen såvel som vægten af en SMPS meget lavere end en lineær strømforsyning. | Lineære strømforsyninger er meget større, da input-transformeren skal være stor på grund af den lave frekvens, den fungerer på. Da der genereres mere varme i en spændingsregulator, skal der også anvendes kølelegemer. |
| Støj og spændingsforvrængning | |
| SMPS genererer en højfrekvent støj på grund af skift. Dette passerer ind i udgangsspændingen såvel som til indgangsnettet nogle gange. Harmonisk forvrængning af lysnettet kan også være mulig i SMPS'er. | Lineære strømforsyninger producerer ikke støj i udgangsspændingen. Harmonisk forvrængning er meget mindre end for SMPS'er. |
| Ansøgninger | |
| SMPS kan bruges som bærbare enheder på grund af den lille build. Men da det genererer en højfrekvent støj, kan SMPS'er ikke bruges til støjfølsomme applikationer såsom RF- og lydapplikationer. | Lineære strømforsyninger er meget større og kan ikke bruges til bærbare enheder. Da de ikke genererer støj, og udgangsspændingen også er ren, bruges de til de fleste af de elektriske og elektroniske tests i laboratorier. |
Resumé - SMPS vs lineær strømforsyning
SMPS og lineære strømforsyninger er to typer jævnstrømsforsyninger, der er i brug. Hovedforskellen mellem SMPS og lineær strømforsyning er de topologier, der anvendes til spændingsregulering og spænding ned. Mens den lineære strømforsyning konverterer vekselstrøm til lav spænding i starten, afhjælper og filtrerer SMPS først lysnettet og skifter derefter til en højfrekvent vekselstrøm, inden han går ned. Da transformatorens vægt og størrelse øges, når driftsfrekvensen falder, er den lineære strømforsynings inputtransformator meget tungere og større i modsætning til i SMPS. Derudover, da spændingsreguleringen sker med varmeafledning gennem modstande, skal lineære strømforsyninger have køleplader, der gør dem endnu tungere. Regulatoren af SMPS'er styrer skiftefrekvensen for at styre udgangsspændingen. Derfor,SMPS er mindre i størrelse og lettere i vægt. Da varmeproduktionen i SMPS er lavere, er deres effektivitet også højere.
Download PDF-version af SMPS vs lineær strømforsyning
Du kan downloade PDF-version af denne artikel og bruge den til offlineformål som pr. Citatnotater. Download venligst PDF-version her Forskellen mellem SMPS og lineær strømforsyning.
