Forskel mellem SMPS og lineær strømforsyning
Share
Nøgleforskel - SMPS vs Lineær strømforsyning
De fleste elektroniske og elektriske enheder kræver jævnspænding for at kunne fungere. Disse enheder, især elektroniske enheder med integrerede kredsløb, skal forsynes med en pålidelig, forvrængelsesfri DC-spænding, så de kan fungere uden funktionsfejl eller brænding. Formålet med en jævnstrømsforsyning er at levere ren jævnspænding til disse enheder. Jævnstrømforsyninger kategoriseres i lineær og skiftetilstand, som er de topologier, der er involveret for at gøre vekselstrømsnettet til jævn DC. Lineær strømforsyning bruger en transformer til direkte at afbryde netspændingen til et ønsket niveau mens SMPS konverterer vekselstrøm til DC ved hjælp af en skifteindretning, der hjælper med at opnå en gennemsnitlig værdi af det ønskede spændingsniveau. Dette er den vigtigste forskel mellem SMPS og lineær strømforsyning.
INDHOLD
1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er lineær strømforsyning
3. Hvad er SMPS
4. Sammenligning side ved side - SMPS vs Lineær strømforsyning i tabelform
5. Resume
Hvad er en lineær strømforsyning?
I en lineær strømforsyning konverteres netspændingsspændingen til en lavere spænding direkte af en nedtrappende transformer. Denne transformer skal håndtere en stor strøm, da den fungerer ved vekselstrømsnettet frekvens 50 / 60Hz. Derfor er denne transformer voluminøs og stor, hvilket gør strømforsyningen tung og stor.
Nedtrappet spænding korrigeres og filtreres derefter for at få den DC-spænding, der kræves til udgangen. Da spændingen på dette niveau udsættes for at variere afhængigt af forvrængningen af indgangsspændingen, udføres en spændingsregulering inden udgangen. Spændingsregulatoren i en lineær strømforsyning er en lineær regulator, som normalt er en halvlederenhed, der fungerer som en variabel modstand. Udgangsmodstandsværdien ændres med udgangseffektbehovet, hvilket gør udgangsspændingen konstant. Spændingsregulatoren fungerer således som en effektafledningsanordning. Det meste af tiden spreder den overskydende strøm for at gøre spændingen konstant. Derfor skal spændingsregulatoren have store kølelegemer. Som et resultat bliver de lineære strømforsyninger meget tungere. Som et resultat af strømafledning fra spændingsregulatoren som varme falder effektiviteten af en lineær strømforsyning 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 bruges lineære strømforsyninger til højfrekvente applikationer såsom radiofrekvensenheder, lydapplikationer, laboratorietest, der kræver støjfri forsyning, signalbehandling og forstærkere.
Figur 01: Strømforsyning med en lineær spændingsregulator
Hvad er SMPS?
SMPS (switched-mode strømforsyning) fungerer på en switchingstransistor-enhed. Først konverteres vekselstrømsindgangen til jævnspænding ved hjælp af en ensretter uden at reducere spændingen, i modsætning til i en lineær strømforsyning. Derefter gennemgår DC-spændingen en højfrekvensomskiftning, typisk af en MOSFET-transistor. Det vil sige, at spændingen gennem MOSFET tændes og slukkes ved hjælp af MOSFET-gate-signal, normalt et pulsbreddemoduleret signal på ca. 50 kHz (chopper / inverterblok). Efter denne skæreoperation bliver bølgeformen et pulserende DC-signal. Derefter bruges en nedadgående transformator til at reducere spændingen i det højfrekvente pulserede DC-signal til det ønskede niveau. Endelig bruges en udgangs ensretter og et filter til at skabe udgangs DC-spænding.
Figur 02: Blokdiagram over en SMPS
Spændingsreguleringen i SMPS udføres via et feedbackkredsløb, der overvåger udgangsspændingen. Hvis belastningsbehovet for belastningen er højt, har udgangsspændingen en tendens til at stige. Dette forøgelse detekteres af regulatorens feedbackkredsløb og bruges til at styre PWM-signalets on-to-off-forhold. Den gennemsnitlige signalspænding ændres således. Som et resultat styres udgangsspændingen for at holde konstant.
Den nedtrappende transformer, der bruges i SMPS, fungerer med en højfrekvens; transformatorens volumen og vægt er således meget mindre end en lineær strømforsyning. Dette bliver en væsentlig årsag til, at en SMPS er meget mindre og lettere end dens modstykke til lineær type. Desuden udføres spændingsreguleringen uden at sprede overskydende strøm som Ohmisk-tab eller varme. Effektiviteten af SMPS bliver så høj som 85-90%.
På samme tid genererer en SMPS højfrekvent støj på grund af skifteoperationen af MOSFET. Denne støj kan afspejles i udgangsspændingen; I nogle avancerede og dyre modeller mindskes denne outputstøj dog til en vis grad. Endvidere skaber koblingen også elektromagnetisk interferens og radiofrekvensinterferens. Derfor er det påkrævet at bruge RF-afskærmning og EMI-filtre i SMPS'er. Derfor er SMPS ikke egnede applikationer til lyd og radiofrekvens. Mindre støjfølsomt udstyr såsom mobiltelefonopladere, jævnstrømsmotorer, højeffektapplikationer osv. Kan bruges sammen med SMPS'er. Det er lettere og mindre design, så det også er praktisk at blive brugt som bærbare enheder.
Hvad er forskellen mellem SMPS og lineær strømforsyning?
SMPS vs Lineær strømforsyning | |
| SMPS korrigerer netledningen direkte uden at reducere spændingen. Derefter skiftes den konverterede jævnstrøm i højfrekvens for en mindre transformer for at reducere den til det ønskede spændingsniveau. Endelig korrigeres højfrekvens AC-signalet til DC-udgangsspændingen. | Lineær strømforsyning reducerer spændingen til den ønskede værdi i begyndelsen af en større transformer. Derefter korrigeres vekselstrømmen og filtreres for at frembringe udgangsspænding. |
| Spændingsregulering | |
| Spændingsregulering udføres ved at kontrollere koblingsfrekvensen. Udgangsspændingen overvåges af feedbackkredsløbet, og variationen i spændingen bruges til frekvensstyringen. | Den ensrettede og filtrerede jævnspænding udsættes for en udgangsmodstand for en spændingsdelere for at frembringe udgangsspændingen. Denne modstand styres af et feedbackkredsløb, der overvåger variationen i udgangsspændingen. |
| Effektivitet | |
| Varmeproduktionen i SMPS er relativt lav, da skiftetransistoren fungerer i afskærings- og sultningsregionerne. Den lille størrelse på outputtransformatoren 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 bulkere; transformatortab er således højere. Derfor er effektiviteten af en lineær strømforsyning så lav som 60%. |
| Byg | |
| Transformatorstørrelse på en SMPS behøver ikke at være stor, da den fungerer i højfrekvens. Derfor vil vægten af transformeren også være mindre. Som et resultat er størrelsen såvel som vægten af en SMPS meget lavere end en lineær strømforsyning. | Lineære strømforsyninger er meget bulkere, da inputtransformatoren skal være stor på grund af den lave frekvens, den fungerer på. Efterhånden som der genereres mere varme i en spændingsregulator, bør kølelegemer også bruges. |
| Støj og spænding forvrængning | |
| SMPS genererer en højfrekvent støj på grund af switching. Dette går ind i udgangsspændingen såvel som til indgangsnettet til tider. Harmonisk forvrængning af strømforsyningen kan også være mulig i SMPS. | Lineære strømforsyninger producerer ikke støj i udgangsspændingen. Harmonisk forvrængning er meget mindre end for SMPS'er. |
| Applikationer | |
| SMPS kan bruges som bærbare enheder på grund af den lille bygning. Men da det genererer en højfrekvent støj, kan SMPS'er ikke bruges til støjfølsomme applikationer som 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. |
Resume - SMPS vs Lineær strømforsyning
SMPS og Lineære strømforsyninger er to typer DC-strømforsyninger i brug. Den vigtigste forskel mellem SMPS og lineær strømforsyning er topologierne, der bruges til spændingsregulering og spænding af nedlukning. Mens den lineære strømforsyning konverterer vekselstrøm til lav spænding i begyndelsen, korrigerer og filtrerer SMPS først strømnettet og skifter derefter til en højfrekvent vekselstrøm, før den nedbrydes. Da transformerens vægt og størrelse øges, når driftsfrekvensen falder, er den lineære strømforsynings inputtransformator meget tungere og større i modsætning til i SMPS. Eftersom spændingsreguleringen udføres med varmeafledning gennem modstande, skal lineære strømforsyninger desuden have køleplader, der gør dem endnu tyngre. SMPS-regulatoren styrer koblingsfrekvensen for at styre udgangsspændingen. Derfor er SMPS 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 offline-formål som angivet citatnotater. Download PDF-version her Forskel mellem SMPS og lineær strømforsyning.
Reference:
1. "Lineære strømforsyninger og regulatorer." Elektronikreparation og teknologienyheder. N.p., n.d. Web. Tilgængelig her. 14. juni 2017.
2. "Strømforsyning med switchet tilstand." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 17. maj 2017. Web. Tilgængelig her. 14. juni 2017.
Billede høflighed:
1. “Strømforsyning med lineær spændingsregulator” Af CLI - Eget arbejde, Public Domain) via Commons Wikimedia
2. “SMPS-blokdiagram” Af IE på engelsk Wikipedia - Overført fra en.wikipedia til Commons af Dcirovic., Public Domain) via Commons Wikimedia
