Ključna razlika – SMPS naspram linearnog napajanja
Većini elektroničkih i električnih uređaja potreban je istosmjerni napon kako bi funkcionirali. Ovi uređaji, posebno elektronički uređaji s integriranim krugovima, trebaju biti opskrbljeni pouzdanim istosmjernim naponom bez izobličenja kako bi radili bez kvara ili pregorevanja. Svrha istosmjernog napajanja je opskrba čistim istosmjernim naponom ovih uređaja. Istosmjerni izvori napajanja kategorizirani su u linearni i prekidački, a to su topologije uključene u pretvaranje izmjeničnog mrežnog napajanja u jednosmjerni istosmjerni. Linearno napajanje koristi transformator za izravno smanjenje mrežnog napona izmjenične struje na željenu razinu, dok SMPS pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu pomoću preklopnog uređaja koji pomaže u dobivanju prosječne vrijednosti željene razine napona. Ovo je ključna razlika između SMPS i linearnog napajanja.
Što je linearni izvor napajanja?
U linearnom napajanju, mrežni izmjenični napon pretvara se u niži napon izravno snižavajućim transformatorom. Ovaj transformator mora podnijeti veliku snagu budući da radi na mrežnoj frekvenciji AC 50/60Hz. Stoga je ovaj transformator glomazan i velik, što napajanje čini teškim i velikim.
Sniženi napon se zatim ispravlja i filtrira kako bi se dobio istosmjerni napon potreban za izlaz. Budući da je napon na ovoj razini podložan variranju ovisno o izobličenjima ulaznog napona, regulacija napona se vrši prije izlaza. Regulator napona u linearnom izvoru napajanja je linearni regulator, koji je obično poluvodički uređaj koji djeluje kao promjenjivi otpornik. Vrijednost izlaznog otpora mijenja se sa zahtjevom za izlaznom snagom, čineći izlazni napon konstantnim. Dakle, regulator napona radi kao uređaj za disipaciju energije. Većinu vremena raspršuje višak energije kako bi napon bio konstantan. Stoga bi regulator napona trebao imati velike hladnjake. Kao rezultat toga, linearni izvori napajanja postaju mnogo teži. Nadalje, kao rezultat rasipanja snage regulatora napona u obliku topline, učinkovitost linearnog napajanja pada čak i do 60%.
Međutim, linearni izvori napajanja ne proizvode električni šum na izlaznom naponu. Omogućuje izolaciju između izlaza i ulaza zbog transformatora. Stoga se linearni izvori napajanja koriste za visokofrekventne aplikacije kao što su radiofrekventni uređaji, audio aplikacije, laboratorijski testovi koji zahtijevaju napajanje bez šuma, obradu signala i pojačala.
Slika 01: Napajanje s linearnim regulatorom napona
Što je SMPS?
SMPS (uklopno napajanje) radi na sklopnom tranzistorskom uređaju. U početku se AC ulaz pretvara u istosmjerni napon pomoću ispravljača, bez smanjenja napona, za razliku od linearnog napajanja. Tada istosmjerni napon prolazi visokofrekventno preklapanje, obično putem MOSFET tranzistora. To jest, napon kroz MOSFET se uključuje i isključuje MOSFET Gate signalom, obično signalom moduliranim širinom pulsa od oko 50 kHz (blok chopper/inverter). Nakon ove operacije sjeckanja, valni oblik postaje pulsirajući istosmjerni signal. Nakon toga se koristi silazni transformator za smanjenje napona visokofrekventnog pulsirajućeg istosmjernog signala na željenu razinu. Konačno, izlazni ispravljač i filtar koriste se za povrat izlaznog istosmjernog napona.
Slika 02: Blok dijagram SMPS-a
Regulacija napona u SMPS-u vrši se preko povratnog kruga koji prati izlazni napon. Ako je snaga potrebna za opterećenje visoka, izlazni napon ima tendenciju povećanja. Ovaj inkrement detektira povratni krug regulatora i koristi se za kontrolu omjera uključivanja i isključivanja PWM signala. Stoga se mijenja prosječni napon signala. Kao rezultat toga, izlazni napon se kontrolira kako bi ostao konstantan.
Spadajući transformator koji se koristi u SMPS-u radi na visokoj frekvenciji; stoga su volumen i težina transformatora puno manji od onih kod linearnog napajanja. To postaje glavni razlog da SMPS bude mnogo manji i lakši od svog linearnog tipa. Štoviše, regulacija napona se vrši bez rasipanja viška snage kao ohmičkog gubitka ili topline. Učinkovitost SMPS-a doseže čak 85-90%.
Istovremeno, SMPS generira visokofrekventni šum zbog operacije prebacivanja MOSFET-a. Taj se šum može odraziti na izlazni napon; međutim, u nekim naprednim i skupim modelima, ovaj izlazni šum je donekle ublažen. Nadalje, prebacivanje također stvara elektromagnetske i radiofrekvencijske smetnje. Stoga je potrebno koristiti RF zaštitu i EMI filtere u SMPS-ovima. Stoga SMPS nisu prikladne audio i radio frekvencijske aplikacije. Oprema koja je manje osjetljiva na buku kao što su punjači za mobilne telefone, istosmjerni motori, aplikacije velike snage itd. mogu se koristiti sa SMPS-ovima. Njegov lakši i manji dizajn čini ga praktičnim za korištenje i kao prijenosni uređaj.
Koja je razlika između SMPS i linearnog napajanja?
SMPS protiv linearnog napajanja |
|
| SMPS izravno ispravlja mrežni AC bez smanjenja napona. Zatim se pretvoreni DC prebacuje u visokofrekventni za manji transformator kako bi se smanjio na željenu razinu napona. Konačno, visokofrekventni AC signal se ispravlja u istosmjerni izlazni napon. | Linearno napajanje svodi napon na željenu vrijednost na početku većim transformatorom. Nakon toga, AC se ispravlja i filtrira kako bi se napravio izlazni istosmjerni napon. |
| Regulacija napona | |
| Regulacija napona se vrši kontrolom sklopne frekvencije. Izlazni napon prati povratni krug, a varijacija napona se koristi za kontrolu frekvencije. | Ispravljeni i filtrirani istosmjerni napon podvrgava se izlaznom otporu razdjelnika napona kako bi se napravio izlazni napon. Ovim se otporom može upravljati povratnim krugom koji prati varijaciju izlaznog napona. |
| Učinkovitost | |
| Stvaranje topline u SMPS-u je relativno nisko budući da sklopni tranzistor radi u područjima isključenja i gladovanja. Mala veličina izlaznog transformatora također čini gubitke topline malim. Stoga je učinkovitost veća (85-90%). | Višak snage se rasipa kao toplina kako bi napon bio konstantan u linearnom izvoru napajanja. Štoviše, ulazni transformator je mnogo glomazniji; stoga su gubici transformatora veći. Stoga je učinkovitost linearnog napajanja čak 60%. |
| Build | |
| Veličina transformatora SMPS-a ne mora biti velika jer radi na visokoj frekvenciji. Stoga će i težina transformatora biti manja. Kao rezultat toga, veličina, kao i težina SMPS-a mnogo su manji od linearnog napajanja. | Linearni izvori napajanja mnogo su glomazniji budući da ulazni transformator mora biti velik zbog niske frekvencije na kojoj radi. Kako se više topline stvara u regulatoru napona, potrebno je koristiti i hladnjake. |
| Buka i izobličenja napona | |
| SMPS stvara visokofrekventni šum zbog prebacivanja. To prelazi u izlazni napon, a ponekad i u ulazni napon. Harmonijsko izobličenje u mrežnom napajanju također je moguće u SMPS-ovima. | Linearni izvori napajanja ne proizvode šum u izlaznom naponu. Harmonijska distorzija je mnogo manja od one kod SMPS-ova. |
| Aplikacije | |
| SMPS se mogu koristiti kao prijenosni uređaji zbog male građe. Ali budući da generira visokofrekventnu buku, SMPS se ne mogu koristiti za aplikacije osjetljive na buku kao što su RF i audio aplikacije. | Linearni izvori napajanja mnogo su veći i ne mogu se koristiti za prijenosne uređaje. Budući da ne stvaraju šum i da je izlazni napon također čist, koriste se za većinu električnih i elektroničkih ispitivanja u laboratorijima. |
Sažetak – SMPS u odnosu na linearno napajanje
SMPS i linearni izvori napajanja dvije su vrste istosmjernih izvora napajanja koji se koriste. Ključna razlika između SMPS i linearnog napajanja su topologije koje se koriste za regulaciju napona i smanjenje napona. Dok linearno napajanje pretvara izmjenični napon u niski napon na početku, SMPS prvo ispravlja i filtrira mrežni izmjenični napon, a zatim prelazi na visokofrekventni izmjenični napon prije nego što se spusti. Budući da se težina i veličina transformatora povećavaju kako se radna frekvencija smanjuje, ulazni transformator linearnih izvora napajanja mnogo je teži i veći za razliku od SMPS-a. Osim toga, kako se regulacija napona vrši odvođenjem topline kroz otpore, linearna napajanja bi trebala imati hladnjake koji ih čine još težima. Regulator SMPS-ova kontrolira frekvenciju sklopke za kontrolu izlaznog napona. Stoga su SMPS manje veličine i lakše težine. Kako je proizvodnja topline u SMPS niža, njihova učinkovitost je također veća.
Preuzmite PDF verziju SMPS-a u odnosu na linearno napajanje
Možete preuzeti PDF verziju ovog članka i koristiti ga za izvanmrežne svrhe prema bilješkama o citatima. Ovdje preuzmite PDF verziju. Razlika između SMPS i linearnog napajanja.
