Nyckelskillnad - SMPS vs linjär strömförsörjning
De flesta elektroniska och elektriska enheter kräver likspänning för att fungera. Dessa enheter, särskilt elektroniska enheter med integrerade kretsar, bör förses med en tillförlitlig, distorsionsfri likspänning för att de ska fungera utan att fungera eller brinna. Syftet med en likströmsförsörjning är att leverera ren likspänning till dessa enheter. DC-strömförsörjningar kategoriseras i linjärt och omkopplat läge, vilket är de topologier som är inblandade för att göra nätströmförsörjningen till jämn likström. Linjär strömförsörjning använder en transformator för att direkt ställa ned växelspänningen till en önskad nivå medan SMPS omvandlar växelström till likström med hjälp av en omkopplingsanordning som hjälper till att uppnå ett medelvärde för önskad spänningsnivå. Detta är nyckelskillnaden mellan SMPS och linjär strömförsörjning.
INNEHÅLL
1. Översikt och nyckelskillnad
2. Vad är linjär strömförsörjning
3. Vad är SMPS
4. Jämförelse sida vid sida - SMPS vs linjär strömförsörjning i tabellform
5. Sammanfattning
Vad är ett linjärt nätaggregat?
I en linjär strömförsörjning omvandlas nätströmmen till en lägre spänning direkt av en nedtransformator. Denna transformator måste hantera en stor effekt eftersom den fungerar vid växelströmsnätfrekvensen 50 / 60Hz. Därför är denna transformator skrymmande och stor, vilket gör strömförsörjningen tung och stor.
Nedstängd spänning korrigeras sedan och filtreras för att få den likspänning som krävs för utgången. Eftersom spänningen vid denna nivå utsätts för varierar beroende på ingångsspänningsförvrängningarna görs en spänningsreglering före utgången. Spänningsregulatorn i en linjär strömförsörjning är en linjär regulator, som vanligtvis är en halvledaranordning som fungerar som ett variabelt motstånd. Utgångsmotståndsvärdet ändras med uteffektbehovet, vilket gör utspänningen konstant. Sålunda fungerar spänningsregulatorn som en strömavledande anordning. För det mesta släpper den överflödig kraft för att göra spänningen konstant. Därför bör spänningsregulatorn ha stora kylflänsar. Som ett resultat blir de linjära strömförsörjningarna mycket tyngre. Vidare, som ett resultat av spänningsregulatorns spänning som värme,effektiviteten hos en linjär strömförsörjning sjunker så mycket som cirka 60%.
Linjära strömförsörjningar producerar emellertid inte elektriskt brus på utspänningen. Det ger isolering mellan utgången och ingången på grund av transformatorn. Därför används linjära strömförsörjningar för högfrekventa applikationer såsom radiofrekvensanordningar, ljudapplikationer, laboratorietester som kräver brusfri matning, signalbehandling och förstärkare.
Figur 01: Strömförsörjning med en linjär spänningsregulator
Vad är SMPS?
SMPS (switchat läge strömförsörjning) fungerar på en växlingstransistoranordning. Först omvandlas växelströmsingången till likspänning av en likriktare utan att minska spänningen, till skillnad från en linjär strömförsörjning. Därefter genomgår likspänningen en högfrekvent omkoppling, vanligtvis av en MOSFET-transistor. Det vill säga spänningen genom MOSFET slås på och av av MOSFET Gate-signal, vanligtvis en pulsbreddsmodulerad signal på cirka 50 kHz (chopper / inverterblock). Efter denna kapningsoperation blir vågformen till en pulsad-DC-signal. Därefter används en nedåtgående transformator för att reducera spänningen hos den högfrekventa pulserade likströmssignalen till önskad nivå. Slutligen används en utgångslikriktare och ett filter för att återställa utgångens likspänning.
Figur 02: Blockdiagram över en SMPS
Spänningsregleringen i SMPS sker via en återkopplingskrets som övervakar utspänningen. Om belastningens effektbehov är högt tenderar utspänningen att öka. Denna ökning detekteras av återkopplingskretsen för regulatorn och används för att styra PWM-signalens på-till-av-förhållande. Således ändras den genomsnittliga signalspänningen. Som ett resultat styrs utspänningen för att hålla konstant.
Avstängningstransformatorn som används i SMPS fungerar med hög frekvens; sålunda är transformatorns volym och vikt mycket mindre än volymerna för en linjär strömförsörjning. Detta blir en viktig anledning för att en SMPS ska vara mycket mindre och lättare än dess motsvarighet till linjär typ. Dessutom görs spänningsregleringen utan att överflödet sprids som Ohmisk förlust eller värme. Effektiviteten för SMPS blir så hög som 85-90%.
Samtidigt genererar en SMPS högfrekvent brus på grund av omkopplingen av MOSFET. Detta brus kan återspeglas i utspänningen; i vissa avancerade och dyra modeller mildras dock detta utgångsbrus till viss del. Vidare skapar omkopplingen också elektromagnetisk störning och radiofrekvensstörning. Därför är det nödvändigt att använda RF-skärmning och EMI-filter i SMPS. Därför är SMPS inte lämpliga ljud- och radiofrekvensapplikationer. Mindre bullerkänslig utrustning som mobiltelefonladdare, likströmsmotorer, applikationer med hög effekt etc. kan användas med SMPS. Den är lättare och mindre design gör det bekvämt att användas som bärbara enheter också.
Vad är skillnaden mellan SMPS och linjär strömförsörjning?
Skilja artikeln mitt före bordet
SMPS vs linjär strömförsörjning |
|
| SMPS korrigerar direkt nätströmmen utan att minska spänningen. Därefter kopplas den omvandlade likströmmen in i hög frekvens för en mindre transformator för att reducera den till önskad spänningsnivå. Slutligen korrigeras den högfrekventa växelströmssignalen till likspänningen. | Linjär strömförsörjning minskar spänningen till önskat värde i början av en större transformator. Därefter korrigeras växelströmmen och filtreras för att göra utgångens likspänning. |
| Spänningsreglering | |
| Spänningsreglering görs genom att styra omkopplingsfrekvensen. Utgångsspänningen övervakas av återkopplingskretsen och spänningsvariationen används för frekvensstyrningen. | Den likriktade och filtrerade likspänningen utsätts för ett utgångsmotstånd hos en spänningsdelare för att göra utspänningen. Detta motstånd kan kontrolleras av en återkopplingskrets som övervakar variationen i utspänningen. |
| Effektivitet | |
| Värmegenereringen i SMPS är jämförelsevis låg eftersom omkopplingstransistorn fungerar i avskärnings- och svältregionerna. Den lilla storleken på utgångstransformatorn gör också värmeförlusten liten. Därför är effektiviteten högre (85-90%). | Överskottseffekten försvinner som värme för att göra spänningen konstant i en linjär strömförsörjning. Dessutom är ingångstransformatorn mycket större; transformatorförlusterna är således högre. Därför är effektiviteten för en linjär strömförsörjning så låg som 60%. |
| Bygga | |
| Transformatorstorleken på en SMPS behöver inte vara stor eftersom den fungerar i högfrekvens. Därför kommer transformatorns vikt också att vara mindre. Som ett resultat är storleken och vikten på en SMPS mycket lägre än en linjär strömförsörjning. | Linjära strömförsörjningar är mycket större eftersom ingångstransformatorn måste vara stor på grund av den låga frekvensen den arbetar på. Eftersom mer värme genereras i en spänningsregulator bör också kylflänsar användas. |
| Buller och spänningsförvrängningar | |
| SMPS genererar ett högfrekvent brus på grund av byte. Detta passerar in i utspänningen, liksom ibland till ingångsnätet. Harmonisk distorsion i nätströmmen kan också vara möjlig i SMPS. | Linjära strömförsörjningar producerar inte brus i utspänningen. Harmonisk distorsion är mycket mindre än för SMPS. |
| Applikationer | |
| SMPS kan användas som bärbara enheter på grund av den lilla byggnaden. Men eftersom det genererar högfrekvent brus kan SMPS inte användas för bullerkänsliga applikationer som RF- och ljudapplikationer. | Linjära strömförsörjningar är mycket större och kan inte användas för bärbara enheter. Eftersom de inte genererar brus och utspänningen också är ren används de för de flesta elektriska och elektroniska tester i laboratorier. |
Sammanfattning - SMPS vs linjär strömförsörjning
SMPS och linjära strömförsörjningar är två typer av likströmsförsörjning som används. Huvudskillnaden mellan SMPS och linjär strömförsörjning är topologierna som används för spänningsreglering och spänningsavbrott. Medan den linjära strömförsörjningen omvandlar växelström till låg spänning i början, korrigerar SMPS först och filtrerar nätströmmen och byter sedan till en högfrekvent växelström innan den avgår. Eftersom transformatorns vikt och storlek ökar när arbetsfrekvensen minskar, är linjära strömförsörjningars ingångstransformator mycket tyngre och större till skillnad från SMPS. Eftersom spänningsregleringen görs med värmeavledning genom motstånd, bör dessutom linjära strömförsörjningar ha kylflänsar som gör dem ännu tyngre. Regulatorn för SMPS kontrollerar omkopplingsfrekvensen för att styra utspänningen. Därför,SMPS är mindre i storlek och lättare i vikt. Eftersom värmegenereringen i SMPS är lägre är deras effektivitet också högre.
Ladda ner PDF-version av SMPS vs linjär strömförsörjning
Du kan ladda ner PDF-versionen av den här artikeln och använda den för offlineändamål enligt citat. Ladda ner PDF-versionen här Skillnaden mellan SMPS och linjär strömförsörjning.
