Разница между SMPS и линейным источником питания

2024 Автор: Mildred Bawerman | [email protected]. Последнее изменение: 2023-12-16 08:42

Ключевое различие - SMPS против линейного источника питания

Большинству электронных и электрических устройств для работы требуется постоянное напряжение. Эти устройства, особенно электронные устройства с интегральными схемами, должны получать надежное постоянное напряжение без искажений, чтобы они работали без сбоев или возгорания. Источник питания постоянного тока предназначен для подачи чистого постоянного напряжения на эти устройства. Источники питания постоянного тока подразделяются на линейные и импульсные, которые представляют собой топологии, используемые для преобразования сетевого питания переменного тока в плавный постоянный ток. В линейном источнике питания используется трансформатор для прямого понижения сетевого напряжения переменного тока до желаемого уровня, в то время как SMPS преобразует переменный ток в постоянный ток с помощью переключающего устройства, которое помогает получить среднее значение желаемого уровня напряжения. В этом ключевое отличие SMPS от линейного источника питания.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия

2. Что такое линейный источник питания

3. Что такое SMPS

4. Параллельное сравнение - SMPS и линейный источник питания в табличной форме

5. Резюме

Что такое линейный источник питания?

В линейном источнике питания переменное напряжение сети преобразуется в более низкое напряжение напрямую понижающим трансформатором. Этот трансформатор должен работать с большой мощностью, поскольку он работает при частоте сети переменного тока 50/60 Гц. Поэтому этот трансформатор громоздкий и большой, что делает блок питания тяжелым и большим.

Затем пониженное напряжение выпрямляется и фильтруется, чтобы получить постоянное напряжение, необходимое для выхода. Поскольку напряжение на этом уровне изменяется в зависимости от искажений входного напряжения, регулировка напряжения выполняется перед выходом. Регулятор напряжения в линейном источнике питания представляет собой линейный регулятор, который обычно представляет собой полупроводниковое устройство, которое действует как переменный резистор. Значение выходного сопротивления изменяется в зависимости от требований к выходной мощности, делая выходное напряжение постоянным. Таким образом, регулятор напряжения работает как устройство рассеивания мощности. В большинстве случаев он рассеивает избыточную мощность, чтобы напряжение оставалось постоянным. Поэтому регулятор напряжения должен иметь большие радиаторы. В результате линейные блоки питания становятся намного тяжелее. Кроме того, в результате рассеивания мощности регулятором напряжения в виде тепла,КПД линейного источника питания падает примерно на 60%.

Однако линейные источники питания не создают электрических помех на выходном напряжении. Он обеспечивает изоляцию между выходом и входом благодаря трансформатору. Поэтому линейные источники питания используются для высокочастотных приложений, таких как радиочастотные устройства, аудиоприложения, лабораторные испытания, требующие бесшумного источника питания, обработки сигналов и усилителей.

Рисунок 01: Источник питания с линейным регулятором напряжения

Что такое SMPS?

SMPS (импульсный источник питания) работает на коммутирующем транзисторном устройстве. Сначала входной переменный ток преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямителя без снижения напряжения, в отличие от линейного источника питания. Затем постоянное напряжение подвергается высокочастотному переключению, обычно с помощью полевого МОП-транзистора. То есть напряжение через полевой МОП-транзистор включается и выключается сигналом затвора полевого МОП-транзистора, обычно это сигнал с широтно-импульсной модуляцией около 50 кГц (блок прерывателя / инвертора). После этой операции прерывания форма волны становится пульсирующим сигналом постоянного тока. После этого понижающий трансформатор используется для понижения напряжения высокочастотного пульсирующего сигнала постоянного тока до желаемого уровня. Наконец, выходной выпрямитель и фильтр используются для компенсации выходного постоянного напряжения.

Рисунок 02: Блок-схема SMPS

Регулировка напряжения в SMPS осуществляется через цепь обратной связи, которая контролирует выходное напряжение. Если потребляемая мощность нагрузки высока, выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению. Это приращение обнаруживается цепью обратной связи регулятора и используется для управления отношением включения / выключения сигнала ШИМ. Таким образом, изменяется среднее напряжение сигнала. В результате регулируемое выходное напряжение остается постоянным.

Понижающий трансформатор, используемый в ИИП, работает на высокой частоте; таким образом, объем и вес трансформатора намного меньше, чем у линейного источника питания. Это становится основной причиной того, что SMPS намного меньше и легче, чем его аналог линейного типа. Более того, регулирование напряжения выполняется без рассеивания избыточной мощности в виде омических потерь или тепла. КПД ИИП достигает 85-90%.

В то же время SMPS генерирует высокочастотный шум из-за операции переключения полевого МОП-транзистора. Этот шум может отражаться на выходном напряжении; однако в некоторых продвинутых и дорогих моделях этот выходной шум в некоторой степени снижен. Кроме того, переключение также создает электромагнитные и радиочастотные помехи. Следовательно, в SMPS необходимо использовать экранирование радиочастот и фильтры электромагнитных помех. Поэтому SMPS не подходят для аудио- и радиочастотных приложений. С SMPS можно использовать менее чувствительное к шуму оборудование, такое как зарядные устройства для мобильных телефонов, двигатели постоянного тока, приложения большой мощности и т. Д. Его более легкий и компактный дизайн позволяет использовать его в качестве портативных устройств.

В чем разница между SMPS и линейным источником питания?

Различать статью в середине перед таблицей

SMPS против линейного источника питания
SMPS напрямую выпрямляет сетевой переменный ток без снижения напряжения. Затем преобразованный постоянный ток переключается на высокую частоту для меньшего трансформатора, чтобы снизить его до желаемого уровня напряжения. Наконец, высокочастотный сигнал переменного тока выпрямляется до выходного напряжения постоянного тока.	Линейный источник питания вначале снижает напряжение до желаемого значения с помощью трансформатора большего размера. После этого переменный ток выпрямляется и фильтруется, чтобы получить выходное постоянное напряжение.
Регулировка напряжения
Регулировка напряжения осуществляется путем управления частотой переключения. Выходное напряжение контролируется цепью обратной связи, а изменение напряжения используется для регулирования частоты.	Выпрямленное и отфильтрованное постоянное напряжение подвергается воздействию выходного сопротивления делителя напряжения для создания выходного напряжения. Это сопротивление контролируется цепью обратной связи, которая отслеживает изменение выходного напряжения.
Эффективность
Тепловыделение в SMPS сравнительно невелико, поскольку переключающий транзистор работает в областях отключения и истощения. Небольшой размер выходного трансформатора также снижает потери тепла. Следовательно, КПД выше (85-90%).	Избыточная мощность рассеивается в виде тепла, чтобы напряжение в линейном источнике питания оставалось постоянным. Более того, входной трансформатор намного больше; таким образом, потери в трансформаторе выше. Следовательно, КПД линейного источника питания составляет всего 60%.
Построить
Размер трансформатора ИИП не обязательно должен быть большим, поскольку он работает на высоких частотах. Следовательно, вес трансформатора тоже будет меньше. В результате размер, а также вес ИИП намного меньше линейного источника питания.	Линейные источники питания намного крупнее, поскольку входной трансформатор должен быть большим из-за низкой частоты, на которой он работает. Поскольку в регуляторе напряжения выделяется больше тепла, следует также использовать радиаторы.
Шум и искажения напряжения
SMPS генерирует высокочастотный шум из-за переключения. Это переходит в выходное напряжение, а иногда и во входную сеть. Гармонические искажения в электросети также возможны в импульсных источниках питания.	Линейные источники питания не создают шумов в выходном напряжении. Гармонические искажения намного меньше, чем у SMPS.
Приложения
SMPS можно использовать как портативные устройства из-за небольшого размера. Но поскольку он генерирует высокочастотный шум, SMPS не могут использоваться для чувствительных к шуму приложений, таких как RF и аудио приложения.	Линейные блоки питания намного больше и не могут использоваться для портативных устройств. Поскольку они не создают шума, а выходное напряжение также чистое, они используются для большинства электрических и электронных испытаний в лабораториях.

Резюме - SMPS против линейного источника питания

Источники питания SMPS и линейные блоки питания - это два типа используемых блоков питания постоянного тока. Ключевое различие между SMPS и линейным источником питания - это топологии, используемые для регулирования напряжения и понижения напряжения. В то время как линейный источник питания вначале преобразует переменный ток в низкое напряжение, SMPS сначала выпрямляет и фильтрует сетевой переменный ток, а затем переключается на высокочастотный переменный ток перед понижением. Поскольку вес и размер трансформатора увеличиваются при уменьшении рабочей частоты, входной трансформатор линейных источников питания намного тяжелее и больше, чем в SMPS. Кроме того, поскольку регулирование напряжения осуществляется за счет отвода тепла через сопротивления, линейные источники питания должны иметь радиаторы, которые делают их еще тяжелее. Регулятор SMPS регулирует частоту коммутации для управления выходным напряжением. Следовательно,SMPS меньше по размеру и легче. Поскольку тепловыделение в SMPS ниже, их эффективность также выше.

Скачать PDF-версию SMPS vs Linear Power Supply

Вы можете скачать PDF-версию этой статьи и использовать ее в автономных целях в соответствии с примечаниями к цитированию. Пожалуйста, скачайте PDF-версию здесь. Разница между SMPS и линейным источником питания.