Ključna razlika – SMPS u odnosu na linearno napajanje
Većina elektronskih i električnih uređaja zahteva jednosmerni napon da bi funkcionisala. Ovi uređaji, posebno elektronički uređaji s integriranim krugovima, trebaju biti snabdjeveni pouzdanim jednosmjernim naponom bez izobličenja kako bi radili bez kvarova ili paljenja. Svrha DC napajanja je da dovede čisti DC napon za ove uređaje. DC izvori napajanja su kategorizirani u linearni i komutirani način rada, što su topologije uključene u pretvaranje AC mrežnog napajanja u glatki DC. Linearno napajanje koristi transformator za direktno snižavanje AC mrežnog napona na željeni nivo, dok SMPS pretvara AC u DC koristeći sklopni uređaj koji pomaže da se dobije prosječna vrijednost željenog nivoa napona. Ovo je ključna razlika između SMPS-a i linearnog napajanja.
Šta je linearno napajanje?
U linearnom napajanju, mrežni AC napon se pretvara u niži napon direktno preko transformatora za smanjenje. Ovaj transformator mora podnijeti veliku snagu jer radi na frekvenciji AC mreže 50/60Hz. Stoga je ovaj transformator glomazan i velik, što čini napajanje teškim i velikim.
Spušteni napon se zatim ispravlja i filtrira kako bi se dobio DC napon potreban za izlaz. Pošto napon na ovom nivou varira u zavisnosti od izobličenja ulaznog napona, regulacija napona se vrši pre izlaza. Regulator napona u linearnom napajanju 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 rasipanje snage. Većinu vremena rasipa višak snage 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 rasipanje snage od strane regulatora napona kao topline, efikasnost linearnog napajanja opada za oko 60%.
Međutim, linearni izvori napajanja ne proizvode električni šum na izlaznom naponu. Omogućava izolaciju između izlaza i ulaza zbog transformatora. Stoga se linearna napajanja koriste za visokofrekventne aplikacije kao što su radiofrekventni uređaji, audio aplikacije, laboratorijska ispitivanja koja zahtijevaju napajanje bez šuma, obradu signala i pojačala.
Slika 01: Napajanje sa linearnim regulatorom napona
Šta je SMPS?
SMPS (switched-mode power supply) radi na komutacijskom tranzistorskom uređaju. U početku se AC ulaz pretvara u istosmjerni napon pomoću ispravljača, bez smanjenja napona, za razliku od linearnog napajanja. Tada DC napon prolazi kroz visokofrekventnu komutaciju, obično preko MOSFET tranzistora. To jest, napon kroz MOSFET se uključuje i isključuje pomoću MOSFET Gate signala, obično signala moduliranog širinom impulsa od oko 50 kHz (blok čopera/invertera). Nakon ove operacije sjeckanja, valni oblik postaje pulsirajući DC signal. Nakon toga se koristi opadajući transformator za smanjenje napona visokofrekventnog pulsirajućeg istosmjernog signala na željeni nivo. Konačno, izlazni ispravljač i filter se koriste da povrate izlazni istosmjerni napon.
Slika 02: Blok dijagram SMPS
Regulacija napona u SMPS-u se vrši preko povratnog kola koje prati izlazni napon. Ako je zahtjev za snagom opterećenja visok, izlazni napon ima tendenciju povećanja. Ovaj inkrement detektuje regulatorni krug povratne sprege i koristi se za kontrolu odnosa uključivanja i isključivanja PWM signala. Tako se mijenja prosječni napon signala. Kao rezultat toga, izlazni napon se kontrolira kako bi ostao konstantan.
Spojni transformator koji se koristi u SMPS-u radi na visokoj frekvenciji; stoga su volumen i težina transformatora mnogo manji od onih kod linearnog napajanja. Ovo postaje glavni razlog da SMPS bude mnogo manji i lakši od svog pandana linearnog tipa. Štaviše, regulacija napona se vrši bez rasipanja viška snage kao omskog gubitka ili toplote. Efikasnost SMPS-a dostiže čak 85-90%.
U isto vrijeme, SMPS generiše visokofrekventnu buku zbog operacije prebacivanja MOSFET-a. Ovaj šum se može odraziti na izlazni napon; međutim, u nekim naprednim i skupim modelima, ovaj izlazni šum je donekle ublažen. Nadalje, prebacivanje stvara elektromagnetne i radiofrekventne 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, DC motori, aplikacije velike snage, itd. može se koristiti sa SMPS-ovima. Lakši je i manji dizajn čini ga pogodnim za korištenje i kao prijenosni uređaj.
Koja je razlika između SMPS-a i linearnog napajanja?
SMPS vs linearno napajanje |
|
| SMPS direktno ispravlja naizmeničnu struju bez smanjenja napona. Zatim se konvertovani DC prebacuje u visokofrekventno za manji transformator kako bi se smanjio na željeni nivo napona. Konačno, visokofrekventni AC signal se ispravlja na DC izlazni napon. | Linearno napajanje smanjuje napon na željenu vrijednost na početku pomoću većeg transformatora. Nakon toga, AC se ispravlja i filtrira kako bi se dobio izlazni jednosmjerni napon. |
| Regulacija napona | |
| Regulacija napona se vrši kontrolom frekvencije prebacivanja. Izlazni napon se prati povratnim krugom i varijacija napona se koristi za kontrolu frekvencije. | Ispravljeni i filtrirani DC napon se podvrgava izlaznom otporu djelitelja napona da bi se dobio izlazni napon. Ovaj otpor se može kontrolirati povratnim krugom koji prati varijaciju izlaznog napona. |
| Efikasnost | |
| Proizvodnja toplote u SMPS-u je relativno niska pošto komutacioni tranzistor radi u oblastima isključenja i izgladnjivanja. Mala veličina izlaznog transformatora takođe čini gubitak toplote malim. Stoga je efikasnost veća (85-90%). | Višak snage se raspršuje kao toplota kako bi napon bio konstantan u linearnom napajanju. Štaviše, ulazni transformator je mnogo veći; stoga su gubici transformatora veći. Stoga je efikasnost 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 je mnogo niža od linearnog napajanja. | Linearni izvori napajanja su mnogo glomazniji jer ulazni transformator mora biti velik zbog niske frekvencije na kojoj radi. Kako se više topline stvara u regulatoru napona, treba koristiti i hladnjake. |
| Izobličenja buke i napona | |
| SMPS generiše visokofrekventnu buku zbog prebacivanja. To prelazi u izlazni napon, a ponekad i na ulaznu mrežu. Harmonično izobličenje u mrežnoj napajanju može biti moguće i u SMPS. | Linearni izvori napajanja ne proizvode šum u izlaznom naponu. Harmoničko izobličenje je mnogo manje nego kod SMPS. |
| Prijave | |
| SMPS se može koristiti kao prijenosni uređaj zbog male konstrukcije. Ali kako stvara visokofrekventnu buku, SMPS se ne može koristiti za aplikacije osjetljive na buku kao što su RF i audio aplikacije. | Linearni izvori napajanja su mnogo veći i ne mogu se koristiti za prijenosne uređaje. Budući da ne stvaraju buku i da je izlazni napon također čist, koriste se za većinu električnih i elektronskih testova u laboratorijama. |
Sažetak – SMPS vs linearno napajanje
SMPS i linearna napajanja su dvije vrste DC napajanja koje se koriste. Ključna razlika između SMPS i linearnog napajanja je topologija koja se koristi za regulaciju napona i smanjenje napona. Dok linearno napajanje pretvara naizmjeničnu struju u niski napon na početku, SMPS prvo ispravlja i filtrira mrežni AC, a zatim prelazi na visokofrekventnu izmjeničnu struju prije nego što se povuče. Budući da se težina i veličina transformatora povećavaju kako se radna frekvencija smanjuje, ulazni transformator linearnog napajanja je mnogo teži i veći za razliku od SMPS-a. Osim toga, kako se regulacija napona vrši odvođenjem topline kroz otpornike, linearni izvori napajanja trebaju imati hladnjake koji ih čine još težima. Regulator SMPS-a kontrolira frekvenciju prebacivanja za kontrolu izlaznog napona. Stoga su SMPS manji po veličini i lakši po težini. Kako je proizvodnja toplote u SMPS manja, tako je i njihova efikasnost veća.
Preuzmite PDF verziju SMPS-a vs Linear Power Supply
Možete preuzeti PDF verziju ovog članka i koristiti ga za vanmrežne svrhe u skladu s bilješkama o citatima. Molimo preuzmite PDF verziju ovdje Razlika između SMPS-a i linearnog napajanja.
