Probabil că utilizați zilnic un smartphone, un laptop sau un computer personal. Aceste dispozitive electronice folosesc curent continuu (DC) pentru a funcționa. Cu toate acestea, deoarece gospodăriile sunt alimentate în mod normal de curenți alternativi de înaltă tensiune (AC), veți avea nevoie pentru a reduce tensiunea și a converti AC în DC utilizând o sursă de alimentare, cum ar fi cărămida sau încărcătorul.
Cele mai frecvente surse de alimentare utilizate astăzi sunt sursele de alimentare liniare și comutatoare. Știind pe care să o utilizați pentru aplicații specifice, vă veți menține electronicele în siguranță și funcționează optim.
Continuați să citiți mai jos pentru o comparație între sursele de alimentare liniare și comutabile.
Ce sunt sursele de alimentare liniare și comutabile?
Sursele de alimentare liniare și comutatoare sunt dispozitive electrice utilizate pentru alimentarea și încărcarea dispozitivelor electronice DC. Aceste dispozitive au sarcina de a face două lucruri: scăderea tensiunii și transformarea AC în DC. Deși ambele dispozitive scad și redresează puterea, diferența în modul în care realizează aceste sarcini le face mai potrivite pentru anumite aplicații.
O sursă de alimentare liniară este un dispozitiv utilizat în operațiuni cu zgomot redus și de precizie. Utilizarea transformatoarelor grele și a filtrelor analogice permite acestei surse de alimentare să producă tensiuni curate cu costul eficienței scăzute, greutății mai mari și dimensiunii mai mari. Sursele de alimentare liniare sunt cel mai bine utilizate în echipamentele de înregistrare, instrumente muzicale electrice, echipamente medicale și instrumente de măsurare de laborator de înaltă precizie.
O sursă de alimentare în comutație sau în mod comutator (SMPS) este utilizată pentru operațiuni cu eficiență ridicată și cu curent ridicat. Spre deosebire de sursele de alimentare liniare, sursele de alimentare în comutație utilizează componente cu stare solidă pentru a modula și regla tensiunile de intrare. Aceste surse de alimentare se bazează pe comutarea de înaltă frecvență folosind tranzistori de putere, făcându-le zgomotoase, dar foarte eficiente din punct de vedere energetic, ușoare și compacte. Sursele de alimentare cu comutare sunt adesea folosite în computere, încărcătoare de telefoane, echipamente de producție și multe dispozitive electronice de joasă tensiune.
Cum funcționează o sursă de alimentare liniară
Folosind componente pur analogice disponibile în anii 50, sursele de alimentare liniare trebuiau să se bazeze pe transformatoare de putere grele și condensatoare electrolitice voluminoase pentru a reduce și a rectifica tensiunile. Deși tranzistoarele erau deja produse în serie atunci, tensiunile înalte de curent alternativ au produs pur și simplu prea multă căldură pentru ca tranzistoarele să poată fi gestionate.
Iată o schemă a unei surse de alimentare liniare:
O sursă de alimentare liniară funcționează în trei pași:
Pasul 1: Reduceți tensiunea AC ridicată de intrare prin utilizarea unui transformator.
Pasul 2: Tensiunea scăzută trece apoi printr-un redresor cu punte completă, care redresează tensiunea AC la tensiuni DC pulsatorie.
Pasul 3: Semnalele de tensiune DC pulsatorie trec printr-un filtru compus din inductori și condensatori. Acest filtru de netezire îndepărtează fluctuațiile semnalului unei tensiuni DC pulsatorie, făcându-le utilizabile pentru dispozitive electronice delicate.
Cum funcționează o sursă de alimentare comutată
Sursele de alimentare cu comutare sunt dispozitive complexe care folosesc componente cu stare solidă pentru a face comutarea alimentării de înaltă frecvență și un transformator mai mic cu miez de ferită. Aceste tipuri de surse de alimentare pot crește și scădea tensiunile prin utilizarea unei bucle de feedback DC pentru a controla tensiunile de ieșire.
Iată cum funcționează:
Pasul 1: AC de înaltă tensiune intră în sursa de alimentare printr-un modul de protecție a circuitului compus dintr-o siguranță și un filtru EMC. Siguranța este pentru protecție la supratensiune, iar filtrul EMC protejează circuitul de ondulațiile de semnal care provin de la AC nefiltrat.
Pasul 2: După ce vă asigurați că circuitul este bine protejat, AC de înaltă tensiune este apoi trecut prin al doilea modul compus dintr-un redresor cu punte completă și un condensator de netezire. Redresorul cu punte completă convertește AC în DC pulsatoriu, care este apoi netezit de un condensator.
Pasul 3: DC de înaltă tensiune este apoi trimis printr-un driver PWM, care primește feedback și controlează un MOSFET de putere care reglează tensiunea prin comutare de înaltă frecvență. De asemenea, comutarea transformă curentul continuu drept într-o undă pătrată.
Pasul 4: Unda pătrată DC intră acum într-un transformator cu miez de ferită, transformând semnalele înapoi în unde pătrate AC.
Pasul 5: Undele pătrate AC trec printr-un redresor, transformând semnalul în DC pulsatoriu și apoi trecând printr-un filtru de netezire. Ieșirea finală este apoi folosită pentru a trimite semnale către driverul PWM, care face o buclă de feedback care reglează tensiunile de ieșire.
Linear vs. Comutarea surselor de alimentare
Există diferite motive pentru care o sursă de alimentare este aleasă pentru a fi utilizată în aplicații specifice. Acestea ar include adesea eficiența, zgomotul, fiabilitatea și reparabilitatea, dimensiunea și greutatea și costul. Acum că aveți o idee generală despre modul în care funcționează, iată cum modul lor de procesare a energiei le afectează performanța și capacitatea de utilizare în anumite aplicații.
Eficienţă
Deoarece electricitatea trebuie să treacă printr-o serie de componente electrice și electronice, procesul de redresare și reglare a tensiunilor va avea întotdeauna ineficiențe. Dar cât?
În funcție de modul în care sunt evaluate, sursele de alimentare comutatoare pot avea o eficiență de 80 - 92%. Aceasta înseamnă că dispozitivul dvs. poate produce 80 - 92% din energia pe care ați pus-o în el. Eficiența sa provine din utilizarea componentelor mai mici, dar eficiente, care reglează tensiunile prin comutare de joasă tensiune de înaltă frecvență.
În schimb, o sursă de alimentare liniară poate fi doar 50 - 60% eficientă din punct de vedere energetic datorită utilizării componentelor mai mari și mai puțin eficiente.
Zgomot de semnal și ondulație
Deși ineficiente, sursele de alimentare liniare compensează ineficiența lor prin ieșirile de semnal stabile, curate și cu zgomot redus. Utilizarea componentelor analogice de către o sursă de alimentare liniară le permite să proceseze electricitatea într-o manieră lină și fără comutare, ceea ce face ca ieșirea lor să fie ondulată sau cu zgomot redus.
Pe de altă parte, sursele de alimentare cu comutare se bazează pe comutarea de înaltă frecvență a tensiunilor joase pentru a reduce căldura, pentru a avea eficiențe mai bune și pentru a produce mult zgomot! Cantitatea de zgomot de semnal depinde de designul și calitatea sursei de alimentare specifice modului comutator.
Dimensiune si Greutate
Dimensiunea și greutatea unei surse de alimentare pot afecta în mare măsură aplicarea acesteia pe dispozitive electronice mai mici. Deoarece sursele de alimentare liniare folosesc componente grele și voluminoase, utilizarea lor pe dispozitive electronice discrete este imposibilă dacă nu utilizați sursa de alimentare ca încărcător.
În ceea ce privește comutarea surselor de alimentare, deoarece folosesc componente mici și ușoare, acestea pot fi proiectate pentru a fi suficient de mici pentru a fi integrate în dispozitive deja mai mici. Greutatea redusă a sursei de alimentare cu comutație și dimensiunile reduse, combinate cu eficiența energetică, o fac aplicabilă la marea majoritate a dispozitivelor electronice portabile.
Fiabilitate și reparabilitate
Cu piese mai mici care s-ar putea rupe în timpul funcționării, sursele de alimentare liniare oferă ieșiri consistente și fiabile. Simplitatea în proiectarea și utilizarea componentelor electronice mai comune facilitează aprovizionarea cu piese și repararea consumabilelor liniare.
Având componente mai delicate în mod semnificativ, comutarea surselor de alimentare este mai probabil să se rupă înainte de o sursă de alimentare liniară. Cu toate acestea, designul bun și utilizarea componentelor de calitate pot face sursele de alimentare cu comutare foarte fiabile, poate chiar la fel de fiabile ca sursele de alimentare liniare. Adevărata problemă cu comutarea surselor de alimentare este că acestea sunt din ce în ce mai greu de reparat cu cât designul lor este mai complex.
Eficiența costurilor
În trecut, sursele de alimentare liniare erau dispozitivul mai rentabil datorită designului lor simplu și utilizării unor componente mai mici. De asemenea, nu a ajutat faptul că fabricarea componentelor semiconductoare a fost scumpă. Cu toate acestea, cu semiconductorii fiind mai solicitați, producătorii au reușit să scaleze și să facă componente cu stare solidă exponențial mai ieftine decât înainte. Acest lucru, la rândul său, face ca multe modele de surse de alimentare cu comutație să fie mai rentabile decât sursele de alimentare liniare.
Utilizarea sursei de alimentare adecvate
Deci, acesta este cam tot ce trebuie să știți despre sursele de alimentare liniare și comutabile. Pentru a vă asigura că dispozitivele dvs. electronice sunt în siguranță, utilizați întotdeauna încărcătoarele originale livrate împreună cu dispozitivul, dar dacă acestea nu sunt disponibile, puteți cumpăra oricând un adaptor de alimentare.
Înainte de a cumpăra, rețineți că sursele de alimentare liniare sunt ideale pentru electronicele utilizate pentru aplicații de precizie, cum ar fi instrumentele muzicale electrice, radiouri și instrumente medicale, în timp ce comutarea surselor de alimentare sunt utilizate pentru situații de înaltă eficiență, cum ar fi sursele de alimentare pentru computer, încărcătoarele și iluminat.