Belangrijkste verschil - SMPS versus lineaire voeding
De meeste elektronische en elektrische apparaten hebben gelijkspanning nodig om te kunnen functioneren. Deze apparaten, vooral elektronische apparaten met geïntegreerde schakelingen, moeten worden voorzien van een betrouwbare, vervormingsvrije gelijkspanning zodat ze kunnen werken zonder storingen of verbranding. Het doel van een gelijkstroomvoeding is om deze apparaten van zuivere gelijkspanning te voorzien. Gelijkstroomvoedingen zijn onderverdeeld in lineaire en geschakelde modus, wat de topologieën zijn die nodig zijn om de wisselstroomvoeding in gelijkstroom te veranderen. Lineaire voeding gebruikt een transformator om de AC-netspanning rechtstreeks naar een gewenst niveau te verlagen, terwijl SMPS AC naar DC omzet met behulp van een schakelapparaat dat helpt om een gemiddelde waarde van het gewenste spanningsniveau te verkrijgen. Dit is het belangrijkste verschil tussen SMPS en lineaire voeding.
INHOUD
1. Overzicht en belangrijkste verschil
2. Wat is lineaire voeding
3. Wat is SMPS
4. Vergelijking zij aan zij - SMPS versus lineaire voeding in tabelvorm
5. Samenvatting
Wat is een lineaire voeding?
Bij een lineaire voeding wordt de AC-netspanning direct omgezet naar een lagere spanning door een step-down transformator. Deze transformator moet een groot vermogen aan aangezien hij werkt op de AC netfrequentie 50 / 60Hz. Daarom is deze transformator omvangrijk en groot, waardoor de voeding zwaar en groot is.
De verlaagde spanning wordt vervolgens gelijkgericht en gefilterd om de gelijkspanning te krijgen die nodig is voor de uitvoer. Omdat de spanning op dit niveau afhankelijk is van de vervormingen van de ingangsspanning, wordt er een spanningsregeling uitgevoerd vóór de uitgang. De spanningsregelaar in een lineaire voeding is een lineaire regelaar, meestal een halfgeleiderapparaat dat als een variabele weerstand werkt. De waarde van de uitgangsweerstand verandert met het vereiste uitgangsvermogen, waardoor de uitgangsspanning constant wordt. De spanningsregelaar werkt dus als een vermogensdissiperend apparaat. Meestal dissipeert het overtollig vermogen om de spanning constant te maken. Daarom moet de spanningsregelaar grote koellichamen hebben. Hierdoor worden de lineaire voedingen veel zwaarder. Bovendien, als gevolg van vermogensdissipatie door de spanningsregelaar als warmte,het rendement van een lineaire voeding daalt maar liefst met ongeveer 60%.
Lineaire voedingen produceren echter geen elektrische ruis op de uitgangsspanning. Het zorgt voor isolatie tussen de output en input vanwege de transformator. Daarom worden lineaire voedingen gebruikt voor hoogfrequente toepassingen zoals radiofrequentie-apparaten, audiotoepassingen, laboratoriumtests die een ruisvrije voeding vereisen, signaalverwerking en versterkers.
Figuur 01: voeding met een lineaire spanningsregelaar
Wat is SMPS?
SMPS (geschakelde voeding) werkt op een schakeltransistorapparaat. In eerste instantie wordt de AC-ingang omgezet in gelijkspanning door een gelijkrichter, zonder de spanning te verlagen, in tegenstelling tot een lineaire voeding. Vervolgens ondergaat de gelijkspanning een hoogfrequente omschakeling, meestal door een MOSFET-transistor. Dat wil zeggen, de spanning door de MOSFET wordt in- en uitgeschakeld door het MOSFET Gate-signaal, gewoonlijk een pulsbreedte-gemoduleerd signaal van ongeveer 50 kHz (chopper / inverterblok). Na deze hakbewerking wordt de golfvorm een gepulseerd DC-signaal. Daarna wordt een step-down transformator gebruikt om de spanning van het hoogfrequente gepulseerde DC-signaal tot het gewenste niveau te verlagen. Ten slotte worden een uitgangsgelijkrichter en een filter gebruikt om de uitgangsgelijkspanning terug te geven.
Figuur 02: Blokschema van een SMPS
De spanningsregeling in SMPS gebeurt via een feedbackcircuit dat de uitgangsspanning bewaakt. Als de vermogensbehoefte van de belasting hoog is, heeft de uitgangsspanning de neiging toe te nemen. Deze toename wordt gedetecteerd door het feedbackcircuit van de regelaar en wordt gebruikt om de aan / uit-verhouding van het PWM-signaal te regelen. De gemiddelde signaalspanning verandert dus. Het resultaat is dat de uitgangsspanning constant wordt gehouden.
De step-down transformator die in de SMPS wordt gebruikt, werkt op een hoge frequentie; het volume en het gewicht van de transformator zijn dus veel minder dan die van een lineaire voeding. Dit wordt een belangrijke reden voor een SMPS om veel kleiner en lichter te zijn dan zijn tegenhanger van het lineaire type. Bovendien wordt de spanningsregeling uitgevoerd zonder overtollig vermogen als ohmsverlies of warmte af te voeren. De efficiëntie van de SMPS wordt wel 85-90%.
Tegelijkertijd genereert een SMPS hoogfrequente ruis door de schakelwerking van de MOSFET. Deze ruis kan worden weerspiegeld in de uitgangsspanning; In sommige geavanceerde en dure modellen wordt deze outputruis echter tot op zekere hoogte verminderd. Bovendien veroorzaakt het schakelen ook elektromagnetische en radiofrequente interferentie. Daarom is het vereist om RF-afscherming en EMI-filters in SMPS'en te gebruiken. Daarom zijn SMPS geen geschikte audio- en radiofrequentietoepassingen. Minder geluidsgevoelige apparatuur zoals opladers voor mobiele telefoons, DC-motoren, krachtige toepassingen, enz. Kunnen worden gebruikt met SMPS'en. Het lichtere en kleinere ontwerp maakt het ook gemakkelijk om als draagbare apparaten te worden gebruikt.
Wat is het verschil tussen SMPS en lineaire voeding?
Diff Artikel Midden voor Tafel
SMPS versus lineaire voeding |
|
| SMPS corrigeert de netspanning direct zonder de spanning te verlagen. Vervolgens wordt de omgezette DC hoogfrequent geschakeld voor een kleinere transformator om deze terug te brengen tot het gewenste spanningsniveau. Ten slotte wordt het hoogfrequente wisselspanningssignaal gelijkgericht naar de gelijkstroomuitgangsspanning. | Lineaire voeding verlaagt de spanning in het begin tot de gewenste waarde door een grotere transformator. Daarna wordt de AC gelijkgericht en gefilterd om de DC-uitgangsspanning te maken. |
| Voltage regulatie | |
| Spanningsregeling wordt gedaan door de schakelfrequentie te regelen. De uitgangsspanning wordt bewaakt door het feedbackcircuit en de variatie van de spanning wordt gebruikt voor de frequentieregeling. | De gelijkgerichte en gefilterde gelijkspanning wordt onderworpen aan een uitgangsweerstand van een spanningsdeler om de uitgangsspanning te maken. Deze weerstand is regelbaar door een feedbackcircuit dat de variatie in de uitgangsspanning bewaakt. |
| Efficiëntie | |
| De warmteontwikkeling in SMPS is relatief laag, aangezien de schakeltransistor werkt in de afgesneden en uithongeringsgebieden. Het kleine formaat van de uitgangstransformator maakt ook het warmteverlies klein. Daarom is de efficiëntie hoger (85-90%). | Het overtollige vermogen wordt als warmte afgevoerd om de spanning in een lineaire voeding constant te maken. Bovendien is de ingangstransformator veel omvangrijker; de verliezen van de transformator zijn dus hoger. Daarom is de efficiëntie van een lineaire voeding slechts 60%. |
| Bouwen | |
| De transformatorafmeting van een SMPS hoeft niet groot te zijn omdat deze op hoge frequentie werkt. Daarom zal het gewicht van de transformator ook minder zijn. Hierdoor zijn de afmetingen en het gewicht van een SMPS veel lager dan van een lineaire voeding. | Lineaire voedingen zijn veel omvangrijker omdat de ingangstransformator groot moet zijn vanwege de lage frequentie waarop hij werkt. Aangezien er meer warmte wordt gegenereerd in een spanningsregelaar, moeten ook koellichamen worden gebruikt. |
| Ruis en spanningsvervormingen | |
| SMPS genereert door het schakelen een hoogfrequente ruis. Dit gaat over in de uitgangsspanning en soms ook in het ingangsnet. Harmonische vervorming van de netspanning zou ook mogelijk kunnen zijn in SMPS'en. | Lineaire voedingen produceren geen ruis in de uitgangsspanning. Harmonische vervorming is veel minder dan die van SMPS'en. |
| Toepassingen | |
| SMPS kan worden gebruikt als draagbare apparaten vanwege de kleine build. Maar omdat het een hoogfrequente ruis genereert, kunnen SMPS'en niet worden gebruikt voor ruisgevoelige toepassingen zoals RF- en audiotoepassingen. | Lineaire voedingen zijn veel groter en kunnen niet worden gebruikt voor draagbare apparaten. Omdat ze geen ruis genereren en de uitgangsspanning ook schoon is, worden ze gebruikt voor de meeste elektrische en elektronische tests in laboratoria. |
Samenvatting - SMPS versus lineaire voeding
SMPS- en lineaire voedingen zijn twee soorten DC-voedingen die worden gebruikt. Het belangrijkste verschil tussen SMPS en lineaire voeding zijn de topologieën die worden gebruikt voor spanningsregeling en spanningsafname. Terwijl de lineaire voeding in het begin wisselstroom omzet in laagspanning, corrigeert en filtert SMPS eerst de netstroom en schakelt vervolgens over op hoogfrequente wisselstroom voordat het naar beneden gaat. Omdat het gewicht en de grootte van de transformator toenemen naarmate de bedrijfsfrequentie afneemt, is de ingangstransformator van de lineaire voedingen veel zwaarder en groter in tegenstelling tot de SMPS. Bovendien, aangezien de spanningsregeling wordt gedaan met warmteafvoer door weerstanden, moeten lineaire voedingen koellichamen hebben die ze nog zwaarder maken. De regulator van SMPS'en regelt de schakelfrequentie om de uitgangsspanning te regelen. DaaromSMPS zijn kleiner en lichter in gewicht. Omdat de warmteontwikkeling in SMPS lager is, is hun efficiëntie ook hoger.
Download de PDF-versie van SMPS versus lineaire voeding
U kunt de PDF-versie van dit artikel downloaden en voor offline doeleinden gebruiken volgens de citaten. Download hier de pdf-versie. Verschil tussen SMPS en lineaire voeding.
