Линейные и импульсные источники питания используются для питания электронных устройств. Узнайте об их различиях, о том, как они работают и когда их следует использовать в этой статье!
Скорее всего, вы ежедневно пользуетесь смартфоном, ноутбуком или персональным компьютером. В этих электронных устройствах для работы используется постоянный ток (DC). Однако, поскольку бытовые приборы обычно питаются переменным током высокого напряжения (AC), вам необходимо понизить напряжение и преобразовать AC в DC с помощью источника питания, такого как кирпич или зарядное устройство
Наиболее распространенными источниками питания, используемыми сегодня, являются линейные и импульсные источники питания. Знание того, какой из них использовать для конкретных задач, обеспечит безопасность и оптимальную работу вашей электроники
Продолжайте читать ниже, чтобы узнать о сравнении линейных и импульсных источников питания
Что такое линейные и импульсные источники питания?
Линейные и импульсные источники питания – это электрические устройства, используемые для питания и зарядки электронных устройств постоянного тока. Эти устройства выполняют две задачи: понижают напряжение и преобразуют переменный ток в постоянный. Хотя оба устройства понижают и выпрямляют мощность, разница в том, как они выполняют эти задачи, делает их более подходящими для определенных приложений
Линейный источник питания – это устройство, используемое в малошумных и точных операциях. Использование тяжелых трансформаторов и аналоговых фильтров позволяет этому источнику питания выдавать чистое напряжение ценой низкого КПД, большого веса и габаритов. Линейные источники питания лучше всего использовать в звукозаписывающей аппаратуре, электромузыкальных инструментах, медицинском оборудовании и высокоточных лабораторных измерительных инструментах
Импульсный источник питания (SMPS) используется для высокоэффективных и сильноточных операций. В отличие от линейных источников питания, импульсные источники питания используют твердотельные компоненты для модуляции и регулирования входящего напряжения. Эти источники питания основаны на высокочастотном переключении с помощью силовых транзисторов, что делает их шумными, но энергоэффективными, легкими и компактными. Импульсные источники питания часто используются в компьютерах, зарядных устройствах для телефонов, производственном оборудовании и многих низковольтных электронных устройствах
Как работает линейный источник питания
Используя чисто аналоговые компоненты, доступные в 50-х годах, линейные источники питания были вынуждены полагаться на тяжелые силовые трансформаторы и громоздкие электролитические конденсаторы для понижения и выпрямления напряжения. Хотя транзисторы уже тогда производились массово, высокое переменное напряжение просто выделяло слишком много тепла, с которым транзисторы не могли справиться
Вот схема линейного источника питания:
Линейный источник питания работает в три этапа:
Шаг 1: Понижение входящего высокого напряжения переменного тока с помощью трансформатора
Шаг 2: Пониженное напряжение проходит через полномостовой выпрямитель, который выпрямляет переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение
Шаг 3: Пульсирующие сигналы постоянного напряжения проходят через фильтр, состоящий из индукторов и конденсаторов. Этот сглаживающий фильтр устраняет колебания сигнала пульсирующего постоянного напряжения, делая его пригодным для использования в деликатных электронных устройствах
Как работает импульсный источник питания
Импульсные источники питания – это сложные устройства, в которых используются полупроводниковые компоненты для высокочастотного переключения мощности и более компактный трансформатор с ферритовым сердечником. Эти типы источников питания могут повышать и понижать напряжение, используя контур обратной связи по постоянному току для управления выходным напряжением
Вот как они работают:
Шаг 1: Высоковольтный переменный ток поступает в блок питания через модуль защиты цепи, состоящий из предохранителя и фильтра ЭМС. Предохранитель служит для защиты от перенапряжения, а фильтр ЭМС защищает цепь от пульсаций сигнала, исходящих от нефильтрованного переменного тока
Шаг 2: Убедившись, что схема хорошо защищена, высоковольтное переменное напряжение проходит через второй модуль, состоящий из полномостового выпрямителя и сглаживающего конденсатора. Полномостовой выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный, который затем сглаживается конденсатором
Шаг 3: Высоковольтный постоянный ток проходит через драйвер ШИМ, который принимает обратную связь и управляет силовым МОП-транзистором, регулирующим напряжение посредством высокочастотного переключения. Переключение также превращает прямой постоянный ток в квадратную волну
Шаг 4: Квадратная волна постоянного тока поступает в трансформатор с ферритовым сердечником, который преобразует сигналы обратно в квадратные волны переменного тока
Шаг 5: Квадратные волны переменного тока проходят через мостовой выпрямитель, преобразующий сигнал в пульсирующий постоянный ток, а затем пропускающий его через сглаживающий фильтр. Конечный выход затем используется для передачи сигналов на драйвер ШИМ, который создает петлю обратной связи, регулирующей выходное напряжение
Линейные и импульсные источники питания
Импульсные источники питания
Существуют различные причины, по которым источник питания выбирается для использования в конкретных приложениях. К ним часто относятся эффективность, шум, надежность и ремонтопригодность, размер и вес, а также стоимость. Теперь, когда у вас есть общее представление о том, как они работают, вот как их способ обработки энергии влияет на их производительность и удобство использования в определенных приложениях
Эффективность
Поскольку электричество должно пройти через ряд электрических и электронных компонентов, процесс выпрямления и регулирования напряжения всегда будет иметь неэффективность. Но насколько?
В зависимости от номинала импульсные источники питания могут иметь КПД 80-92%. Это означает, что ваше устройство может выдать 80-92% энергии, которую вы в него вложили. Его эффективность обусловлена использованием небольших, но эффективных компонентов, которые регулируют напряжение посредством высокочастотной низковольтной коммутации
В отличие от него, линейный источник питания может быть энергоэффективным только на 50-60% из-за использования более крупных и менее эффективных компонентов
Шум и пульсации сигнала
Хотя линейные источники питания неэффективны, они компенсируют свою неэффективность за счет стабильного, чистого и малошумного сигнала на выходе. Использование аналоговых компонентов в линейных источниках питания позволяет им обрабатывать электроэнергию плавно и без переключений, что делает их выходной сигнал низко пульсирующим или малошумным
С другой стороны, импульсные источники питания полагаются на высокочастотное переключение низких напряжений для уменьшения нагрева, имеют лучший КПД— и производят много шума! Величина шума сигнала зависит от конструкции и качества конкретного импульсного источника питания
Размеры и вес
Размер и вес источника питания могут сильно повлиять на его применение в небольших электронных устройствах. Поскольку в линейных источниках питания используются тяжелые и громоздкие компоненты, их применение в малогабаритных электронных устройствах невозможно, если только не использовать источник питания в качестве зарядного устройства
Что касается импульсных источников питания, то, поскольку в них используются небольшие и легкие компоненты, они могут быть спроектированы достаточно маленькими, чтобы быть встроенными в уже небольшие устройства. Малый вес и небольшие размеры импульсного источника питания в сочетании с его энергоэффективностью делают его применимым для большинства портативных электронных устройств
Что касается импульсных источников питания, то они могут быть спроектированы достаточно малыми, чтобы быть встроенными в и без того небольшие устройства
Надежность и ремонтопригодность
Благодаря меньшему количеству деталей, которые могут сломаться во время работы, линейные источники питания обеспечивают стабильную и надежную производительность. Простота конструкции и использование более распространенных электронных компонентов облегчают поиск деталей и ремонт линейных источников питания
Имея более хрупкие компоненты, импульсные источники питания с большей вероятностью выйдут из строя раньше, чем линейные источники питания. Однако хорошая конструкция и использование качественных компонентов могут сделать импульсные источники питания очень надежными, возможно, даже такими же надежными, как линейные источники питания. Настоящая проблема с импульсными источниками питания заключается в том, что их все труднее ремонтировать, чем сложнее их конструкция
Эффективность
В прошлом линейные источники питания были более экономичным устройством благодаря простоте конструкции и использованию меньшего количества компонентов. Не помогало и то, что производство полупроводниковых компонентов было дорогим. Однако, поскольку полупроводники стали более востребованными, производители смогли расширить производство и сделать полупроводниковые компоненты экспоненциально дешевле, чем раньше. Это, в свою очередь, делает многие конструкции импульсных источников питания более экономически эффективными, чем линейные источники питания
Использование подходящего источника питания
Вот и все, что вам нужно знать о линейных и импульсных источниках питания. Чтобы обеспечить безопасность ваших электронных устройств, всегда используйте оригинальные зарядные устройства, которые поставляются с устройством, но если их нет в наличии, вы всегда можете купить адаптер питания
Перед покупкой помните, что линейные источники питания идеально подходят для электроники, используемой в точных приложениях, таких как электрические музыкальные инструменты, радиоприемники и медицинские инструменты, в то время как импульсные источники питания используются в высокоэффективных ситуациях, таких как компьютерные блоки питания, зарядные устройства и освещение
Комментировать