Verschil tussen SMPS en lineaire voeding
Share
Belangrijkste verschil - SMPS vs lineaire voeding
De meeste elektronische en elektrische apparaten vereisen gelijkspanning om te kunnen functioneren. Deze apparaten, met name elektronische apparaten met geïntegreerde schakelingen, moeten worden voorzien van een betrouwbare DC-spanning zonder vervorming, zodat ze kunnen werken zonder storingen of verbranding. Het doel van een gelijkstroomvoeding is om schone gelijkspanning aan deze apparaten te leveren. DC-voedingen zijn gecategoriseerd in lineaire en geschakelde modus, wat de topologieën zijn die worden gebruikt om de AC-voeding in een gelijkmatige DC te maken. Lineaire voeding gebruikt een transformator om de netspanning rechtstreeks naar een gewenst niveau te verlagen terwijl SMPS converteert AC naar DC met behulp van een schakelapparaat dat helpt bij het verkrijgen van een gemiddelde waarde van het gewenste spanningsniveau. 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 vs lineaire voeding in tabelvorm
5. Samenvatting
Wat is een lineaire voeding?
In een lineaire voeding wordt de AC-netspanning rechtstreeks omgezet naar een lagere spanning door een step-down transformator. Deze transformator moet een groot vermogen aan, omdat hij werkt op netstroomfrequentie 50 / 60Hz. Daarom is deze transformator omvangrijk en groot, waardoor de voeding zwaar en groot is.
Vertraagde spanning wordt dan gelijkgericht en gefilterd om de DC-spanning te krijgen die nodig is voor de uitgang. Omdat de spanning op dit niveau afhankelijk is van de vervormingen van de ingangsspanning, wordt vóór de uitgang een spanningsregeling uitgevoerd. De spanningsregelaar in een lineaire voeding is een lineaire regelaar, die meestal een halfgeleiderapparaat is dat als een variabele weerstand werkt. De uitgangsweerstandswaarde verandert met het vereiste uitgangsvermogen, waardoor de uitgangsspanning constant wordt. Aldus werkt de spanningsregelaar als een vermogen dissiperend apparaat. Meestal dissipeert het overtollige vermogen om de spanning constant te houden. Daarom moet de spanningsregelaar grote koellichamen hebben. Als gevolg hiervan worden de lineaire voedingen veel zwaarder. Verder daalt, als gevolg van vermogensdissipatie door de spanningsregelaar als warmte, het rendement van een lineaire voedingsbron tot ongeveer 60%.
Lineaire voedingen produceren echter geen elektrische ruis op de uitgangsspanning. Het biedt isolatie tussen de output en input vanwege de transformator. Daarom worden lineaire voedingen gebruikt voor hoogfrequente toepassingen zoals radiofrequentieapparaten, audiotoepassingen, laboratoriumtests waarvoor ruisvrije voeding, signaalverwerking en versterkers vereist zijn.
Afbeelding 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 verminderen, in tegenstelling tot een lineaire voeding. Vervolgens ondergaat de gelijkspanning een hoogfrequent schakelen, typisch door een MOSFET-transistor. Dat wil zeggen, de spanning door de MOSFET wordt in- en uitgeschakeld door MOSFET Gate-signaal, gewoonlijk een pulsbreedte-gemoduleerd signaal van ongeveer 50 kHz (chopper / inverterblok). Na deze hakbewerking wordt de golfvorm een pulserend 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 uitgangs-gelijkspanning te herstellen.
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. Dus de gemiddelde signaalspanning verandert. Als resultaat wordt de uitgangsspanning geregeld om constant te blijven.
De step-down transformator die wordt gebruikt in de SMPS werkt op een hoge frequentie; dus, het volume en het gewicht van de transformator zijn veel minder dan die van een lineaire voeding. Dit wordt een belangrijke reden voor een SMPS om veel kleiner en lichter te zijn dan de tegenhanger van het lineaire type. Bovendien wordt de spanningsregeling uitgevoerd zonder overtollige stroom als Ohmisch verlies of warmte af te voeren. De efficiëntie van de SMPS wordt zo hoog als 85-90%.
Tegelijkertijd genereert een SMPS hoogfrequente ruis als gevolg van de schakelbewerking van de MOSFET. Deze ruis kan worden weerspiegeld in de uitgangsspanning; In sommige geavanceerde en dure modellen is dit uitgangsruis echter tot op zekere hoogte gematigd. Bovendien zorgt het schakelen voor elektromagnetische en radiofrequentie-interferentie. Daarom is het verplicht om RF-afscherming en EMI-filters in SMPS's te gebruiken. Daarom zijn SMPS geen geschikte toepassingen voor audio- en radiofrequentie. Minder geluidsgevoelige apparatuur zoals laders voor mobiele telefoons, DC-motoren, toepassingen met een hoog vermogen, enz. Kunnen met SMPS's worden gebruikt. Het is lichter en kleiner ontwerp maakt het handig om ook als draagbare apparaten te worden gebruikt.
Wat is het verschil tussen SMPS en lineaire voeding?
SMPS vs lineaire voeding | |
| SMPS rectificeert rechtstreeks de netspanning zonder de spanning te verminderen. Vervolgens wordt de geconverteerde DC in hoge frequentie geschakeld voor een kleinere transformator om deze te verlagen naar het gewenste spanningsniveau. Uiteindelijk wordt het hoogfrequente wisselspanningssignaal gelijkgericht naar de DC-uitgangsspanning. | Lineaire voeding verlaagt in het begin de spanning naar de gewenste waarde door een grotere transformator. Hierna 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 de feedbackschakeling 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 kan worden geregeld door een feedbackcircuit dat de variatie in de uitgangsspanning bewaakt. |
| rendement | |
| De warmteopwekking in SMPS is relatief laag omdat de schakeltransistor in de afgesneden en verhongeringsgebieden werkt. Het kleine formaat van de uitgangstransformator maakt het warmteverlies ook klein. Daarom is de efficiëntie hoger (85-90%). | Het overtollige vermogen wordt gedissipeerd als warmte om de spanning constant te maken in een lineaire voeding. Bovendien is de ingangstransformator veel omvangrijker; dus transformator verliezen zijn hoger. Daarom is de efficiëntie van een lineaire voeding zo laag als 60%. |
| Bouwen | |
| De transformatorgrootte van een SMPS hoeft niet groot te zijn omdat deze in een hoge frequentie werkt. Daarom zal het gewicht van de transformator ook minder zijn. Als gevolg hiervan is de grootte, evenals het gewicht van een SMPS, veel lager dan die van een lineaire voeding. | Lineaire voedingen zijn veel omvangrijker omdat de ingangstransformator groot moet zijn vanwege de lage frequentie waarop deze werkt. Naarmate er meer warmte wordt opgewekt in een spanningsregelaar, moeten ook warmteafleiders worden gebruikt. |
| Ruis en spanningsvervormingen | |
| SMPS genereert een hoogfrequente ruis als gevolg van schakelen. Dit gaat over naar de uitgangsspanning en soms ook naar het lichtnet. Harmonische vervorming in netvoeding zou ook mogelijk kunnen zijn in SMPS's. | Lineaire voedingen produceren geen ruis in de uitgangsspanning. Harmonische vervorming is veel minder dan die van SMPS's. |
| toepassingen | |
| SMPS kan worden gebruikt als draagbare apparaten vanwege de kleine build. Maar aangezien het een hoogfrequente ruis genereert, kunnen SMPS's 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 vs lineaire voeding
SMPS- en lineaire voedingen zijn twee soorten gelijkstroomvoedingen die worden gebruikt. Het belangrijkste verschil tussen SMPS en lineaire voeding is de topologie die wordt gebruikt voor het afnemen van spanningsregeling en spanning. Terwijl de lineaire voeding in het begin wisselstroom omzet in laagspanning, corrigeert en filtert SMPS eerst de netstroom en schakelt vervolgens over naar een hoogfrequente wisselstroom voordat hij naar beneden gaat. Aangezien het gewicht en de maat van de transformator toenemen naarmate de werkfrequentie afneemt, is de ingangstransformator van de lineaire voedingen veel zwaarder en groter dan bij de SMPS. Omdat de spanningsregeling wordt uitgevoerd met warmtedissipatie door weerstanden, moeten lineaire voedingen bovendien koellichamen hebben die ze nog zwaarder maken. De regelaar van SMPS's regelt de schakelfrequentie om de uitgangsspanning te regelen. Daarom zijn SMPS kleiner en lichter van gewicht. Omdat de warmteontwikkeling in SMPS lager is, is hun efficiëntie ook hoger.
Download de PDF-versie van SMPS vs lineaire voeding
U kunt de PDF-versie van dit artikel downloaden en gebruiken voor offline doeleinden, zoals per citaatnotitie. Download hier de PDF-versie Difference Between SMPS and Linear Power Supply.
Referentie:
1. "Lineaire voedingen en regelaars." Elektronica reparatie en technologie nieuws. N.p., n.d. Web. Beschikbaar Hier. 14 juni 2017.
2. "Geschakelde voeding". Wikipedia. Wikimedia Foundation, 17 mei 2017. Web. Beschikbaar Hier. 14 juni 2017.
Afbeelding met dank aan:
1. "Voeding met lineaire spanningsregelaar" door CLI - Eigen werk, Publiek domein) via Commons Wikimedia
2. "SMPS Block Diagram" door IE op Engelse Wikipedia - Overgezet van en.wikipedia naar Commons door Dcirovic., Public Domain) via Commons Wikimedia
