Tikėtina, kad kasdien naudojate išmanųjį telefoną, nešiojamąjį kompiuterį ar asmeninį kompiuterį. Šie elektroniniai prietaisai naudoja nuolatinę srovę (DC). Tačiau kadangi namų ūkiai paprastai maitinami aukštos įtampos kintamosiomis srovėmis (AC), jums reikės sumažinti įtampą ir konvertuoti kintamąją srovę į nuolatinę, naudodami maitinimo šaltinį, pvz., maitinimo bloką arba įkroviklį.
Šiandien dažniausiai naudojami linijiniai ir perjungiamieji maitinimo šaltiniai. Žinodami, kurį iš jų naudoti konkrečioms programoms, jūsų elektronika bus saugi ir veiks optimaliai.
Skaitykite toliau, kad palygintumėte linijinius ir perjungiamuosius maitinimo šaltinius.
Kas yra linijiniai ir perjungiamieji maitinimo šaltiniai?
Linijiniai ir perjungiamieji maitinimo šaltiniai yra elektriniai įrenginiai, naudojami nuolatinės srovės elektroniniams prietaisams maitinti ir įkrauti. Šiems įrenginiams pavesta atlikti du dalykus: sumažinti įtampą ir konvertuoti kintamąją srovę į nuolatinę. Nors abu įrenginiai sumažina ir ištaiso energiją, dėl šių užduočių atlikimo skirtumo jie geriau tinka tam tikroms programoms.
Linijinis maitinimo šaltinis yra įrenginys, naudojamas mažo triukšmo ir tikslioms operacijoms. Naudojant sunkius transformatorius ir analoginius filtrus, šis maitinimo šaltinis gali išvesti švarią įtampą mažo efektyvumo, sunkesnio svorio ir didesnio dydžio kaina. Linijinius maitinimo šaltinius geriausia naudoti įrašymo įrangoje, elektriniai muzikos instrumentai, medicininė įranga ir didelio tikslumo laboratoriniai matavimo įrankiai.
Perjungimo arba perjungimo režimo maitinimo šaltinis (SMPS) naudojamas didelio efektyvumo ir didelės srovės operacijoms. Skirtingai nuo linijinių maitinimo šaltinių, perjungimo maitinimo šaltiniuose naudojami kietojo kūno komponentai, skirti moduliuoti ir reguliuoti gaunamą įtampą. Šie maitinimo šaltiniai priklauso nuo aukšto dažnio perjungimo naudojant galios tranzistorius, todėl jie yra triukšmingi, bet labai efektyvūs, lengvi ir kompaktiški. Perjungiamieji maitinimo šaltiniai dažnai naudojami kompiuteriuose, telefonų įkrovikliuose, gamybos įrangoje ir daugelyje žemos įtampos elektroninių prietaisų.
Kaip veikia linijinis maitinimo šaltinis
Naudojant grynai analoginius komponentus, prieinamus šeštajame dešimtmetyje, linijiniai maitinimo šaltiniai turėjo pasikliauti sunkiais galios transformatoriais ir dideliais elektrolitiniais kondensatoriais, kad sumažintų ir ištaisytų įtampą. Nors tada jau buvo masiškai gaminami tranzistoriai, didelė kintamosios srovės įtampa tiesiog gamino per daug šilumos, kad tranzistoriai galėtų susidoroti.
Čia yra linijinio maitinimo šaltinio schema:
Linijinis maitinimo šaltinis veikia trimis etapais:
1 žingsnis: Sumažinkite gaunamą aukštą kintamosios srovės įtampą naudodami transformatorių.
2 žingsnis: Tada sumažinta įtampa eina per pilno tilto lygintuvą, kuris išlygina kintamosios srovės įtampą į pulsuojančią nuolatinę įtampą.
3 veiksmas: Pulsuojantys nuolatinės srovės įtampos signalai praeina per filtrą, sudarytą iš induktorių ir kondensatorių. Šis išlyginamasis filtras pašalina pulsuojančios nuolatinės srovės įtampos signalo svyravimus, todėl juos galima naudoti subtiliems elektroniniams prietaisams.
Kaip veikia perjungiamas maitinimo šaltinis
Perjungiamieji maitinimo šaltiniai yra sudėtingi įrenginiai, kuriuose naudojami kietojo kūno komponentai aukšto dažnio maitinimo perjungimui ir mažesnis ferito šerdies transformatorius. Šio tipo maitinimo šaltiniai gali padidinti ir sumažinti įtampą naudodami nuolatinės srovės grįžtamojo ryšio kilpą išėjimo įtampai valdyti.
Štai kaip jie veikia:
1 žingsnis: Aukštos įtampos kintamoji srovė patenka į maitinimo šaltinį per grandinės apsaugos modulį, sudarytą iš saugiklio ir EMC filtro. Saugiklis skirtas apsaugai nuo viršįtampių, o EMC filtras apsaugo grandinę nuo signalo raibuliavimo iš nefiltruotos kintamosios srovės.
2 žingsnis: Įsitikinę, kad grandinė yra gerai apsaugota, aukštos įtampos kintamoji srovė perduodama per antrąjį modulį, sudarytą iš pilno tilto lygintuvo ir išlyginimo kondensatoriaus. Viso tilto lygintuvas konvertuoja kintamąją srovę į pulsuojančią nuolatinę srovę, kuri vėliau išlyginama kondensatoriumi.
3 veiksmas: Tada aukštos įtampos nuolatinė srovė siunčiama per PWM tvarkyklę, kuri gauna grįžtamąjį ryšį ir valdo galios MOSFET, kuris reguliuoja įtampą aukšto dažnio perjungimu. Perjungimas taip pat paverčia tiesią nuolatinę srovę kvadratine banga.
4 veiksmas: DC kvadratinė banga dabar patenka į ferito šerdies transformatorių, paverčiant signalus atgal į kintamosios srovės kvadratines bangas.
5 veiksmas: kintamosios srovės kvadratinės bangos praeina per tiltinį lygintuvą, paversdamos signalą į pulsuojančią nuolatinę srovę, o tada perduodamos per išlyginamąjį filtrą. Tada galutinis išėjimas naudojamas signalams siųsti į PWM tvarkyklę, kuri sukuria grįžtamojo ryšio kilpą, reguliuojančią išėjimo įtampą.
Linijinis vs. Perjungiami maitinimo šaltiniai
Yra įvairių priežasčių, kodėl maitinimo šaltinis pasirenkamas naudoti tam tikrose srityse. Tai dažnai apima efektyvumą, triukšmą, patikimumą ir taisomumą, dydį ir svorį bei kainą. Dabar, kai turite bendrą supratimą apie tai, kaip jie veikia, štai kaip jų energijos apdorojimo būdas veikia jų veikimą ir naudojimą tam tikrose programose.
Efektyvumas
Kadangi elektra turi praeiti per daugybę elektrinių ir elektroninių komponentų, įtampos ištaisymo ir reguliavimo procesas visada bus neefektyvus. Bet kiek?
Priklausomai nuo to, kaip jie vertinami, perjungiamųjų maitinimo šaltinių efektyvumas gali siekti 80–92%. Tai reiškia, kad jūsų įrenginys gali išvesti 80–92% energijos, kurią įdėjote į juos. Jo efektyvumas pasiekiamas naudojant mažesnius, bet efektyvius komponentus, reguliuojančius įtampą aukšto dažnio žemos įtampos perjungimu.
Priešingai, linijinis maitinimo šaltinis gali sunaudoti tik 50–60 % energijos, nes jame naudojami didesni ir mažiau efektyvūs komponentai.
Signalo triukšmas ir bangavimas
Nors linijiniai maitinimo šaltiniai ir neefektyvūs, jų neefektyvumą kompensuoja stabilūs, švarūs, mažai triukšmingi signalo išėjimai. Linijinio maitinimo šaltinio analoginių komponentų naudojimas leidžia jiems apdoroti elektros energiją sklandžiai ir be perjungimo, todėl jų išvestis yra maža pulsacija arba mažas triukšmas.
Kita vertus, perjungiamieji maitinimo šaltiniai priklauso nuo aukšto dažnio žemos įtampos perjungimo, kad sumažintų šilumą, būtų geresnis efektyvumas ir būtų sukurtas daug triukšmo! Signalo triukšmo kiekis priklauso nuo konkretaus perjungimo režimo maitinimo šaltinio konstrukcijos ir kokybės.
Dydis ir svoris
Maitinimo šaltinio dydis ir svoris gali turėti didelės įtakos jo naudojimui mažesniuose elektroniniuose įrenginiuose. Kadangi linijiniuose maitinimo šaltiniuose naudojami sunkūs ir didelių gabaritų komponentai, jų naudoti diskretiškuose elektroniniuose įrenginiuose neįmanoma, nebent naudojate maitinimo šaltinį kaip įkroviklį.
Kalbant apie perjungiamuosius maitinimo šaltinius, kadangi juose naudojami maži ir lengvi komponentai, jie gali būti suprojektuoti taip, kad būtų pakankamai maži, kad būtų integruoti į jau mažesnius įrenginius. Perjungiamojo maitinimo šaltinio mažas svoris ir mažas dydis kartu su energijos vartojimo efektyvumu leidžia jį pritaikyti daugumai nešiojamų elektroninių prietaisų.
Patikimumas ir taisomumas
Su mažesnėmis dalimis, kurios gali sulūžti veikimo metu, linijiniai maitinimo šaltiniai užtikrina nuoseklų ir patikimą išvestį. Dėl paprasto dizaino ir įprastų elektroninių komponentų naudojimo žmonėms lengviau įsigyti dalis ir taisyti linijinius reikmenis.
Turint daug subtilesnių komponentų, perjungimo maitinimo šaltiniai greičiausiai nutrūks anksčiau, nei nutrūktų linijinis maitinimo šaltinis. Tačiau dėl gero dizaino ir kokybiškų komponentų perjungimo maitinimo šaltiniai gali būti labai patikimi, galbūt net tokie pat patikimi kaip linijiniai maitinimo šaltiniai. Tikroji perjungiamų maitinimo šaltinių problema yra ta, kad juos vis sunkiau taisyti, kuo sudėtingesnė jų konstrukcija.
Kainos efektyvumas
Anksčiau linijiniai maitinimo šaltiniai buvo ekonomiškesnis įrenginys dėl paprasto dizaino ir mažesnių komponentų naudojimo. Nepadėjo ir tai, kad puslaidininkinių komponentų gamyba buvo brangi. Tačiau su puslaidininkiai yra labiau paklausūs, gamintojai sugebėjo padidinti kietojo kūno komponentus ir pagaminti eksponentiškai pigesnius nei anksčiau. Dėl to daugelis perjungiamųjų maitinimo šaltinių yra ekonomiškesni nei linijiniai maitinimo šaltiniai.
Tinkamo maitinimo šaltinio naudojimas
Taigi tai yra viskas, ką turėsite žinoti apie linijinius ir perjungiamuosius maitinimo šaltinius. Kad jūsų elektroniniai įrenginiai būtų saugūs, visada naudokite originalius įkroviklius, kuriuos gavote kartu su įrenginiu, bet jei jų nėra, visada galite nusipirkti maitinimo adapterį.
Prieš pirkdami atminkite, kad linijiniai maitinimo šaltiniai idealiai tinka elektronikai, naudojamai tikslioms reikmėms, pavyzdžiui, elektriniams muzikos instrumentams, radijo imtuvai ir medicininiai įrankiai, o perjungiami maitinimo šaltiniai naudojami didelio efektyvumo situacijose, pvz., kompiuterių maitinimo šaltiniuose, įkrovikliuose ir apšvietimas.
