Prawdopodobnie codziennie korzystasz ze smartfona, laptopa lub komputera osobistego. Te urządzenia elektroniczne wykorzystują do pracy prąd stały (DC). Ponieważ jednak gospodarstwa domowe są zwykle zasilane prądem przemiennym o wysokim napięciu (AC), będziesz potrzebować obniżyć napięcie i przekonwertować prąd przemienny na prąd stały za pomocą zasilacza, takiego jak zasilacz lub ładowarka.
Najpopularniejszymi obecnie stosowanymi zasilaczami są zasilacze liniowe i impulsowe. Wiedza o tym, którego użyć do określonych zastosowań, zapewni bezpieczeństwo i optymalną pracę elektroniki.
Kontynuuj czytanie poniżej, aby porównać zasilacze liniowe i impulsowe.
Co to są zasilacze liniowe i impulsowe?
Zasilacze liniowe i impulsowe to urządzenia elektryczne służące do zasilania i ładowania urządzeń elektronicznych prądu stałego. Urządzenia te mają za zadanie robić dwie rzeczy: obniżać napięcie i konwertować prąd przemienny na prąd stały. Chociaż oba urządzenia obniżają i prostują moc, różnica w sposobie realizacji tych zadań sprawia, że lepiej nadają się do niektórych zastosowań.
Zasilacz liniowy to urządzenie stosowane w cichych i precyzyjnych operacjach. Zastosowanie ciężkich transformatorów i filtrów analogowych pozwala temu zasilaczowi na wyprowadzanie czystych napięć kosztem niskiej wydajności, większej wagi i większych rozmiarów. Zasilacze liniowe najlepiej sprawdzają się w sprzęcie rejestrującym, elektryczne instrumenty muzyczne, sprzętu medycznego i precyzyjnych laboratoryjnych narzędzi pomiarowych.
Zasilacz impulsowy lub zasilacz impulsowy (SMPS) jest używany do operacji o wysokiej wydajności i dużym natężeniu prądu. W przeciwieństwie do zasilaczy liniowych, zasilacze impulsowe wykorzystują komponenty półprzewodnikowe do modulacji i regulacji napięć wejściowych. Te zasilacze opierają się na przełączaniu wysokiej częstotliwości za pomocą tranzystorów mocy, przez co są hałaśliwe, ale bardzo energooszczędne, lekkie i kompaktowe. Zasilacze impulsowe są często stosowane w komputerach, ładowarkach do telefonów, sprzęcie produkcyjnym i wielu niskonapięciowych urządzeniach elektronicznych.
Jak działa zasilacz liniowy
Wykorzystując czysto analogowe komponenty dostępne w latach 50., liniowe zasilacze musiały polegać na ciężkich transformatorach mocy i nieporęcznych kondensatorach elektrolitycznych w celu obniżenia i prostowania napięcia. Chociaż tranzystory były już wtedy produkowane masowo, wysokie napięcie prądu przemiennego po prostu wytwarzało zbyt dużo ciepła, aby tranzystory mogły sobie z nimi poradzić.
Oto schemat liniowego zasilacza:
Zasilacz liniowy działa w trzech krokach:
Krok 1: Obniż dochodzące wysokie napięcie prądu przemiennego za pomocą transformatora.
Krok 2: Obniżone napięcie przechodzi następnie przez prostownik pełnomostkowy, który prostuje napięcie przemienne do pulsujących napięć stałych.
Krok 3: Pulsujące sygnały napięcia stałego przechodzą przez filtr składający się z cewek indukcyjnych i kondensatorów. Ten filtr wygładzający usuwa fluktuacje sygnału pulsującego napięcia stałego, czyniąc je użytecznymi dla delikatnych urządzeń elektronicznych.
Jak działa zasilacz impulsowy
Zasilacze impulsowe to złożone urządzenia, które wykorzystują komponenty półprzewodnikowe do przełączania zasilania o wysokiej częstotliwości oraz mniejszy transformator z rdzeniem ferrytowym. Tego typu zasilacze mogą podnosić i obniżać napięcie za pomocą pętli sprzężenia zwrotnego prądu stałego do sterowania napięciami wyjściowymi.
Oto jak działają:
Krok 1: Wysokonapięciowy prąd przemienny jest doprowadzany do zasilacza przez moduł zabezpieczający obwód składający się z bezpiecznika i filtra EMC. Bezpiecznik służy do ochrony przed przepięciami, a filtr EMC chroni obwód przed tętnieniami sygnału pochodzącymi z niefiltrowanego prądu przemiennego.
Krok 2: Po upewnieniu się, że obwód jest dobrze zabezpieczony, prąd przemienny o wysokim napięciu jest następnie przepuszczany przez drugi moduł składający się z mostka prostowniczego i kondensatora wygładzającego. Pełnomostkowy prostownik przetwarza prąd przemienny na pulsujący prąd stały, który jest następnie wygładzany przez kondensator.
Krok 3: Wysokonapięciowy prąd stały jest następnie przesyłany przez sterownik PWM, który odbiera sprzężenie zwrotne i steruje MOSFET-em mocy, który reguluje napięcie poprzez przełączanie wysokiej częstotliwości. Przełączanie powoduje również, że prosty prąd stały staje się falą prostokątną.
Krok 4: Fala prostokątna prądu stałego wchodzi teraz do transformatora z rdzeniem ferrytowym, przekształcając sygnały z powrotem na fale prostokątne prądu przemiennego.
Krok 5: Fale prostokątne AC przechodzą przez prostownik mostkowy, przekształcając sygnał w pulsujący prąd stały, a następnie przepuszczając go przez filtr wygładzający. Końcowe wyjście jest następnie wykorzystywane do wysyłania sygnałów do sterownika PWM, który tworzy pętlę sprzężenia zwrotnego regulującą napięcia wyjściowe.
Liniowy vs. Zasilacze impulsowe
Istnieją różne powody, dla których wybiera się zasilacz do określonych zastosowań. Często obejmują one wydajność, hałas, niezawodność i możliwość naprawy, rozmiar i wagę oraz koszt. Teraz, gdy masz ogólne pojęcie o tym, jak działają, oto, w jaki sposób ich sposób przetwarzania energii wpływa na ich wydajność i użyteczność w niektórych zastosowaniach.
Efektywność
Ponieważ energia elektryczna musi przechodzić przez szereg elementów elektrycznych i elektronicznych, proces prostowania i regulacji napięcia zawsze będzie nieefektywny. Ale ile?
W zależności od tego, jak są oceniane, zasilacze impulsowe mogą mieć sprawność 80 - 92%. Oznacza to, że Twoje urządzenie może wytworzyć 80-92% energii, którą w nie włożyłeś. Jego wydajność wynika z zastosowania mniejszych, ale wydajnych komponentów, które regulują napięcia poprzez przełączanie niskiego napięcia o wysokiej częstotliwości.
W przeciwieństwie do tego zasilacz liniowy może być energooszczędny tylko w 50–60% dzięki zastosowaniu większych i mniej wydajnych komponentów.
Szumy i tętnienia sygnału
Chociaż nieefektywne, liniowe zasilacze rekompensują swoją nieefektywność stabilnymi, czystymi wyjściami sygnałowymi o niskim poziomie szumów. Wykorzystanie komponentów analogowych w zasilaczach liniowych pozwala im przetwarzać energię elektryczną w sposób płynny i bez przełączania, co sprawia, że ich wyjście ma niskie tętnienia lub niski poziom szumów.
Z drugiej strony, zasilacze impulsowe opierają się na przełączaniu niskich napięć o wysokiej częstotliwości w celu zmniejszenia ciepła, lepszej wydajności i wytwarzania dużej ilości hałasu! Ilość szumu sygnału zależy od konstrukcji i jakości konkretnego zasilacza impulsowego.
Rozmiar i waga
Rozmiar i waga zasilacza mogą mieć duży wpływ na jego zastosowanie w mniejszych urządzeniach elektronicznych. Ponieważ liniowe zasilacze wykorzystują ciężkie i nieporęczne komponenty, ich użycie w dyskretnych urządzeniach elektronicznych jest niemożliwe, chyba że użyjesz zasilacza jako ładowarki.
Jeśli chodzi o zasilacze impulsowe, ponieważ wykorzystują one małe i lekkie komponenty, można je zaprojektować tak, aby były wystarczająco małe, aby można je było zintegrować z już mniejszymi urządzeniami. Niska waga i mały rozmiar zasilacza impulsowego w połączeniu z jego wydajnością energetyczną sprawiają, że można go stosować w większości podręcznych urządzeń elektronicznych.
Niezawodność i naprawialność
Dzięki mniejszej liczbie części, które mogą się zepsuć podczas pracy, zasilacze liniowe zapewniają stałą i niezawodną moc wyjściową. Prostota konstrukcji i zastosowania bardziej powszechnych komponentów elektronicznych ułatwia ludziom pozyskiwanie części i naprawę materiałów liniowych.
Mając znacznie delikatniejsze komponenty, zasilacze impulsowe są bardziej narażone na awarię niż zasilacz liniowy. Jednak dobry projekt i użycie wysokiej jakości komponentów może sprawić, że zasilacze impulsowe będą bardzo niezawodne, być może nawet tak niezawodne, jak zasilacze liniowe. Prawdziwy problem z zasilaczami impulsowymi polega na tym, że im bardziej złożona jest ich konstrukcja, tym trudniej je naprawić.
Opłacalność
W przeszłości zasilacze liniowe były bardziej opłacalnym urządzeniem ze względu na ich prostą konstrukcję i zastosowanie mniejszych komponentów. Nie pomogło również to, że produkcja elementów półprzewodnikowych była droga. Jednak z popyt na półprzewodniki jest większy, producenci byli w stanie skalować i wytwarzać komponenty półprzewodnikowe wykładniczo taniej niż wcześniej. To z kolei sprawia, że wiele projektów zasilaczy impulsowych jest bardziej opłacalnych niż zasilacze liniowe.
Używanie odpowiedniego zasilacza
To wszystko, co musisz wiedzieć o zasilaczach liniowych i impulsowych. Aby mieć pewność, że Twoje urządzenia elektroniczne są bezpieczne, zawsze używaj oryginalnych ładowarek dołączonych do urządzenia, ale jeśli nie są one dostępne, zawsze możesz kupić zasilacz.
Przed zakupem pamiętaj, że zasilacze liniowe idealnie nadają się do elektroniki używanej do precyzyjnych zastosowań, takich jak elektryczne instrumenty muzyczne, radia i narzędzia medyczne, podczas gdy zasilacze impulsowe są używane w sytuacjach o wysokiej wydajności, takich jak zasilacze komputerowe, ładowarki i oświetlenie.
