Негізгі айырмашылық – SMPS және сызықтық қуат көзі
Электрондық және электрлік құрылғылардың көпшілігі жұмыс істеуі үшін тұрақты токты қажет етеді. Бұл құрылғылар, әсіресе интегралды схемалары бар электрондық құрылғылар дұрыс жұмыс істемей немесе жанбай жұмыс істеуі үшін сенімді, бұрмаланбайтын тұрақты кернеумен қамтамасыз етілуі керек. Тұрақты ток көзінің мақсаты осы құрылғыларға таза тұрақты кернеуді беру болып табылады. Тұрақты ток көздері желілік және ауыспалы режимге бөлінеді, олар айнымалы ток желісін біркелкі тұрақты токқа айналдыруға қатысты топологиялар. Сызықтық қуат көзі айнымалы ток кернеуін қажетті деңгейге тікелей төмендету үшін трансформаторды пайдаланады, ал SMPS қажетті кернеу деңгейінің орташа мәнін алуға көмектесетін коммутациялық құрылғыны пайдаланып айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіреді. Бұл SMPS және желілік қуат көзі арасындағы негізгі айырмашылық.
Сызықтық қуат көзі дегеніміз не?
Сызықтық қуат көзінде айнымалы ток кернеуі төмендеткіш трансформатор арқылы тікелей төменгі кернеуге түрлендіріледі. Бұл трансформатор 50/60 Гц айнымалы ток жиілігінде жұмыс істейтіндіктен үлкен қуатты өңдеуі керек. Сондықтан бұл трансформатор көлемді және үлкен болғандықтан, қуат көзін ауыр және үлкен етеді.
Төмендетілген кернеу содан кейін шығысқа қажетті тұрақты кернеуді алу үшін түзетіледі және сүзіледі. Бұл деңгейдегі кернеу кіріс кернеуінің бұрмалануына байланысты өзгеретіндіктен, кернеуді реттеу шығысқа дейін орындалады. Сызықтық қуат көзіндегі кернеу реттегіші сызықты реттегіш болып табылады, ол әдетте айнымалы резистор ретінде әрекет ететін жартылай өткізгіш құрылғы болып табылады. Шығу кедергісінің мәні шығыс қуат талабына қарай өзгеріп, шығыс кернеуін тұрақты етеді. Осылайша, кернеу реттегіші қуатты тарататын құрылғы ретінде жұмыс істейді. Көбінесе ол кернеуді тұрақты ету үшін артық қуатты таратады. Сондықтан кернеу реттегішінде үлкен жылу қабылдағыштар болуы керек. Нәтижесінде желілік қуат көздері әлдеқайда ауыр болады. Сонымен қатар, кернеу реттегішінің жылу ретінде қуатты таратуы нәтижесінде желілік қуат көзінің тиімділігі шамамен 60%-ға дейін төмендейді.
Алайда сызықтық қуат көздері шығыс кернеуінде электр шуын тудырмайды. Ол трансформаторға байланысты шығыс пен кіріс арасындағы оқшаулауды қамтамасыз етеді. Сондықтан желілік қуат көздері радиожиілік құрылғылары, дыбыстық қолданбалар, шусыз жабдықтауды, сигналды өңдеуді және күшейткіштерді қажет ететін зертханалық сынақтар сияқты жоғары жиілікті қолданбалар үшін пайдаланылады.
01-сурет: сызықтық кернеу реттегіші бар қуат көзі
SMPS дегеніміз не?
SMPS (қосылған режимдегі қуат көзі) коммутациялық транзисторлық құрылғыда жұмыс істейді. Алдымен айнымалы ток кірісі түзеткіш арқылы кернеуді төмендетпей тұрақты кернеуге түрлендіріледі, сызықтық қуат көзінен айырмашылығы. Содан кейін тұрақты ток кернеуі әдетте MOSFET транзисторы арқылы жоғары жиілікті коммутациядан өтеді. Яғни, MOSFET арқылы кернеу MOSFET Gate сигналымен қосылады және өшіріледі, әдетте импульстік ені бойынша модуляцияланған сигнал шамамен 50 кГц (ұсақтауыш/инвертор блогы). Бұл кесу операциясынан кейін толқын пішіні пульсирленген тұрақты ток сигналына айналады. Осыдан кейін жоғары жиілікті импульстік тұрақты ток сигналының кернеуін қажетті деңгейге дейін төмендету үшін төмендеткіш трансформатор қолданылады. Соңында, шығыс тұрақты кернеуді қайтару үшін шығыс түзеткіш пен сүзгі пайдаланылады.
02-сурет: SMPS блок-схемасы
SMPS ішіндегі кернеуді реттеу шығыс кернеуін бақылайтын кері байланыс тізбегі арқылы жүзеге асырылады. Жүктеменің қуат талабы жоғары болса, шығыс кернеуі жоғарылайды. Бұл өсім реттеуіштің кері байланыс тізбегі арқылы анықталады және PWM сигналының қосу-өшіру қатынасын басқару үшін қолданылады. Осылайша, сигналдың орташа кернеуі өзгереді. Нәтижесінде шығыс кернеуі тұрақты болу үшін бақыланады.
SMPS-те қолданылатын төмендеткіш трансформатор жоғары жиілікте жұмыс істейді; осылайша трансформатордың көлемі мен салмағы желілік қуат көзінен әлдеқайда аз. Бұл SMPS-тің сызықтық түріне қарағанда әлдеқайда кішірек және жеңіл болуының негізгі себебі болады. Сонымен қатар, кернеуді реттеу Омдық жоғалту немесе жылу ретінде артық қуатты таратпай орындалады. SMPS тиімділігі 85-90% жетеді.
Сонымен бірге SMPS MOSFET коммутация жұмысына байланысты жоғары жиілікті шуды тудырады. Бұл шу шығыс кернеуінде көрінуі мүмкін; дегенмен кейбір озық және қымбат үлгілерде бұл шығыс шуы белгілі бір дәрежеде азайтылады. Сонымен қатар, коммутация электромагниттік және радиожиілік кедергілерді де жасайды. Сондықтан SMPS-де РЖ экрандау және EMI сүзгілерін пайдалану қажет. Сондықтан SMPS аудио және радиожиілік қолданбалары үшін қолайлы емес. Ұялы телефон зарядтағыштары, тұрақты ток қозғалтқыштары, жоғары қуатты қолданбалар және т.б. сияқты шуға аз сезімтал жабдықты SMPS құрылғыларымен пайдалануға болады. Оның жеңіл әрі кішірек дизайны оны портативті құрылғылар ретінде де пайдалануға ыңғайлы етеді.
SMPS пен желілік қуат көзінің айырмашылығы неде?
SMPS және сызықтық қуат көзі |
|
| SMPS кернеуді төмендетпестен тікелей айнымалы токты түзетеді. Содан кейін түрлендірілген тұрақты ток қажетті кернеу деңгейіне дейін төмендету үшін кішірек трансформаторға жоғары жиілікте ауыстырылады. Соңында жоғары жиілікті айнымалы ток сигналы тұрақты ток шығыс кернеуіне түзетіледі. | Сызықтық қуат көзі үлкенірек трансформатор арқылы кернеуді бастапқыда қажетті мәнге дейін төмендетеді. Осыдан кейін айнымалы ток түзетіліп, шығыс тұрақты кернеуді алу үшін сүзіледі. |
| Кернеу реттеу | |
| Кернеуді реттеу коммутация жиілігін басқару арқылы жүзеге асырылады. Шығу кернеуі кері байланыс тізбегі арқылы бақыланады және кернеудің өзгеруі жиілікті басқару үшін пайдаланылады. | Түзетілген және сүзілген тұрақты кернеу шығыс кернеуін жасау үшін кернеу бөлгішінің шығыс кедергісіне ұшырайды. Бұл кедергі шығыс кернеуінің өзгеруін бақылайтын кері байланыс тізбегі арқылы басқарылады. |
| Тиімділік | |
| SMPS-те жылу өндіру салыстырмалы түрде төмен, өйткені коммутациялық транзистор ажырату және аштық аймақтарында жұмыс істейді. Шығару трансформаторының шағын өлшемдері де жылу шығынын аз етеді. Сондықтан тиімділік жоғарырақ (85-90%). | Сызықтық қуат көзіндегі кернеуді тұрақты ету үшін артық қуат жылу ретінде бөлінеді. Оның үстіне кіріс трансформаторы әлдеқайда көлемді; осылайша трансформатордың шығыны жоғары болады. Сондықтан желілік қуат көзінің тиімділігі 60%-ға дейін төмен. |
| Құру | |
| SMPS трансформаторының өлшемі үлкен болуы қажет емес, себебі ол жоғары жиілікте жұмыс істейді. Сондықтан трансформатордың салмағы да аз болады. Нәтижесінде SMPS өлшемі мен салмағы желілік қуат көзінен әлдеқайда төмен. | Сызықтық қуат көздері әлдеқайда көлемді, өйткені кіріс трансформаторы жұмыс істейтін төмен жиілікке байланысты үлкен болуы керек. Кернеу реттегішінде көбірек жылу пайда болатындықтан, жылу қабылдағыштарды да пайдалану керек. |
| Шу және кернеудің бұрмаланулары | |
| SMPS ауысуға байланысты жоғары жиілікті шуды тудырады. Бұл шығыс кернеуіне, сонымен қатар кейде кіріс желісіне өтеді. Желі қуатының гармоникалық бұрмалануы SMPS құрылғыларында да болуы мүмкін. | Сызықтық қуат көздері шығыс кернеуінде шу шығармайды. Гармоникалық бұрмалау SMPS бұрмалауларынан әлдеқайда аз. |
| Қолданбалар | |
| SMPS шағын құрылымға байланысты портативті құрылғылар ретінде пайдаланылуы мүмкін. Бірақ ол жоғары жиілікті шуды тудыратындықтан, SMPS құрылғыларын RF және аудио қолданбалары сияқты шуға сезімтал қолданбалар үшін пайдалану мүмкін емес. | Сызықтық қуат көздері әлдеқайда үлкен және оларды портативті құрылғылар үшін пайдалану мүмкін емес. Олар шу жасамайтындықтан және шығыс кернеуі де таза болғандықтан, олар зертханалардағы электрлік және электронды сынақтардың көпшілігі үшін пайдаланылады. |
Қорытынды – SMPS және сызықтық қуат көзі
SMPS және сызықтық қуат көздері - қолданылатын тұрақты ток көздерінің екі түрі. SMPS пен желілік қуат көзі арасындағы негізгі айырмашылық кернеуді реттеу және кернеуді төмендету үшін қолданылатын топологиялар болып табылады. Сызықтық қуат көзі басында айнымалы токты төмен кернеуге түрлендірсе, SMPS алдымен айнымалы токты түзетеді және сүзеді, содан кейін төмендемес бұрын жоғары жиілікті айнымалы токқа ауысады. Трансформатордың салмағы мен өлшемі жұмыс жиілігі азайған сайын өсетіндіктен, желілік қуат көздерінің кіріс трансформаторы SMPS-тен айырмашылығы әлдеқайда ауыр және үлкенірек. Сонымен қатар, кернеуді реттеу кедергілер арқылы жылуды диссипациялау арқылы жүзеге асырылатындықтан, желілік қуат көздерінде оларды одан да ауырлататын жылу қабылдағыштар болуы керек. SMPSs реттегіші шығыс кернеуін басқару үшін коммутация жиілігін басқарады. Сондықтан SMPS өлшемдері бойынша кішірек және салмағы бойынша жеңілірек. SMPS жүйесінде жылу өндіру аз болғандықтан, олардың тиімділігі де жоғары.
SMPS және сызықтық қуат көзінің PDF нұсқасын жүктеп алу
Осы мақаланың PDF нұсқасын жүктеп алып, дәйексөздерге сәйкес офлайн мақсаттарда пайдалануға болады. PDF нұсқасын мына жерден жүктеп алыңыз: SMPS және желілік қуат көзі арасындағы айырмашылық.
