Du bruger sandsynligvis en smartphone, bærbar computer eller personlig computer på daglig basis. Disse elektroniske enheder bruger jævnstrøm (DC) til at fungere. Men da husstande normalt drives af højspændingsvekselstrømme (AC), skal du bruge at sænke spændingen og konvertere AC til DC ved at bruge en strømforsyning såsom din strømklods eller oplader.
De mest almindelige strømforsyninger, der bruges i dag, er den lineære og skiftende strømforsyning. Ved at vide, hvilken du skal bruge til specifikke applikationer, vil din elektronik være sikker og fungere optimalt.
Fortsæt med at læse nedenfor for en sammenligning mellem lineære og skiftende strømforsyninger.
Hvad er lineære og skiftende strømforsyninger?
Lineære og skiftende strømforsyninger er elektriske enheder, der bruges til at forsyne og oplade DC elektroniske enheder. Disse enheder har til opgave at gøre to ting: sænke spændingen og konvertere AC til DC. Selvom begge enheder sænker og afhjælper strømmen, gør forskellen i, hvordan de udfører disse opgaver, dem bedre egnede til visse applikationer.
En lineær strømforsyning er en enhed, der bruges til støjsvage og præcisionsoperationer. Dens brug af tunge transformere og analoge filtre gør det muligt for denne strømforsyning at udsende rene spændinger på bekostning af lav effektivitet, tungere vægt og større størrelse. Lineære strømforsyninger er bedst brugt i optageudstyr, elektriske musikinstrumenter, medicinsk udstyr og højpræcisions laboratoriemåleværktøjer.
En switching eller switch mode power supply (SMPS) bruges til højeffektive og højstrømsdrifter. I modsætning til lineære strømforsyninger anvender skiftende strømforsyninger brugen af solid-state komponenter til at modulere og regulere indgående spændinger. Disse strømforsyninger er afhængige af højfrekvent switching ved hjælp af strømtransistorer, hvilket gør dem støjende, men meget strømeffektive, lette og kompakte. Skiftende strømforsyninger bruges ofte i computere, telefonopladere, produktionsudstyr og mange elektroniske lavspændingsenheder.
Sådan fungerer en lineær strømforsyning
Ved at bruge rent analoge komponenter, der var tilgængelige i 50'erne, måtte lineære strømforsyninger stole på tunge strømtransformatorer og voluminøse elektrolytiske kondensatorer for at sænke og ensrette spændinger. Selvom transistorer allerede var masseproducerede dengang, producerede høje AC-spændinger simpelthen for meget varme til transistorer at håndtere.
Her er et skema over en lineær strømforsyning:
En lineær strømforsyning fungerer i tre trin:
Trin 1: Sænk den indkommende høje AC-spænding ved at bruge en transformer.
Trin 2: Den sænkede spænding går så gennem en fuldbro-ensretter, som ensretter vekselspænding til pulserende jævnspænding.
Trin 3: De pulserende jævnspændingssignaler passerer gennem et filter, der består af induktorer og kondensatorer. Dette udjævningsfilter fjerner signaludsvingene fra en pulserende jævnspænding, hvilket gør dem anvendelige til sarte elektroniske enheder.
Sådan fungerer en skiftende strømforsyning
Skiftende strømforsyninger er komplekse enheder, der bruger solid-state-komponenter til højfrekvent strømskift og en mindre ferritkerne-transformer. Disse typer strømforsyninger kan hæve og sænke spændingerne ved at bruge en DC-feedback-sløjfe til at styre udgangsspændingerne.
Sådan fungerer de:
Trin 1: Højspændings-AC kommer ind i strømforsyningen gennem et kredsløbsbeskyttelsesmodul bestående af en sikring og et EMC-filter. Sikringen er til overspændingsbeskyttelse, og EMC-filteret beskytter kredsløbet mod signalbølgerne, der kommer fra den ufiltrerede AC.
Trin 2: Efter at have sikret sig, at kredsløbet er godt beskyttet, føres højspændings-AC'en derefter gennem det andet modul, der består af en fuldbro-ensretter og udjævningskondensator. Fuldbroensretteren konverterer AC til pulserende DC, som derefter udjævnes af en kondensator.
Trin 3: Højspændings-DC'en sendes derefter gennem en PWM-driver, som tager feedback og styrer en strøm-MOSFET, som regulerer spændingen gennem højfrekvent switching. Skiftet gør også den lige jævnstrøm til en firkantbølge.
Trin 4: DC-firkantbølgen går nu ind i en ferritkerne-transformer og transformerer signalerne tilbage til AC-firkantbølger.
Trin 5: AC-firkantbølgerne passerer gennem en broensretter, konverterer signalet til pulserende jævnstrøm og passerer det derefter gennem et udjævningsfilter. Det endelige output bruges derefter til at sende signaler til PWM-driveren, som laver en feedback-loop, der regulerer udgangsspændingerne.
Lineær vs. Skift af strømforsyninger
Der er forskellige grunde til, at en strømforsyning vælges til at blive brugt til specifikke applikationer. Disse vil ofte omfatte effektivitet, støj, pålidelighed og reparerbarhed, størrelse og vægt og omkostninger. Nu hvor du har en generel idé om, hvordan de fungerer, er her hvordan deres måde at behandle energi på påvirker deres ydeevne og anvendelighed i visse applikationer.
Effektivitet
Fordi elektricitet skal passere gennem en række elektriske og elektroniske komponenter, vil processen med at ensrette og regulere spændinger altid have ineffektivitet. Men hvor meget?
Afhængigt af, hvordan de er vurderet, kan skiftende strømforsyninger have en effektivitet på 80 - 92%. Det betyder, at din enhed kan udsende 80 - 92 % af den energi, du har lagt i dem. Dens effektivitet kommer fra at bruge mindre, men effektive komponenter, der regulerer spændinger gennem højfrekvent lavspændingsskift.
I modsætning hertil kan en lineær strømforsyning kun være 50 - 60 % energieffektiv på grund af dens brug af større og mindre effektive komponenter.
Signalstøj og krusning
Selvom de er ineffektive, kompenserer lineære strømforsyninger for deres ineffektivitet gennem deres stabile, rene, støjsvage signaludgange. En lineær strømforsynings brug af analoge komponenter giver dem mulighed for at behandle elektriciteten på en jævn og ikke-switchende måde, hvilket gør deres output lav-ripple eller lav støj.
På den anden side er skiftende strømforsyninger afhængige af højfrekvent omskiftning af lave spændinger for at reducere varme, have bedre effektivitet – og producere masser af støj! Mængden af signalstøj afhænger af designet og kvaliteten af den specifikke switch mode strømforsyning.
Størrelse og vægt
Størrelsen og vægten af en strømforsyning kan i høj grad påvirke dens anvendelse på mindre elektroniske enheder. Da lineære strømforsyninger bruger tunge og omfangsrige komponenter, er deres brug på diskrete elektroniske enheder umulig, medmindre du bruger strømforsyningen som oplader.
Med hensyn til at skifte strømforsyning, da de bruger små og lette komponenter, kan de designes til at være små nok til at blive integreret i allerede mindre enheder. En skiftende strømforsynings lave vægt og lille størrelse kombineret med dens strømeffektivitet er, hvad der gør den anvendelig til det store flertal af håndholdte elektroniske enheder.
Pålidelighed og reparerbarhed
Med mindre dele, der kan gå i stykker under drift, tilbyder lineære strømforsyninger ensartede og pålidelige output. Enkelheden i design og brug af mere almindelige elektroniske komponenter gør det lettere for folk at købe dele og reparere lineære forsyninger.
Med mere sarte komponenter betydeligt, er det mere sandsynligt, at skift af strømforsyning går i stykker, før en lineær strømforsyning ville. Godt design og brugen af kvalitetskomponenter kan dog gøre skift af strømforsyninger meget pålidelige, måske endda lige så pålidelige som lineære strømforsyninger. Det virkelige problem med at skifte strømforsyning er, at de bliver sværere at reparere, jo mere komplekse deres design er.
Omkostningseffektivitet
Tidligere var lineære strømforsyninger den mere omkostningseffektive enhed på grund af deres enkle design og brug af mindre komponenter. Det hjalp heller ikke, at det var dyrt at fremstille halvlederkomponenter. Dog med halvledere er mere efterspurgte, var producenterne i stand til at skalere og gøre solid-state komponenter eksponentielt billigere end før. Dette gør igen mange skiftende strømforsyningsdesigns mere omkostningseffektive end lineære strømforsyninger.
Brug af den passende strømforsyning
Så det er omtrent alt, hvad du har brug for at vide om lineære og skiftende strømforsyninger. For at sikre, at dine elektroniske enheder er sikre, skal du altid bruge de originale opladere, der fulgte med enheden, men hvis de ikke er tilgængelige, kan du altid købe en strømadapter.
Før du køber, skal du huske, at lineære strømforsyninger er ideelle til elektronik, der bruges til præcisionsanvendelser såsom elektriske musikinstrumenter, radioer og medicinske værktøjer, mens skiftende strømforsyninger bruges til højeffektive situationer såsom computerstrømforsyninger, opladere og belysning.
