Du bruker sannsynligvis en smarttelefon, bærbar datamaskin eller personlig datamaskin på daglig basis. Disse elektroniske enhetene bruker likestrøm (DC) for å fungere. Men siden husholdninger vanligvis drives av høyspenningsvekselstrøm (AC), trenger du for å senke spenningen og konvertere AC til DC ved å bruke en strømforsyning som strømklossen eller laderen.
De vanligste strømforsyningene som brukes i dag er den lineære og svitsjestrømforsyningen. Å vite hvilken du skal bruke for spesifikke applikasjoner vil holde elektronikken din trygg og fungere optimalt.
Fortsett å lese nedenfor for en sammenligning mellom lineære og vekslende strømforsyninger.
Hva er lineære og vekslende strømforsyninger?
Lineære strømforsyninger og svitsjestrømforsyninger er elektriske enheter som brukes til å drive og lade elektroniske DC-enheter. Disse enhetene har i oppgave å gjøre to ting: senke spenningen og konvertere AC til DC. Selv om begge enhetene senker og retter opp strøm, gjør forskjellen i hvordan de oppnår disse oppgavene dem bedre egnet for visse applikasjoner.
En lineær strømforsyning er en enhet som brukes i lavstøys- og presisjonsoperasjoner. Bruken av tunge transformatorer og analoge filtre gjør at denne strømforsyningen kan sende ut rene spenninger på bekostning av lav effektivitet, tyngre vekt og større størrelse. Lineære strømforsyninger er best brukt i opptaksutstyr, elektriske musikkinstrumenter, medisinsk utstyr og høypresisjons laboratoriemåleverktøy.
En svitsjings- eller brytermodusstrømforsyning (SMPS) brukes for høyeffektive og høystrømsoperasjoner. I motsetning til lineære strømforsyninger, benytter svitsjende strømforsyninger bruk av solid-state-komponenter for å modulere og regulere innkommende spenninger. Disse strømforsyningene er avhengige av høyfrekvent svitsjing ved bruk av krafttransistorer, noe som gjør dem støyende, men svært strømeffektive, lette og kompakte. Bytte strømforsyninger brukes ofte i datamaskiner, telefonladere, produksjonsutstyr og mange elektroniske lavspentenheter.
Hvordan en lineær strømforsyning fungerer
Ved å bruke rene analoge komponenter som var tilgjengelige på 50-tallet, måtte lineære strømforsyninger stole på tunge krafttransformatorer og store elektrolytiske kondensatorer for å senke og rette opp spenninger. Selv om transistorer allerede var masseprodusert da, produserte høye AC-spenninger ganske enkelt for mye varme for transistorer å håndtere.
Her er et skjema over en lineær strømforsyning:
En lineær strømforsyning fungerer i tre trinn:
Trinn 1: Senk den innkommende høye AC-spenningen ved å bruke en transformator.
Steg 2: Den senkede spenningen går så gjennom en helbro likeretter, som likeretter vekselspenning til pulserende likespenninger.
Trinn 3: De pulserende likespenningssignalene går gjennom et filter som består av induktorer og kondensatorer. Dette utjevningsfilteret fjerner signalsvingningene til en pulserende likespenning, noe som gjør dem brukbare for ømfintlige elektroniske enheter.
Hvordan en byttestrømforsyning fungerer
Byttestrømforsyninger er komplekse enheter som bruker solid-state-komponenter for å gjøre høyfrekvent strømsvitsjing og en mindre ferrittkjernetransformator. Disse typer strømforsyninger kan heve og senke spenninger ved å bruke en DC-tilbakemeldingssløyfe for å kontrollere utgangsspenninger.
Slik fungerer de:
Trinn 1: Høyspent AC kommer inn i strømforsyningen gjennom en kretsbeskyttelsesmodul som består av en sikring og et EMC-filter. Sikringen er for overspenningsbeskyttelse, og EMC-filteret beskytter kretsen mot signalbølgene som kommer fra den ufiltrerte AC.
Steg 2: Etter å ha sørget for at kretsen er godt beskyttet, føres høyspenningsvekselstrømmen gjennom den andre modulen som består av en fullbro likeretter og utjevningskondensator. Helbrolikeretteren konverterer AC til pulserende DC, som deretter jevnes ut av en kondensator.
Trinn 3: Høyspent-DC sendes deretter gjennom en PWM-driver, som tar tilbakemelding og kontrollerer en strøm-MOSFET som regulerer spenningen gjennom høyfrekvent svitsjing. Byttet gjør også den rette likestrømmen til en firkantbølge.
Trinn 4: DC-firkantbølgen går nå inn i en ferrittkjernetransformator, og transformerer signalene tilbake til AC-firkantbølger.
Trinn 5: AC-firkantbølgene passerer gjennom en brolikeretter, konverterer signalet til pulserende likestrøm og passerer det deretter gjennom et utjevningsfilter. Den endelige utgangen brukes deretter til å sende signaler til PWM-driveren, som lager en tilbakemeldingssløyfe som regulerer utgangsspenningene.
Lineær vs. Bytte strømforsyninger
Det er forskjellige grunner til at en strømforsyning er valgt for bruk på spesifikke applikasjoner. Disse vil ofte inkludere effektivitet, støy, pålitelighet og reparerbarhet, størrelse og vekt og kostnad. Nå som du har en generell idé om hvordan de fungerer, her er hvordan måten å behandle energi på påvirker ytelsen og brukervennligheten i visse applikasjoner.
Effektivitet
Fordi elektrisitet må passere gjennom en rekke elektriske og elektroniske komponenter, vil prosessen med å rette opp og regulere spenninger alltid ha ineffektivitet. Men hvor mye?
Avhengig av hvordan de er vurdert, kan bytte av strømforsyninger ha en effektivitet på 80 - 92 %. Dette betyr at enheten din kan produsere 80 - 92 % av energien du har lagt inn i dem. Effektiviteten kommer fra bruk av mindre, men effektive komponenter som regulerer spenninger gjennom høyfrekvent lavspenningssvitsjing.
I motsetning til dette kan en lineær strømforsyning bare være 50 - 60 % energieffektiv på grunn av bruken av større og mindre effektive komponenter.
Signalstøy og krusing
Selv om de er ineffektive, kompenserer lineære strømforsyninger for deres ineffektivitet gjennom sine stabile, rene, støysvake signalutganger. En lineær strømforsynings bruk av analoge komponenter gjør det mulig for dem å behandle elektrisiteten på en jevn og ikke-switchende måte, noe som gjør utgangen deres lav-rippel eller lav støy.
På den annen side er byttestrømforsyning avhengig av høyfrekvent svitsjing av lave spenninger for å redusere varme, ha bedre effektivitet – og produsere mye støy! Mengden signalstøy avhenger av utformingen og kvaliteten til den spesifikke strømforsyningen for brytermodus.
Størrelse og vekt
Størrelsen og vekten til en strømforsyning kan i stor grad påvirke bruken av den på mindre elektroniske enheter. Siden lineære strømforsyninger bruker tunge og klumpete komponenter, er det umulig å bruke dem på diskrete elektroniske enheter med mindre du bruker strømforsyningen som lader.
Når det gjelder bytte av strømforsyninger, siden de bruker små og lette komponenter, kan de designes til å være små nok til å bli integrert i allerede mindre enheter. En byttestrømforsynings lave vekt og lille størrelse kombinert med strømeffektiviteten er det som gjør den anvendelig for det store flertallet av håndholdte elektroniske enheter.
Pålitelighet og reparerbarhet
Med mindre deler som kan gå i stykker under drift, tilbyr lineære strømforsyninger konsistente og pålitelige utganger. Enkelheten i design og bruk av mer vanlige elektroniske komponenter gjør det lettere for folk å skaffe deler og reparere lineære forsyninger.
Ved å ha mer delikate komponenter betydelig, er det mer sannsynlig at bytte strømforsyning går i stykker før en lineær strømforsyning ville. God design og bruk av kvalitetskomponenter kan imidlertid gjøre bytte av strømforsyninger svært pålitelige, kanskje like pålitelige som lineære strømforsyninger. Det virkelige problemet med å bytte strømforsyning er at de blir stadig vanskeligere å reparere jo mer kompleks designen er.
Kostnadseffektivitet
Tidligere var lineære strømforsyninger den mer kostnadseffektive enheten på grunn av deres enkle design og bruk av mindre komponenter. Det hjalp heller ikke at det var dyrt å produsere halvlederkomponenter. Imidlertid med halvledere er mer etterspurt, var produsenter i stand til å skalere og gjøre solid state-komponenter eksponentielt billigere enn før. Dette gjør igjen mange byttestrømforsyningsdesign mer kostnadseffektive enn lineære strømforsyninger.
Bruk av passende strømforsyning
Så det er omtrent alt du trenger å vite om lineære og vekslende strømforsyninger. For å sikre at de elektroniske enhetene dine er trygge, bruk alltid de originale laderne som fulgte med enheten, men hvis de ikke er tilgjengelige, kan du alltid kjøpe en strømadapter.
Før du kjøper, husk at lineære strømforsyninger er ideelle for elektronikk som brukes til presisjonsapplikasjoner som elektriske musikkinstrumenter, radioer og medisinske verktøy, mens bytte av strømforsyninger brukes til høyeffektive situasjoner som datamaskinstrømforsyninger, ladere og belysning.
