Είναι πιθανό να χρησιμοποιείτε smartphone, φορητό υπολογιστή ή προσωπικό υπολογιστή σε καθημερινή βάση. Αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούν συνεχές ρεύμα (DC) για να λειτουργήσουν. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα νοικοκυριά τροφοδοτούνται συνήθως από εναλλασσόμενα ρεύματα υψηλής τάσης (AC), θα χρειαστείτε για να μειώσετε την τάση και να μετατρέψετε το εναλλασσόμενο ρεύμα σε DC χρησιμοποιώντας ένα τροφοδοτικό όπως το τούβλο τροφοδοσίας ή το φορτιστή σας.
Τα πιο κοινά τροφοδοτικά που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι το γραμμικό και το μεταγωγικό τροφοδοτικό. Γνωρίζοντας ποιο να χρησιμοποιήσετε για συγκεκριμένες εφαρμογές θα διατηρήσετε τα ηλεκτρονικά σας ασφαλή και θα λειτουργούν βέλτιστα.
Συνεχίστε να διαβάζετε παρακάτω για σύγκριση μεταξύ γραμμικών και μεταγωγικών τροφοδοτικών.
Τι είναι τα γραμμικά και μεταγωγικά τροφοδοτικά;
Τα γραμμικά και μεταγωγικά τροφοδοτικά είναι ηλεκτρικές συσκευές που χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία και τη φόρτιση ηλεκτρονικών συσκευών DC. Αυτές οι συσκευές έχουν καθήκον να κάνουν δύο πράγματα: χαμηλότερη τάση και μετατροπή AC σε DC. Παρόλο που και οι δύο συσκευές μειώνουν και διορθώνουν την ισχύ, η διαφορά στον τρόπο με τον οποίο επιτυγχάνουν αυτές τις εργασίες τις καθιστά πιο κατάλληλες για ορισμένες εφαρμογές.
Το γραμμικό τροφοδοτικό είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται σε λειτουργίες χαμηλού θορύβου και ακριβείας. Η χρήση βαρέων μετασχηματιστών και αναλογικών φίλτρων επιτρέπει σε αυτό το τροφοδοτικό να παράγει καθαρές τάσεις με κόστος χαμηλής απόδοσης, μεγαλύτερου βάρους και μεγαλύτερου μεγέθους. Τα γραμμικά τροφοδοτικά χρησιμοποιούνται καλύτερα σε συσκευές εγγραφής, ηλεκτρικά μουσικά όργανα, ιατρικό εξοπλισμό και εργαστηριακά εργαλεία μέτρησης υψηλής ακρίβειας.
Ένα τροφοδοτικό λειτουργίας μεταγωγής ή μεταγωγής (SMPS) χρησιμοποιείται για λειτουργίες υψηλής απόδοσης και υψηλής έντασης ρεύματος. Σε αντίθεση με τα γραμμικά τροφοδοτικά, τα τροφοδοτικά μεταγωγής χρησιμοποιούν τη χρήση εξαρτημάτων στερεάς κατάστασης για τη διαμόρφωση και τη ρύθμιση των εισερχόμενων τάσεων. Αυτά τα τροφοδοτικά βασίζονται σε μεταγωγή υψηλής συχνότητας με χρήση τρανζίστορ ισχύος, καθιστώντας τα θορυβώδη αλλά εξαιρετικά αποδοτικά, ελαφριά και συμπαγή. Τα τροφοδοτικά μεταγωγής χρησιμοποιούνται συχνά σε υπολογιστές, φορτιστές τηλεφώνων, εξοπλισμό κατασκευής και πολλές ηλεκτρονικές συσκευές χαμηλής τάσης.
Πώς λειτουργεί ένα γραμμικό τροφοδοτικό
Χρησιμοποιώντας αμιγώς αναλογικά εξαρτήματα διαθέσιμα στη δεκαετία του '50, τα γραμμικά τροφοδοτικά έπρεπε να βασίζονται σε μετασχηματιστές βαριάς ισχύος και ογκώδεις ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές για τη μείωση και τη διόρθωση των τάσεων. Αν και τότε τα τρανζίστορ είχαν ήδη παραχθεί μαζικά, οι υψηλές τάσεις εναλλασσόμενου ρεύματος απλώς παρήγαγαν πάρα πολύ θερμότητα για να τα χειριστούν τα τρανζίστορ.
Εδώ είναι ένα σχηματικό γραμμικό τροφοδοτικό:
Ένα γραμμικό τροφοδοτικό λειτουργεί σε τρία βήματα:
Βήμα 1: Μειώστε την εισερχόμενη υψηλή τάση AC με τη χρήση μετασχηματιστή.
Βήμα 2: Στη συνέχεια, η χαμηλωμένη τάση περνά μέσα από έναν ανορθωτή πλήρους γέφυρας, ο οποίος διορθώνει την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος σε παλμικές τάσεις συνεχούς ρεύματος.
Βήμα 3: Τα παλμικά σήματα τάσης συνεχούς ρεύματος περνούν μέσα από ένα φίλτρο που αποτελείται από επαγωγείς και πυκνωτές. Αυτό το φίλτρο εξομάλυνσης αφαιρεί τις διακυμάνσεις του σήματος μιας παλλόμενης τάσης συνεχούς ρεύματος, καθιστώντας τα χρήσιμα για ευαίσθητες ηλεκτρονικές συσκευές.
Πώς λειτουργεί ένα τροφοδοτικό μεταγωγής
Τα τροφοδοτικά μεταγωγής είναι πολύπλοκες συσκευές που χρησιμοποιούν εξαρτήματα στερεάς κατάστασης για την εναλλαγή ισχύος υψηλής συχνότητας και έναν μικρότερο μετασχηματιστή με πυρήνα φερρίτη. Αυτοί οι τύποι τροφοδοτικών μπορούν να αυξήσουν και να μειώσουν τις τάσεις χρησιμοποιώντας έναν βρόχο ανάδρασης DC για τον έλεγχο των τάσεων εξόδου.
Δείτε πώς λειτουργούν:
Βήμα 1: Το AC υψηλής τάσης εισέρχεται στην παροχή ρεύματος μέσω μιας μονάδας προστασίας κυκλώματος που αποτελείται από μια ασφάλεια και ένα φίλτρο EMC. Η ασφάλεια είναι για προστασία από υπέρταση και το φίλτρο EMC προστατεύει το κύκλωμα από τους κυματισμούς του σήματος που προέρχονται από το μη φιλτραρισμένο AC.
Βήμα 2: Αφού βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμα είναι καλά προστατευμένο, το εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής τάσης διέρχεται στη συνέχεια μέσω της δεύτερης μονάδας που αποτελείται από έναν ανορθωτή πλήρους γέφυρας και έναν πυκνωτή εξομάλυνσης. Ο ανορθωτής πλήρους γέφυρας μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε παλλόμενο DC, το οποίο στη συνέχεια εξομαλύνεται από έναν πυκνωτή.
Βήμα 3: Το DC υψηλής τάσης αποστέλλεται στη συνέχεια μέσω ενός προγράμματος οδήγησης PWM, το οποίο λαμβάνει ανάδραση και ελέγχει ένα MOSFET ισχύος που ρυθμίζει την τάση μέσω μεταγωγής υψηλής συχνότητας. Η μεταγωγή μετατρέπει επίσης το ευθύ συνεχές ρεύμα σε τετραγωνικό κύμα.
Βήμα 4: Το τετράγωνο κύμα συνεχούς ρεύματος εισέρχεται τώρα σε έναν μετασχηματιστή πυρήνα φερρίτη, μετατρέποντας τα σήματα πίσω σε τετράγωνα κύματα AC.
Βήμα 5: Τα τετράγωνα κύματα εναλλασσόμενου ρεύματος περνούν μέσα από έναν ανορθωτή γέφυρας, μετατρέποντας το σήμα σε παλλόμενο DC και στη συνέχεια περνώντας το από ένα φίλτρο εξομάλυνσης. Η τελική έξοδος χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την αποστολή σημάτων στον οδηγό PWM, ο οποίος δημιουργεί έναν βρόχο ανάδρασης που ρυθμίζει τις τάσεις εξόδου.
Γραμμικό vs. Εναλλαγή τροφοδοτικών
Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους επιλέγεται ένα τροφοδοτικό για χρήση σε συγκεκριμένες εφαρμογές. Αυτά συχνά περιλαμβάνουν απόδοση, θόρυβο, αξιοπιστία και δυνατότητα επισκευής, μέγεθος και βάρος και κόστος. Τώρα που έχετε μια γενική ιδέα για το πώς λειτουργούν, δείτε πώς ο τρόπος επεξεργασίας της ενέργειας επηρεάζει την απόδοση και τη χρηστικότητά τους σε ορισμένες εφαρμογές.
Αποδοτικότητα
Επειδή η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να περάσει μέσα από μια σειρά ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, η διαδικασία διόρθωσης και ρύθμισης των τάσεων θα έχει πάντα αναποτελεσματικότητα. Πόσο όμως;
Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο αξιολογούνται, τα τροφοδοτικά μεταγωγής μπορούν να έχουν απόδοση 80 - 92%. Αυτό σημαίνει ότι η συσκευή σας μπορεί να παράγει το 80 - 92% της ενέργειας που έχετε βάλει σε αυτήν. Η απόδοσή του προέρχεται από τη χρήση μικρότερων αλλά αποδοτικών εξαρτημάτων που ρυθμίζουν τις τάσεις μέσω μεταγωγής χαμηλής τάσης υψηλής συχνότητας.
Αντίθετα, ένα γραμμικό τροφοδοτικό μπορεί να είναι ενεργειακά αποδοτικό μόνο κατά 50 - 60% λόγω της χρήσης μεγαλύτερων και λιγότερο αποδοτικών εξαρτημάτων.
Θόρυβος και κυματισμός σήματος
Αν και αναποτελεσματικά, τα γραμμικά τροφοδοτικά αντισταθμίζουν τις ανεπάρκειές τους μέσω των σταθερών, καθαρών, εξόδων σήματος χαμηλού θορύβου. Η χρήση αναλογικών εξαρτημάτων από ένα γραμμικό τροφοδοτικό τους επιτρέπει να επεξεργάζονται την ηλεκτρική ενέργεια με ομαλό και χωρίς μεταγωγή τρόπο, γεγονός που καθιστά την έξοδό τους χαμηλή κυματισμό ή χαμηλό θόρυβο.
Από την άλλη πλευρά, τα τροφοδοτικά μεταγωγής βασίζονται σε εναλλαγή υψηλής συχνότητας χαμηλών τάσεων για τη μείωση της θερμότητας, την καλύτερη απόδοση και την παραγωγή πολύ θορύβου! Η ποσότητα του θορύβου σήματος εξαρτάται από τη σχεδίαση και την ποιότητα του συγκεκριμένου τροφοδοτικού λειτουργίας διακόπτη.
Μέγεθος και Βάρος
Το μέγεθος και το βάρος ενός τροφοδοτικού μπορεί να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό την εφαρμογή του σε μικρότερες ηλεκτρονικές συσκευές. Δεδομένου ότι τα γραμμικά τροφοδοτικά χρησιμοποιούν βαριά και ογκώδη εξαρτήματα, η χρήση τους σε διακριτικές ηλεκτρονικές συσκευές είναι αδύνατη, εκτός εάν χρησιμοποιείτε το τροφοδοτικό ως φορτιστή.
Όσον αφορά τα τροφοδοτικά μεταγωγής, καθώς χρησιμοποιούν μικρά και ελαφριά εξαρτήματα, μπορούν να σχεδιαστούν ώστε να είναι αρκετά μικρά ώστε να ενσωματώνονται σε ήδη μικρότερες συσκευές. Το χαμηλό βάρος και το μικρό μέγεθος ενός τροφοδοτικού μεταγωγής σε συνδυασμό με την απόδοση ισχύος του είναι αυτά που το καθιστούν εφαρμόσιμο στη μεγάλη πλειονότητα των φορητών ηλεκτρονικών συσκευών.
Αξιοπιστία και Επισκευή
Με μικρότερα εξαρτήματα που θα μπορούσαν να σπάσουν κατά τη λειτουργία, τα γραμμικά τροφοδοτικά προσφέρουν σταθερές και αξιόπιστες εξόδους. Η απλότητα στο σχεδιασμό και τη χρήση πιο κοινών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων διευκολύνει τους ανθρώπους να προμηθεύονται ανταλλακτικά και να επισκευάζουν γραμμικά αναλώσιμα.
Έχοντας σημαντικά πιο ευαίσθητα εξαρτήματα, τα τροφοδοτικά μεταγωγής είναι πιο πιθανό να σπάσουν πριν από μια γραμμική παροχή ρεύματος. Ωστόσο, ο καλός σχεδιασμός και η χρήση ποιοτικών εξαρτημάτων μπορούν να κάνουν τα τροφοδοτικά μεταγωγής πολύ αξιόπιστα, ίσως και τόσο αξιόπιστα όσο τα γραμμικά τροφοδοτικά. Το πραγματικό πρόβλημα με την εναλλαγή τροφοδοτικών είναι ότι είναι όλο και πιο δύσκολο να επισκευαστούν όσο πιο περίπλοκο είναι ο σχεδιασμός τους.
Κόστους-Αποτελεσματικότητας
Στο παρελθόν, τα γραμμικά τροφοδοτικά ήταν η πιο οικονομική συσκευή λόγω του απλού σχεδιασμού τους και της χρήσης μικρότερων εξαρτημάτων. Δεν βοήθησε επίσης ότι η κατασκευή εξαρτημάτων ημιαγωγών ήταν ακριβή. Ωστόσο, με οι ημιαγωγοί έχουν μεγαλύτερη ζήτηση, οι κατασκευαστές μπόρεσαν να κλιμακώσουν και να κάνουν εξαρτήματα στερεάς κατάστασης εκθετικά φθηνότερα από πριν. Αυτό, με τη σειρά του, καθιστά πολλά σχέδια τροφοδοτικών μεταγωγής πιο οικονομικά από τα γραμμικά τροφοδοτικά.
Χρήση του κατάλληλου τροφοδοτικού
Αυτά είναι όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τα γραμμικά και μεταγωγικά τροφοδοτικά. Για να διασφαλίσετε ότι οι ηλεκτρονικές συσκευές σας είναι ασφαλείς, χρησιμοποιείτε πάντα τους γνήσιους φορτιστές που συνοδεύουν τη συσκευή, αλλά εάν δεν είναι διαθέσιμοι, μπορείτε πάντα να αγοράσετε έναν μετασχηματιστή ρεύματος.
Πριν αγοράσετε, να θυμάστε ότι τα γραμμικά τροφοδοτικά είναι ιδανικά για ηλεκτρονικά που χρησιμοποιούνται για εφαρμογές ακριβείας όπως ηλεκτρικά μουσικά όργανα, ραδιόφωνα και ιατρικά εργαλεία, ενώ τα τροφοδοτικά μεταγωγής χρησιμοποιούνται για καταστάσεις υψηλής απόδοσης όπως τροφοδοτικά υπολογιστών, φορτιστές και φωτισμός.
