Tõenäoliselt kasutate igapäevaselt nutitelefoni, sülearvutit või personaalarvutit. Need elektroonilised seadmed kasutavad töötamiseks alalisvoolu (DC). Kuna aga majapidamisi toidetakse tavaliselt kõrgepinge vahelduvvooluga (AC), on teil vaja pinge alandamiseks ja vahelduvvoolu muutmiseks alalisvooluks, kasutades toiteallikat, näiteks toiteplokki või laadijat.

Kõige levinumad tänapäeval kasutatavad toiteallikad on lineaarne ja lülitustoiteallikas. Teades, millist konkreetsete rakenduste jaoks kasutada, hoiab teie elektroonika ohutu ja töötab optimaalselt.

Jätkake lugemist allpool, et võrrelda lineaarset ja lülitustoiteallikat.

Mis on lineaarsed ja lülitustoiteallikad?

Lineaarsed ja lülitustoiteallikad on elektriseadmed, mida kasutatakse alalisvoolu elektroonikaseadmete toiteks ja laadimiseks. Nende seadmete ülesandeks on teha kaks asja: alandada pinget ja muuta vahelduvvoolu alalisvooluks. Kuigi mõlemad seadmed vähendavad ja alaldavad toidet, sobivad nende ülesannete täitmise erinevused need teatud rakenduste jaoks paremini.

instagram viewer
Pildi krediit: Stephan Ridgway/Flickr

Lineaarne toiteallikas on seade, mida kasutatakse madala müratasemega ja täppistoimingutes. Selle raskete trafode ja analoogfiltrite kasutamine võimaldab sellel toiteallikal väljastada puhtaid pingeid madala efektiivsuse, suurema kaalu ja suuremate mõõtmete hinnaga. Lineaarseid toiteallikaid on kõige parem kasutada salvestusseadmetes, elektrilised muusikariistad, meditsiiniseadmed ja ülitäpsed laborimõõteriistad.

Pildi krediit: Faculteitsbibliotheek Letteren & Wijsbegeerte/Flickr

Suure efektiivsusega ja suure voolutugevusega toimingute jaoks kasutatakse lülitus- või lülitusrežiimi toiteallikat (SMPS). Erinevalt lineaarsetest toiteallikatest kasutavad lülitustoiteallikad sissetulevate pingete moduleerimiseks ja reguleerimiseks pooljuhtkomponente. Need toiteallikad toetuvad kõrgsageduslikule ümberlülitamisele toitetransistoride abil, muutes need mürarikkaks, kuid väga energiatõhusaks, kergeks ja kompaktseks. Lülitustoiteallikaid kasutatakse sageli arvutites, telefonilaadijates, tootmisseadmetes ja paljudes madalpinge elektroonikaseadmetes.

Kuidas lineaarne toiteallikas töötab

Kasutades 50ndatel saadaolevaid puhtalt analoogkomponente, pidid lineaarsed toiteallikad pingete alandamiseks ja alaldamiseks toetuma rasketele jõutrafodele ja mahukatele elektrolüütkondensaatoritele. Kuigi transistoreid toodeti juba siis massiliselt, tekitasid kõrged vahelduvpinged lihtsalt liiga palju soojust, et transistorid saaksid hakkama.

Siin on lineaarse toiteallika skeem:

Lineaarne toiteallikas töötab kolmes etapis:

Samm 1: Alandage sissetulevat kõrget vahelduvvoolu pinget trafo abil.

2. samm: Alandatud pinge läheb seejärel läbi täissildalaldi, mis alaldab vahelduvpinge pulseerivateks alalispingeteks.

3. samm: Pulseerivad alalispinge signaalid läbivad filtri, mis koosneb induktiivpoolidest ja kondensaatoritest. See silumisfilter eemaldab pulseeriva alalispinge signaali kõikumised, muutes need kasutatavaks õrnade elektroonikaseadmete jaoks.

Kuidas lülitustoiteallikas töötab

Lülitustoiteallikad on keerulised seadmed, mis kasutavad kõrgsageduslikuks toitelülituseks pooljuhtkomponente ja väiksemat ferriittuumalist trafot. Seda tüüpi toiteallikad võivad pinget tõsta ja alandada, kasutades väljundpinge juhtimiseks alalisvoolu tagasisideahelat.

Need toimivad järgmiselt.

Samm 1: Kõrgepinge vahelduvvool siseneb toiteallikasse kaitsmest ja EMC-filtrist koosneva vooluahela kaitsemooduli kaudu. Kaitsmed on mõeldud ülepingekaitseks ja EMC-filter kaitseb vooluahelat filtreerimata vahelduvvoolu signaali pulsatsiooni eest.

2. samm: Pärast seda, kui olete veendunud, et vooluahel on hästi kaitstud, juhitakse kõrgepinge vahelduvvool läbi teise mooduli, mis koosneb täissildalaldist ja tasanduskondensaatorist. Täissildalaldi muudab vahelduvvoolu pulseerivaks alalisvooluks, mida seejärel kondensaator silub.

3. samm: Seejärel saadetakse kõrgepinge alalisvool läbi PWM-draiveri, mis võtab tagasisidet ja juhib võimsuse MOSFET-i, mis reguleerib pinget kõrgsagedusliku ümberlülituse kaudu. Lülitamine muudab ka sirge alalisvoolu nelinurkseks.

4. samm: Alalisvoolu ruutlaine siseneb nüüd ferriittuumaga trafosse, muutes signaalid tagasi vahelduvvoolu ruutlaineteks.

5. samm: Vahelduvvoolu ruutlained läbivad sillaalaldi, muutes signaali pulseerivaks alalisvooluks ja seejärel läbides selle silumisfiltri. Lõplikku väljundit kasutatakse seejärel signaalide saatmiseks PWM-draiverile, mis loob tagasisideahela, mis reguleerib väljundpingeid.

Lineaarne vs. Lülitavad toiteallikad

On erinevaid põhjuseid, miks teatud rakenduste jaoks valitakse toiteallikas. Need hõlmavad sageli tõhusust, müra, töökindlust ja parandatavust, suurust ja kaalu ning kulusid. Nüüd, kui teil on üldine ettekujutus nende tööpõhimõtetest, näete, kuidas nende energiatöötlusviis mõjutab nende jõudlust ja kasutatavust teatud rakendustes.

Tõhusus

Kuna elekter peab läbima mitmeid elektrilisi ja elektroonilisi komponente, on pinge alaldamise ja reguleerimise protsess alati ebatõhus. Aga kui palju?

Sõltuvalt nende hinnangust võib lülitustoiteallikate efektiivsus olla 80–92%. See tähendab, et teie seade suudab väljastada 80–92% energiast, mille olete neisse pannud. Selle tõhusus tuleneb väiksemate, kuid tõhusate komponentide kasutamisest, mis reguleerivad pingeid kõrgsagedusliku madalpinge ümberlülitamise kaudu.

Seevastu lineaarne toiteallikas võib suuremate ja vähem tõhusate komponentide kasutamise tõttu olla energiatõhus vaid 50–60%.

Signaali müra ja pulsatsioon

Kuigi lineaarsed toiteallikad on ebatõhusad, kompenseerivad nende ebaefektiivsust stabiilsete, puhaste ja madala müratasemega signaaliväljundite kaudu. Lineaarse toiteallika analoogkomponentide kasutamine võimaldab neil töödelda elektrit sujuvalt ja mittelülitaval viisil, mis muudab nende väljundi madala pulsatsiooniga või madala müratasemega.

Teisest küljest sõltuvad lülitustoiteallikad madalate pingete kõrgsageduslülitustest, et vähendada soojust, omada paremat kasutegurit ja tekitada palju müra! Signaalimüra hulk sõltub konkreetse lülitusrežiimi toiteallika konstruktsioonist ja kvaliteedist.

Suurus ja kaal

Toiteallika suurus ja kaal võivad oluliselt mõjutada selle kasutamist väiksemates elektroonikaseadmetes. Kuna lineaarsed toiteallikad kasutavad raskeid ja mahukaid komponente, on nende kasutamine diskreetsetes elektroonikaseadmetes võimatu, kui te ei kasuta toiteallikat laadijana.

Mis puudutab lülitustoiteallikaid, siis kuna need kasutavad väikeseid ja kergeid komponente, saab need olla piisavalt väikesed, et neid integreerida juba väiksematesse seadmetesse. Lülitustoiteallika väike kaal ja väiksus koos energiatõhususega muudavad selle kasutatavaks enamiku käeshoitavate elektroonikaseadmete jaoks.

Töökindlus ja parandatavus

Väiksemate osadega, mis võivad töö ajal puruneda, pakuvad lineaarsed toiteallikad ühtlast ja usaldusväärset väljundit. Levinumate elektrooniliste komponentide disaini ja kasutamise lihtsus muudab inimeste jaoks osade hankimise ja lineaarsete tarvikute parandamise lihtsamaks.

Oluliselt õrnemate komponentidega purunevad lülitustoiteallikad tõenäolisemalt enne lineaarset toiteallikat. Hea disain ja kvaliteetsete komponentide kasutamine võivad aga muuta lülitustoiteallikad väga töökindlaks, võib-olla isegi sama töökindlaks kui lineaarsed toiteallikad. Tõeline probleem lülitustoiteallikatega on see, et neid on üha raskem parandada, mida keerulisem on nende disain.

Kulutõhususe

Varem olid lineaarsed toiteallikad nende lihtsa disaini ja väiksemate komponentide kasutamise tõttu kuluefektiivsemad seadmed. Samuti ei aidanud see, et pooljuhtkomponentide tootmine oli kallis. Siiski koos pooljuhtide järele on suurem nõudlus, suutsid tootjad skaleerida ja muuta tahkiskomponente eksponentsiaalselt odavamaks kui varem. See omakorda muudab paljud lülitustoiteallikad kulutõhusamaks kui lineaarsed toiteallikad.

Sobiva toiteallika kasutamine

See on umbes kõik, mida peate lineaarsete ja lülitustoiteallikate kohta teadma. Elektroonikaseadmete ohutuse tagamiseks kasutage alati seadmega kaasas olnud originaallaadijaid, kuid kui need pole saadaval, võite alati osta toiteadapteri.

Enne ostmist pidage meeles, et lineaarsed toiteallikad sobivad ideaalselt elektroonika jaoks, mida kasutatakse täppisrakenduste jaoks, nagu elektrilised muusikariistad, raadioid ja meditsiinitööriistu, samas kui lülitustoiteallikaid kasutatakse suure tõhususega olukordades, nagu arvuti toiteallikad, laadijad ja valgustus.