Diferència clau: SMPS vs font d'alimentació lineal
La majoria dels dispositius electrònics i elèctrics requereixen tensió de CC per funcionar. Aquests dispositius, especialment els dispositius electrònics amb circuits integrats, s'han de subministrar amb una tensió de CC fiable i sense distorsions perquè funcionin sense mal funcionament ni cremar-se. L'objectiu d'una font d'alimentació de CC és subministrar una tensió de CC neta a aquests dispositius. Les fonts d'alimentació de corrent continu es classifiquen en modes lineals i commutats, que són les topologies implicades per fer que l'alimentació de la xarxa de CA sigui de corrent continu suau. La font d'alimentació lineal utilitza un transformador per reduir directament la tensió de la xarxa de CA al nivell desitjat, mentre que SMPS converteix CA en CC mitjançant un dispositiu de commutació que ajuda a obtenir un valor mitjà del nivell de tensió desitjat. Aquesta és la diferència clau entre SMPS i font d'alimentació lineal.
Què és una font d'alimentació lineal?
En una font d'alimentació lineal, la tensió de CA de la xarxa es converteix directament en una tensió més baixa mitjançant un transformador reductor. Aquest transformador ha de gestionar una gran potència, ja que funciona a la freqüència de la xarxa de CA 50/60Hz. Per tant, aquest transformador és voluminós i gran, la qual cosa fa que la font d'alimentació sigui pesada i gran.
La tensió reduïda es rectifica i es filtra per obtenir la tensió de CC necessària per a la sortida. Com que la tensió a aquest nivell està sotmesa a variar en funció de les distorsions de la tensió d'entrada, es fa una regulació de tensió abans de la sortida. El regulador de tensió d'una font d'alimentació lineal és un regulador lineal, que sol ser un dispositiu semiconductor que actua com a resistència variable. El valor de la resistència de sortida canvia amb el requisit de potència de sortida, fent que la tensió de sortida sigui constant. Així, el regulador de tensió funciona com un dispositiu de dissipació de potència. La majoria de les vegades, dissipa l'excés de potència per fer constant la tensió. Per tant, el regulador de tensió hauria de tenir grans dissipadors de calor. Com a resultat, les fonts d'alimentació lineals es fan molt més pesades. A més, com a resultat de la dissipació de potència pel regulador de tensió com a calor, l'eficiència d'una font d'alimentació lineal cau fins a un 60%.
No obstant això, les fonts d'alimentació lineals no produeixen soroll elèctric a la tensió de sortida. Proporciona aïllament entre la sortida i l'entrada a causa del transformador. Per tant, les fonts d'alimentació lineals s'utilitzen per a aplicacions d' alta freqüència, com ara dispositius de radiofreqüència, aplicacions d'àudio, proves de laboratori que requereixen un subministrament sense soroll, processament de senyals i amplificadors.
Figura 01: font d'alimentació amb un regulador de tensió lineal
Què és SMPS?
SMPS (font d'alimentació en mode commutat) funciona amb un dispositiu de transistor de commutació. Al principi, l'entrada de CA es converteix en tensió de CC mitjançant un rectificador, sense reduir la tensió, a diferència d'una font d'alimentació lineal. Aleshores, la tensió de CC experimenta una commutació d' alta freqüència, normalment mitjançant un transistor MOSFET. És a dir, la tensió a través del MOSFET s'encén i s'apaga mitjançant el senyal MOSFET Gate, generalment un senyal d'amplada de pols modulada d'uns 50 kHz (bloc picador/inversor). Després d'aquesta operació de tall, la forma d'ona es converteix en un senyal de corrent continu pulsada. Després d'això, s'utilitza un transformador reductor per reduir la tensió del senyal DC polsat d' alta freqüència al nivell desitjat. Finalment, s'utilitzen un rectificador de sortida i un filtre per recuperar la tensió DC de sortida.
Figura 02: Diagrama de blocs d'un SMPS
La regulació de tensió a SMPS es fa mitjançant un circuit de retroalimentació que controla la tensió de sortida. Si el requeriment de potència de la càrrega és elevat, la tensió de sortida tendeix a augmentar. Aquest increment el detecta el circuit de retroalimentació del regulador i s'utilitza per controlar la relació d'encesa i apagada del senyal PWM. Per tant, la tensió mitjana del senyal canvia. Com a resultat, la tensió de sortida es controla perquè es mantingui constant.
El transformador reductor utilitzat a l'SMPS funciona a alta freqüència; així, el volum i el pes del transformador són molt inferiors als d'una font d'alimentació lineal. Això es converteix en un motiu important perquè un SMPS sigui molt més petit i lleuger que el seu homòleg de tipus lineal. A més, la regulació de tensió es fa sense dissipar l'excés de potència com a pèrdua ohmica o calor. L'eficiència de l'SMPS arriba al 85-90%.
Al mateix temps, un SMPS genera soroll d' alta freqüència a causa de l'operació de commutació del MOSFET. Aquest soroll es pot reflectir en la tensió de sortida; tanmateix, en alguns models avançats i cars, aquest soroll de sortida es mitiga fins a cert punt. A més, la commutació també crea interferències electromagnètiques i de radiofreqüència. Per tant, cal utilitzar blindatge de RF i filtres EMI als SMPS. Per tant, els SMPS no són aplicacions d'àudio i radiofreqüència adequades. Amb els SMPS es poden utilitzar equips menys sensibles al soroll, com ara carregadors de telèfons mòbils, motors de corrent continu, aplicacions d' alta potència, etc. El seu disseny més lleuger i petit fa que sigui convenient utilitzar-lo també com a dispositius portàtils.
Quina diferència hi ha entre SMPS i la font d'alimentació lineal?
SMPS vs font d'alimentació lineal |
|
| SMPS rectifica directament la xarxa CA sense reduir la tensió. A continuació, el CC convertit es commuta en alta freqüència per a un transformador més petit per reduir-lo al nivell de tensió desitjat. Finalment, el senyal de CA d' alta freqüència es rectifica a la tensió de sortida de CC. | La font d'alimentació lineal redueix la tensió al valor desitjat al principi mitjançant un transformador més gran. Després d'això, la CA es rectifica i es filtra per obtenir la tensió de sortida de CC. |
| Regulació de la tensió | |
| La regulació de la tensió es fa controlant la freqüència de commutació. La tensió de sortida és controlada pel circuit de retroalimentació i la variació de la tensió s'utilitza per al control de freqüència. | La tensió de CC rectificada i filtrada està sotmesa a una resistència de sortida d'un divisor de tensió per fer la tensió de sortida. Aquesta resistència es pot controlar mitjançant un circuit de retroalimentació que controla la variació de la tensió de sortida. |
| Eficiència | |
| La generació de calor a SMPS és relativament baixa, ja que el transistor de commutació funciona a les regions de tall i inanició. La petita mida del transformador de sortida també fa que la pèrdua de calor sigui petita. Per tant, l'eficiència és més alta (85-90%). | L'excés de potència es dissipa com a calor per fer que la tensió sigui constant en una font d'alimentació lineal. A més, el transformador d'entrada és molt més voluminós; així, les pèrdues del transformador són més elevades. Per tant, l'eficiència d'una font d'alimentació lineal és tan baixa com el 60%. |
| Build | |
| La mida del transformador d'un SMPS no ha de ser gran, ja que funciona en alta freqüència. Per tant, el pes del transformador també serà menor. Com a resultat, la mida i el pes d'un SMPS són molt inferiors a les d'una font d'alimentació lineal. | Les fonts d'alimentació lineals són molt més voluminoses, ja que el transformador d'entrada ha de ser gran a causa de la baixa freqüència amb què funciona. A mesura que es genera més calor en un regulador de tensió, també s'han d'utilitzar dissipadors de calor. |
| Distorsions de soroll i tensió | |
| SMPS genera un soroll d' alta freqüència a causa de la commutació. Això passa a la tensió de sortida, així com a la xarxa d'entrada de vegades. La distorsió harmònica a l'alimentació de la xarxa també podria ser possible als SMPS. | Les fonts d'alimentació lineals no produeixen soroll a la tensió de sortida. La distorsió harmònica és molt menor que la dels SMPS. |
| Aplicacions | |
| SMPS es pot utilitzar com a dispositius portàtils a causa de la petita construcció. Però com que genera un soroll d' alta freqüència, els SMPS no es poden utilitzar per a aplicacions sensibles al soroll, com ara aplicacions de RF i àudio. | Les fonts d'alimentació lineals són molt més grans i no es poden utilitzar per a dispositius portàtils. Com que no generen soroll i la tensió de sortida també és neta, s'utilitzen per a la majoria de les proves elèctriques i electròniques dels laboratoris. |
Resum: SMPS vs font d'alimentació lineal
SMPS i fonts d'alimentació lineals són dos tipus de fonts d'alimentació de CC que s'utilitzen. La diferència clau entre SMPS i la font d'alimentació lineal són les topologies utilitzades per a la regulació de la tensió i la baixada de tensió. Mentre que la font d'alimentació lineal converteix AC a baixa tensió al principi, SMPS primer rectifica i filtra la xarxa AC i després canvia a una AC d' alta freqüència abans de baixar. Com que el pes i la mida del transformador augmenten a mesura que disminueix la freqüència de funcionament, el transformador d'entrada de les fonts d'alimentació lineal és molt més pesat i més gran a diferència de l'SMPS. A més, com que la regulació de la tensió es fa amb dissipació de calor a través de resistències, les fonts d'alimentació lineals haurien de tenir dissipadors de calor que les facin encara més pesades. El regulador dels SMPS controla la freqüència de commutació per controlar la tensió de sortida. Per tant, els SMPS són de mida més petita i més lleugers de pes. Com que la generació de calor a SMPS és menor, la seva eficiència també és més alta.
Baixa la versió PDF de SMPS vs Linear Power Supply
Podeu baixar la versió PDF d'aquest article i utilitzar-la per a finalitats fora de línia segons les notes de citació. Si us plau, descarregueu la versió PDF aquí Diferència entre SMPS i font d'alimentació lineal.
