Различия линейных и импульсных источников питания

Обновлено: 21.11.2024

И линейный источник питания, и импульсный источник питания обеспечивают питание постоянным током для электрических и электронных цепей, но на этом сходство заканчивается. Решающим фактором, который отличает линейный источник питания от SMPS, является рабочий процесс. Линейный источник питания преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение с помощью трансформатора, а затем преобразует его в постоянное напряжение, в то время как импульсный источник питания сначала преобразует переменный ток в постоянный, а затем преобразует это постоянное напряжение в желаемое напряжение.

Источник питания с режимом переключения также сокращенно называется SMPS. SMPS чаще всего используется в мобильных зарядных устройствах, двигателях постоянного тока и т. д. Напротив, линейный источник питания используется в высокочастотных приложениях, таких как радиочастотные приложения и т. д.

Другим важным фактором, определяющим разницу между этими линейными источниками питания и импульсными источниками питания, является размер. Линейный блок питания громоздкий, а SMPS легкий. Это делает SMPS портативным и может быть легко использован в любом месте, в то время как линейный источник питания может использоваться только для лабораторных или больших электрических и электронных схем.

Мы обсудим некоторые более существенные различия между линейным и импульсным блоком питания в сравнительной таблице, но перед этим давайте осветим план этой статьи.

Содержание: Линейный источник питания и импульсные источники питания

Сравнительная таблица

< tr >

Параметры	Линейный источник питания	Импульсный источник питания (SMPS)
Определение	Сначала выполняет понижение переменного напряжения, затем преобразует его в постоянное.	Сначала преобразует входной сигнал в постоянный, а затем понижает напряжение до желаемого уровня.
Эффективность	Низкая эффективность, т.е. около 20-25%	Высокая эффективность, т.е. около 60-65%
Регулировка напряжения	Регулировка напряжения осуществляется регулятором напряжения.	Регулировка напряжения осуществляется цепью обратной связи.
Используется магнитный материал	Используется сердечник из стального сплава или CRGO	Используется ферритовый сердечник
Вес	Громоздкий.	Менее громоздкий по сравнению с линейным блоком питания.
Надежность	Более надежен по сравнению с SMPS.	его надежность зависит от транзисторов, используемых для переключения
Сложность	Менее сложная, чем импульсный источник питания.	Более сложная, чем линейный источник питания.
Переходная характеристика< /td>	Обладает более быстрым откликом.	Обладает более медленным откликом.
РЧ-помехи	Нет РЧ-помех< /td>	Необходимо радиочастотное экранирование, так как переключение создает больше радиопомех.
Шум и электромагнитные помехи	Он невосприимчив к шуму и электромагнитным помехам .	Влияние шума и электромагнитных помех весьма существенно, поэтому требуются фильтры электромагнитных помех.
Применение	Используется в звуковой частоте приложения и радиочастотные приложения.	Используется в зарядных устройствах мобильных телефонов, двигателях постоянного тока и т. д.

Определение

Линейный блок питания

Линейный источник питания — это цепь питания, которая используется в электрических и электронных схемах для подачи питания постоянного тока в цепь. Он состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя, схемы фильтра и регулятора напряжения.

Переменный ток всегда подается с высоким напряжением, потому что подавать переменный ток с высоким напряжением экономически выгодно. Частота сигнала переменного тока очень низкая, т.е. 50 Гц или 60 Гц. Для снижения напряжения переменного тока используется понижающий трансформатор. Размер трансформатора велик для линейного источника питания.

Трансформатор, который используется для понижения низкочастотного сигнала переменного тока, будет громоздким. Если частота сигнала переменного тока высокая, то можно использовать небольшой трансформатор, но в этом приложении сигнал переменного тока состоит из низкочастотного переменного тока, поэтому для схемы требуется большой размер и громоздкий трансформатор.

Затем понижающее напряжение передается в схему выпрямителя для преобразования его в постоянный ток. Напряжение постоянного тока, полученное от выпрямителя, состоит из импульсов переменного тока. Таким образом, для удаления пульсаций переменного тока используется схема фильтра.

Полученное напряжение постоянного тока не остается постоянным; он изменяется с изменением входного напряжения или значения нагрузочного резистора. Такое изменение выходного напряжения нежелательно. Поэтому после фильтрации сигнала используется регулятор напряжения.

Регулятор напряжения состоит из переменного резистора, значение которого изменяется в зависимости от требуемой мощности. Этот переменный резистор создает падение напряжения, когда требуемое выходное напряжение низкое.

Недостаток линейного источника питания

Недостаток линейного источника питания заключается в том, что для использования стабилизатора напряжения требуется сток, что увеличивает размер источника питания. Регулятор напряжения рассеивает мощность, из-за чего возникают омические потери, это увеличивает температуру, поэтому требуется радиатор.

Вследствие использования радиатора и трансформатора большого размера размер линейного блока питания становится больше, что делает блок питания громоздким в использовании. Кроме того, рассеяние на переменном резисторе снижает КПД линейного источника питания до 25-50%.

Импульсный источник питания

Импульсный источник питания работает по принципу переключения с использованием MOSFET-транзистора. Он состоит из схемы выпрямителя, схемы фильтра, прерывателя, контроллера прерывателя, выходного трансформатора и схемы фильтра.

Принцип работы импульсного источника питания основан на технике переключения. Низкочастотный переменный ток сначала преобразуется в постоянный сигнал. Затем этот сигнал постоянного тока прерывается с помощью прерывателя. Цепь прерывателя состоит из переключающего транзистора MOSFET, который включается или выключается с помощью схемы контроллера прерывателя.

Выход, полученный Чоппером, представляет собой высокочастотный сигнал постоянного тока. Теперь снова используется понижающий трансформатор для преобразования этого высокочастотного сигнала высокого напряжения в сигнал низкого напряжения. Понижающий трансформатор, используемый в этом случае, будет небольшого размера, поскольку трансформатор, используемый для работы с высокочастотными приложениями, имеет небольшие размеры.

Это преимущество использования схемы SMPS (импульсный источник питания). Блок питания этой конфигурации не является громоздким и, следовательно, портативным. Регулирование напряжения в SMPS осуществляется схемой обратной связи. Цепь обратной связи получает вход от выходного напряжения постоянного тока и подает сигнал на контроллер инвертора. Контроллер прерывателя генерирует стробирующий импульс в соответствии с выходным постоянным током.

Поэтому регулирование напряжения в SMPS не рассеивает мощность и, следовательно, не требует стока. Это увеличивает КПД источника питания SMPS, так как отсутствуют омические потери, а размер также мал. КПД SMP
S лежит в диапазоне 65-75%.

Ключевые различия между линейным источником питания и импульсным источником питания

Основное различие между линейным источником питания и SMPS заключается в том, что линейный источник питания сначала преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение переменного тока, а затем происходит процедура выпрямления. Напротив, SMPS сначала преобразует сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока, а затем происходит понижение сигнала напряжения.
В линейном источнике питания используется регулятор напряжения для регулирования выходного напряжения, а в импульсных источниках питания для регулирования напряжения используется цепь обратной связи.
Рассеиваемая мощность также играет ключевую роль в дифференциации линейного источника питания и SMPS. Линейный источник питания также рассеивает мощность и, следовательно, требует радиатора, но SMPS не требует радиатора, поскольку рассеивание мощности отсутствует.
Понижающий трансформатор, используемый в линейном питании, громоздкий, а в импульсных источниках питания понижающий трансформатор имеет малый вес.
Шумовые помехи больше в SMPS из-за коммутационного действия; это делает SMPS непригодными для аудио- и радиочастотных приложений. Линейный источник питания невосприимчив к шумовым помехам и поэтому используется в аудио- и радиочастотных приложениях.
Существует основное различие между эффективностью линейного источника питания и SMPS. КПД линейного источника питания низкий около 20-25% из-за омических потерь, а у ИИП высокий, т.е. около 65-75%.

Заключение

Линейный источник питания сначала понижает переменное напряжение, а затем преобразует его в постоянное, в то время как SMPS сначала преобразует в постоянное, а затем использует понижающий трансформатор для получения желаемого напряжения. У SMPS есть недостаток, заключающийся в том, что он создает шумовые помехи из-за переключения. Кроме того, переключение также создает электромагнитные помехи и радиочастотные помехи, таким образом, фильтры электромагнитных помех, а радиочастотное экранирование также используется вместе с цепью SMPS.

● Получите более полное представление о преимуществах и недостатках линейных источников питания.

● Узнайте больше о различиях между линейными блоками питания и импульсными блоками питания.

Источник питания постоянного тока также является линейным источником питания.

Мы определяем «линейный» как продолжение или расположение вдоль прямой или почти прямой линии. Мы также определяем его как переход от этапа к этапу в одной серии. Однако линейность также представляет собой математическое соотношение, которое мы графически представляем в виде прямой линии.

Кроме того, мы тесно связываем это свойство с пропорциональностью. Вы можете наблюдать примеры такого типа отношений в области физики.Одним из таких примеров является линейная зависимость между током и напряжением в источнике питания или электрическом проводнике.

Линейный блок питания

Линейный источник питания используется в различных приложениях. Его широкое использование напрямую связано с общей выгодной производительностью, которую он обеспечивает. Неудивительно, что в области электроники большинство дизайнеров и инженеров предпочитают использовать компоненты, зарекомендовавшие себя как успешные и долговечные. Это также относится к линейному источнику питания, поскольку это признанная и проверенная технология.

Хотя линейный источник питания, как правило, не так эффективен, как импульсный источник питания (SMPS), он обеспечивает более высокую производительность. Если вы внимательно изучите рынок электроники, вы увидите широкое использование линейных источников питания в приложениях, требующих строгого подавления шума.

Одной из таких областей, где мы видим линейные источники питания, является область аудио и видео, включая усилители. Поскольку линейный источник питания не создает шума и импульсов переключения, характерных для импульсных источников питания, он идеально подходит для таких чувствительных приложений.

Преимущества и недостатки линейного источника питания

Линейный блок питания имеет множество преимуществ, включая общую относительно низкую стоимость и более простую конструкцию. Однако, как и почти все существующие вещи, с преимуществами приходят недостатки. В случае линейного блока питания эти недостатки заключаются в более низком КПД и избыточном нагреве, что приравнивается к потерям.

Линейные источники питания надежны, просты, производят минимальный шум и экономичны в производстве. Линейные источники питания также называют линейными регуляторами (LR). Потребность в меньшем количестве компонентов для создания линейного источника питания позволяет упростить конструкцию и снизить производственные затраты. Это также означает, что дизайнеры и инженеры предпочитают их по одним и тем же причинам.

В соответствии с правилами механики и электроники устройство (линейный источник питания), в котором используется меньше компонентов, по своей природе будет вызывать меньше проблем. Эта повышенная надежность является еще одним преимуществом использования линейного источника питания.

Преимущества и недостатки линейного источника питания (продолжение)

Линейный блок питания идеально подходит для приложений с низким энергопотреблением, что делает его столь же непригодным для приложений с высоким энергопотреблением. Таким образом, недостатками линейных источников питания являются более высокие потери тепла, больший размер и меньшая эффективность по сравнению с SMPS.

Основной проблемой, связанной с неадекватностью линейного источника питания для приложений с высокой мощностью, является его размер и вес. Это связано с потребностью в больших трансформаторах и других крупных компонентах конструкции. Помимо недостатков размеров, существуют проблемы с большими потерями тепла при регулировании мощных нагрузок. Благодаря своей конструкции через силовой транзистор проходят большие выходные токи, и тепловая нагрузка требует радиаторов для рассеивания этой энергии.

Наконец, вопрос эффективности является одной из существенных проблем линейного источника питания при оценке проекта. Низкий КПД означает, что существует существенная разница между входным и выходным напряжением, что является решающим фактором при рассмотрении вопроса об использовании линейных источников питания в вашей конструкции. Существуют и другие факторы, такие как напряжение нагрузки и падение напряжения, при оценке линейного источника питания для вашей конструкции. Как правило, при оценке источников питания для конкретного приложения необходимо учитывать все факторы, а не только стоимость, эффективность и размер.

Линейный источник питания и импульсный источник питания

ИИП отличается от линейного источника питания тем, как он преобразует первичное переменное напряжение в выходное постоянное напряжение. SMPS использует силовой транзистор для создания высокочастотного напряжения, которое проходит через небольшой трансформатор, а затем фильтрует его для удаления шума переменного тока. Однако линейный источник питания выдает постоянный ток, распределяя основное напряжение переменного тока через трансформатор, а затем фильтруя его для устранения помех переменного тока.

ИИП обеспечивают более высокую эффективность, меньший вес, меньшие размеры, повышенную надежность и более широкий диапазон входного напряжения. Однако линейный источник питания, как правило, более экономичен, имеет меньшие возможности, больше по размеру, больше весит и менее эффективен.

В процентном отношении линейный источник питания обычно работает с КПД около 60 %, тогда как КПД SMPS составляет около 80 % или выше.

Линейный источник питания имеет более длительный исторический опыт по сравнению с SMPS. Однако линейный блок питания не лишен недостатков. В целом, требования к приложению обычно определяют, какой блок питания лучше всего соответствует вашим индивидуальным потребностям.

После того, как вы выберете тип источника питания, который лучше всего подходит для вашей конкретной схемы, вы можете смоделировать все аспекты поведения схемы с помощью интерфейсных функций проектирования от Cadence и мощного симулятора PSpice. После того, как вы спроектировали свои схемы, вы можете использовать приложение для моделирования PSpice и инструменты симулятора, чтобы изучить эффективность и другие параметры вашего линейного источника питания или SMPS.

Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нами и нашей командой экспертов. Вы также можете посетить наш канал YouTube, чтобы посмотреть видеоролики о моделировании и системном анализе, а также узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа.

Об авторе

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Следуйте на Linkedin Посетите веб-сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

Предыдущая статья

Net Management for Power Routing

В этой статье рассказывается о важности сетевого управления для маршрутизации питания на печатной плате и .

Следующая статья

Микропроцессор и интегральная схема - в чем разница?

Когда речь идет о микропроцессоре и интегральной схеме, существует много важных различий и конструкций.

Источники питания постоянного тока доступны либо в импульсном (также называемом импульсным), либо в линейном исполнении. Хотя оба типа обеспечивают питание постоянного тока, метод, используемый для получения этой мощности, отличается. В зависимости от применения каждый тип источника питания имеет преимущества перед другим. Давайте посмотрим на различия между этими двумя технологиями, а также на соответствующие преимущества и недостатки каждого дизайна.

Импульсный источник питания преобразует сетевую мощность переменного тока напрямую в напряжение постоянного тока без трансформатора, а это необработанное постоянное напряжение затем преобразуется в сигнал переменного тока более высокой частоты, который используется в цепи регулятора для получения желаемого напряжения. и текущий. Это приводит к тому, что трансформатор гораздо меньшего размера и легче для повышения или понижения напряжения, чем это было бы необходимо при частоте сети переменного тока 60 Гц. Эти трансформаторы меньшего размера также значительно более эффективны, чем трансформаторы на 60 Гц, поэтому коэффициент преобразования мощности выше.

Конструкция линейного источника питания подает линейное напряжение переменного тока на силовой трансформатор для повышения или понижения напряжения перед подачей на схему регулятора. Поскольку размер трансформатора косвенно пропорционален рабочей частоте, это приводит к тому, что блок питания становится больше и тяжелее.

Каждый тип работы источника питания имеет свои преимущества и недостатки. Импульсный источник питания на 80 % меньше и легче, чем соответствующий линейный источник питания, но он генерирует высокочастотный шум, который может создавать помехи для чувствительного электронного оборудования. В отличие от линейных блоков питания импульсные блоки питания способны выдерживать небольшие потери мощности переменного тока в диапазоне 10–20 мс, не влияя на выходы.

Линейный источник питания требует более крупных полупроводниковых устройств для регулирования выходного напряжения и, следовательно, выделяет больше тепла, что приводит к снижению энергоэффективности. Линейный блок питания обычно работает с КПД около 60% для выходного напряжения 24 В, тогда как импульсный блок питания работает с КПД 80% и более. Линейные источники питания имеют время отклика на переходные процессы до 100 раз меньше, чем их импульсные аналоги, что важно в некоторых специализированных областях.

В целом импульсный блок питания лучше всего подходит для портативного оборудования, поскольку он легче и компактнее. Поскольку электрический шум ниже и его легче сдерживать, линейный источник питания лучше подходит для питания чувствительных аналоговых схем.

Существует две основные конструкции блоков питания постоянного тока: линейные блоки питания постоянного тока и импульсные блоки питания постоянного тока. Традиционные линейные источники питания, как правило, тяжелые, прочные и имеют низкий уровень шума на низких и высоких частотах.По этой причине они в основном подходят для приложений с низким энергопотреблением, где вес не представляет проблемы. Импульсные источники питания намного легче, эффективнее, долговечнее и имеют ограниченный высокочастотный шум благодаря своей конструкции. По этой причине импульсные источники питания не подходят для высокочастотных аудио приложений, но отлично подходят для приложений с высокой мощностью. Кроме того, эти два типа в значительной степени взаимозаменяемы для различных приложений, и их изготовление стоит примерно одинаково. Импульсные источники питания в настоящее время используются более широко, чем линейные источники питания, мы видели, как некоторые интернет-продавцы говорили, что импульсные источники питания не подходят для гальваники (гальванизации) или ионизации, это вводит в заблуждение и не соответствует действительности.

Если вам интересно узнать больше о линейных источниках питания постоянного тока и импульсных источниках питания постоянного тока, прочитайте более подробное введение ниже.

Линейный источник питания постоянного тока

Линейные источники питания постоянного тока были основой преобразования энергии до конца 1970-х годов. С развитием технологии импульсных источников питания линейные источники питания сегодня менее популярны, но по-прежнему незаменимы в приложениях, требующих очень низких пульсаций и шума. В линейном источнике питания используется большой трансформатор для снижения напряжения от сети переменного тока до гораздо более низкого напряжения переменного тока, а затем используется ряд схем выпрямителя и процесс фильтрации для получения очень чистого постоянного напряжения. Это низкое напряжение постоянного тока затем регулируется до желаемого уровня напряжения путем снижения разности напряжений на транзисторе или ИС (шунтовой регулятор). Типичные области применения линейных источников питания постоянного тока включают, помимо прочего:

студийный микшер/усилитель звука

малошумящие усилители

сбор данных, включая датчики, мультиплексоры, аналого-цифровые преобразователи и схемы выборки и хранения.

автоматическое испытательное оборудование

лабораторное испытательное оборудование

везде, где требуется отличное регулирование и/или низкая пульсация

В течение трех десятилетий компания Mastech производит регулируемые линейные источники питания с исключительно низкими пульсациями и шумом по цене, которая намного ниже, чем у известных брендов. Наш успех привлек множество подражателей с похожими продуктами. За последние три года мы внедрили новые конструкции, которые выводят надежность и отказоустойчивость линейных источников питания постоянного тока на новый уровень. После трех лет испытаний мы рады подтвердить, что новая линейка линейных источников питания постоянного тока Volteq оправдала все наши ожидания в отношении регулирования напряжения и тока, шума и надежности и является предпочтительным линейным источником питания постоянного тока для большинство наших клиентов.

Если у вас есть звуковое приложение, вам следует использовать оригинальный дизайн линейных блоков питания постоянного тока Mastech для работы без вентилятора.

Для всех других применений мы рекомендуем линейные блоки питания постоянного тока Volteq из-за повышенной надежности благодаря защите от перенапряжения и обратного напряжения.

Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки.

Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору.

Переключение источника питания постоянного тока

Импульсные блоки питания постоянного тока были впервые представлены в конце 1970-х годов. Сегодня они являются самой популярной формой блоков питания постоянного тока на рынке благодаря исключительной энергоэффективности и отличной общей производительности. Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение с помощью процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Процесс ШИМ генерирует некоторый высокочастотный шум, но позволяет создавать импульсные источники питания с очень высокой энергоэффективностью и малым форм-фактором. Импульсный источник питания с хорошей конструкцией может иметь отличную стабилизацию нагрузки и сети. Типичные области применения переключения источников питания постоянного тока включают:

общецелевое использование, включая НИОКР, производство и испытания
применения с высокой мощностью/сильным током
системы связи, мобильные станции, сетевое оборудование и т. д.
гальваническое покрытие, анодирование, гальванопластика, электрофорез и т. д.
Зарядка и выравнивание литий-ионных аккумуляторов, авиационных, морских и автомобильных аккумуляторов
электролиз, переработка отходов, генератор водорода, топливные элементы и т. д.
Двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиационное и морское оборудование и т. д.

В течение трех десятилетий компания Mastech производит регулируемые импульсные источники питания с наименьшим уровнем шума и пульсаций в отрасли. Наши импульсные источники питания широко используются в научно-исследовательской и лабораторной среде из-за их исключительных шумовых характеристик. Выбор конструкции для минимизации шума имеет некоторые недостатки: более медленный отклик и большая чувствительность к обратной ЭДС от нагрузки.В результате импульсные источники питания Mastech не подходят для зарядки аккумуляторов, анодирования, применения светодиодов, гальваники (использование в качестве выпрямителей для гальваники) и анодирования, электролиза, гальванопластики, производства водорода и любых электрохимических применений.< /p>

Признавая недостатки, в 2012 году мы запустили новую линейку импульсных источников питания под торговой маркой Volteq, чтобы удовлетворить растущие потребности клиентов в зарядке аккумуляторов, применении светодиодов, двигателях постоянного тока, гальванике и анодировании, электролизе. и производство водорода, игровые автоматы, автомобильные, авиационные и морские приложения. Импульсные источники питания Volteq со встроенной защитой от перенапряжения и обратного напряжения прочны, как камень, и при этом обеспечивают превосходные характеристики шума и пульсаций благодаря использованию самых современных технологий.

Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .

Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору.

Читайте также: