Sự khác biệt chính - SMPS và Nguồn điện tuyến tính
Hầu hết các thiết bị điện và điện đều yêu cầu điện áp DC để hoạt động. Các thiết bị này, đặc biệt là các thiết bị điện tử có mạch tích hợp, cần được cung cấp điện áp DC đáng tin cậy, ít biến dạng để chúng hoạt động mà không bị trục trặc hoặc cháy. Mục đích của nguồn điện một chiều là cung cấp điện áp một chiều sạch cho các thiết bị này. Nguồn điện DC được phân loại thành chế độ tuyến tính và chế độ chuyển mạch, đây là các cấu trúc liên quan để làm cho nguồn điện xoay chiều được cung cấp thành DC thông suốt. Nguồn điện tuyến tính sử dụng một máy biến áp để giảm trực tiếp điện áp nguồn AC thành mức mong muốn trong khi SMPS chuyển đổi AC thành DC bằng thiết bị chuyển mạch giúp thu được giá trị trung bình của mức điện áp mong muốn. Đây là điểm khác biệt chính giữa SMPS và nguồn điện tuyến tính.
Nguồn điện tuyến tính là gì?
Trong nguồn điện tuyến tính, điện áp xoay chiều nguồn được biến đổi trực tiếp thành điện áp thấp hơn bằng một máy biến áp hạ bậc. Máy biến áp này phải xử lý một công suất lớn vì nó hoạt động ở tần số nguồn điện xoay chiều 50 / 60Hz. Do đó, máy biến áp này cồng kềnh và lớn, làm cho bộ nguồn nặng và lớn.
Điện áp bậc thang sau đó được chỉnh lưu và lọc để có được điện áp DC cần thiết cho đầu ra. Vì điện áp ở mức này có thể thay đổi tùy thuộc vào sự biến dạng của điện áp đầu vào, nên việc điều chỉnh điện áp được thực hiện trước đầu ra. Bộ điều chỉnh điện áp trong nguồn điện tuyến tính là bộ điều chỉnh tuyến tính, thường là một linh kiện bán dẫn hoạt động như một biến trở. Giá trị điện trở đầu ra thay đổi theo yêu cầu công suất đầu ra, làm cho điện áp đầu ra không đổi. Như vậy, ổn áp hoạt động như một thiết bị tiêu tán công suất. Hầu hết thời gian, nó tiêu tán công suất dư thừa để làm cho điện áp không đổi. Do đó, bộ điều chỉnh điện áp cần có các tản nhiệt lớn. Kết quả là, các bộ nguồn tuyến tính trở nên nặng hơn nhiều. Hơn nữa, do sự tiêu tán điện năng của bộ điều chỉnh điện áp dưới dạng nhiệt, hiệu suất của nguồn điện tuyến tính giảm xuống khoảng 60%.
Tuy nhiên, nguồn điện tuyến tính không tạo ra nhiễu điện trên điện áp đầu ra. Nó cung cấp sự cách ly giữa đầu ra và đầu vào vì máy biến áp. Do đó, bộ nguồn tuyến tính được sử dụng cho các ứng dụng tần số cao như các thiết bị tần số vô tuyến, các ứng dụng âm thanh, các bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm yêu cầu nguồn cung cấp không nhiễu, xử lý tín hiệu và bộ khuếch đại.
Hình 01: Nguồn điện với Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính
SMPS là gì?
SMPS (nguồn điện ở chế độ chuyển mạch) hoạt động trên thiết bị bóng bán dẫn chuyển mạch. Lúc đầu, đầu vào AC được biến đổi thành điện áp DC bằng bộ chỉnh lưu, mà không làm giảm điện áp, không giống như trong nguồn điện tuyến tính. Sau đó, điện áp một chiều trải qua quá trình chuyển đổi tần số cao, thường là bởi một bóng bán dẫn MOSFET. Nghĩa là, điện áp qua MOSFET được bật và tắt bởi tín hiệu Cổng MOSFET, thường là tín hiệu điều chế độ rộng xung khoảng 50 kHz (chopper / khối nghịch lưu). Sau hoạt động cắt này, dạng sóng trở thành tín hiệu DC xung. Sau đó, một biến áp bước xuống được sử dụng để giảm điện áp của tín hiệu DC xung tần số cao xuống mức mong muốn. Cuối cùng, một bộ chỉnh lưu đầu ra và một bộ lọc được sử dụng để tạo lại điện áp DC đầu ra.
Hình 02: Sơ đồ khối của một SMPS
Việc điều chỉnh điện áp trong SMPS được thực hiện thông qua một mạch phản hồi giám sát điện áp đầu ra. Nếu yêu cầu công suất của tải cao, điện áp đầu ra có xu hướng tăng. Sự gia tăng này được phát hiện bởi mạch phản hồi bộ điều chỉnh và được sử dụng để điều khiển tỷ lệ bật-tắt của tín hiệu PWM. Do đó, điện áp tín hiệu trung bình thay đổi. Do đó, điện áp đầu ra được kiểm soát để giữ không đổi.
Biến áp hạ bậc được sử dụng trong SMPS hoạt động ở tần số cao; do đó, khối lượng và trọng lượng của máy biến áp nhỏ hơn nhiều so với nguồn điện tuyến tính. Điều này trở thành lý do chính để SMPS nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều so với đối tác loại tuyến tính của nó. Hơn nữa, việc điều chỉnh điện áp được thực hiện mà không làm tiêu hao năng lượng dư thừa như tổn thất Ohmic hoặc nhiệt. Hiệu quả của SMPS đạt 85-90%.
Đồng thời, SMPS tạo ra nhiễu tần số cao do hoạt động chuyển mạch của MOSFET. Tiếng ồn này có thể được phản ánh trong điện áp đầu ra; tuy nhiên, trong một số mô hình cao cấp và đắt tiền, tiếng ồn đầu ra này được giảm thiểu ở một mức độ nào đó. Hơn nữa, việc chuyển mạch cũng tạo ra nhiễu tần số vô tuyến và điện từ. Do đó, bắt buộc phải sử dụng bộ lọc RF và bộ lọc EMI trong SMPS. Do đó, SMPS không phải là ứng dụng âm thanh và tần số vô tuyến phù hợp. Có thể sử dụng các thiết bị ít nhạy cảm với tiếng ồn hơn như bộ sạc điện thoại di động, động cơ DC, các ứng dụng công suất cao, v.v. với SMPS. Thiết kế nhẹ hơn và nhỏ hơn giúp nó thuận tiện được sử dụng như các thiết bị di động.
Sự khác biệt giữa SMPS và Nguồn điện tuyến tính là gì?
SMPS so với Nguồn điện tuyến tính |
|
| SMPS điều chỉnh trực tiếp nguồn điện AC mà không làm giảm điện áp. Sau đó, DC được chuyển đổi được chuyển sang tần số cao cho một máy biến áp nhỏ hơn để giảm nó xuống mức điện áp mong muốn. Cuối cùng, tín hiệu AC tần số cao được chỉnh lưu thành điện áp đầu ra DC. | Nguồn điện tuyến tính làm giảm điện áp đến giá trị mong muốn lúc đầu bằng một máy biến áp lớn hơn. Sau đó, AC được chỉnh lưu và lọc để tạo ra điện áp DC đầu ra. |
| Quy định điện áp | |
| Điều chỉnh điện áp được thực hiện bằng cách điều khiển tần số chuyển mạch. Điện áp đầu ra được theo dõi bởi mạch phản hồi và sự biến đổi của điện áp được sử dụng để điều khiển tần số. | Điện áp một chiều được chỉnh lưu và lọc sẽ chịu điện trở đầu ra của bộ phân áp để tạo thành điện áp đầu ra. Điện trở này có thể được điều khiển bởi một mạch phản hồi giám sát sự thay đổi điện áp đầu ra. |
| Hiệu quả | |
| Sự sinh nhiệt trong SMPS tương đối thấp vì bóng bán dẫn chuyển mạch hoạt động ở vùng cắt và vùng đói. Kích thước nhỏ của biến áp đầu ra cũng làm cho tổn thất nhiệt nhỏ. Do đó, hiệu quả cao hơn (85-90%). | Điện năng dư thừa được tiêu tán dưới dạng nhiệt để làm cho điện áp không đổi trong nguồn điện tuyến tính. Hơn nữa, máy biến áp đầu vào cồng kềnh hơn nhiều; do đó, tổn thất máy biến áp cao hơn. Do đó, hiệu suất của nguồn điện tuyến tính thấp tới 60%. |
| Xây dựng | |
| Kích thước máy biến áp của SMPS không cần lớn vì nó hoạt động ở tần số cao. Do đó, trọng lượng của máy biến áp cũng sẽ ít hơn. Do đó, kích thước cũng như trọng lượng của SMPS thấp hơn nhiều so với nguồn điện tuyến tính. | Nguồn điện tuyến tính cồng kềnh hơn nhiều vì máy biến áp đầu vào phải lớn do tần số thấp mà nó hoạt động. Khi nhiệt được tạo ra nhiều hơn trong bộ điều chỉnh điện áp, nên sử dụng cả tản nhiệt. |
| Độ ồn và Biến dạng điện áp | |
| SMPS tạo ra tiếng ồn tần số cao do chuyển đổi. Điều này đi vào điện áp đầu ra, cũng như đôi khi đến nguồn điện đầu vào. Cũng có thể xảy ra hiện tượng méo hài trong nguồn điện lưới trong SMPS. | Bộ nguồn tuyến tính không tạo ra tiếng ồn trong điện áp đầu ra. Độ méo hài ít hơn nhiều so với SMPS. |
| Ứng dụng | |
| SMPS có thể được sử dụng như thiết bị di động do cấu trúc nhỏ. Nhưng vì nó tạo ra tiếng ồn tần số cao, SMPS không thể được sử dụng cho các ứng dụng nhạy cảm với tiếng ồn như các ứng dụng âm thanh và RF. | Bộ nguồn tuyến tính lớn hơn nhiều và không thể sử dụng cho các thiết bị di động. Vì chúng không tạo ra tiếng ồn và điện áp đầu ra cũng sạch nên chúng được sử dụng cho hầu hết các thử nghiệm điện và điện tử trong phòng thí nghiệm. |
Tóm tắt - SMPS vs Bộ nguồn tuyến tính
SMPS và Bộ nguồn tuyến tính là hai loại bộ nguồn DC đang được sử dụng. Sự khác biệt chính giữa SMPS và nguồn điện tuyến tính là cấu trúc liên kết được sử dụng để điều chỉnh điện áp và giảm điện áp. Trong khi nguồn điện tuyến tính chuyển đổi AC thành điện áp thấp ngay từ đầu, SMPS trước tiên sẽ chỉnh lưu và lọc nguồn AC, sau đó chuyển sang AC tần số cao trước khi bước xuống. Vì trọng lượng và kích thước của máy biến áp tăng lên khi tần số hoạt động giảm, máy biến áp đầu vào của bộ nguồn tuyến tính nặng hơn và lớn hơn nhiều không giống như trong SMPS. Ngoài ra, vì việc điều chỉnh điện áp được thực hiện với quá trình tản nhiệt thông qua các điện trở, các bộ nguồn tuyến tính nên có tản nhiệt khiến chúng thậm chí còn nặng hơn. Bộ điều chỉnh của SMPSs điều khiển tần số chuyển mạch để điều khiển điện áp đầu ra. Do đó, SMPS có kích thước nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn. Vì sự sinh nhiệt trong SMPS thấp hơn, hiệu quả của chúng cũng cao hơn.
Tải xuống Phiên bản PDF của SMPS và Cung cấp điện tuyến tính
Bạn có thể tải xuống phiên bản PDF của bài viết này và sử dụng nó cho mục đích ngoại tuyến theo ghi chú trích dẫn. Vui lòng tải xuống phiên bản PDF tại đây Sự khác biệt giữa SMPS và Nguồn điện tuyến tính.
