Käytät todennäköisesti älypuhelinta, kannettavaa tietokonetta tai tietokonetta päivittäin. Nämä elektroniset laitteet käyttävät tasavirtaa (DC) toimiakseen. Kuitenkin, koska kotitaloudet saavat normaalisti virtansa suurjännitteisellä vaihtovirralla (AC), tarvitset alentaa jännitettä ja muuntaa AC: ksi tasavirraksi käyttämällä virtalähdettä, kuten virtalähdettä tai laturia.
Yleisimmät nykyään käytetyt virtalähteet ovat lineaarinen ja hakkurivirtalähde. Kun tiedät, mitä käyttää tiettyihin sovelluksiin, elektroniikkasi pysyy turvassa ja toimii optimaalisesti.
Jatka lukemista alla saadaksesi vertailun lineaaristen ja hakkuriteholähteiden välillä.
Mitä ovat lineaariset ja hakkurivirtalähteet?
Lineaariset ja hakkurivirtalähteet ovat sähkölaitteita, joita käytetään DC-elektroniikkalaitteiden virtalähteeseen ja lataamiseen. Näiden laitteiden tehtävänä on tehdä kaksi asiaa: alentaa jännitettä ja muuntaa vaihtovirta tasavirtaan. Vaikka molemmat laitteet vähentävät ja tasasuuntaavat tehoa, ero siinä, miten ne suorittavat nämä tehtävät, tekee niistä parempia tiettyihin sovelluksiin.
Lineaarinen virtalähde on laite, jota käytetään hiljaisissa ja tarkkuustoiminnoissa. Sen raskaiden muuntajien ja analogisten suodattimien käyttö mahdollistaa sen, että tämä virtalähde tuottaa puhtaita jännitteitä alhaisen hyötysuhteen, raskaamman painon ja suuremman koon kustannuksella. Lineaarisia virtalähteitä käytetään parhaiten tallennuslaitteissa, sähköiset soittimet, lääketieteelliset laitteet ja korkean tarkkuuden laboratoriomittaustyökalut.
Hakkuri- tai kytkintilavirtalähdettä (SMPS) käytetään korkean hyötysuhteen ja suurvirran toimintoihin. Toisin kuin lineaariset virtalähteet, kytkentävirtalähteet käyttävät puolijohdekomponentteja sisääntulevien jännitteiden moduloimiseen ja säätelyyn. Nämä virtalähteet perustuvat suurtaajuiseen kytkentään tehotransistoreilla, mikä tekee niistä meluisia, mutta erittäin tehotehokkaita, kevyitä ja kompakteja. Hakkurivirtalähteitä käytetään usein tietokoneissa, puhelinlatureissa, valmistuslaitteissa ja monissa pienjänniteelektroniikkalaitteissa.
Kuinka lineaarinen virtalähde toimii
1950-luvulla saatavilla olevien puhtaasti analogisten komponenttien avulla lineaariset teholähteet joutuivat luottamaan raskaisiin tehomuuntajiin ja isoihin elektrolyyttikondensaattoreihin jännitteiden alentamiseksi ja tasasuuntaamiseksi. Vaikka transistorit olivat jo tuolloin massatuotettuja, korkeat vaihtovirtajännitteet tuottivat yksinkertaisesti liikaa lämpöä transistoreille.
Tässä on kaavio lineaarisesta virtalähteestä:
Lineaarinen virtalähde toimii kolmessa vaiheessa:
Vaihe 1: Pienennä tulevaa korkeaa AC-jännitettä muuntajan avulla.
Vaihe 2: Alennettu jännite kulkee sitten täyssiltatasasuuntaajan läpi, joka tasasuuntaa vaihtovirtajännitteen sykkiviksi tasajännitteiksi.
Vaihe 3: Sykkivät tasajännitesignaalit kulkevat induktoreista ja kondensaattoreista koostuvan suodattimen läpi. Tämä tasoitussuodatin poistaa sykkivän tasajännitteen signaalin vaihtelut, mikä tekee niistä käyttökelpoisia herkkien elektronisten laitteiden kanssa.
Kuinka hakkurivirtalähde toimii
Hakkuriteholähteet ovat monimutkaisia laitteita, jotka käyttävät puolijohdekomponentteja suurtaajuisen tehon kytkemiseen ja pienempää ferriittisydämistä muuntajaa. Tämäntyyppiset virtalähteet voivat nostaa ja laskea jännitteitä käyttämällä DC-takaisinkytkentäsilmukkaa lähtöjännitteiden ohjaamiseen.
Näin ne toimivat:
Vaihe 1: Korkeajännite AC tulee virtalähteeseen sulakkeesta ja EMC-suodattimesta koostuvan piirin suojamoduulin kautta. Sulake on tarkoitettu ylijännitesuojaukseen, ja EMC-suodatin suojaa piiriä suodattamattomasta vaihtovirrasta tulevilta signaalin aaltoilulta.
Vaihe 2: Kun on varmistettu, että piiri on hyvin suojattu, suurjännite AC johdetaan sitten toisen moduulin läpi, joka koostuu täyden sillan tasasuuntaajasta ja tasoituskondensaattorista. Täyssiltatasasuuntaaja muuntaa AC: n sykkiväksi tasavirraksi, jota sitten tasoitetaan kondensaattorilla.
Vaihe 3: Korkeajännitetasavirta lähetetään sitten PWM-ohjaimen kautta, joka ottaa palautetta ja ohjaa MOSFET-tehoa, joka säätelee jännitettä suurtaajuuskytkennällä. Kytkentä tekee myös suorasta tasavirrasta neliöaallon.
Vaihe 4: DC-neliöaalto tulee nyt ferriittisydänmuuntajaan ja muuttaa signaalit takaisin AC-neliöaaltoiksi.
Vaihe 5: AC-neliöaallot kulkevat siltatasasuuntaajan läpi, muuttaen signaalin sykkiväksi tasavirraksi ja ohjaten sen sitten tasoitussuodattimen läpi. Lopullista lähtöä käytetään sitten signaalien lähettämiseen PWM-ohjaimelle, joka muodostaa takaisinkytkentäsilmukan, joka säätelee lähtöjännitteitä.
Lineaarinen vs. Hakkurivirtalähteet
On useita syitä, miksi virtalähde valitaan käytettäväksi tietyissä sovelluksissa. Näitä ovat usein tehokkuus, melu, luotettavuus ja korjattavuus, koko ja paino sekä kustannukset. Nyt kun sinulla on yleinen käsitys niiden toiminnasta, tässä on, kuinka niiden tapa käsitellä energiaa vaikuttaa niiden suorituskykyyn ja käytettävyyteen tietyissä sovelluksissa.
Tehokkuus
Koska sähkön täytyy kulkea useiden sähköisten ja elektronisten komponenttien läpi, jännitteiden tasaus- ja säätöprosessissa on aina tehottomuutta. Mutta kuinka paljon?
Mittauksesta riippuen hakkuriteholähteiden hyötysuhde voi olla 80 - 92 %. Tämä tarkoittaa, että laitteesi voi tuottaa 80–92 % niihin käyttämästäsi energiasta. Sen tehokkuus tulee käyttämällä pienempiä mutta tehokkaita komponentteja, jotka säätelevät jännitteitä korkeataajuisella matalajännitekytkimellä.
Sitä vastoin lineaarinen teholähde voi olla vain 50 - 60 % energiatehokas, koska siinä käytetään suurempia ja vähemmän tehokkaita komponentteja.
Signaalin kohina ja aaltoilu
Vaikka lineaariset virtalähteet ovat tehottomia, ne kompensoivat tehottomuutensa vakailla, puhtailla ja hiljaisilla signaalilähdöillä. Lineaarisen virtalähteen analogisten komponenttien käyttö mahdollistaa sähkön käsittelyn tasaisesti ja ei-kytkentäisellä tavalla, mikä tekee niiden lähdöstä alhaisen aaltoilun tai hiljaisen.
Toisaalta hakkuriteholähteet luottavat matalan jännitteen suurtaajuiseen kytkentään lämmön vähentämiseksi, paremman hyötysuhteen saavuttamiseksi – ja paljon melua! Signaalikohinan määrä riippuu tietyn hakkuriteholähteen rakenteesta ja laadusta.
Koko ja paino
Virtalähteen koko ja paino voivat vaikuttaa voimakkaasti sen käyttöön pienissä elektronisissa laitteissa. Koska lineaariset virtalähteet käyttävät raskaita ja tilaa vieviä komponentteja, niiden käyttö huomaamattomissa elektronisissa laitteissa on mahdotonta, ellet käytä virtalähdettä laturina.
Hakkuriteholähteiden osalta, koska niissä käytetään pieniä ja kevyitä komponentteja, ne voidaan suunnitella riittävän pieniksi integroitaviksi jo pienempiin laitteisiin. Hakkurivirtalähteen alhainen paino ja pieni koko yhdistettynä sen virrantehokkuuteen tekevät siitä soveltuvan suureen osaan kädessä pidettävistä elektronisista laitteista.
Luotettavuus ja korjattavuus
Pienemmillä osilla, jotka voivat rikkoutua käytön aikana, lineaariset virtalähteet tarjoavat tasaisen ja luotettavan tehon. Yleisempien elektronisten komponenttien suunnittelun ja käytön yksinkertaisuus helpottaa osien hankintaa ja lineaaristen tarvikkeiden korjaamista.
Koska komponentit ovat huomattavasti herkempiä, kytkentävirtalähteet hajoavat todennäköisemmin ennen lineaarista virtalähdettä. Hyvä suunnittelu ja laadukkaiden komponenttien käyttö voivat kuitenkin tehdä hakkuriteholähteistä erittäin luotettavia, ehkä jopa yhtä luotettavia kuin lineaariset teholähteet. Hakkurivirtalähteiden todellinen ongelma on, että niitä on yhä vaikeampi korjata, mitä monimutkaisempi niiden rakenne on.
Kustannustehokkuus
Aiemmin lineaariset virtalähteet olivat kustannustehokkaampi laite yksinkertaisen suunnittelun ja pienempien komponenttien käytön vuoksi. Se ei myöskään auttanut, että puolijohdekomponenttien valmistus oli kallista. Kuitenkin kanssa puolijohteiden kysyntä kasvaa, valmistajat pystyivät skaalaamaan ja valmistamaan puolijohdekomponentteja eksponentiaalisesti halvempia kuin ennen. Tämä puolestaan tekee monista hakkuriteholähteistä kustannustehokkaampia kuin lineaariset teholähteet.
Käytä sopivaa virtalähdettä
Siinä on siis kaikki, mitä sinun tulee tietää lineaarisista ja kytkentävirtalähteistä. Varmistaaksesi, että elektroniset laitteet ovat turvallisia, käytä aina laitteen mukana tulleita alkuperäisiä latureita, mutta jos niitä ei ole saatavilla, voit aina ostaa virtalähteen.
Muista ennen ostamista, että lineaariset virtalähteet ovat ihanteellisia elektroniikkaan, jota käytetään tarkkuussovelluksissa, kuten sähköisissä soittimissa, radioita ja lääketieteellisiä työkaluja, kun taas kytkentävirtalähteitä käytetään korkean hyötysuhteen tilanteissa, kuten tietokoneiden virtalähteissä, latureissa ja valaistus.
