Du använder sannolikt en smartphone, bärbar dator eller persondator dagligen. Dessa elektroniska enheter använder likström (DC) för att fungera. Men eftersom hushåll normalt drivs av högspänningsväxelströmmar (AC), behöver du för att sänka spänningen och konvertera AC till DC genom att använda en strömkälla som t.ex. din elbricka eller laddare.
De vanligaste nätaggregaten som används idag är linjära och switchade strömförsörjningar. Att veta vilken som ska användas för specifika applikationer kommer att hålla din elektronik säker och fungera optimalt.
Fortsätt läsa nedan för en jämförelse mellan linjära och växlande strömförsörjningar.
Vad är linjära och switchande nätaggregat?
Linjära och switchande strömförsörjningar är elektriska enheter som används för att driva och ladda elektroniska DC-enheter. Dessa enheter har till uppgift att göra två saker: sänka spänningen och omvandla AC till DC. Även om båda enheterna sänker och korrigerar strömmen, gör skillnaden i hur de utför dessa uppgifter dem bättre lämpade för vissa applikationer.
En linjär strömförsörjning är en enhet som används i lågbrus- och precisionsoperationer. Dess användning av tunga transformatorer och analoga filter gör att denna strömförsörjning kan mata ut rena spänningar till priset av låg effektivitet, tyngre vikt och större storlek. Linjär strömförsörjning används bäst i inspelningsutrustning, elektriska musikinstrument, medicinsk utrustning och laboratoriemätverktyg med hög precision.
En switching eller switch mode power supply (SMPS) används för högeffektiva och högströmsdrifter. Till skillnad från linjära strömförsörjningar, använder switchande strömförsörjningar användningen av halvledarkomponenter för att modulera och reglera inkommande spänningar. Dessa nätaggregat förlitar sig på högfrekvensväxling med krafttransistorer, vilket gör dem bullriga men mycket strömsnåla, lätta och kompakta. Växlande strömförsörjning används ofta i datorer, telefonladdare, tillverkningsutrustning och många elektroniska lågspänningsenheter.
Hur ett linjärt nätaggregat fungerar
Med användning av rent analoga komponenter som fanns tillgängliga på 50-talet, var linjära strömförsörjningar tvungna att förlita sig på tunga krafttransformatorer och skrymmande elektrolytiska kondensatorer för att sänka och likrikta spänningar. Även om transistorer redan var masstillverkade då, producerade höga AC-spänningar helt enkelt för mycket värme för transistorer att hantera.
Här är ett schema över en linjär strömförsörjning:
En linjär strömförsörjning fungerar i tre steg:
Steg 1: Sänk den inkommande höga växelspänningen genom att använda en transformator.
Steg 2: Den sänkta spänningen går sedan genom en helbrygga likriktare, som likriktar växelspänningen till pulserande likspänningar.
Steg 3: De pulserande DC-spänningssignalerna passerar genom ett filter som består av induktorer och kondensatorer. Detta utjämningsfilter tar bort signalfluktuationerna från en pulserande likspänning, vilket gör dem användbara för känsliga elektroniska enheter.
Hur en switchande strömförsörjning fungerar
Switchande nätaggregat är komplexa enheter som använder solid-state-komponenter för att utföra högfrekvent strömväxling och en mindre ferritkärntransformator. Dessa typer av nätaggregat kan höja och sänka spänningen genom att använda en DC-återkopplingsslinga för att styra utspänningarna.
Så här fungerar de:
Steg 1: Högspänningsväxelströmmen kommer in i strömförsörjningen genom en kretsskyddsmodul som består av en säkring och ett EMC-filter. Säkringen är avsedd för överspänningsskydd och EMC-filtret skyddar kretsen från signalen som kommer från den ofiltrerade växelströmmen.
Steg 2: Efter att ha sett till att kretsen är väl skyddad, leds högspänningsväxelströmmen genom den andra modulen som består av en helbrygga likriktare och utjämningskondensator. Helbrygglikriktaren omvandlar AC till pulserande DC, som sedan utjämnas av en kondensator.
Steg 3: Högspänningslikströmmen skickas sedan genom en PWM-drivrutin, som tar feedback och styr en effekt-MOSFET som reglerar spänningen genom högfrekvensomkoppling. Omkopplingen gör också den raka likströmmen till en fyrkantsvåg.
Steg 4: Likströmsfyrkantvågen går nu in i en ferritkärntransformator och omvandlar signalerna tillbaka till växelströmsfyrkantvågor.
Steg 5: AC-fyrkantvågorna passerar genom en brygglikriktare, omvandlar signalen till pulserande DC och passerar sedan genom ett utjämningsfilter. Den slutliga utgången används sedan för att skicka signaler till PWM-drivrutinen, som gör en återkopplingsslinga som reglerar utspänningarna.
Linjär vs. Byta strömförsörjning
Det finns olika anledningar till varför en strömförsörjning väljs för att användas på specifika applikationer. Dessa inkluderar ofta effektivitet, buller, tillförlitlighet och reparerbarhet, storlek och vikt och kostnad. Nu när du har en allmän uppfattning om hur de fungerar, här är hur deras sätt att bearbeta energi påverkar deras prestanda och användbarhet i vissa applikationer.
Effektivitet
Eftersom elektricitet måste passera genom en serie av elektriska och elektroniska komponenter, kommer processen att likrikta och reglera spänningar alltid ha ineffektivitet. Men hur mycket?
Beroende på hur de är klassade kan byte av strömförsörjning ha en verkningsgrad på 80 - 92%. Det betyder att din enhet kan mata ut 80 - 92 % av den energi du har lagt på dem. Dess effektivitet kommer från att använda mindre men effektiva komponenter som reglerar spänningar genom högfrekvent lågspänningsomkoppling.
Däremot kan en linjär strömförsörjning endast vara 50 - 60 % energieffektiv på grund av dess användning av större och mindre effektiva komponenter.
Signalbrus och Ripple
Även om de är ineffektiva, kompenserar linjära nätaggregat för sin ineffektivitet genom sina stabila, rena, lågbrusiga signalutgångar. Ett linjärt nätaggregats användning av analoga komponenter gör det möjligt för dem att bearbeta elektriciteten på ett smidigt och icke-switchande sätt, vilket gör att deras utgång ger låg rippel eller låg brus.
Å andra sidan förlitar sig strömförsörjning på högfrekvent omkoppling av låga spänningar för att minska värmen, ha bättre verkningsgrad – och producera mycket brus! Mängden signalbrus beror på designen och kvaliteten på den specifika strömförsörjningen i switchläge.
Storlek och vikt
Storleken och vikten av en strömförsörjning kan kraftigt påverka dess tillämpning på mindre elektroniska enheter. Eftersom linjära nätaggregat använder tunga och skrymmande komponenter är det omöjligt att använda dem på diskreta elektroniska enheter om du inte använder nätaggregatet som laddare.
När det gäller byte av strömförsörjning, eftersom de använder små och lätta komponenter, kan de designas för att vara tillräckligt små för att integreras i redan mindre enheter. Ett switchande nätaggregats låga vikt och ringa storlek i kombination med dess strömeffektivitet är det som gör det tillämpbart på de flesta handhållna elektroniska enheter.
Tillförlitlighet och reparerbarhet
Med mindre delar som kan gå sönder under drift erbjuder linjära strömförsörjningar konsekventa och pålitliga utgångar. Enkelheten i design och användning av vanligare elektroniska komponenter gör det lättare för människor att köpa delar och reparera linjära förbrukningsmaterial.
Med mer känsliga komponenter är det mer sannolikt att byta strömförsörjning går sönder innan en linjär strömförsörjning skulle göra det. Men bra design och användningen av kvalitetskomponenter kan göra växling av strömförsörjning mycket pålitlig, kanske till och med lika pålitlig som linjär strömförsörjning. Det verkliga problemet med att byta strömförsörjning är att de är allt svårare att reparera ju mer komplex designen är.
Kostnadseffektivitet
Tidigare var linjära nätaggregat den mer kostnadseffektiva enheten på grund av deras enkla design och användning av mindre komponenter. Det hjälpte inte heller att tillverkning av halvledarkomponenter var dyra. Dock med halvledare är mer efterfrågade, kunde tillverkare skala och göra solid state-komponenter exponentiellt billigare än tidigare. Detta gör i sin tur många växlande strömförsörjningskonstruktioner mer kostnadseffektiva än linjära strömförsörjningsenheter.
Använda lämplig strömförsörjning
Så det är ungefär allt du behöver veta om linjära och switchade nätaggregat. För att säkerställa att dina elektroniska enheter är säkra, använd alltid de originalladdare som följde med enheten, men om de inte är tillgängliga kan du alltid köpa en nätadapter.
Innan du köper, kom ihåg att linjära nätaggregat är idealiska för elektronik som används för precisionstillämpningar som elektriska musikinstrument, radioapparater och medicinska verktyg, medan byte av strömförsörjning används för högeffektiva situationer som datorströmförsörjning, laddare och belysning.
