pe 2024/08/28 287

Surse de alimentare liniare

În lumea electronică, sursele de alimentare sunt dispozitivele care se asigură că totul funcționează fără probleme și corect.Printre diferitele tipuri disponibile, sursele de alimentare liniare sunt cunoscute pentru furnizarea unui flux constant și fiabil de energie electrică, cu foarte puțin zgomot.Acest articol va explica modul în care funcționează sursele de energie liniară, din ce părți sunt făcute și unde sunt cele mai utile.De asemenea, le vom compara cu alte tipuri de surse de alimentare, ajutându-vă să înțelegeți de ce sunt încă alese pentru anumite situații, chiar dacă sunt disponibile opțiuni mai noi, mai eficiente din punct de vedere energetic.

Catalog

Figura 1: sursă de alimentare liniară

Ce este o sursă de alimentare liniară?

O sursă de alimentare liniară este un tip de dispozitiv de alimentare care oferă o ieșire constantă și constantă de tensiune prin reglarea continuă a rezistenței.Această metodă evită utilizarea comutării rapide, ceea ce o face mai simplă și ideală pentru furnizarea de energie curată și fiabilă la diverse dispozitive electronice.

Procesul începe cu un sistem de feedback care verifică constant tensiunea de ieșire.Această tensiune este comparată cu o tensiune de referință setată folosind un amplificator diferențial, un circuit care ajută la asigurarea preciziei.Dacă tensiunea de ieșire este diferită de referință, amplificatorul generează un semnal pentru a corecta diferența.Acest semnal controlează o parte numită element de trecere, care ar putea fi un tranzistor sau un tranzistor cu efect de câmp (FET).Elementul de trecere funcționează ca un rezistor variabil, reglându -și rezistența pentru a menține tensiunea la nivelul drept.

De exemplu, dacă tensiunea de intrare crește, elementul de trecere își crește rezistența pentru a preveni creșterea tensiunii de ieșire.Pe de altă parte, dacă tensiunea de intrare scade, elementul de trecere scade rezistența sa pentru a permite mai mult curent, asigurându -se că tensiunea de ieșire rămâne stabilă.

Această ajustare continuă asigură că sursa de alimentare oferă o tensiune constantă, chiar și atunci când tensiunea de intrare sau sarcina se modifică.Simplitatea sursei de alimentare liniare o face fiabilă și produce foarte puțin zgomot electric, ceea ce este util pentru dispozitivele care au nevoie de energie stabilă.Cu toate acestea, acest tip de sursă de alimentare este în general mai puțin eficient, deoarece energia suplimentară este eliberată ca căldură, ceea ce înseamnă că ar putea avea nevoie de sisteme de răcire mai mari și să folosească mai multă putere.

Componente ale unei surse de alimentare liniare

Figura 2: Componentele unei surse de alimentare liniare

Transformator de intrare al sursei de alimentare

Într -o sursă de alimentare liniară, transformatorul este prima componentă care interacționează cu puterea de curent alternativ din rețea.Principala sa meserie este să Schimbați tensiunea la un nivel potrivit pentru dispozitiv, fie prin coborârea acestuia (care este mai frecventă), fie prin creșterea acestuia, în funcție de nevoile dispozitivului.De asemenea, transformatorul oferă protecție prin separarea sursei de alimentare de rețea, reducând riscul de pericole electrice.În aplicații de putere mai mare, transformatorul poate fi destul de mare, ceea ce crește dimensiunea și greutatea totală a sursei de alimentare.În funcție de modul în care este proiectată sursa de alimentare, transformatorul poate avea una sau mai multe înfășurări secundare pentru a produce diferite tensiuni de ieșire.

Redresor

Odată ce transformatorul a ajustat tensiunea, puterea de curent alternativ trebuie transformată în putere DC, care se face de redresor.Rectificatorul este o parte crucială a sursei de alimentare și vine în diferite setări. Rectificarea pe jumătate a undei Utilizează o singură diodă pentru a converti doar o jumătate din ciclul AC în DC, ceea ce îl face mai puțin eficient și producând mai multe fluctuații ale producției, care sunt mai greu de netezite. Rectificare cu undă completă este mai eficient și folosește ambele jumătăți ale ciclului AC.Acest lucru se poate face cu un transformator cu centru și două diode sau cu o configurație de redresare a podului care folosește patru diode.Rectificatorul podului este mai des utilizat în proiectele moderne, deoarece este mai eficient.Rectificatorii moderni folosesc de obicei Diode semiconductoare Ca și diodele de joncțiune PN sau diodele Schottky.Diodele Schottky sunt adesea alese, deoarece pierd mai puțină tensiune atunci când curentul trece prin ele, ceea ce le face mai eficiente, deși pot permite scurgerea curentului și au un prag de tensiune mai mic înainte de a se descompune.

Condensator de netezire

După ce redresorul transformă AC în DC, ieșirea nu este perfect netedă și conține fluctuații ale tensiunii care nu sunt de dorit pentru majoritatea circuitelor electronice.Condensatorul de netezire ajută la chiar și aceste fluctuații prin încărcarea în timpul punctelor înalte ale formei de undă rectificate și eliberarea încărcării atunci când forma de undă scade.Acest lucru ajută la Mențineți tensiunea DC mai constantă.Deși condensatorul reduce considerabil fluctuațiile, nu le îndepărtează complet.Capacitatea condensatorului de a reduce aceste fluctuații depinde de dimensiunea acestuia și de cantitatea de curent pe care o necesită sarcina.

Regulator de tensiune

Regulatorul de tensiune este componenta principală a unei surse de alimentare liniare, asigurându -se că tensiunea de ieșire rămâne constantă, chiar dacă tensiunea de intrare sau sarcina se modifică.Există două tipuri principale de regulatori liniari: Regulator de șunt și regulator de serie.

Regulatorul de șunt este mai puțin obișnuit și funcționează prin plasarea unei componente variabile pe sarcină, care absoarbe un curent suplimentar pentru a menține tensiunea de ieșire constantă.Acest tip de regulator este utilizat atunci când este necesar un control precis al tensiunii, chiar dacă este posibil să nu fie foarte eficient.Datorită eficienței sale mai mici, este de obicei utilizat doar în situații specifice.

Regulatorul de serie este cel mai utilizat tip de regulator liniar.În această configurație, o rezistență variabilă este plasată în serie cu sarcina, iar circuitul de control ajustează rezistența pentru a menține tensiunea de ieșire dorită.Simplitatea și eficacitatea autorității de reglementare a seriei îl fac o alegere populară pentru multe proiecte liniare de alimentare.Oferă un control bun al tensiunii cu un design relativ simplu, ceea ce îl face potrivit pentru o gamă largă de utilizări.

Avantaje și dezavantaje ale surselor de energie liniară

Avantaje

Sursele de alimentare liniare au mai multe avantaje, în special în situațiile în care sunt necesare stabilitate și funcționare liniștită.Unul dintre principalele beneficii este că creează Foarte puțin zgomot.Spre deosebire de sursele de alimentare de comutare care activează și dezactivează rapid, sursele de alimentare liniare mențin curentul curgând constant.Această lipsă de comutare rapidă înseamnă că nu creează prea multe interferențe electromagnetice, ceea ce le face o alegere bună pentru dispozitive electronice delicate, cum ar fi sisteme audio, echipamente medicale și instrumente care au nevoie de măsurători precise.

Un alt beneficiu este al lor performanță fiabilă.Sursele de alimentare liniare sunt în jur de mult timp, iar tehnologia lor este binecunoscută și de încredere.Deoarece au fost folosiți de atâția ani, performanța lor este consecventă și bine înțeleasă.Inginerii și proiectanții pot conta pe aceste provizii pentru a funcționa în mod constant, ceea ce este foarte util în situațiile în care fiabilitatea este o necesitate.

Dezavantaje

Cu toate acestea, sursele de alimentare liniare au unele dezavantaje, în principal atunci când vine vorba de cât de bine folosesc energia și dimensiunea lor.Unul dintre cele mai mari dezavantaje este al lor Eficiență scăzută.Aceste livrări folosesc de obicei doar aproximativ 50% din energia de intrare în mod eficient, cealaltă jumătate fiind irosită, de obicei ca căldură.Această eficiență scăzută se întâmplă deoarece alimentarea controlează tensiunea prin scăparea de energie suplimentară, care risipește multă energie.

Această energie irosită duce la o altă problemă: Generarea de căldură .Energia care nu este utilizată creează căldură, care trebuie gestionată pentru a împiedica sursa de alimentare și dispozitivele conectate să se deterioreze.Acest lucru înseamnă adesea adăugarea unor piese suplimentare, cum ar fi chiuvetele de căldură sau ventilatoarele de răcire, ceea ce poate face designul mai complicat și crește costurile.

În cele din urmă, sursele de alimentare liniare sunt Mai mare și mai greu decât comutarea surselor de alimentare.Au nevoie de transformatoare mari pentru a reduce tensiunea și piesele suplimentare pentru a gestiona căldura, ceea ce face ca aceste surse de alimentare să fie voluminoase.Acesta poate fi un mare dezavantaj în situațiile în care spațiul și greutatea sunt importante, cum ar fi în dispozitivele portabile sau compacte.

Aplicații de surse liniare de alimentare

Figura 3: Aplicații ale unor surse de alimentare liniare

Sursele de alimentare liniare, deși nu sunt la fel de eficiente din punct de vedere energetic ca omologii lor de comutare, sunt adesea alese pentru situații specifice în care este necesară o putere constantă și fără zgomot.Aceste surse de alimentare sunt deosebit de utile în mediile în care este necesară o putere stabilă și curată, fără perturbările care pot veni cu surse de alimentare de comutare.

În echipamentele audio-vizuale, sursele de alimentare liniare sunt foarte utile pentru amplificatoare audio de înaltă calitate și dispozitive audio sensibile.Acestea oferă o ieșire netedă și constantă de tensiune, ceea ce este important pentru păstrarea intactă a calității sunetului.Sursele de alimentare de comutare pot introduce uneori zgomot și vârfuri care pot interfera cu semnalele audio, ceea ce duce la o distorsiune sonoră sau la interferențe nedorite.Din această cauză, sursele de alimentare liniare sunt preferate în sistemele audio de înaltă calitate, unde este important să menținem calitatea sunetului pur și clar.

În echipamentele de laborator, a avea o putere constantă și precisă este foarte importantă.Dispozitive precum sursele de alimentare de laborator, care sunt utilizate pentru a furniza ieșiri de tensiune constante și precise, se bazează adesea pe reglarea liniară.Stabilitatea oferită de sursele de alimentare liniare asigură că tensiunea rămâne consecventă, ceea ce este foarte important în mediile experimentale și de testare, unde chiar și mici modificări pot duce la rezultate incorecte.Aceste surse de alimentare sunt concepute pentru a oferi o putere curată, fără zgomot, care este necesară pentru măsurători și experimente sensibile care necesită un nivel ridicat de precizie.

Sursele de alimentare liniare sunt concepute pentru a oferi o tensiune constantă cu zgomot minim, ceea ce le face perfecte pentru situații în care calitatea puterii afectează în mod direct cât de bine funcționează un dispozitiv.Deși este posibil să nu fie la fel de eficiente din punct de vedere energetic ca sursele de alimentare, capacitatea lor de a oferi o putere stabilă și curată le face în special utile în aplicații specifice, sensibile la zgomot.Utilizarea lor în echipamentele audio-vizuale și de laborator arată modul în care calitatea puterii joacă un rol cheie în menținerea performanței și exactității în aceste setări.

Comparație cu alte tipuri de alimentare cu energie electrică

Sursele de alimentare liniare sunt utilizate pentru a schimba energia electrică de la o formă la alta, de obicei transformând curentul alternativ (AC) în curent direct (DC).Există mai multe tipuri de surse de alimentare, fiecare cu propriile caracteristici:

Figura 4: Surse de alimentare liniare nereglementate

Sursele de alimentare liniare nereglementate sunt tipul de bază.Acestea convertesc AC în DC, dar nu au caracteristici suplimentare pentru a menține tensiunea constantă.Aceasta înseamnă că tensiunea de ieșire se poate schimba dacă tensiunea de intrare se modifică sau dacă cantitatea de putere utilizată (încărcarea) se modifică.Dacă tensiunea de intrare crește, tensiunea de ieșire va crește și dacă sarcina crește, tensiunea de ieșire ar putea scădea.Din această cauză, aceste surse de alimentare nu sunt ideale pentru dispozitivele care au nevoie de o tensiune stabilă pentru a funcționa corect.

Figura 5: Sursă de alimentare cu ferroresonant

Sursele de alimentare Ferroresonant Utilizați o tehnică specială care implică câmpuri magnetice pentru a menține tensiunea de ieșire constantă.Ei fac acest lucru cu o combinație între un transformator și un circuit rezonant.Proprietățile magnetice ale transformatorului ajută la menținerea unei tensiuni de ieșire constante, chiar dacă tensiunea de intrare sau sarcina se modifică.Aceste surse de alimentare au, de asemenea, o protecție încorporată împotriva vârfurilor bruște de energie, ceea ce le face fiabile în locurile în care sursa de alimentare nu este stabilă.Cu toate acestea, acestea sunt de obicei mari și grele, ceea ce poate fi un dezavantaj în situațiile în care mărimea și greutatea contează.

Figura 6: Sursa de alimentare a modului de comutare (SMPS)

Sursele de alimentare cu modul de comutare (SMPS) sunt proiectate pentru a fi mai eficiente decât sursele de alimentare liniare.Ei funcționează prin trecerea rapidă a puterii de intrare și oprirea folosind întrerupătoare electronice precum tranzistoarele.Această metodă le permite să convertească puterea mai eficient, ceea ce înseamnă că produc mai puțină căldură și pot fi făcute mai mici și mai ușoare.Cu toate acestea, din cauza comutării de mare viteză, SMP-urile pot crea zgomot electric, care ar putea interfera cu alte dispozitive electronice din apropiere.SMP -urile sunt, de asemenea, mai complicate în proiectare și poate fi mai greu de remediat dacă ceva nu merge bine.

Concluzie

Sursele de alimentare liniare sunt încă o alegere accesibilă în situațiile în care este foarte necesară o sursă de alimentare constantă și fără zgomot.Proiectarea lor simplă și performanța de încredere le fac un favorit în zone precum echipamentele audio și testarea laboratorului.Cu toate acestea, acestea au compromisuri în ceea ce privește eficiența și dimensiunea energetică, de aceea este important să vă gândiți la ce le utilizați.Când comparăm sursele de alimentare liniare cu alte tipuri, devine clar că, deși este posibil să nu fie întotdeauna cea mai mare opțiune de economisire a energiei, capacitatea lor de a oferi o putere curată și constantă înseamnă că sunt încă utile în lumea tehnologică de astăzi.Înțelegând aceste diferențe, puteți lua decizii mai bune atunci când alegeți alimentarea potrivită pentru nevoile dvs. specifice.

Întrebări frecvente [FAQ]

1. Unde sunt utilizate sursele de alimentare liniare?

Sursele de alimentare liniare sunt utilizate în mod obișnuit în medii în care este foarte necesară puterea stabilă și cu zgomot redus.Aceasta include echipamente audio de înaltă calitate, dispozitive medicale, instrumente de laborator și instrumente de măsurare a preciziei, unde chiar și zgomotul electric mic poate interfera cu funcționarea sau exactitatea echipamentului.

2. Care este eficiența alimentării liniare?

Eficiența unei surse de alimentare liniare este în general scăzută, adesea în jur de 50% sau mai puțin.Acest lucru se datorează faptului că alimentarea cu energie electrică reglează tensiunea prin disiparea excesului de energie ca căldură, ceea ce duce la pierderi semnificative de energie.

3. Care sunt avantajele și dezavantajele unei surse de alimentare liniare?

Principalul avantaj al unei surse de alimentare liniare este capacitatea sa de a furniza energie curată, stabilă și cu zgomot redus, care este ideală pentru electronice sensibile.Dezavantajele includ eficiență scăzută, dimensiuni mari, datorită necesității disipatării căldurii, iar energia suplimentară irosită ca căldură.

4. Care sunt dezavantajele regulatorului de tensiune liniară?

Dezavantajele unui regulator de tensiune liniară includ eficiență scăzută, deoarece risipește multă putere ca căldură și incapacitatea sa de a intensifica tensiunea, ceea ce înseamnă că poate reduce tensiunea de la nivelul de intrare.În plus, pot necesita chiuvete mari sau sisteme de răcire pentru a gestiona căldura produsă, ceea ce le face voluminoase.

5. Care este cel mai eficient tip de alimentare?

Cel mai eficient tip de alimentare este sursa de alimentare în modul comutator (SMPS).Utilizează comutarea de înaltă frecvență pentru a converti puterea cu pierderi minime de energie, ceea ce duce la o eficiență mult mai mare în comparație cu sursele de alimentare liniare.