на 2024/08/28 284

Лінійні джерела живлення

У світі електроніки живлення - це пристрої, які гарантують, що все працює безперебійно і правильно.Серед різних наявних типів лінійні джерела живлення відомі тим, що забезпечують постійний та надійний потік електроенергії з дуже малою шумом.Ця стаття пояснить, як працюють лінійні джерела живлення, з яких частин вони зроблені, і де вони є найбільш корисними.Ми також порівнюємо їх з іншими видами живлення, допомагаючи зрозуміти, чому вони все ще вибираються для певних ситуацій, навіть якщо доступні новіші, енергоефективніші варіанти.

Каталог

Малюнок 1: Лінійний живлення

Що таке лінійне джерело живлення?

Лінійний джерело живлення - це тип живлення, який забезпечує постійний і послідовний вихід напруги шляхом постійного регулювання опору.Цей метод дозволяє уникнути використання швидкого перемикання, що робить його простішим та ідеальним для доставки чистої та надійної потужності на різні електронні пристрої.

Процес починається з системи зворотного зв'язку, яка постійно перевіряє вихідну напругу.Ця напруга порівнюється з встановленою опорною напругою за допомогою диференціального підсилювача, схеми, яка допомагає забезпечити точність.Якщо вихідна напруга відрізняється від еталону, підсилювач генерує сигнал для виправлення різниці.Цей сигнал керує частиною, який називається елементом проходу, яка може бути транзистором або транзистором польового ефекту (FET).Елемент проходу працює як змінний резистор, коригуючи його опір, щоб підтримувати напругу на правильному рівні.

Наприклад, якщо вхідна напруга збільшується, елемент проходу збільшує його опір, щоб запобігти зростанню вихідної напруги.З іншого боку, якщо вхідна напруга зменшується, елемент проходу знижує його опір, щоб забезпечити більший струм, гарантуючи, що вихідна напруга залишається стабільною.

Це постійне регулювання гарантує, що джерело живлення забезпечує постійну напругу, навіть коли змінюється напруга або навантаження вхідної роботи.Простота лінійного джерела живлення робить його надійним і видає дуже мало електричного шуму, що корисно для пристроїв, які потребують стабільної потужності.Однак цей тип джерела живлення, як правило, менш ефективний, оскільки додаткова енергія вивільняється як тепло, а це означає, що йому можуть знадобитися більші системи охолодження та використовувати більше енергії.

Компоненти лінійного джерела живлення

Малюнок 2: Компоненти лінійного джерела живлення

Вхідний трансформатор живлення

У лінійному джерелі живлення трансформатор - це перший компонент, який взаємодіє з потужністю змінного струму з мережі.Його основна робота - Змініть напругу До рівня, який підходить для пристрою, або знижуючи його (що частіше), або збільшуючи його, залежно від потреб пристрою.Трансформатор також забезпечує захист шляхом відокремлення джерела живлення від мережі, зменшуючи ризик електричних небезпек.У більш високих потужностях трансформатор може бути досить великим, що збільшує загальний розмір та вагу живлення.Залежно від того, як розроблено джерело живлення, трансформатор може мати Один або більше вторинних обмоток для виробництва різних вихідних напруг.

Випрямляч

Після того, як трансформатор регулював напругу, потужність змінного струму потребує перетворення в потужність постійного струму, що робиться випрямлячем.Випрямляч - важлива частина джерела живлення, і він поставляється в різних установах. Напівхвильове випрямлення Використовує один діод для перетворення лише половини циклу змінного струму в постійний струм, що робить його менш ефективним і створюючи більше коливань у виході, які важче згладити. Повнохвильове випрямлення є більш ефективним і використовує обидві половини циклу змінного струму.Це можна зробити за допомогою центрального трансформатора та двох діодів або при налаштуванні мосту випрямляча, яка використовує чотири діоди.Міст випрямляч частіше використовується в сучасних конструкціях, оскільки він є більш ефективним.Сучасні випрямники зазвичай використовують напівпровідникові діоди як діоди PN Junction або Diodes Schottky.Діоди Schottky часто вибирають, оскільки вони втрачають меншу напругу, коли струм проходить через них, що робить їх більш ефективними, хоча вони можуть дозволити деякий струм просочитись і мати менший поріг напруги, перш ніж вони руйнуються.

Згладжування конденсатора

Після того, як випрямляч перетворює змінного струму в постійний струм, вихід не є ідеально гладким і містить коливання напруги, які не бажані для більшості електронних схем.Розгладжуючий конденсатор допомагає навіть ці коливання Зарядаючи під час високих точок випрямленої форми хвилі та випуску заряду, коли форма хвилі падає.Це допомагає Зберігайте напругу постійного струму більш стійким.Хоча конденсатор значно зменшує коливання, він не повністю їх видаляє.Здатність конденсатора зменшувати ці коливання залежить від його розміру та кількості струму, який вимагає навантаження.

Регулятор напруги

Регулятор напруги є основним компонентом лінійного джерела живлення, гарантуючи, що вихідна напруга залишається стійкою, навіть якщо вхідна напруга або зміна навантаження.Існує два основні типи лінійних регуляторів: Регулятор шунта та регулятор серії.

Регулятор шунта є рідше і працює, розміщуючи змінний компонент через навантаження, який поглинає додатковий струм, щоб підтримувати вихідну напругу стійкою.Цей тип регулятора використовується, коли потрібен точний контроль напруги, навіть якщо він може бути не дуже ефективним.Через свою нижчу ефективність, як правило, використовується лише в конкретних ситуаціях.

Регулятор серії - це найбільш широко використовуваний тип лінійного регулятора.У цій установці змінний опір розміщується послідовно з навантаженням, а схема управління регулює опір для підтримки потрібної вихідної напруги.Простота та ефективність регулятора серії роблять його популярним вибором для багатьох лінійних конструкцій живлення.Він забезпечує хороший контроль напруги з відносно простим дизайном, що робить його придатним для широкого спектру використання.

Переваги та недоліки лінійних джерел живлення

Переваги

Лінійні джерела живлення мають кілька переваг, особливо в ситуаціях, коли необхідні стабільність та спокійна експлуатація.Однією з головних переваг є те, що вони створюють Дуже мало шуму.На відміну від комутаційних джерел живлення, які швидко вмикають і вимикають струм, лінійні джерела живлення постійно протікають струм.Ця відсутність швидкого перемикання означає, що вони не створюють багато електромагнітних перешкод, що робить їх хорошим вибором для делікатних електронних пристроїв, таких як аудіосистеми, медичне обладнання та інструменти, які потребують точних вимірювань.

Ще одна перевага - це їх Надійна продуктивність.Лінійні джерела живлення існують давно, і їх технологія добре відома та надійна.Оскільки вони використовуються стільки років, їхня діяльність є послідовною та добре зрозумілими.Інженери та дизайнери можуть розраховувати на те, що ці запаси працюють послідовно, що дуже корисно в ситуаціях, коли надійність є обов'язковою.

Недоліки

Однак лінійні джерела живлення мають деякі недоліки, головним чином, коли мова йде про те, наскільки добре вони використовують енергію та їх розмір.Одним з найбільших недоліків є їх низька ефективність.Ці запаси зазвичай використовують лише близько 50% вхідної енергії, а інша половина витрачається, як правило, як тепло.Ця низька ефективність відбувається через те, що живлення контролює напругу, позбавляючись від додаткової енергії, що витрачає багато енергії.

Ця витрачена енергія призводить до іншої проблеми: Генерування тепла .Енергія, яка не використовується, створює тепло, яке потрібно встигнути, щоб утримати джерело живлення та підключених пристроїв від пошкодження.Це часто означає додавання додаткових деталей, таких як тепловідвідники або вентилятори охолодження, що може зробити дизайн більш складною та збільшити витрати.

Нарешті, лінійні джерела живлення є більший і важчий ніж перемикання джерел живлення.Їм потрібні великі трансформатори для зменшення напруги та додаткових деталей для управління теплом, що робить ці джерела живлення об'ємними.Це може бути великим недоліком у ситуаціях, коли важливі місця та вага, наприклад, у портативних або компактних пристроях.

Застосування лінійних джерел живлення

Малюнок 3: Застосування лінійних джерел живлення

Лінійні джерела живлення, хоча і не такі енергоефективні, як їхні комутаційні аналоги, часто вибираються для конкретних ситуацій, коли необхідна стійка і без шумової потужності.Ці джерела живлення особливо корисні в умовах, де потрібна стабільна та чиста потужність без перебоїв, які можуть бути перемикаючи джерело живлення.

У аудіовізуальному обладнанні лінійні джерела живлення дуже корисні для високоякісних аудіо-підсилювачів та чутливих аудіопристроїв.Вони забезпечують плавний і стійкий вихід напруги, що важливо для збереження якості звуку недоторканим.Перемикання джерел живлення іноді може вводити шум та шипи, які можуть заважати аудіосигналам, що призводить до спотворення звуку або небажаних перешкод.Через це лінійні джерела живлення віддають перевагу в аудіо-системах високого класу, де важливо зберегти якість звуку чистою та чіткою.

У лабораторному обладнанні дуже важлива послідовна та точна потужність.Такі пристрої, як лабораторні джерела живлення, які використовуються для забезпечення постійних та точних виходів напруги, часто покладаються на лінійне регулювання.Стабільність, що пропонується лінійними джерелами живлення, гарантує, що напруга залишається послідовною, що дуже важливо в експериментальних та тестувальних середовищах, де навіть невеликі зміни можуть призвести до неправильних результатів.Ці джерела живлення призначені для забезпечення чистої, без шуму, яка необхідна для чутливих вимірювань та експериментів, які потребують високого рівня точності.

Лінійні джерела живлення призначені для забезпечення послідовної напруги з мінімальним шумом, що робить їх ідеальними для ситуацій, коли якість потужності безпосередньо впливає на те, наскільки добре працює пристрій.Хоча вони можуть бути не такими енергоефективними, як комутаційні джерела живлення, їх здатність забезпечувати стабільну та чисту потужність робить їх особливо корисними для конкретних, чутливих до шуму додатків.Їх використання в аудіовізуальному та лабораторному обладнанні показує, як якість електроенергії відіграє ключову роль у підтримці продуктивності та точності в цих умовах.

Порівняння з іншими типами живлення

Лінійні джерела живлення використовуються для зміни електричної енергії з однієї форми на іншу, як правило, перетворюючи змінний струм (AC) на постійний струм (постійний струм).Існує кілька типів живлення, кожен з яких має власні характеристики:

Малюнок 4: Нерегульовані лінійні джерела живлення

Нерегульовані лінійні джерела живлення - найосновніший тип.Вони перетворюють змінного струму в постійний струм, але не мають додаткових функцій, щоб підтримувати напругу стійкою.Це означає, що вихідна напруга може змінюватися, якщо змінюється вхідна напруга або якщо кількість потужності, що використовується (навантаження) змінюється.Якщо вхідна напруга зростає, вихідна напруга також зросте, і якщо навантаження збільшиться, вихідна напруга може знизитися.Через це ці джерела живлення не є ідеальними для пристроїв, які потребують стабільної напруги для належної роботи.

Рисунок 5: Ферроресонантний джерело живлення

Фероресонантні джерела живлення використовують спеціальну техніку, що включає магнітні поля, щоб підтримувати вихідну напругу.Вони роблять це за допомогою комбінації трансформатора та резонансного ланцюга.Магнітні властивості трансформатора допомагають підтримувати постійну вихідну напругу, навіть якщо змінюється напруга або навантаження введення.Ці живлення також мають вбудований захист від раптових шипів живлення, що робить їх надійними в місцях, де джерело живлення не є стабільним.Однак вони, як правило, великі і важкі, що може бути недоліком у ситуаціях, коли розмір і вага.

Малюнок 6: Блок живлення режиму комутатора (SMPS)

Постачання живлення режиму Switch (SMP) розроблені таким чином, щоб бути ефективнішими, ніж лінійні джерела живлення.Вони працюють, швидко перемикаючи вхідну живлення та вимкнено за допомогою електронних комутаторів, таких як транзистори.Цей метод дозволяє їм більш ефективно конвертувати потужність, а це означає, що вони виробляють менше тепла і можуть бути меншими та легшими.Однак через швидкісне перемикання SMP можуть створювати електричний шум, який може заважати іншим електронним пристроям поблизу.SMP також складніші в дизайні і можуть бути важче виправити, якщо щось піде не так.

Висновок

Лінійні джерела живлення все ще є вибором у ситуаціях, коли постійне і без шумового джерела живлення дуже потрібне.Їх простий дизайн та надійна продуктивність роблять їх улюбленими в таких областях, як аудіо обладнання та тестування лабораторії.Однак у них є компроміси з точки зору енергоефективності та розміру, тому важливо подумати про те, для чого ви їх використовуєте.Коли ми порівнюємо лінійні джерела живлення з іншими типами, стає зрозуміло, що, хоча вони не завжди можуть бути найбільш енергозберігаючим варіантом, їх здатність забезпечити чисту та послідовну силу означає, що вони все ще корисні в сучасному світі технологій.Розуміючи ці відмінності, ви можете приймати кращі рішення при виборі правильного живлення для конкретних потреб.

Часті запитання [FAQ]

1. Де використовуються лінійні джерела живлення?

Лінійні джерела живлення зазвичай використовуються в середовищах, де дуже потрібна стабільна та низька шумна потужність.Сюди входить якісне аудіо обладнання, медичні пристрої, лабораторні інструменти та інструменти вимірювання точності, де навіть невеликий електричний шум може заважати операції або точності обладнання.

2. Яка ефективність лінійного джерела живлення?

Ефективність лінійного джерела живлення, як правило, низька, часто близько 50% або менше.Це пояснюється тим, що джерело живлення регулює напругу шляхом розсіювання зайвої енергії як тепла, що призводить до значних втрат енергії.

3. Які переваги та недоліки лінійного джерела живлення?

Основна перевага лінійного джерела живлення-це його здатність забезпечувати чисту, стабільну та низькошкільну живлення, що ідеально підходить для чутливої ​​електроніки.До недоліків належать низька ефективність, великі розміри через потребу в розсіювання тепла, а додаткова енергія витрачена як тепло.

4. Які недоліки лінійного регулятора напруги?

Недоліки лінійного регулятора напруги включають низьку ефективність, оскільки він витрачає велику потужність як тепло, і його неможливість посилити напругу, тобто вона може лише зменшити напругу від рівня входу.Крім того, вони можуть вимагати великих тепловіддачів або систем охолодження для управління виробленим теплом, що робить їх об'ємними.

5. Який найефективніший тип живлення?

Найефективнішим типом живлення є джерело живлення в режимі комутації (SMPS).Він використовує високочастотну комутацію для перетворення потужності з мінімальними втратами енергії, що призводить до значно більшої ефективності порівняно з лінійними джерелами живлення.