הבדל מפתח - SMPS לעומת ספק כוח ליניארי
רוב המכשירים האלקטרוניים והחשמליים דורשים מתח DC כדי לתפקד. התקנים אלה, במיוחד מכשירים אלקטרוניים עם מעגלים משולבים, צריכים להיות מסופקים עם מתח DC אמין וללא עיוותים כדי שהם יפעלו ללא תקלה או שריפה. המטרה של ספק כוח DC היא לספק מתח DC נקי להתקנים אלה. ספקי כוח DC מסווגים למצבים ליניאריים ומתחלפים, שהם הטופולוגיות המעורבות כדי להפוך את אספקת ה-AC ל-DC חלק. ספק כוח ליניארי משתמש בשנאי כדי להוריד ישירות את מתח ה-AC לרמה רצויה בעוד ש-SMPS ממיר AC ל-DC באמצעות התקן מיתוג שעוזר להשיג ערך ממוצע של רמת המתח הרצויה.זה ההבדל העיקרי בין SMPS לאספקת כוח ליניארית.
מהו ספק כוח ליניארי?
באספקת חשמל ליניארית, מתח ה-AC של הרשת מומר למתח נמוך יותר ישירות על ידי שנאי מטה. שנאי זה צריך להתמודד עם הספק גדול מכיוון שהוא עובד בתדר רשת AC 50/60Hz. לכן, שנאי זה מגושם וגדול, מה שהופך את ספק הכוח לכבד וגדול.
מתח מופחת מתוקן ומסונן כדי לקבל את מתח ה-DC הנדרש עבור הפלט. מכיוון שהמתח ברמה זו נתון להשתנות בהתאם לעיוותים של מתח הכניסה, נעשה ויסות מתח לפני הפלט. ווסת המתח בספק ליניארי הוא ווסת ליניארי, שהוא בדרך כלל התקן מוליכים למחצה הפועל כנגד משתנה. ערך התנגדות הפלט משתנה עם דרישת הספק המוצא, מה שהופך את מתח המוצא לקבוע. לפיכך, ווסת המתח פועל כמכשיר פיזור כוח.רוב הזמן, הוא מפזר כוח עודף כדי להפוך את המתח לקבוע. לכן, לווסת המתח צריכים להיות גופי קירור גדולים. כתוצאה מכך, ספקי הכוח הליניאריים נעשים הרבה יותר כבדים. יתר על כן, כתוצאה מפיזור הספק על ידי ווסת המתח כחום, היעילות של ספק כוח ליניארי יורדת לכ-60%.
עם זאת, ספקי כוח ליניאריים אינם מייצרים רעש חשמלי על מתח המוצא. זה מספק בידוד בין הפלט לקלט בגלל השנאי. לכן, ספקי כוח ליניאריים משמשים ליישומים בתדר גבוה כגון התקני תדר רדיו, יישומי שמע, בדיקות מעבדה הדורשות אספקה ללא רעשים, עיבוד אותות ומגברים.
איור 01: ספק כוח עם ווסת מתח ליניארי
מה זה SMPS?
SMPS (ספק כוח במצב בורר) פועל על התקן טרנזיסטור מיתוג. בתחילה, כניסת ה-AC מומרת למתח DC על ידי מיישר, מבלי להפחית את המתח, בניגוד לספק כוח ליניארי. ואז מתח DC עובר מיתוג בתדר גבוה, בדרך כלל על ידי טרנזיסטור MOSFET. כלומר, המתח דרך ה-MOSFET מופעל ומכבה על ידי אות MOSFET Gate, בדרך כלל אות מאופנן ברוחב פולסים של כ-50 קילו-הרץ (צ'ופר/אינוורטר בלוק). לאחר פעולת חיתוך זו, צורת הגל הופכת לאות DC פועם. לאחר מכן, נעשה שימוש בשנאי מטה כדי להפחית את המתח של אות DC פועם בתדר גבוה לרמה הרצויה. לבסוף, מיישר פלט ומסנן משמשים להחזרת מתח DC הפלט.
איור 02: דיאגרמת בלוקים של SMPS
וויסות המתח ב-SMPS נעשה באמצעות מעגל משוב שמנטר את מתח המוצא. אם דרישת ההספק של העומס גבוהה, מתח המוצא נוטה לעלות. תוספת זו מזוהה על ידי מעגל המשוב של הרגולטור ומשמשת לשליטה על יחס ההפעלה לכיבוי של אות PWM. לפיכך, מתח האות הממוצע משתנה. כתוצאה מכך, מתח המוצא נשלט כך שיישאר קבוע.
השנאי המורד המשמש ב-SMPS פועל בתדר גבוה; לפיכך, הנפח והמשקל של השנאי הם הרבה פחות מאלה של ספק כוח ליניארי. זו הופכת להיות סיבה מרכזית לכך ש-SMPS יהיה הרבה יותר קטן וקל יותר מהסוג הליניארי שלו. יתר על כן, ויסות המתח נעשה ללא פיזור כוח עודף כמו אובדן אוהמי או חום. היעילות של ה-SMPS מגיעה ל-85-90%.
במקביל, SMPS מייצר רעש בתדר גבוה עקב פעולת המיתוג של ה-MOSFET.רעש זה יכול לבוא לידי ביטוי במתח המוצא; עם זאת, בחלק מהדגמים המתקדמים והיקרים, רעש פלט זה מופחת במידה מסוימת. יתר על כן, המיתוג יוצר הפרעות אלקטרומגנטיות ותדרי רדיו גם כן. לפיכך, נדרש להשתמש במיגון RF ובמסנני EMI ב- SMPSs. לכן, SMPS אינן יישומי אודיו ותדרי רדיו מתאימים. ניתן להשתמש בציוד פחות רגיש לרעש כגון מטענים לטלפונים ניידים, מנועי DC, יישומי הספק גבוה וכו' עם SMPSs. העיצוב הקל והקטן יותר מאפשר להשתמש בו גם כמכשירים ניידים.
מה ההבדל בין SMPS לאספקת כוח ליניארית?
SMPS לעומת ספק כוח ליניארי |
|
| SMPS מתקן ישירות את רשת החשמל מבלי להפחית את המתח. ואז ה-DC המומר עובר בתדר גבוה עבור שנאי קטן יותר כדי להפחית אותו לרמת המתח הרצויה. לבסוף, אות AC בתדר גבוה מתוקן למתח המוצא DC. | ספק כוח לינארי מפחית את המתח לערך הרצוי בהתחלה על ידי שנאי גדול יותר. לאחר מכן, ה-AC מתוקן ומסונן כדי ליצור את מתח DC הפלט. |
| רגולציית מתח | |
| וויסות המתח נעשה על ידי שליטה בתדר המיתוג. מתח המוצא מנוטר על ידי מעגל המשוב והוריאציה של המתח משמשת לבקרת התדר. | מתח DC המיושר והמסונן נתון להתנגדות פלט של מחלק מתח כדי ליצור את מתח המוצא. התנגדות זו ניתנת לשליטה על ידי מעגל משוב המנטר את שינוי מתח המוצא. |
| יעילות | |
| ייצור החום ב- SMPS נמוך יחסית מכיוון שהטרנזיסטור המיתוג פועל באזורי הניתוק והרעב. הגודל הקטן של שנאי הפלט גם הופך את איבוד החום לקטן. לכן, היעילות גבוהה יותר (85-90%). | הספק העודף מתפזר כחום כדי להפוך את המתח לקבוע בספק כוח ליניארי. יתר על כן, שנאי הקלט הוא הרבה יותר מגושם; לפיכך, הפסדי שנאים גבוהים יותר. לכן, היעילות של ספק כוח ליניארי נמוכה עד 60%. |
| Build | |
| גודל השנאי של SMPS לא צריך להיות גדול מכיוון שהוא פועל בתדר גבוה. לכן גם משקל השנאי יהיה פחות. כתוצאה מכך, הגודל, כמו גם המשקל של SMPS נמוך בהרבה מאשר ספק כוח ליניארי. | ספקי כוח לינאריים הם הרבה יותר מסורבלים מכיוון ששנאי הקלט צריך להיות גדול בגלל התדר הנמוך שבו הוא פועל. ככל שנוצר יותר חום בווסת מתח, יש להשתמש גם בגוף קירור. |
| עיוותי רעש ומתח | |
| SMPS יוצר רעש בתדר גבוה עקב מיתוג. זה עובר למתח המוצא, כמו גם לרשת הכניסה לפעמים. עיוות הרמוני במתח החשמל עשוי להיות אפשרי גם ב-SMPSs. | ספקי כוח לינאריים אינם מייצרים רעש במתח המוצא. עיוות הרמוני קטן בהרבה מזה של SMPSs. |
| Applications | |
| SMPS יכול לשמש כמכשירים ניידים בשל המבנה הקטן. אבל מכיוון שהוא מייצר רעש בתדר גבוה, לא ניתן להשתמש ב-SMPSs עבור יישומים רגישים לרעש כגון יישומי RF ושמע. | ספקי כוח לינאריים גדולים בהרבה ולא ניתן להשתמש בהם עבור מכשירים ניידים. מכיוון שהם לא יוצרים רעש וגם מתח המוצא נקי, הם משמשים לרוב הבדיקות החשמליות והאלקטרוניות במעבדות. |
סיכום – SMPS לעומת ספק כוח ליניארי
SMPS וספקי כוח ליניאריים הם שני סוגים של ספקי כוח DC הנמצאים בשימוש. ההבדל העיקרי בין SMPS לספק כוח ליניארי הוא הטופולוגיות המשמשות לוויסות מתח והורדת מתח.בעוד ספק הכוח הליניארי ממיר AC למתח נמוך בהתחלה, SMPS מתקן ומסנן תחילה את ה-AC של הרשת ולאחר מכן עובר ל-AC בתדר גבוה לפני ירידה. מכיוון שמשקל וגודל השנאי גדלים ככל שתדר ההפעלה פוחת, שנאי הקלט של ספקי הכוח הליניאריים הוא הרבה יותר כבד וגדול בניגוד ל-SMPS. בנוסף, מכיוון שוויסות המתח נעשה עם פיזור חום דרך התנגדויות, ספקי כוח ליניאריים צריכים להיות בעלי גוף קירור שהופכים אותם לכבדים עוד יותר. הרגולטור של SMPSs שולט בתדר המיתוג כדי לשלוט במתח המוצא. לכן, SMPS קטנים יותר בגודלם וקלים יותר במשקל. מכיוון שייצור החום ב-SMPS נמוך יותר, היעילות שלהם גם גבוהה יותר.
הורד גרסת PDF של SMPS לעומת ספק כוח ליניארי
ניתן להוריד את גרסת ה-PDF של מאמר זה ולהשתמש בה למטרות לא מקוונות לפי הערות ציטוט. אנא הורד כאן גרסת PDF ההבדל בין SMPS לאספקת חשמל ליניארית.
