Erinevus lineaarse ja lülitustoiteallika vahel
Teisenduspõhimõtte kohaselt võib toiteallikad liigitada lineaarseteks ja lülitustoiteallikateks. Lineaarsete toiteallikate ja lülitustoiteallikate klassifitseerimisel peame tegelikult selgitama, kas see on vahelduv-/alalis- või alalis-/alalisvool. Kuigi selle klassifikatsiooni eesmärk on eristada ümberkujundamise põhimõtteid. Kuid kas vahelduvvoolu- ja alalisvoolufunktsioone saavutavad lineaarsed toiteallikad ja lülitustoiteallikad on vahelduvvoolu alalisvooluks muundamise täielik protsess ja mõned ahelad koosnevad alalis-/alalisvoolust.
Lineaarne toiteallikas ja lülitustoiteallikas AC/DC jaoks
On palju õpikuid, raamatuid ja artikleid, mis viitavad otseselt lineaarsetele toiteallikatele kui "AC/DC lineaarsetele toiteallikatele". Mis on lineaarne toiteallikas? Lineaarne toiteallikas vähendab esmalt vahelduvvoolu pinge amplituudi läbi trafo, seejärel alaldab selle läbi alaldi, et saada impulss-alalisvoolu, ja seejärel filtreerib selle väikese pulsatsioonipingega alalispinge saamiseks.
AC/DC lineaarse toiteallika ja lülitustoiteallika omadused erinevad järgmiselt:
AC/DC lineaarset toiteallikat vähendatakse esmalt vahelduvpingega, kasutades toitesagedusmuundurit, ja seejärel alaldatakse. Pärast pinge vähendamist trafo kaudu on pinge muutunud suhteliselt madalaks ja pinge stabiliseerimiseks saab kasutada toitekiipe, näiteks kolme klemmi pingeregulaatorit. Lineaarse toiteallika reguleerimistoru töötab võimendatud olekus, mille tulemuseks on kõrge soojuse tootmine ja madal efektiivsus (seotud pingelangusega), mis nõuab mahuka jahutusradiaatori lisamist. Toitesagedustrafode maht on samuti suhteliselt suur ja mitme pingeväljundi komplekti tootmisel on trafo maht suurem.
AC/DC lülitustoiteallika reguleerimistoru töötab küllastus- ja väljalülitusolekus, mille tulemuseks on madal soojuse tootmine ja kõrge efektiivsus. AC/DC lülitustoiteallikas välistab vajaduse mahukate toitesagedustrafode järele. AC/DC lülitustoiteallika alalisvoolu väljundis on aga suuremad pulsatsioonid, mida saab parandada, ühendades väljundi otsa pingeregulaatori dioodi. Lisaks tuleb lülititoru töötamise ajal tekkivate kõrgete tippimpulsside häirete tõttu vooluringi parandamiseks ühendada magnethelmed järjestikku. Suhteliselt võib lineaarse toiteallika pulsatsiooni muuta väga väikeseks. Lülitustoiteallikaid saab saavutada erinevate topoloogiliste struktuuride kaudu, nagu pinge vähendamine, võimendamine ja võimendamine, samas kui lineaarsed toiteallikad võivad saavutada ainult pinge vähendamist.
Paljud varased toiteadapterid olid suhteliselt rasked ja nende muundamise põhimõte oli AC/DC lineaarne toiteallikas, mis kasutas sisemiselt toitesagedusmuundurit. AC/DC lineaarne toiteallikas kasutab vahelduvpinge vähendamiseks esmalt trafot. Seda tüüpi trafot, mis vähendab otseselt võrgu pinget, nimetatakse võimsuse sagedustrafoks, nagu on näidatud joonisel 1.9. Toitesagedustrafod, tuntud ka kui madalsageduslikud trafod, eristavad neid kõrgsagedustrafodest, mida kasutatakse lülitustoiteallikates. Varem kasutati sagedustrafosid laialdaselt traditsioonilistes toiteallikates. Võrgutoite standardsagedus elektritööstuses, tuntud ka kui võrgutoide ("võrgutoide" viitab peamiselt linnaelanike poolt kasutatavale toiteallikale), on Hiinas 50 Hz ja teistes riikides 60 Hz. Trafot, mis suudab sellel sagedusel vahelduvvoolu pinget muuta, nimetatakse võimsussagedustrafoks. Toitesagedustrafod on üldiselt suuremad kui kõrgsagedustrafod. Seega on toitesagedustrafodega rakendatud AC/DC lineaarse toiteallika maht suhteliselt suur.
Vahelduv-alalisvoolu lülitustoiteallikas nõuab esmalt vahelduvvoolu toiteallika alaldamist ja filtreerimist, et moodustada ligikaudne alalisvoolu kõrgepinge, ning seejärel lüliti juhtimist, et genereerida kõrgsageduslikke impulsse, mis muundatakse trafo kaudu. AC/DC lülitustoiteallikas on suurem kasutegur ja väiksem suurus. Selle väiksuse üks oluline põhjus on see, et kõrgsagedustrafod on palju väiksemad kui toitesagedustrafod. Miks mida kõrgem on sagedus, seda väiksem on trafo maht?
Trafo südamiku materjalidel on küllastuspiirangud, seega on ka magnetvälja tipptugevuse piirangud. Vool, magnetvälja tugevus ja vahelduvvoolu magnetvoog on kõik siinussignaalid. Teame, et sama amplituudiga siinussignaalide puhul, mida kõrgem on sagedus, seda suurem on signaali "muutuse kiiruse" tipp (hetk, mil siinussignaal ületab nulli, on "muutuse kiiruse" tipp). muutus signaali tipus on 0). Vahepeal määrab indutseeritud pinge magnetvoo muutumise kiirusega. Seega, sama pinge korral pöörde kohta, mida kõrgem on sagedus, seda väiksem on vajalik tippmagnetvoog. Kuid nagu eespool mainitud, on magnetvälja intensiivsuse tippväärtus piiratud. Seega, kui magnetvoo nõuet vähendatakse, saab rauasüdamiku ristlõikepindala vähendada. Ülaltoodud analüüs eeldab sama pinget pöörde kohta. Ja pinge pöörde kohta on seotud võimsusega. Seega, eeldades sama võimsust. Kui võimsus on väiksem, on ka vool väiksem ja lubatud traat peenem ja takistus veidi suurem, on lubatud pöörete arvu suurendada. Sel viisil väheneb ka pinge pöörde kohta, mis võib samuti vähendada magnetvoo vajadust. Seejärel vähendage helitugevust. Samuti eeldatakse ülaltoodud analüüsis, et materjal on konstantne, st küllastuse magnetvälja tugevus on konstantne. Muidugi, kui kasutatakse suurema küllastusmagnetvälja tugevusega materjale, saab ka helitugevust vähendada. Teame, et võrreldes sama suurusega trafodega aastakümneid tagasi, on trafode maht tänapäeval palju väiksem, kuna nüüd kasutatakse uusi raudsüdamiku materjale.
Maxwelli võrrandi järgi on trafo poolis indutseeritud elektromotoorjõud E
See tähendab, et magnetvoo tiheduse B muutumise kiiruse integraal aja jooksul N traadi pöörde kohta pindalaga Ac.
Trafode puhul võib trafo primaarpoolel indutseeritud elektromotoorjõudu E ja sisendpoolele rakendatavat pinget U käsitleda lineaarse seosena. Eeldusel, et U amplituud trafo sisendi poolel jääb muutumatuks, võib lugeda, et ka E amplituud jääb muutumatuks.
Lisaks on iga magnetsüdamiku tüübi magnetvoo tiheduse B ülempiir. Kõrgsageduslike rakenduste jaoks kasutatav ferriit on umbes paar kümnendikku Teslast, samas kui toitesagedusrakendustes kasutatav raudsüdamik on väikese erinevusega ligikaudu ühest kõrgemal tasemel.
Seetõttu suureneb sageduse suurenemisel magnetvoo tiheduse muutumise kiirus dB/dt iga tsükli jooksul märkimisväärselt, eeldusel, et magnetvoo tiheduse B tippmuutus ei ole oluline. Seetõttu saab sama indutseeritud elektromotoorjõu E saavutamiseks kasutada väiksemat Ac või N. Ac vähenemine tähendab magnetsüdamiku ristlõikepinna vähenemist; N vähenemine tähendab, et magnetsüdamiku tühja akna pindala saab vähendada, mis mõlemad võivad aidata saavutada magnetsüdamiku väiksemat mahtu. Kõrgsagedusliku trafo ristlõikepindala on väiksem ja mähise keerdude arv väheneb, mille tulemuseks on väiksem maht.
Lülitustoiteallika reguleerimistoru töötab küllastus- ja väljalülitusolekus, mille tulemuseks on madal soojuse tootmine ja kõrge efektiivsus. Vahelduv-alalisvoolu lülitustoiteallikad ei nõua suurte võimsussagedustrafode kasutamist. Lülitustoiteallika alalisvoolu väljundil on aga suured lainetused. Lisaks on lülitustransistori töö käigus tekkivate suurte impulsside tipphäirete tõttu vaja toiteallika kvaliteedi parandamiseks ka ahelas olevat toiteallikat filtreerida. Suhteliselt öeldes pole lineaarsetel toiteallikatel ülaltoodud defekte ja nende pulsatsioon võib olla väga väike.
