Разлика између линеарног напајања и прекидачког напајања
Према принципу конверзије, извори напајања се могу класификовати на линеарне и прекидачке. Када класификујемо линеарне изворе напајања и прекидачке изворе напајања, заправо морамо да разјаснимо да ли је то АЦ/ДЦ или ДЦ/ДЦ. Иако је ова класификација усмерена на разликовање принципа трансформације. Али да ли су линеарна напајања и прекидачка напајања која постижу АЦ/ДЦ функције комплетан процес претварања наизменичне струје у једносмерну струју, а нека од кола су састављена од ДЦ/ДЦ.
Линеарно напајање и прекидачко напајање за АЦ/ДЦ
Постоје многи уџбеници, књиге и чланци који се директно односе на линеарне изворе енергије као „линеарни извори напајања за АЦ/ДЦ“. Шта је линеарни извор енергије? Линеарно напајање прво смањује амплитуду напона наизменичне струје кроз трансформатор, затим га исправља кроз исправљачко коло да би се добила импулсна једносмерна струја, а затим га филтрира да би се добио једносмерни напон са малим таласним напоном.
Карактеристике АЦ/ДЦ линеарног напајања и прекидачког напајања се разликују на следећи начин:
Линеарно напајање АЦ/ДЦ се прво смањује наизменичним напоном помоћу трансформатора фреквенције снаге, а затим се исправља. Након смањења напона кроз трансформатор, напон је постао релативно низак, а за стабилизацију напона могу се користити енергетски чипови као што је регулатор напона са три терминала. Цев за подешавање линеарног напајања ради у појачаном стању, што резултира високом производњом топлоте и ниском ефикасношћу (повезано са падом напона), што захтева додавање гломазног хладњака. Запремина трансформатора енергетске фреквенције је такође релативно велика, а када се производи више сетова напонских излаза, запремина трансформатора ће бити већа.
Цев за подешавање АЦ/ДЦ прекидачког напајања ради у стању засићења и прекида, што резултира ниском производњом топлоте и високом ефикасношћу. АЦ/ДЦ прекидачко напајање елиминише потребу за гломазним трансформаторима фреквенције снаге. Међутим, ДЦ излаз АЦ/ДЦ прекидачког напајања ће имати веће таласе, што се може побољшати повезивањем диоде регулатора напона на излазном крају. Поред тога, због високих вршних импулсних сметњи које се генеришу током рада цеви прекидача, магнетне перле морају бити повезане у серију у колу да би се побољшале. Релативно говорећи, таласање линеарног напајања може бити веома мало. Прекидачки извори напајања могу се постићи кроз различите тополошке структуре, као што су смањење напона, појачање и појачање, док линеарна напајања могу постићи само смањење напона.
Многи ранији адаптери за напајање били су релативно тешки, а њихов принцип конверзије је био линеарно напајање наизменичном/једном струјом, које је интерно користило трансформатор енергетске фреквенције. АЦ/ДЦ линеарно напајање прво користи трансформатор да смањи наизменични напон. Овај тип трансформатора, који директно смањује напон у мрежи, назива се трансформатор енергетске фреквенције, као што је приказано на слици 1.9. Трансформатори енергетске фреквенције, познати и као нискофреквентни трансформатори, разликују их од високофреквентних трансформатора који се користе у прекидачким изворима напајања. Трансформатори фреквенције снаге су у прошлости били широко коришћени у традиционалним изворима енергије. Стандардна фреквенција мрежног напајања у електроенергетској индустрији, такође позната као напајање из мреже („мрежно напајање“ се односи на напајање које углавном користе становници у градовима), је 50Хз у Кини и 60Хз у другим земљама. Трансформатор који може да промени напон наизменичне струје на овој фреквенцији назива се трансформатор енергетске фреквенције. Трансформатори енергетске фреквенције су генерално веће величине у поређењу са високофреквентним трансформаторима. Дакле, запремина АЦ/ДЦ линеарног напајања имплементираног са трансформаторима енергетске фреквенције је релативно велика.
АЦ/ДЦ прекидачко напајање захтева прво исправљање и филтрирање извора напајања наизменичном струјом да би се формирао приближан ДЦ високи напон, а затим контролу прекидача за генерисање високофреквентних импулса, који се трансформишу кроз трансформатор. АЦ/ДЦ прекидачко напајање има већу ефикасност и мању величину. Један важан разлог за његову малу величину је тај што су високофреквентни трансформатори много мањи од трансформатора енергетске фреквенције. Зашто што је већа фреквенција, то је мања запремина трансформатора?
Материјали језгра трансформатора имају границе засићења, тако да постоје ограничења за вршну јачину магнетног поља. Струја, јачина магнетног поља и магнетни ток наизменичне струје су синусоидни сигнали. Знамо да за синусне сигнале исте амплитуде, што је већа фреквенција, то је већи врх "брзине промене" сигнала (тренутак када синусни сигнал пређе нулу је врхунац "брзине промене", док је брзина промене на врхунцу сигнала је 0). У међувремену, индуковани напон је одређен брзином промене магнетног флукса. Дакле, за исти напон по окрету, што је већа фреквенција, мањи је потребан вршни магнетни флукс. Али као што је горе поменуто, вршна вредност интензитета магнетног поља је ограничена. Стога, ако се смањи захтев за магнетним флуксом, површина попречног пресека гвозденог језгра се може смањити. Горња анализа претпоставља исти напон по окрету. А напон по окрету је повезан са снагом. Дакле, претпостављајући исту моћ. Ако је снага мања, мања је и струја, а дозвољена жица је тања, а отпор нешто већи, дозвољено је повећање броја завоја. На овај начин се такође смањује напон по окрету, што такође може смањити захтев за магнетним флуксом. Затим смањите јачину звука. Такође, горња анализа претпоставља да је материјал константан, односно да је јачина магнетног поља засићења константна. Наравно, ако се користе материјали са већом јачином магнетног поља засићења, запремина се такође може смањити. Знамо да у поређењу са трансформаторима исте величине пре неколико деценија, трансформатори данас имају много мање запремине јер сада користе нове материјале гвозденог језгра.
Према Максвеловој једначини, индукована електромоторна сила Е у завојници трансформатора је
То јест, интеграл брзине промене густине магнетног флукса Б током времена преко Н окрета жице са површином Ац.
За трансформаторе, индукована електромоторна сила Е на примарној страни трансформатора и напон У примењен на улазној страни могу се сматрати линеарним односом. Под претпоставком да амплитуда У на улазној страни трансформатора остаје непромењена, може се сматрати да и амплитуда Е остаје непромењена.
Поред тога, постоји горња граница за густину магнетног флукса Б сваког типа магнетног језгра. Ферит који се користи за високофреквентне апликације је око неколико десетина Тесле, док је гвоздено језгро које се користи за апликације са фреквенцијом снаге око нивоа нешто већег од један, са малом разликом.
Стога, када се фреквенција повећава, брзина промене густине магнетног флукса дБ/дт током сваког циклуса значајно расте, под условом да вршна промена у густини магнетног флукса Б није значајна. Због тога се мањи Ац или Н могу користити за постизање исте индуковане електромоторне силе Е. Смањење Ац значи смањење површине попречног пресека магнетног језгра; Смањење Н значи да се површина празног прозора магнетног језгра може смањити, а оба могу помоћи у постизању мање запремине магнетног језгра. Површина попречног пресека високофреквентног трансформатора је мања, а број завоја у калему се смањује, што резултира мањом запремином.
Цев за подешавање прекидачког напајања ради у стању засићења и искључења, што резултира ниском производњом топлоте и високом ефикасношћу. АЦ/ДЦ прекидачки извори напајања не захтевају употребу великих трансформатора фреквенције снаге. Међутим, ДЦ излаз комутационог напајања ће имати велике таласе који се налазе на њему. Поред тога, због великих вршних импулсних сметњи које се генеришу током рада комутационог транзистора, такође је потребно филтрирати напајање у колу како би се побољшао квалитет напајања. Релативно говорећи, линеарни извори напајања немају горе наведене недостатке, а њихово таласање може бити веома мало.
