Muhtemelen günlük olarak bir akıllı telefon, dizüstü bilgisayar veya kişisel bilgisayar kullanıyorsunuz. Bu elektronik cihazlar çalışmak için doğru akım (DC) kullanır. Ancak haneler normalde yüksek voltajlı alternatif akımlarla (AC) beslendiğinden, güç kaynağınız veya şarj cihazınız gibi bir güç kaynağı kullanarak voltajı düşürmek ve AC'yi DC'ye dönüştürmek için.
Günümüzde kullanılan en yaygın güç kaynakları, doğrusal ve anahtarlamalı güç kaynaklarıdır. Belirli uygulamalar için hangisinin kullanılacağını bilmek, elektronik cihazlarınızı güvende tutacak ve en iyi şekilde çalışacaktır.
Doğrusal ve anahtarlamalı güç kaynakları arasında bir karşılaştırma için aşağıdaki okumaya devam edin.
Doğrusal ve Anahtarlamalı Güç Kaynakları Nedir?
Doğrusal ve anahtarlamalı güç kaynakları, DC elektronik cihazları çalıştırmak ve şarj etmek için kullanılan elektrikli cihazlardır. Bu cihazlara iki şey yapma görevi verilir: voltajı düşürmek ve AC'yi DC'ye dönüştürmek. Her iki cihaz da gücü azaltıp düzeltse de, bu görevleri gerçekleştirme biçimlerindeki fark, onları belirli uygulamalar için daha uygun hale getirir.
Doğrusal bir güç kaynağı, düşük gürültülü ve hassas işlemlerde kullanılan bir cihazdır. Ağır transformatörlerin ve analog filtrelerin kullanılması, bu güç kaynağının düşük verimlilik, daha ağır ağırlık ve daha büyük boyut pahasına temiz voltajlar vermesini sağlar. Doğrusal güç kaynakları en iyi kayıt ekipmanında kullanılır, elektrikli müzik aletleri, tıbbi ekipman ve yüksek hassasiyetli laboratuvar ölçüm araçları.
Yüksek verimli ve yüksek akımlı işlemler için anahtarlamalı veya anahtarlamalı mod güç kaynağı (SMPS) kullanılır. Doğrusal güç kaynaklarının aksine, anahtarlamalı güç kaynakları, gelen voltajları modüle etmek ve düzenlemek için katı hal bileşenlerini kullanır. Bu güç kaynakları, güç transistörleri kullanan yüksek frekanslı anahtarlamaya dayanır, bu da onları gürültülü ama yüksek güç verimli, hafif ve kompakt hale getirir. Anahtarlamalı güç kaynakları genellikle bilgisayarlarda, telefon şarj cihazlarında, üretim ekipmanlarında ve birçok düşük voltajlı elektronik cihazda kullanılır.
Lineer Güç Kaynağı Nasıl Çalışır?
50'lerde mevcut olan tamamen analog bileşenleri kullanan lineer güç kaynakları, voltajları düşürmek ve düzeltmek için ağır güç transformatörlerine ve hacimli elektrolitik kapasitörlere güvenmek zorundaydı. Transistörler o zamanlar zaten seri üretilmiş olsalar da, yüksek AC voltajları, transistörlerin kaldıramayacağı kadar fazla ısı üretti.
İşte doğrusal bir güç kaynağının şeması:
Doğrusal bir güç kaynağı üç adımda çalışır:
Aşama 1: Gelen yüksek AC voltajını bir transformatör kullanarak düşürün.
Adım 2: İndirilen voltaj daha sonra AC voltajını titreşen DC voltajlarına düzelten bir tam köprü doğrultucudan geçer.
Aşama 3: Titreşimli DC voltaj sinyalleri, indüktörler ve kapasitörlerden oluşan bir filtreden geçer. Bu yumuşatma filtresi, titreşimli bir DC voltajının sinyal dalgalanmalarını ortadan kaldırarak hassas elektronik cihazlar için kullanılabilir hale getirir.
Anahtarlamalı Güç Kaynağı Nasıl Çalışır?
Anahtarlamalı güç kaynakları, yüksek frekanslı güç anahtarlaması yapmak için katı hal bileşenleri ve daha küçük bir ferrit çekirdekli transformatör kullanan karmaşık cihazlardır. Bu tür güç kaynakları, çıkış voltajlarını kontrol etmek için bir DC geri besleme döngüsü kullanarak voltajları yükseltebilir ve azaltabilir.
İşte nasıl çalıştıkları:
Aşama 1: Yüksek voltajlı AC, bir sigorta ve bir EMC filtresinden oluşan bir devre koruma modülü aracılığıyla güç kaynağına girer. Sigorta aşırı voltaj koruması içindir ve EMC filtresi devreyi filtrelenmemiş AC'den gelen sinyal dalgalanmalarından korur.
Adım 2: Devrenin iyi korunduğundan emin olduktan sonra, yüksek voltajlı AC, tam köprü doğrultucu ve yumuşatma kapasitöründen oluşan ikinci modülden geçirilir. Tam köprü doğrultucu, AC'yi titreşimli DC'ye dönüştürür ve bu daha sonra bir kapasitör tarafından düzleştirilir.
Aşama 3: Yüksek voltajlı DC daha sonra, geri bildirim alan ve yüksek frekanslı anahtarlama yoluyla voltajı düzenleyen bir güç MOSFET'ini kontrol eden bir PWM sürücüsü aracılığıyla gönderilir. Anahtarlama aynı zamanda düz DC akımı bir kare dalgaya dönüştürür.
Adım 4: DC kare dalgası şimdi bir ferrit çekirdekli transformatöre girerek sinyalleri tekrar AC kare dalgalarına dönüştürür.
Adım 5: AC kare dalgaları, bir köprü doğrultucudan geçerek sinyali titreşimli DC'ye dönüştürür ve ardından bir yumuşatma filtresinden geçirir. Nihai çıkış daha sonra, çıkış voltajlarını düzenleyen bir geri besleme döngüsü oluşturan PWM sürücüsüne sinyaller göndermek için kullanılır.
Doğrusal vs. Anahtarlamalı Güç Kaynakları
Belirli uygulamalarda kullanılmak üzere bir güç kaynağının seçilmesinin farklı nedenleri vardır. Bunlar genellikle verimlilik, gürültü, güvenilirlik ve onarılabilirlik, boyut ve ağırlık ve maliyeti içerir. Artık nasıl çalıştıklarına dair genel bir fikriniz olduğuna göre, enerjiyi işleme biçimlerinin belirli uygulamalarda performanslarını ve kullanılabilirliklerini nasıl etkilediğini burada bulabilirsiniz.
Yeterlik
Elektriğin bir dizi elektrikli ve elektronik bileşenden geçmesi gerektiğinden, voltajları düzeltme ve düzenleme süreci her zaman verimsiz olacaktır. Ama ne kadar?
Nasıl derecelendirildiklerine bağlı olarak, anahtarlamalı güç kaynakları %80 - 92 arasında bir verimliliğe sahip olabilir. Bu, cihazınızın, içine koyduğunuz enerjinin %80 - 92'sini verebileceği anlamına gelir. Verimliliği, yüksek frekanslı düşük voltajlı anahtarlama yoluyla voltajları düzenleyen daha küçük ancak verimli bileşenlerin kullanılmasından gelir.
Buna karşılık, lineer bir güç kaynağı, daha büyük ve daha az verimli bileşenlerin kullanılması nedeniyle yalnızca %50 - 60 oranında enerji verimli olabilir.
Sinyal Gürültüsü ve Dalgalanma
Verimsiz olmalarına rağmen doğrusal güç kaynakları verimsizliklerini kararlı, temiz, düşük gürültülü sinyal çıkışlarıyla telafi eder. Doğrusal bir güç kaynağının analog bileşenleri kullanması, elektriği düzgün ve anahtarlamasız bir şekilde işlemelerine olanak tanır, bu da çıkışlarını düşük dalgalanma veya düşük gürültü yapar.
Öte yandan, anahtarlamalı güç kaynakları, ısıyı azaltmak, daha iyi verimliliğe sahip olmak ve çok fazla gürültü üretmek için düşük voltajların yüksek frekanslı anahtarlanmasına dayanır! Sinyal gürültüsünün miktarı, belirli anahtar modlu güç kaynağının tasarımına ve kalitesine bağlıdır.
Ebat ve ağırlık
Bir güç kaynağının boyutu ve ağırlığı, daha küçük elektronik cihazlardaki uygulamasını büyük ölçüde etkileyebilir. Lineer güç kaynakları ağır ve hantal bileşenler kullandığından, güç kaynağını şarj cihazı olarak kullanmadığınız sürece gizli elektronik cihazlarda kullanımları imkansızdır.
Anahtarlamalı güç kaynaklarına gelince, bunlar küçük ve hafif bileşenler kullandıklarından, zaten daha küçük olan cihazlara entegre edilebilecek kadar küçük olacak şekilde tasarlanabilirler. Anahtarlamalı bir güç kaynağının düşük ağırlığı ve küçük boyutu, güç verimliliği ile birleştiğinde, elde taşınan elektronik cihazların büyük çoğunluğu için uygulanabilir olmasını sağlar.
Güvenilirlik ve Onarılabilirlik
Çalışma sırasında kırılabilecek daha az parçaya sahip doğrusal güç kaynakları, tutarlı ve güvenilir çıkışlar sunar. Tasarımdaki basitlik ve daha yaygın elektronik bileşenlerin kullanımı, insanların parça tedarik etmesini ve lineer malzemeleri onarmasını kolaylaştırır.
Önemli ölçüde daha hassas bileşenlere sahip olan anahtarlamalı güç kaynaklarının, doğrusal bir güç kaynağından önce kırılma olasılığı daha yüksektir. Bununla birlikte, iyi tasarım ve kaliteli bileşenlerin kullanımı, anahtarlamalı güç kaynaklarını çok güvenilir, hatta belki de doğrusal güç kaynakları kadar güvenilir hale getirebilir. Anahtarlamalı güç kaynaklarıyla ilgili asıl sorun, tasarımları ne kadar karmaşıksa onarılmalarının da giderek zorlaşmasıdır.
Maliyet etkinliği
Geçmişte, lineer güç kaynakları, basit tasarımları ve daha az bileşen kullanmaları nedeniyle daha uygun maliyetli cihazlardı. Ayrıca, yarı iletken bileşenlerin imalatının pahalı olmasına da yardımcı olmadı. Ancak, ile yarı iletkenler daha fazla talep görüyor, üreticiler ölçeklendirmeyi ve katı hal bileşenlerini öncekinden katlanarak daha ucuz hale getirmeyi başardılar. Bu da birçok anahtarlamalı güç kaynağı tasarımını lineer güç kaynaklarından daha uygun maliyetli hale getirir.
Uygun Güç Kaynağını Kullanma
Lineer ve anahtarlamalı güç kaynakları hakkında bilmeniz gereken her şey bu kadar. Elektronik cihazlarınızın güvende olduğundan emin olmak için her zaman cihazla birlikte verilen orijinal şarj cihazlarını kullanın, ancak mevcut değilse her zaman bir güç adaptörü satın alabilirsiniz.
Satın almadan önce, lineer güç kaynaklarının elektrikli müzik enstrümanları gibi hassas uygulamalar için kullanılan elektronik cihazlar için ideal olduğunu unutmayın. radyolar ve tıbbi aletler, anahtarlamalı güç kaynakları ise bilgisayar güç kaynakları, şarj cihazları ve benzeri yüksek verimli durumlar için kullanılır. aydınlatma.
