на 2024/08/28 289

Линейни захранвания

В света на електрониката захранването са устройствата, които се уверяват, че всичко работи гладко и правилно.Сред различните налични видове линейни захранвания са известни с това, че осигуряват постоянен и надежден поток от електричество с много малък шум.Тази статия ще обясни как работят линейните захранвания, от кои части са направени и къде са най -полезни.Ще ги сравним и с други видове захранвания, като ви помагаме да разберете защо те все още са избрани за определени ситуации, въпреки че са налични по-нови, по-енергийно ефективни опции.

Каталог

Фигура 1: Линейно захранване

Какво е линейно захранване?

Линейното захранване е вид устройство за захранване, което осигурява стабилен и постоянен изход на напрежението чрез непрекъснато регулиране на съпротивлението.Този метод избягва използването на бързо превключване, което го прави по -прост и идеален за доставяне на чиста и надеждна мощност на различни електронни устройства.

Процесът започва със система за обратна връзка, която постоянно проверява изходното напрежение.Това напрежение се сравнява със зададено референтно напрежение, използвайки диференциален усилвател, схема, която помага да се гарантира точността.Ако изходното напрежение е различно от референцията, усилвателят генерира сигнал за коригиране на разликата.Този сигнал контролира част, наречена PASS елемент, която може да бъде транзистор или транзистор на полето (FET).Проходният елемент работи като променлив резистор, като регулира съпротивлението му, за да поддържа напрежението на правилното ниво.

Например, ако входното напрежение се увеличи, пропускният елемент увеличава съпротивлението му, за да предотврати повишаването на изходното напрежение.От друга страна, ако входното напрежение намалява, PASS елементът понижава съпротивлението му, за да позволи повече ток, като гарантира, че изходното напрежение остава стабилно.

Тази непрекъсната настройка гарантира, че захранването осигурява постоянно напрежение, дори когато входното напрежение или натоварване се променя.Простотата на линейното захранване го прави надеждна и произвежда много малко електрически шум, което е полезно за устройства, които се нуждаят от стабилна мощност.Този тип захранване обаче като цяло е по -малко ефективен, тъй като допълнителната енергия се освобождава като топлина, което означава, че може да се нуждае от по -големи охлаждащи системи и да използва повече мощност.

Компоненти на линейно захранване

Фигура 2: Компоненти на линейно захранване

Вход за захранване на захранване

В линейно захранване трансформаторът е първият компонент, който взаимодейства с променливотоковата мощност от мрежата.Основната му работа е да Променете напрежението до ниво, което е подходящо за устройството, или чрез намаляване на него (което е по -често), или го увеличава, в зависимост от нуждите на устройството.Трансформаторът също осигурява защита, като отделя захранването от мрежата, намалявайки риска от електрически опасности.При приложения с по -висока мощност трансформаторът може да бъде доста голям, което увеличава общия размер и теглото на захранването.В зависимост от това как е проектирано захранването, трансформаторът може да има Една или повече вторични намотки за производство на различни изходни напрежения.

Изправител

След като трансформаторът коригира напрежението, променливотоковата мощност трябва да се преобразува в постоянен ток, което се извършва от изправителя.Токоизправител е решаваща част от захранването и се предлага в различни настройки. Полувесна ректификация Използва единичен диод, за да конвертира само половината от цикъла на променлив ток в постоянен ток, което го прави по -малко ефективен и произвежда повече колебания в изхода, които са по -трудни за изглаждане. Пълно вълнова ректификация е по -ефективен и използва и двете половини на цикъла на променлив ток.Това може да стане с трансформатор с центрови стъпала и два диода или с настройка на мостови изправители, която използва четири диода.Мостовият изправител се използва по -често в съвременните дизайни, тъй като е по -ефективен.Съвременните токоизправители обикновено използват Полупроводникови диоди като PN Junction Diodes или Schottky Diodes.Диодите на Schottky често се избират, тъй като те губят по -малко напрежение, когато токът преминава през тях, което ги прави по -ефективни, въпреки че може да позволи на някакъв ток да изтече и да има по -нисък праг на напрежение, преди да се разпадна.

Изглаждащ кондензатор

След като изправителят преобразува променлив ток в постоянен ток, изходът не е напълно гладък и съдържа колебания в напрежението, които не са желани за повечето електронни вериги.Кондензаторът за изглаждане помага дори тези колебания Чрез зареждане по време на високите точки на ректифицираната форма на вълната и освобождаване на заряда, когато формата на вълната спадне.Това помага Дръжте постояннотоковото напрежение по -стабилно.Въпреки че кондензаторът значително намалява колебанията, той не ги отстранява напълно.Способността на кондензатора да намалява тези колебания зависи от неговия размер и количеството на тока, който натоварването изисква.

Регулатор на напрежението

Регулаторът на напрежението е основният компонент на линейно захранване, като гарантира, че изходното напрежение остава стабилно, дори ако входното напрежение или натоварването се променя.Има два основни типа линейни регулатори: Регулатор на шунта и регулатор на сериите.

Регулаторът на шунта е по -рядко срещан и работи, като поставя променлив компонент през натоварването, който абсорбира допълнителен ток, за да поддържа стабилното напрежение на изхода.Този тип регулатор се използва, когато е необходимо прецизно управление на напрежението, въпреки че може да не е много ефективно.Поради по -ниската си ефективност, той обикновено се използва само в специфични ситуации.

Серийният регулатор е най -използваният тип линеен регулатор.В тази настройка променливо съпротивление се поставя последователно с товара и контролната верига регулира съпротивлението, за да поддържа желаното изходно напрежение.Простотата и ефективността на серийния регулатор го правят популярен избор за много линейни дизайни на захранване.Той осигурява добро управление на напрежението със сравнително лесен дизайн, което го прави подходящ за широк спектър от приложения.

Предимства и недостатъци на линейните захранвания

Предимства

Линейните захранвания имат няколко предимства, особено в ситуации, при които са необходими стабилност и тиха работа.Едно от основните предимства е, че те създават Много малко шум.За разлика от превключването на захранването, които включват и изключват бързото, линейните захранвания поддържат тока непрекъснато.Тази липса на бързо превключване означава, че те не създават много електромагнитни смущения, което ги прави добър избор за деликатни електронни устройства като аудио системи, медицинско оборудване и инструменти, които се нуждаят от точни измервания.

Друго предимство е тяхното Надеждно изпълнение.Линейните захранвания съществуват отдавна и тяхната технология е добре известна и надеждна.Тъй като те са били използвани толкова години, тяхното изпълнение е последователно и добре разбрано.Инженерите и дизайнерите могат да разчитат на тези доставки да работят последователно, което е много полезно в ситуации, когато надеждността е задължителна.

Недостатъци

Линейните захранвания обаче имат някои недостатъци, главно когато става въпрос за това колко добре използват енергия и техния размер.Един от най -големите недостатъци е тяхното ниска ефективност.Тези доставки обикновено използват само около 50% от входната енергия ефективно, като другата половина се губи, обикновено като топлина.Тази ниска ефективност се случва, защото захранването контролира напрежението, като се отърва от допълнителна енергия, което губи много енергия.

Тази пропиляна енергия води до друг проблем: генериране на топлина .Енергията, която не се използва, създава топлина, която трябва да се управлява, за да се предпазят захранването и свързаните устройства да се повредят.Това често означава добавяне на допълнителни части като радиаторни минки или вентилатори за охлаждане, което може да направи дизайна по -сложен и да увеличи разходите.

И накрая, линейните захранвания са по -голям и по -тежък отколкото превключване на захранването.Те се нуждаят от големи трансформатори, за да намалят напрежението и допълнителните части, за да управляват топлината, което прави тези захранвания обемни.Това може да бъде голям недостатък в ситуации, при които пространството и теглото са важни, например в преносими или компактни устройства.

Приложения на линейни захранвания

Фигура 3: Приложения на линейни захранвания

Линейните захранвания, макар и не толкова енергийно ефективни, колкото техните превключващи колеги, често се избират за специфични ситуации, при които е необходима стабилна и без шум мощност.Тези захранвания са особено полезни в среда, където е необходима стабилна и чиста мощност без прекъсванията, които могат да се предлагат с превключване на захранването.

В аудио-визуалното оборудване линейните захранвания са много полезни за висококачествени аудио усилватели и чувствителни аудио устройства.Те осигуряват гладък и стабилен изход на напрежението, което е важно за запазването на качеството на звука непокътнато.Превключването на захранването понякога може да въведе шум и шипове, които могат да пречат на аудио сигналите, което води до звуково изкривяване или нежелани смущения.Поради това линейните захранвания се предпочитат в аудио системи от висок клас, където е важно да се поддържа качеството на звука чисто и ясно.

В лабораторното оборудване наличието на постоянна и точна мощност е много важно.Устройства като лабораторни захранвания, които се използват за осигуряване на стабилни и прецизни изходи на напрежение, често разчитат на линейна регулация.Стабилността, предлагана от линейните захранвания, гарантира, че напрежението остава последователно, което е много важно в експерименталните и тестващи среди, където дори и малки промени могат да доведат до неправилни резултати.Тези захранвания са проектирани да доставят чиста мощност без шум, която е необходима за чувствителни измервания и експерименти, които изискват високо ниво на точност.

Линейните захранвания са проектирани да доставят последователно напрежение с минимален шум, което ги прави идеални за ситуации, при които качеството на мощността директно влияе на това колко добре работи устройството.Въпреки че може да не са толкова енергийно ефективни, колкото превключващите захранвания, способността им да осигуряват стабилна и чиста мощност ги прави особено полезни в специфични, чувствителни към шума приложения.Използването им в аудио-визуално и лабораторно оборудване показва как качеството на мощността играе ключова роля за поддържане на производителността и точността в тези настройки.

Сравнение с други типове захранване

Линейните захранвания се използват за промяна на електрическата енергия от една форма в друга, обикновено превръщайки променлив ток (AC) в директен ток (DC).Има няколко вида захранвания, всеки със собствени характеристики:

Фигура 4: Нерегулирани линейни захранвания

Нерегулираните линейни захранвания са най -основният тип.Те преобразуват AC в DC, но нямат допълнителни функции, за да поддържат напрежението стабилно.Това означава, че изходното напрежение може да се промени, ако входното напрежение се промени или ако се използва количеството мощност (натоварването).Ако входното напрежение се повиши, изходното напрежение също ще се повиши и ако натоварването се увеличи, изходното напрежение може да спадне.Поради това тези захранвания не са идеални за устройства, които се нуждаят от стабилно напрежение, за да работят правилно.

Фигура 5: Захранване на Ferrororesonant

Захранването на Ferrororesonant използва специална техника, включваща магнитни полета, за да поддържа стабилното напрежение на изхода.Те правят това с комбинация от трансформатор и резонансна верига.Магнитните свойства на трансформатора помагат да се поддържа постоянно изходно напрежение, дори ако входното напрежение или натоварване се променя.Тези захранвания също имат вградена защита срещу внезапни захранващи шипове, което ги прави надеждни на места, където захранването не е стабилно.Те обаче обикновено са големи и тежки, което може да бъде недостатък в ситуации, където размерът и теглото имат значение.

Фигура 6: Захранване на режим на превключване (SMP)

Захранването на режима на превключване (SMP) е проектирано да бъде по -ефективно от линейните захранвания.Те работят чрез бързо включване и изключване на входната захранване, използвайки електронни превключватели като транзистори.Този метод им позволява да конвертират мощността по -ефективно, което означава, че те произвеждат по -малко топлина и могат да бъдат направени по -малки и по -леки.Въпреки това, поради високоскоростното превключване, SMP могат да създадат електрически шум, което може да пречи на други електронни устройства наблизо.SMP също са по -сложни в дизайна и могат да бъдат по -трудни за поправяне, ако нещо се обърка.

Заключение

Линейните захранвания все още са избор на избор в ситуации, при които е много необходимо стабилно и без шум захранване.Техният прост дизайн и надеждна производителност ги правят любими в области като аудио оборудване и лабораторни тестове.Те обаче имат компромиси по отношение на енергийната ефективност и размера, така че е важно да помислите за това, за което ги използвате.Когато сравняваме линейните захранвания с други видове, става ясно, че макар че те не винаги могат да бъдат най-енергийният вариант, способността им да доставят чиста и постоянна мощност означава, че те все още са полезни в днешния технологичен свят.Разбирайки тези различия, можете да вземете по -добри решения, когато избирате правилното захранване за вашите специфични нужди.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Къде се използват линейни захранвания?

Линейните захранвания обикновено се използват в среда, в която е много необходима стабилна и ниска мощност.Това включва висококачествено аудио оборудване, медицински изделия, лабораторни инструменти и инструменти за прецизно измерване, където дори малък електрически шум може да попречи на работата или точността на оборудването.

2. Каква е ефективността на линейното захранване?

Ефективността на линейното захранване като цяло е ниска, често около 50% или по -малко.Това е така, защото захранването регулира напрежението чрез разсейване на излишната енергия като топлина, което води до значителна загуба на енергия.

3. Какви са предимствата и недостатъците на линейното захранване?

Основното предимство на линейното захранване е способността му да осигурява чиста, стабилна и ниска шумна мощност, която е идеална за чувствителна електроника.Недостатъците включват ниска ефективност, голям размер поради необходимостта от разсейване на топлина и допълнителната енергия, пропилена като топлина.

4. Какви са недостатъците на линейния регулатор на напрежението?

Недостатъците на линейния регулатор на напрежението включват ниска ефективност, тъй като той губи много мощност като топлина и неспособността му да засили напрежението, което означава, че може да намали само напрежението от входното ниво.Освен това те могат да изискват големи радиаторни мивки или охлаждащи системи, за да управляват произведената топлина, което ги прави обемни.

5. Кой е най -ефективният тип захранване?

Най-ефективният тип захранване е захранването на режим на превключване (SMP).Той използва високочестотно превключване за преобразуване на мощността с минимална загуба на енергия, което води до много по-висока ефективност в сравнение с линейните захранвания.