Разликата между линейно захранване и импулсно захранване
Според принципа на преобразуване, захранващите устройства могат да бъдат класифицирани на линейни захранвания и импулсни захранвания. Когато класифицираме линейни захранвания и импулсни захранвания, всъщност трябва да изясним дали е AC/DC или DC/DC. Въпреки че тази класификация е насочена към разграничаване на принципите на трансформация. Но дали линейните захранвания и импулсните захранвания, които постигат AC/DC функции, представляват пълен процес на преобразуване на AC в DC и някои от веригите са съставени от DC/DC.
Линейно захранване и импулсно захранване за AC/DC
Има много учебници, книги и статии, които директно се отнасят до линейните източници на захранване като "линейни източници на захранване за AC/DC". Какво е линеен източник на енергия? Линейното захранване първо намалява амплитудата на напрежението на променливотоковото захранване през трансформатор, след това го коригира чрез токоизправителна верига, за да получи импулсно постоянно напрежение, и след това го филтрира, за да получи постоянно напрежение с малки пулсации на напрежението.
Характеристиките на AC/DC линейното захранване и импулсното захранване са различни, както следва:
Линейното захранване на AC/DC първо се намалява от AC напрежение с помощта на трансформатор на мощността и след това се коригира. След намаляване на напрежението чрез трансформатор, напрежението е станало сравнително ниско и за стабилизиране на напрежението могат да се използват захранващи чипове, като регулатор на напрежение с три извода. Регулиращата тръба на линейното захранване работи в усилено състояние, което води до високо генериране на топлина и ниска ефективност (свързана със спада на напрежението), което изисква добавянето на обемист радиатор. Обемът на трансформаторите за мощност на честотата също е сравнително голям и когато се произвеждат множество набори от изходи на напрежение, обемът на трансформатора ще бъде по-голям.
Регулиращата тръба на AC/DC импулсно захранване работи в състояния на насищане и прекъсване, което води до ниско генериране на топлина и висока ефективност. AC/DC импулсното захранване елиминира нуждата от обемисти трансформатори на мощността. Въпреки това, изходът за постоянен ток на превключващото захранване AC/DC ще има по-големи вълни, които могат да бъдат подобрени чрез свързване на диод за регулатор на напрежението в края на изхода. В допълнение, поради високата пикова импулсна интерференция, генерирана по време на работата на превключващата тръба, магнитните перли трябва да бъдат свързани последователно във веригата, за да се подобрят. Относително казано, пулсациите на линейното захранване могат да бъдат направени много малки. Импулсните захранвания могат да бъдат постигнати чрез различни топологични структури, като намаляване на напрежението, усилване и усилване, докато линейните захранвания могат да постигнат само намаляване на напрежението.
Много ранни захранващи адаптери бяха сравнително тежки и техният принцип на преобразуване беше AC/DC линейно захранване, което използва вътрешно честотен трансформатор. AC/DC линейното захранване първо използва трансформатор за намаляване на AC напрежението. Този тип трансформатор, който директно намалява напрежението в мрежата, се нарича трансформатор на мощността на честотата, както е показано на фигура 1.9. Честотните трансформатори на мощността, известни също като нискочестотни трансформатори, ги отличават от високочестотните трансформатори, използвани в импулсни захранвания. Честотните трансформатори на мощността бяха широко използвани в традиционните източници на енергия в миналото. Стандартната честота на мрежовото захранване в енергетиката, известна още като мрежово захранване ("мрежовото захранване" се отнася до захранването, използвано главно от жителите на градовете), е 50Hz в Китай и 60Hz в други страни. Трансформатор, който може да промени напрежението на променливия ток при тази честота, се нарича трансформатор на мощността. Честотните трансформатори на мощността обикновено са с по-големи размери в сравнение с високочестотните трансформатори. Така че обемът на AC/DC линейно захранване, реализирано с трансформатори на мощността, е сравнително голям.
Превключвателното захранване с променлив/постоянен ток изисква първо коригиране и филтриране на захранването с променлив ток, за да се образува приблизително постоянно високо напрежение и след това управление на превключвателя за генериране на високочестотни импулси, които се трансформират чрез трансформатор. AC/DC импулсно захранване има по-висока ефективност и по-малък размер. Една важна причина за малкия му размер е, че високочестотните трансформатори са много по-малки от честотните трансформатори. Защо колкото по-висока е честотата, толкова по-малък е обемът на трансформатора?
Материалите на ядрото на трансформатора имат граници на насищане, така че има ограничения за пиковата сила на магнитното поле. Токът, силата на магнитното поле и магнитният поток на променливия ток са синусоидални сигнали. Знаем, че за синусоидални сигнали с еднаква амплитуда, колкото по-висока е честотата, толкова по-голям е пикът на „скоростта на промяна“ на сигнала (моментът, в който синусоидният сигнал пресича нулата, е пикът на „скоростта на промяна“, докато скоростта на промяната в пика на сигнала е 0). Междувременно индуцираното напрежение се определя от скоростта на промяна на магнитния поток. Така че, за същото напрежение на оборот, колкото по-висока е честотата, толкова по-малък е необходимият пиков магнитен поток. Но както бе споменато по-горе, пиковата стойност на интензитета на магнитното поле е ограничена. Следователно, ако изискването за магнитен поток бъде намалено, площта на напречното сечение на желязното ядро може да бъде намалена. Горният анализ предполага същото напрежение на завой. И напрежението на оборот е свързано с мощността. Следователно, приемайки същата мощност. Ако мощността е по-малка, токът също е по-малък и допустимият проводник е по-тънък и съпротивлението е малко по-високо, разрешено е да се увеличи броят на завъртанията. По този начин напрежението на оборот също се намалява, което също може да намали изискването за магнитен поток. След това намалете звука. Също така, горният анализ предполага, че материалът е постоянен, тоест силата на магнитното поле на насищане е постоянна. Разбира се, ако се използват материали с по-висока сила на магнитното поле на насищане, обемът също може да бъде намален. Знаем, че в сравнение с трансформаторите със същия размер преди десетилетия, трансформаторите днес имат много по-малки обеми, тъй като сега използват нови материали за желязна сърцевина.
Съгласно уравнението на Максуел, индуцираната електродвижеща сила E в намотката на трансформатора е
Тоест, интегралът от скоростта на промяна на плътността на магнитния поток B с течение на времето върху N проводник се завърта с площ от Ac.
За трансформатори, индуцираната електродвижеща сила E от първичната страна на трансформатора и напрежението U, приложено от входната страна, могат да се разглеждат като линейна зависимост. При предпоставката, че амплитудата на U на входната страна на трансформатора остава непроменена, може да се счита, че амплитудата на E също остава непроменена.
Освен това има горна граница за плътността на магнитния поток B за всеки тип магнитно ядро. Феритът, използван за приложения с висока честота, е около няколко десети от Тесла, докато желязното ядро, използвано за приложения с честота на захранване, е около ниво, малко по-голямо от едно, с малка разлика.
Следователно, когато честотата се увеличава, скоростта на промяна в плътността на магнитния поток dB/dt по време на всеки цикъл се увеличава значително, при условие че пиковата промяна в плътността на магнитния поток B не е значителна. Следователно, по-малки Ac или N могат да се използват за постигане на същата индуцирана електродвижеща сила E. Намаляването на Ac означава намаляване на площта на напречното сечение на магнитната сърцевина; Намаляването на N означава, че площта на празния прозорец на магнитната сърцевина може да бъде намалена, като и двете могат да помогнат за постигане на по-малък обем на магнитната сърцевина. Площта на напречното сечение на високочестотния трансформатор е по-малка и броят на навивките в намотката намалява, което води до по-малък обем.
Регулиращата тръба на импулсното захранване работи в състояния на насищане и изключване, което води до ниско генериране на топлина и висока ефективност. AC/DC импулсните захранвания не изискват използването на големи честотни трансформатори. Обаче изходът за постоянен ток на импулсното захранване ще има големи вълни, насложени върху него. В допълнение, поради големите пикови импулсни смущения, генерирани по време на работата на превключващия транзистор, е необходимо също така да се филтрира захранването във веригата, за да се подобри качеството на захранването. Относително казано, линейните източници на енергия нямат горните дефекти и тяхната пулсация може да бъде много малка.
