på 2024/08/28 288

Linjära strömförsörjning

I elektronikvärlden är kraftförsörjning enheterna som ser till att allt går smidigt och korrekt.Bland de olika typerna tillgängliga är linjära kraftförsörjningar kända för att tillhandahålla ett stabilt och tillförlitligt flöde av el med mycket lite brus.Den här artikeln kommer att förklara hur linjära kraftförsörjning fungerar, vilka delar de är gjorda av och var de är mest användbara.Vi kommer också att jämföra dem med andra typer av strömförsörjningar, vilket hjälper dig att förstå varför de fortfarande väljs för vissa situationer, även om nyare, mer energieffektiva alternativ finns tillgängliga.

Katalog

Bild 1: Linjär strömförsörjning

Vad är en linjär strömförsörjning?

En linjär strömförsörjning är en typ av kraftanordning som ger en stadig och konsekvent spänningsutgång genom att kontinuerligt justera motståndet.Denna metod undviker användning av snabb växling, vilket gör den enklare och idealisk för att leverera ren och pålitlig kraft till olika elektroniska enheter.

Processen börjar med ett feedback -system som ständigt kontrollerar utspänningen.Denna spänning jämförs med en inställd referensspänning med hjälp av en differentiell förstärkare, en krets som hjälper till att säkerställa noggrannhet.Om utgångsspänningen skiljer sig från referensen genererar förstärkaren en signal för att korrigera skillnaden.Denna signal styr en del som kallas passelementet, som kan vara en transistor eller en fälteffekttransistor (FET).Passelementet fungerar som ett variabelt motstånd och justerar dess motstånd för att hålla spänningen på rätt nivå.

Om till exempel ingångsspänningen ökar ökar passelementet dess motstånd för att förhindra att utgångsspänningen stiger.Å andra sidan, om ingångsspänningen minskar, sänker passelementet sitt motstånd för att möjliggöra mer ström, vilket säkerställer att utgångsspänningen förblir stabil.

Denna kontinuerliga justering säkerställer att strömförsörjningen ger en jämn spänning, även när ingångsspänningen eller belastningen ändras.Enkelheten i den linjära strömförsörjningen gör den tillförlitlig och producerar mycket lite elektriskt brus, vilket är användbart för enheter som behöver stabil kraft.Men denna typ av strömförsörjning är i allmänhet mindre effektiv eftersom den extra energin frigörs som värme, vilket innebär att den kan behöva större kylsystem och använda mer kraft.

Komponenter i en linjär strömförsörjning

Bild 2: Komponenter i en linjär strömförsörjning

Strömförsörjning ingångstransformator

I en linjär strömförsörjning är transformatorn den första komponenten som interagerar med växelströmmen från elnätet.Dess huvudsakliga jobb är att ändra spänningen till en nivå som är lämplig för enheten, antingen genom att sänka den (vilket är vanligare) eller öka den, beroende på enhetens behov.Transformatorn ger också skydd genom att separera strömförsörjningen från elnätet, vilket minskar risken för elektriska faror.I högre effektapplikationer kan transformatorn vara ganska stor, vilket ökar strömförsörjningens totala storlek och vikt.Beroende på hur strömförsörjningen är utformad kan transformatorn ha en eller flera sekundära lindningar För att producera olika utgångsspänningar.

Likriktare

När transformatorn har justerat spänningen måste växelströmmen omvandlas till DC -effekt, vilket görs av likriktaren.Likriktaren är en avgörande del av strömförsörjningen och den finns i olika inställningar. Halvvågsrelation Använder en enda diod för att bara konvertera hälften av AC -cykeln till DC, vilket gör den mindre effektiv och producerar fler fluktuationer i utgången, som är svårare att jämna ut. Fullvågsrelation är effektivare och använder båda halvorna i AC -cykeln.Detta kan göras med en center-tapped transformator och två dioder eller med en bridge likriktare som använder fyra dioder.Bridge likriktare används oftare i moderna mönster eftersom den är mer effektiv.Moderna likriktare använder vanligtvis halvledardioder som PN -korsningsdioder eller Schottky -dioder.Schottky -dioder väljs ofta eftersom de tappar mindre spänning när strömmen passerar genom dem, vilket gör dem mer effektiva, även om de kan tillåta en del ström att läcka och ha en lägre spänningströskel innan de går sönder.

Utjämningskondensator

Efter att likriktaren konverterar AC till DC är utgången inte perfekt smidig och innehåller fluktuationer i spänningen som inte är önskvärda för de flesta elektroniska kretsar.Utjämningskondensatorn hjälper till att även ut dessa fluktuationer Genom att ladda upp under de höga punkterna i den korrigerade vågformen och släppa laddningen när vågformen sjunker.Detta hjälper till att Håll DC -spänningen mer stadig.Även om kondensatorn i hög grad minskar fluktuationerna tar den inte helt bort dem.Kondensatorns förmåga att minska dessa fluktuationer beror på dess storlek och mängden ström som lasten kräver.

Spänningsregulator

Spänningsregulatorn är huvudkomponenten i en linjär strömförsörjning, vilket säkerställer att utgångsspänningen förblir jämn även om ingångsspänningen eller lasten ändras.Det finns två huvudtyper av linjära regulatorer: Shuntregulator och serieregulator.

Shuntregulatorn är mindre vanlig och fungerar genom att placera en variabel komponent över lasten, som absorberar extra ström för att hålla utspänningen stabil.Denna typ av regulator används när exakt kontroll av spänningen behövs, även om den kanske inte är särskilt effektiv.På grund av dess lägre effektivitet används den vanligtvis endast i specifika situationer.

Serieregulatorn är den mest använda typen av linjär regulator.I denna installation placeras en variabel motstånd i serie med lasten, och styrkretsen justerar motståndet för att bibehålla den önskade utgångsspänningen.Seriesregulatorns enkelhet och effektivitet gör det till ett populärt val för många linjära strömförsörjningsdesign.Det ger god spänningskontroll med en relativt enkel design, vilket gör den lämplig för ett brett utbud av användningsområden.

Fördelar och nackdelar med linjära strömförsörjning

Fördelar

Linjära kraftförsörjningar har flera fördelar, särskilt i situationer där stabilitet och tyst drift är nödvändig.En av de viktigaste fördelarna är att de skapar väldigt lite ljud.Till skillnad från att byta strömförsörjning som slår strömmen snabbt, håller linjära strömförsörjningar strömmen flödande stadigt.Denna brist på snabb växling innebär att de inte skapar mycket elektromagnetisk störning, vilket gör dem till ett bra val för känsliga elektroniska enheter som ljudsystem, medicinsk utrustning och instrument som behöver exakta mätningar.

En annan fördel är deras pålitlig prestanda.Linjära kraftförsörjningar har funnits länge och deras teknik är välkänd och pålitlig.Eftersom de har använts i så många år är deras prestationer konsekvent och väl förstått.Ingenjörer och designers kan räkna med att dessa leveranser fungerar konsekvent, vilket är mycket hjälpsamma i situationer där pålitlighet är ett måste.

Nackdelar

Linjära kraftförsörjning har emellertid vissa nackdelar, främst när det gäller hur bra de använder energi och sin storlek.En av de största nackdelarna är deras lågeffektivitet.Dessa leveranser använder vanligtvis bara cirka 50% av ingångsenergin effektivt, varvid den andra hälften slösas bort, vanligtvis som värme.Denna låga effektivitet sker eftersom tillförseln styr spänningen genom att bli av med extra energi, vilket slösar bort mycket energi.

Denna slösade energi leder till ett annat problem: värmeproduktion .Energin som inte används skapar värme, som måste hanteras för att förhindra att strömförsörjningen och anslutna enheter skadas.Detta innebär ofta att lägga till extra delar som kylflänsar eller kylfläktar, vilket kan göra designen mer komplicerade och öka kostnaderna.

Slutligen är linjära kraftförsörjningar större och tyngre än att byta strömförsörjning.De behöver stora transformatorer för att minska spänningen och ytterligare delar för att hantera värme, vilket gör dessa kraftförsörjningar skrymmande.Detta kan vara en stor nackdel i situationer där utrymme och vikt är viktiga, till exempel i bärbara eller kompakta enheter.

Tillämpningar av linjära kraftförsörjningar

Bild 3: Tillämpningar av linjära kraftförsörjningar

Linjära kraftförsörjningar, även om de inte är lika energieffektiva som deras omkopplings motsvarigheter, väljs ofta för specifika situationer där en stabil och brusfri effekt är nödvändig.Dessa kraftförsörjningar är särskilt användbara i miljöer där stabil och ren kraft behövs utan de störningar som kan komma med växling av strömförsörjning.

I audiovisuell utrustning är linjära strömförsörjningar mycket användbara för högkvalitativa ljudförstärkare och känsliga ljudenheter.De ger en smidig och stadig spänningsutgång, vilket är viktigt för att hålla ljudkvaliteten intakt.Att byta strömförsörjning kan ibland införa brus och spikar som kan störa ljudsignaler, vilket kan leda till ljudförvrängning eller oönskad störning.På grund av detta föredras linjära kraftförsörjningar i avancerade ljudsystem där det är viktigt att hålla ljudkvaliteten rent och tydligt.

Inom laboratorieutrustning är det mycket viktigt att ha konsekvent och exakt kraft.Enheter som laboratoriekraftförsörjning, som används för att tillhandahålla stabila och exakta spänningsutgångar, förlitar sig ofta på linjär reglering.Den stabilitet som erbjuds av linjära kraftförsörjning säkerställer att spänningen förblir konsekvent, vilket är mycket viktigt i experimentella och testmiljöer där även små förändringar kan leda till felaktiga resultat.Dessa kraftförsörjningar är utformade för att leverera ren, brusfri kraft, som behövs för känsliga mätningar och experiment som kräver en hög noggrannhetsnivå.

Linjära kraftförsörjningar är utformade för att leverera konsekvent spänning med minimalt brus, vilket gör dem perfekta för situationer där kraftkvaliteten direkt påverkar hur väl en enhet fungerar.Även om de kanske inte är lika energieffektiva som att byta kraftförsörjning, gör deras förmåga att tillhandahålla stabil och ren kraft dem särskilt användbara i specifika, bruskänsliga applikationer.Deras användning i audiovisuell och laboratorieutrustning visar hur kraftkvaliteten spelar en nyckelroll för att upprätthålla prestanda och noggrannhet i dessa inställningar.

Jämförelse med andra strömförsörjningstyper

Linjära kraftförsörjningar används för att ändra elektrisk energi från en form till en annan, vilket vanligtvis förvandlar växlande ström (AC) till likström (DC).Det finns flera typer av kraftförsörjningar, var och en med sina egna egenskaper:

Bild 4: Oreglerade linjära kraftförsörjningar

Oreglerade linjära kraftförsörjningar är den mest grundläggande typen.De konverterar växelström till DC men har inga extra funktioner för att hålla spänningen stadig.Detta innebär att utgångsspänningen kan ändras om ingångsspänningen ändras eller om mängden ström som används (belastningen) ändras.Om ingångsspänningen går upp kommer utgångsspänningen också att gå upp, och om lasten ökar kan utgångsspänningen sjunka.På grund av detta är dessa strömförsörjningar inte idealiska för enheter som behöver en stabil spänning för att fungera korrekt.

Bild 5: Ferroresonant strömförsörjning

Ferroresonant kraftförsörjning använder en speciell teknik som involverar magnetfält för att hålla utgångsspänningen stadig.De gör detta med en kombination av en transformator och en resonantkrets.Transformatorns magnetiska egenskaper hjälper till att upprätthålla en stadig utgångsspänning, även om ingångsspänningen eller belastningen ändras.Dessa kraftförsörjningar har också inbyggt skydd mot plötsliga kraftspikar, vilket gör dem tillförlitliga på platser där strömförsörjningen inte är stabil.Men de är vanligtvis stora och tunga, vilket kan vara en nackdel i situationer där storlek och vikt är viktiga.

Bild 6: Switch Mode Power Supply (SMPS)

Switch Mode Power Supplies (SMP) är utformade för att vara mer effektiva än linjära strömförsörjningar.De fungerar genom att snabbt slå på och av ingångsströmmen med elektroniska switchar som transistorer.Denna metod gör det möjligt för dem att konvertera kraften mer effektivt, vilket innebär att de producerar mindre värme och kan göras mindre och lättare.På grund av höghastighetsomkopplaren kan emellertid SMP: er skapa elektriskt brus, vilket kan störa andra elektroniska enheter i närheten.SMP: er är också mer komplicerade i designen och kan vara svårare att fixa om något går fel.

Slutsats

Linjära strömförsörjningar är fortfarande ett val i situationer där en stadig och brusfri strömförsörjning är mycket nödvändig.Deras enkla design och pålitliga prestanda gör dem till en favorit inom områden som ljudutrustning och labbtestning.De har emellertid avvägningar när det gäller energieffektivitet och storlek, så det är viktigt att tänka på vad du använder dem för.När vi jämför linjära kraftförsörjningar med andra typer blir det tydligt att även om de kanske inte alltid är det mest energibesparande alternativet, betyder deras förmåga att leverera ren och konsekvent kraft att de fortfarande är användbara i dagens tekniska värld.Genom att förstå dessa skillnader kan du fatta bättre beslut när du väljer rätt strömförsörjning för dina specifika behov.

Vanliga frågor [FAQ]

1. Var används linjära kraftförsörjningar?

Linjära kraftförsörjningar används ofta i miljöer där stabila och lågbruskraft behövs mycket.Detta inkluderar högkvalitativ ljudutrustning, medicintekniska produkter, laboratorieinstrument och precisionsmätningsverktyg, där till och med litet elektriskt brus kan störa utrustningen eller noggrannheten i utrustningen.

2. Vad är effektiviteten för linjär strömförsörjning?

Effektiviteten hos en linjär strömförsörjning är i allmänhet låg, ofta cirka 50% eller mindre.Detta beror på att strömförsörjningen reglerar spänningen genom att sprida överskottsenergi som värme, vilket resulterar i betydande energiförlust.

3. Vilka är fördelarna och nackdelarna med en linjär strömförsörjning?

Den största fördelen med en linjär strömförsörjning är dess förmåga att tillhandahålla ren, stabil och lågbruskraft, som är idealisk för känslig elektronik.Nackdelarna inkluderar låg effektivitet, stor storlek på grund av behovet av värmeavledning och den extra energin som slösas bort som värme.

4. Vilka är nackdelarna med linjär spänningsregulator?

Nackdelarna med en linjär spänningsregulator inkluderar låg effektivitet, eftersom den slösar mycket kraft som värme och dess oförmåga att öka spänningen, vilket innebär att den bara kan minska spänningen från ingångsnivån.Dessutom kan de kräva stora kylflänsar eller kylsystem för att hantera värmen som produceras, vilket gör dem skrymmande.

5. Vad är den mest effektiva typen av strömförsörjning?

Den mest effektiva typen av strömförsörjning är strömförsörjningen (SMPS).Den använder högfrekventa växling för att konvertera effekt med minimal energiförlust, vilket resulterar i mycket högre effektivitet jämfört med linjära kraftförsörjningar.