Atšķirība starp lineāro barošanas avotu un komutācijas barošanas avotu
Saskaņā ar pārveidošanas principu barošanas avotus var iedalīt lineārajos barošanas avotos un komutācijas barošanas avotos. Kad mēs klasificējam lineāros barošanas avotus un komutācijas barošanas avotus, mums faktiski ir jānoskaidro, vai tas ir maiņstrāvas/līdzstrāvas vai līdzstrāvas/līdzstrāvas. Lai gan šī klasifikācija ir vērsta uz transformācijas principu nošķiršanu. Bet vai lineārie barošanas avoti un komutācijas barošanas avoti, kas nodrošina maiņstrāvas/līdzstrāvas funkcijas, ir pilnīgs maiņstrāvas pārveidošanas process līdzstrāvā, un dažas ķēdes sastāv no līdzstrāvas/līdzstrāvas.
Lineārs barošanas avots un komutācijas barošanas avots AC/DC
Ir daudzas mācību grāmatas, grāmatas un raksti, kas tieši atsaucas uz lineārajiem barošanas avotiem kā "lineāros barošanas avotus maiņstrāvai/līdzstrāvai". Kas ir lineārais enerģijas avots? Lineārais barošanas avots vispirms samazina maiņstrāvas sprieguma amplitūdu caur transformatoru, pēc tam iztaisno to caur taisngrieža ķēdi, lai iegūtu impulsu līdzstrāvas jaudu, un pēc tam filtrē, lai iegūtu līdzstrāvas spriegumu ar nelielu pulsācijas spriegumu.
Maiņstrāvas/līdzstrāvas lineārā barošanas avota un komutācijas barošanas avota raksturlielumi atšķiras šādi:
Maiņstrāvas/līdzstrāvas lineāro barošanas avotu vispirms samazina ar maiņstrāvas spriegumu, izmantojot strāvas frekvences transformatoru, un pēc tam iztaisno. Pēc sprieguma samazināšanas ar transformatora palīdzību spriegums ir kļuvis salīdzinoši zems, un sprieguma stabilizēšanai var izmantot tādas jaudas mikroshēmas kā trīs spaiļu sprieguma regulators. Lineārās barošanas avota regulēšanas caurule darbojas pastiprinātā stāvoklī, kā rezultātā rodas augsta siltuma ražošana un zema efektivitāte (saistībā ar sprieguma kritumu), kam nepieciešams pievienot apjomīgu siltuma izlietni. Strāvas frekvences transformatoru apjoms ir arī salīdzinoši liels, un, ražojot vairākus sprieguma izvadu komplektus, transformatora tilpums būs lielāks.
Maiņstrāvas/līdzstrāvas komutācijas barošanas avota regulēšanas caurule darbojas piesātinājuma un atslēgšanas stāvokļos, kā rezultātā rodas zema siltuma ražošana un augsta efektivitāte. Maiņstrāvas/līdzstrāvas komutācijas barošanas avots novērš nepieciešamību pēc lielgabarīta jaudas frekvences transformatoriem. Tomēr maiņstrāvas/līdzstrāvas komutācijas barošanas avota līdzstrāvas izvadei būs lielāki viļņi, ko var uzlabot, pievienojot izejas galā sprieguma regulatora diodi. Turklāt, tā kā slēdža caurules darbības laikā rodas augsti maksimālā impulsa traucējumi, magnētiskās lodītes ķēdē ir jāsavieno virknē, lai uzlabotu. Relatīvi runājot, lineārā barošanas avota pulsāciju var padarīt ļoti mazu. Komutācijas barošanas avotus var panākt, izmantojot dažādas topoloģiskās struktūras, piemēram, sprieguma samazināšanu, palielināšanu un palielināšanu, savukārt lineāri barošanas avoti var sasniegt tikai sprieguma samazināšanu.
Daudzi agrīnie strāvas adapteri bija salīdzinoši smagi, un to pārveidošanas princips bija maiņstrāvas/līdzstrāvas lineārā barošanas avots, kas iekšēji izmantoja strāvas frekvences transformatoru. Maiņstrāvas/līdzstrāvas lineārais barošanas avots vispirms izmanto transformatoru, lai samazinātu maiņstrāvas spriegumu. Šāda veida transformatorus, kas tieši samazina spriegumu tīklā, sauc par jaudas frekvences transformatoru, kā parādīts 1.9. attēlā. Strāvas frekvences transformatori, kas pazīstami arī kā zemfrekvences transformatori, atšķir tos no augstfrekvences transformatoriem, ko izmanto komutācijas barošanas avotos. Jaudas frekvences transformatori agrāk tika plaši izmantoti tradicionālajos strāvas avotos. Standarta elektrotīkla barošanas frekvence enerģētikas nozarē, kas pazīstama arī kā elektrotīkla strāva (“tīkla jauda” attiecas uz barošanas avotu, ko galvenokārt izmanto iedzīvotāji pilsētās), ir 50 Hz Ķīnā un 60 Hz citās valstīs. Transformatoru, kas var mainīt maiņstrāvas spriegumu šajā frekvencē, sauc par jaudas frekvences transformatoru. Strāvas frekvences transformatori parasti ir lielāki salīdzinājumā ar augstfrekvences transformatoriem. Tātad ar jaudas frekvences transformatoriem realizētā maiņstrāvas/līdzstrāvas lineārā barošanas avota apjoms ir salīdzinoši liels.
Maiņstrāvas/līdzstrāvas komutācijas barošanas avotam vispirms ir jāiztaisno un jāfiltrē maiņstrāvas barošanas avots, lai izveidotu aptuvenu līdzstrāvas augstu spriegumu, un pēc tam jāvada slēdzis, lai radītu augstfrekvences impulsus, kas tiek pārveidoti caur transformatoru. Maiņstrāvas/līdzstrāvas komutācijas barošanas avotam ir augstāka efektivitāte un mazāks izmērs. Viens svarīgs iemesls tā mazajam izmēram ir tas, ka augstfrekvences transformatori ir daudz mazāki nekā strāvas frekvences transformatori. Kāpēc, jo augstāka ir frekvence, jo mazāks ir transformatora tilpums?
Transformatora serdes materiāliem ir piesātinājuma ierobežojumi, tāpēc maksimālajam magnētiskā lauka stiprumam ir ierobežojumi. Strāva, magnētiskā lauka stiprums un maiņstrāvas magnētiskā plūsma ir sinusoidāli signāli. Mēs zinām, ka tādas pašas amplitūdas sinusa signāliem, jo augstāka ir frekvence, jo lielāks ir signāla "izmaiņu ātruma" maksimums (mirklis, kad sinusa signāls šķērso nulli, ir "izmaiņu ātruma" maksimums, savukārt ātrums izmaiņu signāla maksimumā ir 0). Tikmēr inducēto spriegumu nosaka magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums. Tātad vienam un tam pašam spriegumam vienā pagriezienā, jo augstāka ir frekvence, jo mazāka ir nepieciešamā maksimālā magnētiskā plūsma. Bet, kā minēts iepriekš, magnētiskā lauka intensitātes maksimālā vērtība ir ierobežota. Tāpēc, ja tiek samazināta magnētiskās plūsmas prasība, var samazināt dzelzs serdes šķērsgriezuma laukumu. Iepriekš minētajā analīzē tiek pieņemts tāds pats spriegums uz apgriezienu. Un spriegums uz apgriezienu ir saistīts ar jaudu. Tāpēc, pieņemot tādu pašu jaudu. Ja jauda ir mazāka, arī strāva ir mazāka, un atļautais vads ir plānāks, un pretestība ir nedaudz lielāka, ir atļauts palielināt apgriezienu skaitu. Tādā veidā tiek samazināts arī spriegums uz vienu apgriezienu, kas var arī samazināt magnētiskās plūsmas prasību. Pēc tam samaziniet skaļumu. Arī iepriekš minētajā analīzē tiek pieņemts, ka materiāls ir nemainīgs, tas ir, piesātinājuma magnētiskā lauka stiprums ir nemainīgs. Protams, ja tiek izmantoti materiāli ar lielāku piesātinājuma magnētiskā lauka intensitāti, var arī samazināt apjomu. Mēs zinām, ka, salīdzinot ar tāda paša izmēra transformatoriem pirms gadu desmitiem, transformatoriem mūsdienās ir daudz mazāki tilpumi, jo tajos tagad tiek izmantoti jauni dzelzs serdeņu materiāli.
Saskaņā ar Maksvela vienādojumu transformatora spolē inducētais elektromotora spēks E ir
Tas ir, magnētiskās plūsmas blīvuma B izmaiņu ātruma integrālis laika gaitā N stieples apgriezienos ar laukumu Ac.
Transformatoriem inducēto elektromotora spēku E transformatora primārajā pusē un spriegumu U, kas pielikts ieejas pusē, var uzskatīt par lineāru sakarību. Pieņemot, ka U amplitūda transformatora ieejas pusē paliek nemainīga, var uzskatīt, ka arī E amplitūda paliek nemainīga.
Turklāt katram magnētiskā serdeņa veidam ir noteikta magnētiskās plūsmas blīvuma B augšējā robeža. Ferīts, ko izmanto augstfrekvences lietojumos, ir aptuveni dažas desmitdaļas no Tesla, savukārt dzelzs kodols, ko izmanto jaudas frekvences lietojumos, ir aptuveni līmenī, kas ir nedaudz lielāks par vienu, ar nelielu atšķirību.
Tāpēc, palielinoties frekvencei, magnētiskās plūsmas blīvuma izmaiņu ātrums dB/dt katrā ciklā ievērojami palielinās, ja magnētiskās plūsmas blīvuma B maksimālās izmaiņas nav nozīmīgas. Tāpēc var izmantot mazāku Ac vai N, lai sasniegtu tādu pašu inducēto elektromotora spēku E. Ac samazināšanās nozīmē magnētiskā serdeņa šķērsgriezuma laukuma samazināšanos; N samazinājums nozīmē, ka magnētiskā serdeņa tukšā loga laukumu var samazināt, un abi var palīdzēt sasniegt mazāku magnētiskā serdeņa tilpumu. Augstfrekvences transformatora šķērsgriezuma laukums ir mazāks, un apgriezienu skaits spolē samazinās, kā rezultātā samazinās tilpums.
Komutācijas barošanas avota regulēšanas caurule darbojas piesātinājuma un atslēgšanās stāvokļos, kā rezultātā rodas zema siltuma ražošana un augsta efektivitāte. Maiņstrāvas/līdzstrāvas komutācijas barošanas blokiem nav nepieciešams izmantot lielas jaudas frekvences transformatorus. Tomēr komutācijas barošanas avota līdzstrāvas izvadei būs lieli viļņi. Turklāt, ņemot vērā lielos maksimālās impulsa traucējumus, kas rodas komutācijas tranzistora darbības laikā, ir nepieciešams arī filtrēt strāvas padevi ķēdē, lai uzlabotu barošanas avota kvalitāti. Relatīvi runājot, lineārajiem barošanas avotiem nav iepriekš minēto defektu, un to pulsācija var būt ļoti maza.
