A különbség a lineáris tápegység és a kapcsolóüzemű tápegység között
Az átalakítási elv szerint a tápegységek lineáris tápegységekre és kapcsolóüzemű tápegységekre oszthatók. Amikor a lineáris tápegységeket és a kapcsolóüzemű tápegységeket osztályozzuk, valójában tisztáznunk kell, hogy AC/DC vagy DC/DC. Bár ez a besorolás az átalakítás elveinek megkülönböztetésére irányul. De a lineáris tápegységek és a kapcsolóüzemű tápegységek, amelyek AC/DC funkciókat érnek el, a váltóáram egyenárammá alakításának teljes folyamatát jelentik, és egyes áramkörök DC/DC-ből állnak.
Lineáris tápegység és kapcsolóüzemű tápegység AC/DC számára
Számos tankönyv, könyv és cikk található, amelyek közvetlenül a lineáris áramforrásokra hivatkoznak, mint „lineáris áramforrások AC/DC-hez”. Mi az a lineáris áramforrás? A lineáris tápegység először egy transzformátoron keresztül csökkenti a váltakozó áram feszültségamplitúdóját, majd egy egyenirányító áramkörön keresztül egyenirányítja, hogy impulzusos egyenáramot kapjon, majd szűri, hogy kis hullámos feszültségű egyenfeszültséget kapjon.
Az AC/DC lineáris tápegység és a kapcsolóüzemű tápegység jellemzői az alábbiak szerint különböznek:
Az AC/DC lineáris tápellátását először váltófeszültséggel csökkentik egy teljesítmény-frekvencia-transzformátor segítségével, majd egyenirányítják. A transzformátoron keresztüli feszültségcsökkentést követően a feszültség viszonylag alacsony lett, és a teljesítmény-chipek, például a hárompólusú feszültségszabályzó használhatók a feszültség stabilizálására. A lineáris tápegység beállító csöve felerősített állapotban működik, ami magas hőtermelést és alacsony hatásfokot eredményez (a feszültségeséssel összefüggésben), amelyhez egy terjedelmes hűtőborda szükséges. A teljesítmény-frekvencia-transzformátorok térfogata is viszonylag nagy, és több feszültségkimenet-készlet előállítása esetén a transzformátor térfogata nagyobb lesz.
Az AC/DC kapcsolóüzemű tápegység beállítócsöve telített és kikapcsolt állapotban működik, ami alacsony hőtermelést és magas hatásfokot eredményez. Az AC/DC kapcsolóüzemű tápegység szükségtelenné teszi a nagy teljesítményű frekvenciaváltókat. Az AC/DC kapcsolóüzemű tápegység egyenáramú kimenetén azonban nagyobb hullámzások lesznek, ami javítható egy feszültségszabályozó dióda kimeneti végére történő csatlakoztatásával. Ezenkívül a kapcsolócső működése során keletkező nagy csúcsimpulzus-interferencia miatt a mágneses gyöngyöket sorba kell kötni az áramkörben a javítás érdekében. Viszonylagosan a lineáris tápegység hullámzása nagyon kicsire tehető. A kapcsolóüzemű tápegységek különböző topológiai struktúrákon keresztül érhetők el, mint például feszültségcsökkentés, boost és boost, míg a lineáris tápegységekkel csak feszültségcsökkentés érhető el.
Sok korai tápadapter viszonylag nehéz volt, és átalakítási elve AC/DC lineáris tápegység volt, amely belső frekvenciaváltót használt. Az AC/DC lineáris tápegység először transzformátort használ a váltakozó feszültség csökkentésére. Az ilyen típusú transzformátorokat, amelyek közvetlenül csökkentik a hálózati feszültséget, teljesítmény-frekvencia transzformátornak nevezzük, ahogy az 1.9. ábrán látható. A teljesítményfrekvenciás transzformátorok, más néven kisfrekvenciás transzformátorok megkülönböztetik őket a kapcsolóüzemű tápegységekben használt nagyfrekvenciás transzformátoroktól. A teljesítmény-frekvencia-transzformátorokat a múltban széles körben használták a hagyományos áramforrásokban. Az energiaiparban a hálózati áram szabványos frekvenciája, más néven hálózati áram (a "hálózati áram" a főként városi lakosok által használt tápegységre utal), Kínában 50 Hz, más országokban pedig 60 Hz. Az olyan transzformátort, amely ezen a frekvencián képes megváltoztatni a váltakozó áram feszültségét, teljesítményfrekvenciás transzformátornak nevezzük. A teljesítményfrekvenciás transzformátorok általában nagyobb méretűek, mint a nagyfrekvenciás transzformátorok. Tehát a frekvenciaváltókkal megvalósított AC/DC lineáris tápegység mennyisége viszonylag nagy.
Az AC/DC kapcsolóüzemű tápegységhez először egyenirányítani és szűrni kell a váltakozó áramú tápegységet, hogy hozzávetőlegesen egyenáramú nagyfeszültséget hozzon létre, majd a kapcsoló vezérlését nagyfrekvenciás impulzusok generálására, amelyeket transzformátoron keresztül alakítanak át. Az AC/DC kapcsolóüzemű tápegység nagyobb hatásfokú és kisebb méretű. Kis méretének egyik fontos oka, hogy a nagyfrekvenciás transzformátorok sokkal kisebbek, mint a teljesítményfrekvenciás transzformátorok. Miért nagyobb a frekvencia, annál kisebb a transzformátor térfogata?
A transzformátormag anyagainak telítési korlátai vannak, így a csúcsmágneses térerősségnek is vannak korlátai. Az áram, a mágneses térerősség és a váltakozó áram mágneses fluxusa mind szinuszos jelek. Tudjuk, hogy azonos amplitúdójú szinuszjeleknél minél nagyobb a frekvencia, annál nagyobb a jel "változási sebességének" csúcsa (amikor a szinuszjel átlépi a nullát, az a "változási sebesség" csúcsa, míg a sebesség változás a jel csúcsán 0). Eközben az indukált feszültséget a mágneses fluxus változási sebessége határozza meg. Tehát azonos fordulatonkénti feszültség esetén minél nagyobb a frekvencia, annál kisebb a szükséges csúcsmágneses fluxus. De amint fentebb említettük, a mágneses tér intenzitásának csúcsértéke korlátozott. Ezért, ha a mágneses fluxusigény csökken, a vasmag keresztmetszete csökkenthető. A fenti elemzés menetenként azonos feszültséget feltételez. A fordulatonkénti feszültség pedig a teljesítményhez kapcsolódik. Ezért ugyanazt az erőt feltételezve. Ha a teljesítmény kisebb, az áramerősség is kisebb, és a megengedett vezeték vékonyabb, és az ellenállás valamivel nagyobb, akkor a fordulatok száma növelhető. Így a fordulatonkénti feszültség is csökken, ami szintén csökkentheti a mágneses fluxusigényt. Ezután csökkentse a hangerőt. A fenti elemzés azt is feltételezi, hogy az anyag állandó, azaz a telítési mágneses térerősség állandó. Természetesen nagyobb telítésű mágneses térerősségű anyagok használata esetén a térfogat is csökkenthető. Tudjuk, hogy a több évtizeddel ezelőtti azonos méretű transzformátorokhoz képest manapság a transzformátorok sokkal kisebb térfogatúak, mert új vasmaganyagokat használnak.
A Maxwell-egyenlet szerint a transzformátortekercsben indukált E elektromotoros erő az
Ez azt jelenti, hogy a B mágneses fluxussűrűség időbeli változásának integrálja N huzalfordulaton Ac területtel.
A transzformátorok esetében a transzformátor primer oldalán indukált E elektromotoros erő és a bemeneti oldalon alkalmazott U feszültség lineáris összefüggésnek tekinthető. Abból kiindulva, hogy a transzformátor bemeneti oldalán az U amplitúdója változatlan marad, úgy tekinthetjük, hogy az E amplitúdója is változatlan marad.
Ezenkívül minden mágneses magtípusnál van egy felső határ a B mágneses fluxussűrűségnek. A nagyfrekvenciás alkalmazásokhoz használt ferrit körülbelül néhány tized Tesla, míg az energiafrekvenciás alkalmazásokhoz használt vasmag egy szint körül valamivel nagyobb, mint egy kis eltéréssel.
Ezért, amikor a frekvencia növekszik, a mágneses fluxussűrűség változásának sebessége dB/dt minden ciklus során jelentősen megnő, feltéve, hogy a B mágneses fluxussűrűség csúcsváltozása nem jelentős. Ezért kisebb Ac vagy N használható ugyanazon indukált E elektromotoros erő elérésére. Az Ac csökkenése a mágneses mag keresztmetszeti területének csökkenését jelenti; Az N csökkenése azt jelenti, hogy a mágneses mag üres ablakának területe csökkenthető, mindkettő segíthet a mágneses mag kisebb térfogatának elérésében. A nagyfrekvenciás transzformátor keresztmetszete kisebb, a tekercsben a fordulatok száma csökken, ami kisebb térfogatot eredményez.
A kapcsolóüzemű tápegység beállítócsöve telített és kikapcsolt állapotban működik, ami alacsony hőtermelést és magas hatásfokot eredményez. Az AC/DC kapcsolóüzemű tápegységekhez nem szükséges nagy teljesítményű frekvenciaváltók használata. A kapcsolóüzemű tápegység DC kimenetén azonban nagy hullámzások jelennek meg. Ezenkívül a kapcsolótranzisztor működése során keletkező nagy csúcsimpulzus-interferencia miatt az áramkörben lévő tápegység szűrésére is szükség van a tápellátás minőségének javítása érdekében. Viszonylagosan elmondható, hogy a lineáris áramforrások nem rendelkeznek a fenti hibákkal, és hullámzásuk nagyon kicsi lehet.
