Skillnaden mellan linjär strömförsörjning och switchande strömförsörjning
Enligt omvandlingsprincipen kan strömförsörjningar klassificeras i linjära strömförsörjningar och växelströmsförsörjningar. När vi klassificerar linjära nätaggregat och växlande strömförsörjningar behöver vi faktiskt klargöra om det är AC/DC eller DC/DC. Även om denna klassificering syftar till att särskilja principerna för transformation. Men är linjära nätaggregat och switchande strömförsörjningar som uppnår AC/DC-funktioner en komplett process för att konvertera AC till DC, och några av kretsarna är sammansatta av DC/DC.
Linjär strömförsörjning och switchande strömförsörjning för AC/DC
Det finns många läroböcker, böcker och artiklar som direkt refererar till linjära strömkällor som "linjära strömkällor för AC/DC". Vad är en linjär strömkälla? Linjär strömförsörjning minskar först spänningsamplituden för växelström genom en transformator, likriktar den sedan genom en likriktarkrets för att erhålla pulsad likström, och filtrerar den sedan för att erhålla likspänning med liten rippelspänning.
Egenskaperna för AC/DC linjär strömförsörjning och switchande strömförsörjning är olika enligt följande:
Den linjära strömförsörjningen av AC/DC reduceras först med växelspänning med hjälp av en kraftfrekvenstransformator och likriktas sedan. Efter spänningsreduktion genom en transformator har spänningen blivit relativt låg och effektchips som en trepols spänningsregulator kan användas för spänningsstabilisering. Justeringsröret på den linjära strömförsörjningen arbetar i ett förstärkt tillstånd, vilket resulterar i hög värmegenerering och låg effektivitet (relaterad till spänningsfallet), vilket kräver tillägg av en skrymmande kylfläns. Volymen av kraftfrekvenstransformatorer är också relativt stor, och när man producerar flera uppsättningar av spänningsutgångar blir transformatorvolymen större.
Justeringsröret på AC/DC-växelströmförsörjningen arbetar i mättnads- och avstängningslägen, vilket resulterar i låg värmealstring och hög effektivitet. AC/DC switchande strömförsörjning eliminerar behovet av skrymmande kraftfrekvenstransformatorer. Dock kommer DC-utgången från AC/DC-omkopplingsströmförsörjningen att ha större rippel, vilket kan förbättras genom att ansluta en spänningsregulatordiod vid utgångsänden. Dessutom, på grund av den höga topppulsinterferensen som genereras under driften av omkopplarröret, måste magnetiska pärlor kopplas i serie i kretsen för att förbättras. Relativt sett kan krusningen av en linjär strömförsörjning göras mycket liten. Omkoppling av strömförsörjning kan uppnås genom olika topologiska strukturer, såsom spänningsreduktion, förstärkning och förstärkning, medan linjära strömförsörjningar endast kan uppnå spänningsreduktion.
Många tidiga strömadaptrar var relativt tunga, och deras omvandlingsprincip var AC/DC linjär strömförsörjning, som använde en strömfrekvenstransformator internt. AC/DC linjär strömförsörjning använder först en transformator för att minska AC-spänningen. Denna typ av transformator, som direkt minskar spänningen i nätet, kallas en effektfrekvenstransformator, som visas i figur 1.9. Kraftfrekvenstransformatorer, även kända som lågfrekvenstransformatorer, skiljer dem från högfrekvenstransformatorer som används för att byta strömförsörjning. Kraftfrekvenstransformatorer användes i stor utsträckning i traditionella kraftkällor tidigare. Standardfrekvensen för nätström i kraftindustrin, även känd som nätström ("nätström" avser strömförsörjningen som huvudsakligen används av invånare i städer), är 50 Hz i Kina och 60 Hz i andra länder. En transformator som kan ändra spänningen av växelström vid denna frekvens kallas en kraftfrekvenstransformator. Kraftfrekvenstransformatorer är i allmänhet större i storlek jämfört med högfrekvenstransformatorer. Så volymen av AC/DC linjär strömförsörjning implementerad med kraftfrekvenstransformatorer är relativt stor.
AC/DC switchande strömförsörjning kräver att man först likriktar och filtrerar AC-strömförsörjningen för att bilda en ungefärlig DC-högspänning, och sedan styrs omkopplaren för att generera högfrekventa pulser, som transformeras genom en transformator. AC/DC switchande strömförsörjning har högre effektivitet och mindre storlek. En viktig anledning till dess ringa storlek är att högfrekvenstransformatorer är mycket mindre än kraftfrekvenstransformatorer. Varför är transformatorvolymen mindre ju högre frekvensen är?
Transformatorkärnmaterial har mättnadsgränser, så det finns gränser för den maximala magnetiska fältstyrkan. Strömmen, magnetfältets styrka och magnetiska flödet av växelström är alla sinusformade signaler. Vi vet att för sinussignaler med samma amplitud, ju högre frekvensen är, desto större är toppen av signalens "förändringshastighet" (i det ögonblick som sinussignalen korsar noll är toppen för "förändringshastigheten", medan hastigheten förändring vid signalens topp är 0). Under tiden bestäms den inducerade spänningen av förändringshastigheten för magnetiskt flöde. Så för samma spänning per varv, ju högre frekvens, desto mindre krävs det magnetiska toppflödet. Men som nämnts ovan är toppvärdet för magnetfältets intensitet begränsad. Därför, om det magnetiska flödeskravet reduceras, kan tvärsnittsarean av järnkärnan reduceras. Ovanstående analys antar samma spänning per varv. Och spänningen per varv är relaterad till effekt. Därför antar samma makt. Om effekten är mindre, är strömmen också mindre, och den tillåtna tråden är tunnare, och motståndet är något högre, är det tillåtet att öka antalet varv. På så sätt minskas även spänningen per varv, vilket också kan minska det magnetiska flödeskravet. Sänk sedan volymen. Ovanstående analys antar också att materialet är konstant, det vill säga att mättnadens magnetiska fältstyrka är konstant. Naturligtvis, om material med högre mättnadsmagnetfältstyrka används, kan volymen också minskas. Vi vet att jämfört med transformatorer av samma storlek för decennier sedan, har transformatorer nuförtiden mycket mindre volymer eftersom de nu använder nya järnkärnmaterial.
Enligt Maxwells ekvation är den inducerade elektromotoriska kraften E i transformatorns spole
Det vill säga integralen av förändringshastigheten för magnetisk flödestäthet B över tiden över N trådvarv med arean Ac.
För transformatorer kan den inducerade elektromotoriska kraften E på transformatorns primärsida och spänningen U applicerad på ingångssidan betraktas som ett linjärt samband. Med antagandet att amplituden för U på transformatorns ingångssida förblir oförändrad, kan det anses att amplituden för E också förblir oförändrad.
Dessutom finns det en övre gräns för den magnetiska flödestätheten B för varje typ av magnetisk kärna. Ferriten som används för högfrekventa applikationer är runt några tiondelar av en Tesla, medan järnkärnan som används för strömfrekvensapplikationer är runt en nivå något högre än en, med en liten skillnad.
Därför, när frekvensen ökar, ökar förändringshastigheten i magnetisk flödestäthet dB/dt under varje cykel signifikant, förutsatt att toppändringen i magnetisk flödestäthet B inte är signifikant. Därför kan mindre Ac eller N användas för att uppnå samma inducerade elektromotoriska kraft E. En minskning av Ac betyder en minskning av den magnetiska kärnans tvärsnittsarea; En minskning av N innebär att arean av det tomma fönstret i den magnetiska kärnan kan minskas, vilket båda kan bidra till att uppnå en mindre volym av den magnetiska kärnan. Tvärsnittsarean för en högfrekvenstransformator är mindre, och antalet varv i spolen minskar, vilket resulterar i en mindre volym.
Justeringsröret på strömförsörjningen arbetar i mättnads- och avstängningslägen, vilket resulterar i låg värmealstring och hög effektivitet. AC/DC switchande strömförsörjning kräver inte användning av stora kraftfrekvenstransformatorer. Emellertid kommer DC-utgången från omkopplingsströmförsörjningen att ha stora rippel överlagrade på den. Dessutom, på grund av den stora topppulsinterferensen som genereras under driften av omkopplingstransistorn, är det också nödvändigt att filtrera strömförsörjningen i kretsen för att förbättra kvaliteten på strömförsörjningen. Relativt sett har linjära kraftkällor inte ovanstående defekter, och deras krusning kan vara mycket liten.
