Diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear | SMPS vs Linear Power Supply

Diferença-chave - SMPS vs Linear Power Supply

A maioria dos dispositivos eletrônicos e elétricos requerem tensão CC para funcionar. Esses dispositivos, especialmente dispositivos eletrônicos com circuitos integrados, devem ser fornecidos com uma tensão CC confiável e sem distorção para que funcionem sem mau funcionamento ou queimadura. A finalidade de uma fonte de alimentação CC é fornecer tensão DC limpa para esses dispositivos. As fontes de alimentação de corrente contínua são categorizadas em modo linear e comutado, que são as topologias envolvidas para tornar o fornecimento de rede CA em DC suave. A fonte de alimentação linear usa um transformador para reduzir diretamente a tensão da rede CA para um nível desejado enquanto SMPS converte AC em DC usando um dispositivo de comutação que ajuda a obter um valor médio do nível de tensão desejado. Esta é a principal diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear.

ÍNDICE

1. Visão geral e diferença de chave

2. O que é Linear Power Supply

3. O que é SMPS

4. Comparação lado a lado - SMPS vs fonte de alimentação linear em formulário tabular

5. Resumo

O que é uma fonte de alimentação linear?

Em uma fonte de alimentação linear, a tensão de rede é convertida em uma tensão mais baixa diretamente por um transformador de descanço. Este transformador tem que lidar com uma grande potência, pois funciona na freqüência da rede CA 50 / 60Hz. Portanto, este transformador é volumoso e grande, tornando a fonte de alimentação pesada e grande.

A tensão descontraída é então retificada e filtrada para obter a tensão CC necessária para a saída. Uma vez que a tensão a este nível é sujeita a variar dependendo das distorções da tensão de entrada, uma regulação de tensão é feita antes da saída. O regulador de tensão em uma fonte de alimentação linear é um regulador linear, que geralmente é um dispositivo semicondutor que atua como um resistor variável. O valor de resistência de saída muda com o requisito de potência de saída, tornando a tensão de saída constante. Assim, o regulador de tensão funciona como um dispositivo de dissipação de energia. Na maioria das vezes, ele dissipa o excesso de energia para tornar a tensão constante. Portanto, o regulador de tensão deve ter grandes dissipadores de calor. Como resultado, as fontes de alimentação lineares tornam-se muito mais pesadas. Além disso, como resultado da dissipação de energia pelo regulador de tensão como calor, a eficiência de uma fonte de alimentação linear cai até cerca de 60%.

No entanto, as fontes de alimentação lineares não produzem ruído elétrico na tensão de saída.Ele fornece isolamento entre a saída e a entrada por causa do transformador. Portanto, fontes de alimentação lineares são usadas para aplicações de alta frequência, tais como dispositivos de radiofrequência, aplicações de áudio, testes de laboratório que exigem fornecimento sem ruído, processamento de sinal e amplificadores.

Figura 01: Fonte de alimentação com um regulador de tensão linear

O que é SMPS?

SMPS (fonte de alimentação comutada ) opera em um dispositivo de transistor de comutação. Em primeiro lugar, a entrada CA é convertida em tensão CC por um retificador, sem reduzir a tensão, ao contrário de uma fonte de alimentação linear. Em seguida, a tensão CC sofre uma comutação de alta freqüência, tipicamente por um transistor MOSFET. Ou seja, a tensão através do MOSFET é ligada e desligada pelo sinal MOSFET Gate, geralmente um sinal modulado em largura de pulso de cerca de 50 kHz (bloqueador / inversor). Após esta operação de corte, a forma de onda torna-se um sinal de CC pulsado. Depois disso, um transformador step-down é usado para reduzir a tensão do sinal DC pulsado de alta freqüência para o nível desejado. Finalmente, um retificador de saída e um filtro são usados ​​para fazer voltar a tensão de saída de CC.

Figura 02: Diagrama de bloco de um SMPS

A regulação de tensão em SMPS é feita através de um circuito de retorno que monitora a tensão de saída. Se o requisito de energia da carga for alto, a tensão de saída tende a aumentar. Este incremento é detectado pelo circuito de feedback do regulador e é usado para controlar a relação de ativação / desativação do sinal de PWM. Assim, a média da tensão do sinal muda. Como resultado, a tensão de saída é controlada para manter constante.

O transformador de step-down usado no SMPS opera em alta freqüência; assim, o volume e o peso do transformador são muito inferiores aos de uma fonte de alimentação linear. Isso se torna um dos principais motivos para que um SMPS seja muito menor e mais leve do que a contrapartida de tipo linear. Além disso, a regulação da tensão é feita sem dissipar o excesso de potência como perda de Ohm ou calor. A eficiência do SMPS atinge 85 a 90%.

Ao mesmo tempo, um SMPS gera ruído de alta freqüência devido à operação de comutação do MOSFET. Esse ruído pode ser refletido na tensão de saída; No entanto, em alguns modelos avançados e caros, esse ruído de saída é atenuado até certo ponto. Além disso, a comutação também cria interferência eletromagnética e de radiofrequência. Portanto, é necessário usar filtros de proteção contra RF e EMI em SMPSs. Portanto, os SMPS não são aplicativos adequados de áudio e radiofrequência. Menos equipamentos sensíveis ao ruído, como carregadores de celulares, motores de corrente contínua, aplicações de alta potência, etc. podem ser usados ​​com SMPSs. É um design mais leve e pequeno que facilita a sua utilização como dispositivos portáteis.

Qual a diferença entre SMPS e Linear Power Supply?

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SMPS vs Linear Power Supply
SMPS retifica diretamente a rede elétrica de rede sem reduzir a tensão. Em seguida, a DC convertida é comutada em alta freqüência para um transformador menor para reduzir o nível de tensão desejado.Finalmente, o sinal CA de alta freqüência é retificado para a tensão de saída CC.	A fonte de alimentação linear reduz a tensão ao valor desejado no início por um transformador maior. Depois disso, a CA é rectificada e filtrada para fazer a tensão de saída de CC.
Regulação da tensão
A regulação da tensão é feita controlando a freqüência de comutação. A tensão de saída é monitorada pelo circuito de feedback e a variação de tensão é utilizada para o controle de freqüência.	A tensão DC rectificada e filtrada é submetida a uma resistência de saída de um divisor de tensão para fazer a tensão de saída. Esta resistência é controlada por um circuito de feedback que monitora a variação de tensão de saída.
Eficiência
A geração de calor em SMPS é comparativamente baixa, uma vez que o transistor de comutação opera nas regiões de corte e inanição. O tamanho pequeno do transformador de saída também torna a perda de calor pequena. Portanto, a eficiência é maior (85-90%).	O excesso de potência é dissipado como calor para tornar a tensão constante em uma fonte de alimentação linear. Além disso, o transformador de entrada é muito mais volumoso; assim, as perdas do transformador são maiores. Portanto, a eficiência de uma fonte de alimentação linear é tão baixa quanto 60%.
Build
O tamanho do transformador de um SMPS não precisa ser grande, pois ele opera em alta freqüência. Portanto, o peso do transformador também será menor. Como resultado, o tamanho, bem como o peso de um SMPS é muito inferior a uma fonte de alimentação linear.	As fontes de alimentação lineares são muito mais volumosas, uma vez que o transformador de entrada tem que ser grande devido à baixa freqüência em que opera. À medida que mais calor é gerado em um regulador de tensão, os dissipadores de calor também devem ser usados.
Distorções de ruído e tensão
SMPS gera um ruído de alta freqüência devido à troca. Isso passa para a tensão de saída, bem como para alimentação de rede às vezes. A distorção harmônica na rede elétrica também pode ser possível em SMPSs.	As fontes de alimentação lineares não produzem ruído na tensão de saída. A distorção harmônica é muito menor que a dos SMPSs.
Aplicativos
O SMPS pode ser usado como dispositivos portáteis devido à pequena construção. Mas como ele gera um ruído de alta freqüência, os SMPSs não podem ser usados ​​para aplicativos sensíveis ao ruído, como RF e aplicativos de áudio.	As fontes de alimentação lineares são muito maiores e não podem ser usadas para dispositivos portáteis. Como eles não geram ruído e a tensão de saída também é limpa, eles são usados ​​para a maioria dos testes elétricos e eletrônicos em laboratórios.

Resumo - SMPS vs Linear Power Supply

As fontes de alimentação SMPS e Linear são dois tipos de fontes de alimentação CC em uso. A diferença fundamental entre SMPS e a fonte de alimentação linear são as topologias utilizadas para a regulação da tensão e a tensão diminuindo. Enquanto a fonte de alimentação linear converte AC em baixa tensão no início, o SMPS primeiro retifica e filtra a rede elétrica e depois muda para uma CA de alta freqüência antes de sair. Como o peso e o tamanho do transformador aumentam à medida que a frequência de operação diminui, o transformador de entrada de fontes de alimentação linear é muito mais pesado e maior ao contrário do SMPS.Além disso, como a regulagem de tensão é feita com dissipação de calor através de resistências, fontes de alimentação lineares devem ter dissipadores de calor que os tornam ainda mais pesados. O regulador de SMPSs controla a freqüência de comutação para controlar a tensão de saída. Portanto, SMPS tem tamanho menor e peso mais leve. Como a geração de calor em SMPS é menor, sua eficiência também é maior.

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Referência:

1. "Fontes de alimentação e reguladores lineares". "Reparação Eletrônica e Notícias de Tecnologia. N. p., n. d. Rede. Disponivel aqui. 14 de junho de 2017.

2. "Fonte de alimentação comutada. "Wikipedia. Wikimedia Foundation, 17 de maio de 2017. Web. Disponivel aqui. 14 de junho de 2017.

Cortesia da imagem:

1. "Fonte de alimentação com regulador de tensão linear" Por CLI - Trabalho próprio, Domínio Público) via Commons Wikimedia

2. "Diagrama de blocos SMPS" pelo IE na Wikipedia em inglês - Transferido de en. wikipedia para Commons por Dcirovic., Public Domain) via Commons Wikimedia