Diferença chave - SMPS vs fonte de alimentação linear
A maioria dos dispositivos eletrônicos e elétricos requerem voltagem CC para funcionar. Esses dispositivos, especialmente os dispositivos eletrônicos com circuitos integrados, devem ser fornecidos com uma tensão CC confiável e sem distorção para que funcionem sem apresentar defeito ou queimar. O objetivo de uma fonte de alimentação CC é fornecer voltagem CC limpa a esses dispositivos. As fontes de alimentação DC são categorizadas em modo linear e comutado, que são as topologias envolvidas para transformar a fonte de alimentação AC em DC suave. A fonte de alimentação linear usa um transformador para reduzir diretamente a tensão da rede CA em um nível desejado, enquanto o SMPS converte CA em CC 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.
CONTEÚDO
1. Visão geral e principal diferença
2. O que é fonte de alimentação linear
3. O que é SMPS
4. Comparação lado a lado - SMPS vs Fonte de alimentação linear em formato tabular
5. Resumo
O que é uma fonte de alimentação linear?
Em uma fonte de alimentação linear, a tensão CA da rede elétrica é convertida em uma tensão mais baixa diretamente por um transformador redutor. Este transformador tem que suportar uma grande potência, uma vez que funciona na frequência da rede CA de 50/60 Hz. Portanto, este transformador é volumoso e grande, tornando a fonte de alimentação pesada e grande.
A tensão reduzida é então retificada e filtrada para obter a tensão CC necessária para a saída. Uma vez que a tensão neste nível está sujeita a variações dependendo das distorções da tensão de entrada, uma regulação da 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 da resistência de saída muda com o requisito de potência de saída, tornando a tensão de saída constante. Assim, o regulador de tensão opera 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 se tornam 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 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, as fontes de alimentação lineares são usadas para aplicações de alta frequência, como dispositivos de radiofrequência, aplicações de áudio, testes de laboratório que requerem alimentação sem ruído, processamento de sinal e amplificadores.
Figura 01: Fonte de alimentação com regulador de tensão linear
O que é SMPS?
SMPS (fonte de alimentação comutada) opera em um dispositivo de transistor de comutação. A princípio, 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 passa por uma comutação de alta frequência, normalmente por um transistor MOSFET. Ou seja, a tensão através do MOSFET é ligada e desligada pelo sinal do Gate do MOSFET, geralmente um sinal modulado por largura de pulso de cerca de 50 kHz (bloco chopper / inversor). Após esta operação de corte, a forma de onda se torna um sinal CC pulsado. Depois disso, um transformador abaixador é usado para reduzir a tensão do sinal CC pulsado de alta frequência ao nível desejado. Finalmente, um retificador de saída e um filtro são usados para recuperar a tensão CC de saída.
Figura 02: Diagrama de blocos de um SMPS
A regulação da tensão no SMPS é feita por meio de um circuito de feedback que monitora a tensão de saída. Se a necessidade de energia da carga for alta, a tensão de saída tende a aumentar. Este incremento é detectado pelo circuito de feedback do regulador e é usado para controlar a relação liga / desliga do sinal PWM. Assim, a tensão média do sinal muda. Como resultado, a tensão de saída é controlada para se manter constante.
O transformador abaixador usado no SMPS opera em alta frequência; portanto, o volume e o peso do transformador são muito menores do que os de uma fonte de alimentação linear. Isso se torna o principal motivo para um SMPS ser muito menor e mais leve do que sua contraparte do tipo linear. Além disso, a regulação da tensão é feita sem dissipar o excesso de potência como perda ôhmica ou calor. A eficiência do SMPS chega a 85-90%.
Ao mesmo tempo, um SMPS gera ruído de alta frequência devido à operação de chaveamento do MOSFET. Este ruído pode ser refletido na tensão de saída; entretanto, 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 proteção de RF e filtros EMI em SMPSs. Portanto, SMPS não são aplicativos de áudio e frequência de rádio adequados. Equipamentos menos sensíveis a ruídos, como carregadores de celular, motores CC, aplicativos de alta potência, etc. podem ser usados com SMPSs. Seu design mais leve e menor o torna conveniente para ser usado também como dispositivos portáteis.
Qual é a diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear?
Artigo Diff meio antes da tabela
SMPS vs fonte de alimentação linear |
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| O SMPS retifica diretamente a CA da rede elétrica sem reduzir a tensão. Em seguida, a CC convertida é comutada em alta frequência para um transformador menor para reduzi-la ao nível de tensão desejado. Finalmente, o sinal CA de alta frequência 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 retificada e filtrada para formar a tensão CC de saída. |
| Regulação de tensão | |
| A regulação da tensão é feita controlando a frequência de chaveamento. A tensão de saída é monitorada pelo circuito de feedback e a variação da tensão é usada para o controle de frequência. | A tensão CC retificada e filtrada é submetida a uma resistência de saída de um divisor de tensão para formar a tensão de saída. Esta resistência é controlável por um circuito de feedback que monitora a variação da tensão de saída. |
| Eficiência | |
| A geração de calor no SMPS é comparativamente baixa, uma vez que o transistor de comutação opera nas regiões de corte e fome. O tamanho pequeno do transformador de saída também torna pequena a perda de calor. Portanto, a eficiência é maior (85-90%). | O excesso de energia 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; portanto, as perdas do transformador são maiores. Portanto, a eficiência de uma fonte de alimentação linear é tão baixa quanto 60%. |
| Construir | |
| O tamanho do transformador de um SMPS não precisa ser grande, pois opera em alta frequência. Portanto, o peso do transformador também será menor. Como resultado, o tamanho e o peso de uma SMPS são muito menores do que uma fonte de alimentação linear. | As fontes de alimentação lineares são muito mais volumosas, pois o transformador de entrada deve ser grande devido à baixa frequência em que opera. À medida que mais calor é gerado em um regulador de voltagem, dissipadores de calor também devem ser usados. |
| Distorções de ruído e tensão | |
| O SMPS gera um ruído de alta frequência devido à comutação. Isso passa para a tensão de saída, bem como para a rede de entrada às vezes. A distorção harmônica na alimentação da rede também pode ser possível em SMPSs. | As fontes de alimentação lineares não produzem ruído na tensão de saída. A distorção harmônica é muito menor do que a das SMPSs. |
| Formulários | |
| SMPS pode ser usado como dispositivos portáteis devido à sua pequena construção. Mas como ele gera um ruído de alta frequência, os SMPSs não podem ser usados para aplicações sensíveis a ruído, como RF e aplicações de áudio. | As fontes de alimentação lineares são muito maiores e não podem ser usadas para dispositivos portáteis. Como 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 fonte de alimentação linear
As fontes de alimentação SMPS e Linear são dois tipos de fontes de alimentação DC em uso. A principal diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear são as topologias usadas para regulação e redução de tensão. Enquanto a fonte de alimentação linear converte CA em baixa tensão no início, o SMPS primeiro retifica e filtra a CA da rede elétrica e, em seguida, muda para CA de alta frequência antes de descer. Como o peso e o tamanho do transformador aumentam conforme a frequência de operação diminui, o transformador de entrada das fontes de alimentação linear é muito mais pesado e maior, ao contrário do SMPS. Além disso, como a regulação da tensão é feita com dissipação de calor por meio de resistências, as fontes lineares devem possuir dissipadores de calor que as tornam ainda mais pesadas. O regulador de SMPSs controla a frequência de chaveamento para controlar a tensão de saída. Portanto,Os SMPS são menores em tamanho e mais leves. Como a geração de calor no SMPS é menor, sua eficiência também é maior.
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