Op 2024/08/28 296

Lineaire voedingen

In de wereld van elektronica zijn voedingen de apparaten die ervoor zorgen dat alles soepel en correct verloopt.Onder de verschillende beschikbare typen staan ​​lineaire voedingen bekend om het bieden van een stabiele en betrouwbare stroom van elektriciteit met zeer weinig ruis.Dit artikel zal uitleggen hoe lineaire voedingen werken, aan welke onderdelen ze zijn gemaakt en waar ze het meest nuttig zijn.We zullen ze ook vergelijken met andere soorten voedingen, waardoor u kunt begrijpen waarom ze nog steeds worden gekozen voor bepaalde situaties, hoewel nieuwere, meer energie-efficiënte opties beschikbaar zijn.

Catalogus

Figuur 1: Lineaire voeding

Wat is een lineaire voeding?

Een lineaire voeding is een type stroomapparaat dat een stabiele en consistente spanningsuitgang biedt door de weerstand continu aan te passen.Deze methode vermijdt het gebruik van snel schakelen, waardoor het eenvoudiger en ideaal is voor het leveren van schoon en betrouwbaar vermogen aan verschillende elektronische apparaten.

Het proces begint met een feedbacksysteem dat constant de uitgangsspanning controleert.Deze spanning wordt vergeleken met een ingestelde referentiespanning met behulp van een differentiële versterker, een circuit dat helpt nauwkeurigheid te waarborgen.Als de uitgangsspanning verschilt van de referentie, genereert de versterker een signaal om het verschil te corrigeren.Dit signaal regelt een onderdeel dat het Pass-element wordt genoemd, dat een transistor of een veldeffecttransistor (FET) kan zijn.Het pass -element werkt als een variabele weerstand, en past zijn weerstand aan om de spanning op het juiste niveau te houden.

Als de ingangsspanning bijvoorbeeld toeneemt, verhoogt het pass -element zijn weerstand om te voorkomen dat de uitgangsspanning stijgt.Aan de andere kant, als de ingangsspanning afneemt, verlaagt het pass -element zijn weerstand om meer stroom toe te staan, zodat de uitgangsspanning stabiel blijft.

Deze continue aanpassing zorgt ervoor dat de voeding een consistente spanning levert, zelfs wanneer de ingangsspanning of belasting verandert.De eenvoud van de lineaire voeding maakt het betrouwbaar en produceert zeer weinig elektrische ruis, wat nuttig is voor apparaten die stabiel vermogen nodig hebben.Dit type voeding is echter over het algemeen minder efficiënt omdat de extra energie wordt vrijgegeven als warmte, wat betekent dat het mogelijk grotere koelsystemen nodig heeft en meer vermogen gebruikt.

Componenten van een lineaire voeding

Figuur 2: Componenten van een lineaire voeding

Voedingsinvoertransformator

In een lineaire voeding is de transformator de eerste component die interageert met de AC -kracht van de hoofdgerechten.De belangrijkste taak is om Verander de spanning naar een niveau dat geschikt is voor het apparaat, hetzij door het te verlagen (wat vaker voorkomt) of het te verhogen, afhankelijk van de behoeften van het apparaat.De transformator biedt ook bescherming door de voeding van het netwerk te scheiden, waardoor het risico op elektrische gevaren wordt verminderd.In toepassingen met een hoger vermogen kan de transformator vrij groot zijn, wat de totale grootte en het gewicht van de voeding verhoogt.Afhankelijk van hoe de voeding is ontworpen, kan de transformator hebben een of meer secundaire wikkelingen om verschillende uitgangsspanningen te produceren.

Gelijkrichter

Zodra de transformator de spanning heeft aangepast, moet het AC -vermogen worden omgezet in DC -vermogen, wat door de gelijkrichter wordt gedaan.De gelijkrichter is een cruciaal onderdeel van de voeding en wordt geleverd in verschillende opstellingen. Halfgolfrectificatie Gebruikt een enkele diode om slechts de helft van de AC -cyclus om te zetten in DC, waardoor deze minder efficiënt is en meer schommelingen in de output produceert, die moeilijker te glad zijn. Rectificatie met volledige golfen is efficiënter en gebruikt beide helften van de AC -cyclus.Dit kan worden gedaan met een midden-getapte transformator en twee diodes of met een bridge-gelijkrichteropstelling die vier diodes gebruikt.De bruggelijkrichter wordt vaker gebruikt in moderne ontwerpen omdat deze efficiënter is.Moderne gelijkrichters gebruiken meestal halfgeleider diodes zoals PN junctie diodes of Schottky -diodes.Schottky -diodes worden vaak gekozen omdat ze minder spanning verliezen wanneer de stroom erdoorheen gaat, waardoor ze efficiënter worden, hoewel ze mogelijk een stroom laten lekken en een lagere spanningsdrempel hebben voordat ze afbreken.

Gladde condensator

Nadat de gelijkrichter de AC omzet naar DC, is de uitgang niet perfect glad en bevat de spanningsschommelingen die niet wenselijk zijn voor de meeste elektronische circuits.De gladde condensator helpt Zelfs uit deze schommelingen Door op te laden tijdens de hoogtepunten van de gerectificeerde golfvorm en lading vrij te geven wanneer de golfvorm daalt.Dit helpt om Houd de DC -spanning stabieler.Hoewel de condensator de schommelingen aanzienlijk vermindert, verwijdert deze ze niet volledig.Het vermogen van de condensator om deze schommelingen te verminderen hangt af van de grootte en de hoeveelheid stroom die de belasting vereist.

Spanningsregelaar

De spanningsregelaar is de hoofdcomponent van een lineaire voeding, waardoor de uitgangsspanning gestaag blijft, zelfs als de ingangsspanning of de belasting verandert.Er zijn twee hoofdtypen lineaire toezichthouders: Shunt -regulator en serieregulator.

De shuntregelaar komt minder vaak voor en werkt door een variabele component over de belasting te plaatsen, die extra stroom absorbeert om de uitgangsspanning stabiel te houden.Dit type regulator wordt gebruikt wanneer nauwkeurige controle van de spanning nodig is, hoewel het misschien niet erg efficiënt is.Vanwege de lagere efficiëntie wordt het meestal alleen in specifieke situaties gebruikt.

De serieregulator is het meest gebruikte type lineaire regelaar.In deze opstelling wordt een variabele weerstand in serie geplaatst met de belasting en het besturingscircuit past de weerstand aan om de gewenste uitgangsspanning te behouden.De eenvoud en effectiviteit van de serieregulator maken het een populaire keuze voor veel lineaire voedingsontwerpen.Het biedt een goede spanningsregeling met een relatief eenvoudig ontwerp, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan toepassingen.

Voor- en nadelen van lineaire voedingen

Voordelen

Lineaire voedingen hebben verschillende voordelen, vooral in situaties waarin stabiliteit en stille werking nodig zijn.Een van de belangrijkste voordelen is dat ze creëren Zeer weinig geluid.In tegenstelling tot het schakelen van voedingen die de stroom snel in- en uitschakelen, houden lineaire voedingen de stroom gestaag.Dit gebrek aan snelle omschakelen betekent dat ze niet veel elektromagnetische interferentie creëren, waardoor ze een goede keuze zijn voor delicate elektronische apparaten zoals audiosystemen, medische apparatuur en instrumenten die nauwkeurige metingen nodig hebben.

Een ander voordeel is hun Betrouwbare prestaties.Lineaire voedingen bestaan ​​al lang en hun technologie is bekend en betrouwbaar.Omdat ze al zoveel jaren worden gebruikt, zijn hun prestaties consistent en goed begrepen.Ingenieurs en ontwerpers kunnen op deze benodigdheden rekenen om consequent te werken, wat zeer nuttig is in situaties waarin betrouwbaarheid een must is.

Nadelen

Lineaire voedingen hebben echter enkele nadelen, vooral als het gaat om hoe goed ze energie en hun grootte gebruiken.Een van de grootste nadelen is hun lage efficiëntie.Deze benodigdheden gebruiken meestal slechts ongeveer 50% van de ingangsenergie effectief, waarbij de andere helft wordt verspild, meestal als warmte.Deze lage efficiëntie gebeurt omdat de voeding de spanning regelt door extra energie af te komen, wat veel energie verspilt.

Deze verspilde energie leidt tot een ander probleem: Warmte -generatie .De energie die niet wordt gebruikt, creëert warmte, die moet worden beheerd om te voorkomen dat de voeding en verbonden apparaten beschadigd raken.Dit betekent vaak het toevoegen van extra onderdelen zoals koellichamen of koelventilatoren, wat het ontwerp ingewikkelder kan maken en de kosten kan verhogen.

Ten slotte zijn lineaire voedingen groter en zwaarder dan schakelen van voedingen.Ze hebben grote transformatoren nodig om de spanning en extra onderdelen te verminderen om warmte te beheren, waardoor deze voedingen omvangrijk zijn.Dit kan een groot nadeel zijn in situaties waarin ruimte en gewicht belangrijk zijn, zoals in draagbare of compacte apparaten.

Toepassingen van lineaire voedingen

Figuur 3: Toepassingen van lineaire voedingen

Lineaire voedingen, hoewel niet zo energie-efficiënt als hun schakel tegenhangers, worden vaak gekozen voor specifieke situaties waarin een gestage en ruisvrij vermogen nodig is.Deze voedingen zijn met name nuttig in omgevingen waar stabiele en schone stroom nodig is zonder de verstoringen die kunnen worden geleverd met schakelvoedingen.

In audiovisuele apparatuur zijn lineaire voedingen zeer handig voor hoogwaardige audioversterkers en gevoelige audio-apparaten.Ze bieden een soepele en gestage spanningsuitgang, wat belangrijk is om de geluidskwaliteit intact te houden.Het schakelen van voedingen kan soms ruis en spikes introduceren die audiosignalen kunnen verstoren, wat leidt tot geluidsvervorming of ongewenste interferentie.Daarom hebben lineaire voedingen de voorkeur in hoogwaardige audiosystemen waar het belangrijk is om de geluidskwaliteit puur en duidelijk te houden.

In laboratoriumapparatuur is het hebben van consistent en nauwkeurig vermogen erg belangrijk.Apparaten zoals laboratoriumvoedingen, die worden gebruikt om stabiele en precieze spanningsuitgangen te bieden, vertrouwen vaak op lineaire regulering.De stabiliteit aangeboden door lineaire voedingen zorgt ervoor dat de spanning consistent blijft, wat erg belangrijk is in experimentele en testomgevingen waar zelfs kleine veranderingen kunnen leiden tot onjuiste resultaten.Deze voedingen zijn ontworpen om schoon, geluidsvrij vermogen te leveren, wat nodig is voor gevoelige metingen en experimenten die een hoog niveau van nauwkeurigheid vereisen.

Lineaire voedingen zijn ontworpen om consistente spanning met minimale ruis te leveren, waardoor ze perfect zijn voor situaties waarin de kwaliteit van stroom direct beïnvloedt hoe goed een apparaat werkt.Hoewel ze misschien niet zo energie-efficiënt zijn als het schakelen van voedingen, maakt hun vermogen om stabiele en schone stroom te leveren ze vooral nuttig in specifieke, geluidsgevoelige toepassingen.Hun gebruik in audiovisuele en laboratoriumapparatuur laat zien hoe stroomkwaliteit een sleutelrol speelt bij het handhaven van de prestaties en nauwkeurigheid in deze instellingen.

Vergelijking met andere voedingstypen

Lineaire voedingen worden gebruikt om elektrische energie van de ene vorm naar de andere te veranderen, meestal omzetten van een wisselstroom (AC) in directe stroom (DC).Er zijn verschillende soorten voedingen, elk met eigen kenmerken:

Figuur 4: Niet -gereguleerde lineaire voedingen

Niet -gereguleerde lineaire voedingen zijn het meest basistype.Ze converteren AC naar DC, maar hebben geen extra functies om de spanning stabiel te houden.Dit betekent dat de uitgangsspanning kan veranderen als de ingangsspanning verandert of als de hoeveelheid stroom wordt gebruikt (de belasting) verandert.Als de ingangsspanning omhoog gaat, gaat de uitgangsspanning ook omhoog en als de belasting toeneemt, kan de uitgangsspanning dalen.Daarom zijn deze voedingen niet ideaal voor apparaten die een stabiele spanning nodig hebben om goed te werken.

Figuur 5: Ferroresonant voeding

Ferroresonant voedingen gebruiken een speciale techniek waarbij magnetische velden betrokken zijn om de uitgangsspanning stabiel te houden.Ze doen dit met een combinatie van een transformator en een resonantcircuit.De magnetische eigenschappen van de transformator helpen bij het handhaven van een gestage uitgangsspanning, zelfs als de ingangsspanning of belasting verandert.Deze voedingen hebben ook ingebouwde bescherming tegen plotselinge stroompieken, waardoor ze betrouwbaar zijn op plaatsen waar de voeding niet stabiel is.Ze zijn echter meestal groot en zwaar, wat een nadeel kan zijn in situaties waarin grootte en gewicht ertoe doen.

Afbeelding 6: Schakelmodus Voedingsvoorziening (SMPS)

Schakelmodus Voedingen (SMP's) zijn ontworpen om efficiënter te zijn dan lineaire voedingen.Ze werken door snel het ingangsvermogen in en uit te schakelen met behulp van elektronische schakelaars zoals transistoren.Met deze methode kunnen ze kracht efficiënter omzetten, wat betekent dat ze minder warmte produceren en kleiner en lichter kunnen worden gemaakt.Vanwege de hogesnelheidsschakelaar kunnen SMP's echter elektrische ruis creëren, die kunnen interfereren met andere elektronische apparaten in de buurt.SMP's zijn ook ingewikkelder in ontwerp en kunnen moeilijker te repareren zijn als er iets misgaat.

Conclusie

Lineaire voedingen zijn nog steeds een keuze in situaties waarin een stabiele en geluidsvrije voeding zeer nodig is.Hun eenvoudige ontwerp en betrouwbare prestaties maken ze een favoriet in gebieden zoals audioapparatuur en laboratoriumtests.Ze hebben echter afwegingen op het gebied van energie-efficiëntie en grootte, dus het is belangrijk om na te denken over waarvoor u ze gebruikt.Wanneer we lineaire voedingen vergelijken met andere typen, wordt het duidelijk dat, hoewel ze misschien niet altijd de meest energiebesparende optie zijn, hun vermogen om schone en consistente kracht te leveren, ze nog steeds nuttig zijn in de technische wereld van vandaag.Door deze verschillen te begrijpen, kunt u betere beslissingen nemen bij het kiezen van de juiste voeding voor uw specifieke behoeften.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. Waar worden lineaire voedingen gebruikt?

Lineaire voedingen worden vaak gebruikt in omgevingen waar stabiele en lage ruisvermogen zeer nodig is.Dit omvat hoogwaardige audioapparatuur, medische hulpmiddelen, laboratoriuminstrumenten en precisie-meetgereedschappen, waarbij zelfs kleine elektrische ruis de werking of nauwkeurigheid van de apparatuur kan verstoren.

2. Wat is de efficiëntie van lineaire voeding?

De efficiëntie van een lineaire voeding is over het algemeen laag, vaak ongeveer 50% of minder.Dit komt omdat de voeding spanning reguleert door overtollige energie als warmte te verdrijven, wat resulteert in aanzienlijk energieverlies.

3. Wat zijn de voor- en nadelen van een lineaire voeding?

Het belangrijkste voordeel van een lineaire voeding is het vermogen om schoon, stabiel en low-ruis vermogen te bieden, wat ideaal is voor gevoelige elektronica.De nadelen omvatten lage efficiëntie, groot formaat vanwege de behoefte aan warmteafdeling en de extra energie verspild als warmte.

4. Wat zijn de nadelen van lineaire spanningsregelaar?

De nadelen van een lineaire spanningsregelaar omvatten lage efficiëntie, omdat het veel vermogen afvalt als warmte, en het onvermogen om spanning op te voeren, wat betekent dat het alleen spanning van het ingangsniveau kan verminderen.Bovendien kunnen ze grote koellichamen of koelsystemen vereisen om de geproduceerde warmte te beheren, waardoor ze omvangrijk zijn.

5. Wat is het meest efficiënte type voeding?

Het meest efficiënte type voeding is de schakelmodusvoeding (SMPS).Het maakt gebruik van hoogfrequent schakelaar om vermogen om te zetten met minimaal energieverlies, wat resulteert in een veel hogere efficiëntie in vergelijking met lineaire voedingen.