2024/08/28'te 291

Doğrusal güç kaynakları

Elektronik dünyasında, güç kaynakları her şeyin sorunsuz ve doğru çalışmasını sağlayan cihazlardır.Mevcut farklı türler arasında, doğrusal güç kaynakları, çok az gürültü ile istikrarlı ve güvenilir bir elektrik akışı sağladığı bilinmektedir.Bu makale, doğrusal güç kaynaklarının nasıl çalıştığını, hangi parçaların yapıldığını ve en yararlı olduklarını açıklayacaktır.Ayrıca, daha yeni, daha fazla enerji tasarruflu seçenekler mevcut olmasına rağmen, belirli durumlar için neden hala seçildiklerini anlamanıza yardımcı olan diğer güç kaynakları türleriyle de karşılaştıracağız.

Katalog

Şekil 1: Doğrusal güç kaynağı

Doğrusal güç kaynağı nedir?

Doğrusal güç kaynağı, sürekli olarak direnci ayarlayarak sabit ve tutarlı bir voltaj çıkışı sağlayan bir tür güç cihazıdır.Bu yöntem, hızlı anahtarlamanın kullanılmasını önler, bu da çeşitli elektronik cihazlara temiz ve güvenilir güç sağlamak için daha basit ve ideal hale getirir.

İşlem, çıkış voltajını sürekli olarak kontrol eden bir geri bildirim sistemi ile başlar.Bu voltaj, doğruluğu sağlamaya yardımcı olan bir devre olan bir diferansiyel amplifikatör kullanılarak ayarlanmış bir referans voltajıyla karşılaştırılır.Çıkış voltajı referansdan farklıysa, amplifikatör farkı düzeltmek için bir sinyal oluşturur.Bu sinyal, bir transistör veya alan etki transistör (FET) olabilen geçiş elemanı adı verilen bir parçayı kontrol eder.Geçiş elemanı değişken bir direnç gibi çalışır ve voltajı doğru seviyede tutmak için direncini ayarlar.

Örneğin, giriş voltajı artarsa, geçiş elemanı çıkış voltajının yükselmesini önlemek için direncini arttırır.Öte yandan, giriş voltajı azalırsa, geçiş elemanı daha fazla akıma izin vermek için direncini düşürür ve çıkış voltajının sabit kalmasını sağlar.

Bu sürekli ayarlama, güç kaynağının giriş voltajı veya yük değişse bile tutarlı bir voltaj sağladığını sağlar.Doğrusal güç kaynağının sadeliği onu güvenilir hale getirir ve kararlı güç gerektiren cihazlar için yararlı olan çok az elektrik gürültüsü üretir.Bununla birlikte, bu tür güç kaynağı genellikle daha az verimlidir, çünkü ekstra enerji ısı olarak salınır, bu da daha büyük soğutma sistemlerine ihtiyaç duyabileceği ve daha fazla güç kullanabileceği anlamına gelir.

Doğrusal güç kaynağının bileşenleri

Şekil 2: Doğrusal güç kaynağının bileşenleri

Güç kaynağı giriş transformatörü

Doğrusal bir güç kaynağında, transformatör, şebekeden AC gücü ile etkileşime giren ilk bileşendir.Asıl işi voltajı değiştir cihazın ihtiyaçlarına bağlı olarak, cihaz için uygun bir seviyeye (daha yaygındır) veya artırarak.Transformatör ayrıca elektrik kaynağını şebekeden ayırarak, elektrik tehlikeleri riskini azaltarak koruma sağlar.Daha yüksek güç uygulamalarında, transformatör oldukça büyük olabilir, bu da güç kaynağının toplam boyutunu ve ağırlığını arttırır.Güç kaynağının nasıl tasarlandığına bağlı olarak, transformatör Bir veya daha fazla ikincil sargılar farklı çıkış voltajları üretmek için.

Doğrultucu

Transformatör voltajı ayarladıktan sonra, AC gücünün doğrultucu tarafından yapılan DC gücüne dönüştürülmesi gerekir.Doğrultucu, güç kaynağının önemli bir parçasıdır ve farklı kurulumlarda gelir. Yarım dalga düzeltmesi AC döngüsünün sadece yarısını DC'ye dönüştürmek için tek bir diyot kullanır, bu da onu daha az verimli hale getirir ve çıktıda daha fazla dalgalanma üretir, bunlar daha zordur. Tam dalga düzeltmesi daha verimlidir ve AC döngüsünün her iki yarısını da kullanır.Bu, merkezine takılan bir transformatör ve iki diyot veya dört diyot kullanan bir köprü doğrultucu kurulumu ile yapılabilir.Köprü doğrultucu daha etkili olduğu için modern tasarımlarda daha yaygın olarak kullanılır.Modern düzelticiler genellikle kullanır yarı iletken diyotlar PN kavşak diyotları veya Schottky diyotları gibi.Schottky diyotları genellikle seçilir, çünkü akım geçtiğinde daha az voltaj kaybederler, bu da onları daha verimli hale getirir, ancak bir miktar akımın sızmasına ve parçalanmadan önce daha düşük bir voltaj eşiğine sahip olmalarına izin verebilirler.

Pürüzsüz kapasitör

Doğrultucu AC'yi DC'ye dönüştürdükten sonra, çıkış mükemmel bir şekilde pürüzsüz değildir ve çoğu elektronik devre için arzu edilmeyen voltajda dalgalanmalar içerir.Düzeltme kapasitörü yardımcı olur Bu dalgalanmalardan bile Durdurulmuş dalga formunun yüksek noktaları sırasında şarj ederek ve dalga formu düştüğünde yükü serbest bırakarak.Bu yardımcı olur DC voltajını daha sabit tutun.Kapasitör dalgalanmaları büyük ölçüde azalsa da, bunları tamamen çıkarmaz.Kapasitörün bu dalgalanmaları azaltma yeteneği, boyutuna ve yükün gerektirdiği akım miktarına bağlıdır.

Voltaj regülatörü

Voltaj regülatörü, giriş voltajı veya yük değişse bile çıkış voltajının sabit kalmasını sağlayan doğrusal bir güç kaynağının ana bileşenidir.İki ana doğrusal düzenleyici türü vardır: Şant regülatörü ve seri düzenleyicisi.

Şant regülatörü daha az yaygındır ve yükün üzerinden değişken bir bileşen yerleştirerek çalışır, bu da çıkış voltajını sabit tutmak için ekstra akımı emer.Bu tür regülatör, çok verimli olmasa bile, voltajın kesin kontrolü gerektiğinde kullanılır.Daha düşük verimliliği nedeniyle, tipik olarak sadece belirli durumlarda kullanılır.

Seri regülatörü, en yaygın kullanılan doğrusal regülatör türüdür.Bu kurulumda, yük ile seri değişken bir direnç yerleştirilir ve kontrol devresi, istenen çıkış voltajını korumak için direnci ayarlar.Seri düzenleyicinin sadeliği ve etkinliği, birçok doğrusal güç kaynağı tasarımı için popüler bir seçim haline getirir.Nispeten basit bir tasarıma sahip iyi voltaj kontrolü sağlar, bu da onu geniş bir kullanım yelpazesi için uygun hale getirir.

Doğrusal güç kaynaklarının avantajları ve dezavantajları

Avantajlar

Doğrusal güç kaynaklarının, özellikle stabilite ve sessiz operasyonun gerekli olduğu durumlarda çeşitli faydaları vardır.Temel faydalardan biri, yaratmalarıdır Çok az gürültü.Akımı hızla açan ve kapatan güç kaynaklarının değiştirilmesinin aksine, doğrusal güç kaynakları akımı sürekli akıyor.Bu hızlı anahtarlama eksikliği, çok fazla elektromanyetik parazit yaratmadıkları anlamına gelir, bu da onları ses sistemleri, tıbbi ekipman ve kesin ölçümlere ihtiyaç duyan enstrümanlar gibi hassas elektronik cihazlar için iyi bir seçim haline getirir.

Başka bir fayda onların güvenilir performans.Doğrusal güç kaynakları uzun zamandır var ve teknolojileri iyi biliniyor ve güvenilir.Uzun yıllardır kullanıldıkları için performansları tutarlı ve iyi anlaşılmıştır.Mühendisler ve tasarımcılar, bu malzemelere tutarlı bir şekilde çalışmak için güvenebilirler, bu da güvenilirliğin bir zorunluluk olduğu durumlarda çok yararlıdır.

Dezavantajlar

Bununla birlikte, doğrusal güç kaynaklarının, özellikle enerjiyi ve boyutlarını ne kadar iyi kullandıkları söz konusu olduğunda, bazı dezavantajları vardır.En büyük dezavantajlardan biri onların düşük verimlilik.Bu malzemeler genellikle giriş enerjisinin sadece% 50'sini etkili bir şekilde kullanır, diğer yarısı israf edilir, genellikle ısı olarak.Bu düşük verimlilik, besleme, çok fazla enerji harcayan ekstra enerjiden kurtularak voltajı kontrol ettiği için gerçekleşir.

Bu boşa harcanan enerji başka bir soruna yol açar: ısı üretimi .Kullanılmayan enerji, güç kaynağı ve bağlı cihazların hasar görmesini önlemek için yönetilmesi gereken ısı yaratır.Bu genellikle, tasarımı daha karmaşık hale getirebilen ve maliyetleri artırabilen ısı lavaboları veya soğutma fanları gibi ekstra parçalar eklemek anlamına gelir.

Son olarak, doğrusal güç kaynakları daha büyük ve daha ağır güç kaynaklarını değiştirmekten daha.Voltajı azaltmak için büyük transformatörlere ve ısıyı yönetmek için ek parçaları ihtiyaç duyarlar, bu da bu güç kaynaklarını hantal hale getirir.Bu, taşınabilir veya kompakt cihazlarda olduğu gibi boşluk ve ağırlığın önemli olduğu durumlarda büyük bir dezavantaj olabilir.

Doğrusal güç kaynaklarının uygulamaları

Şekil 3: Doğrusal güç kaynaklarının uygulamaları

Doğrusal güç kaynakları, anahtarlama muadilleri kadar enerji tasarruflu olmasa da, genellikle sabit ve gürültüsüz bir güç çıkışının gerekli olduğu belirli durumlar için seçilir.Bu güç kaynakları, özellikle güç kaynaklarını değiştirebilecek kesintiler olmadan istikrarlı ve temiz gücün gerekli olduğu ortamlarda yararlıdır.

Görsel-işitsel ekipmanlarda, doğrusal güç kaynakları yüksek kaliteli ses amplifikatörleri ve hassas ses cihazları için çok kullanışlıdır.Ses kalitesini sağlam tutmak için önemli olan pürüzsüz ve sabit bir voltaj çıkışı sağlarlar.Güç kaynaklarının anahtarlanması bazen ses sinyallerine müdahale edebilecek gürültü ve sivri uçlar getirebilir, bu da ses bozulmasına veya istenmeyen parazitlere yol açar.Bu nedenle, ses kalitesini saf ve net tutmanın önemli olduğu üst düzey ses sistemlerinde doğrusal güç kaynakları tercih edilir.

Laboratuvar ekipmanlarında, tutarlı ve doğru güce sahip olmak çok önemlidir.Sabit ve hassas voltaj çıkışları sağlamak için kullanılan laboratuvar güç kaynakları gibi cihazlar genellikle doğrusal düzenlemeye dayanır.Doğrusal güç kaynakları tarafından sunulan stabilite, voltajın tutarlı kalmasını sağlar, bu da küçük değişikliklerin bile yanlış sonuçlara yol açabileceği deneysel ve test ortamlarında çok önemlidir.Bu güç kaynakları, yüksek düzeyde doğruluk gerektiren hassas ölçümler ve deneyler için gerekli olan temiz, gürültüsüz güç sağlamak için tasarlanmıştır.

Doğrusal güç kaynakları, minimum gürültü ile tutarlı voltaj sağlamak için tasarlanmıştır, bu da güç kalitesinin bir cihazın ne kadar iyi çalıştığını doğrudan etkilediği durumlar için mükemmeldir.Güç kaynaklarını değiştirme kadar enerji tasarruflu olmasa da, istikrarlı ve temiz güç sağlama yetenekleri onları özellikle belirli, gürültüye duyarlı uygulamalarda yararlı hale getirir.Görsel-işitsel ve laboratuvar ekipmanlarında kullanımları, güç kalitesinin bu ortamlarda performans ve doğruluğu korumada nasıl önemli bir rol oynadığını göstermektedir.

Diğer güç kaynağı türleriyle karşılaştırma

Doğrusal güç kaynakları, elektrik enerjisini bir formdan diğerine değiştirmek için kullanılır, genellikle alternatif akımı (AC) doğrudan akıma (DC) dönüştürür.Her biri kendi özelliklerine sahip çeşitli güç kaynağı türleri vardır:

Şekil 4: Düzenlenmemiş doğrusal güç kaynakları

Düzenlenmemiş doğrusal güç kaynakları en temel tiptir.AC'yi DC'ye dönüştürürler, ancak voltajı sabit tutmak için ekstra özelliğe sahip değildirler.Bu, giriş voltajı değişirse veya kullanılan güç miktarı (yük) değişiyorsa çıkış voltajının değişebileceği anlamına gelir.Giriş voltajı yükselirse, çıkış voltajı da yükselir ve yük artarsa, çıkış voltajı düşebilir.Bu nedenle, bu güç kaynakları düzgün çalışmak için sabit bir voltaja ihtiyaç duyan cihazlar için ideal değildir.

Şekil 5: Ferrororonant güç kaynağı

Ferrororonant güç kaynakları, çıkış voltajını sabit tutmak için manyetik alanları içeren özel bir teknik kullanır.Bunu bir transformatör ve rezonans devresinin bir kombinasyonu ile yaparlar.Transformatörün manyetik özellikleri, giriş voltajı veya yük değişse bile, sabit bir çıkış voltajının korunmasına yardımcı olur.Bu güç kaynakları ayrıca ani güç sivri uçlarına karşı yerleşik korumaya sahiptir, bu da güç kaynağının istikrarlı olmadığı yerlerde güvenilir hale getirir.Bununla birlikte, genellikle büyük ve ağırdırlar, bu da boyut ve kilonun önemli olduğu durumlarda bir dezavantaj olabilir.

Şekil 6: Anahtar Modu Güç Kaynağı (SMP'ler)

Anahtar modu güç kaynakları (SMP'ler) doğrusal güç kaynaklarından daha verimli olacak şekilde tasarlanmıştır.Transistörler gibi elektronik anahtarları kullanarak giriş gücünü hızla açıp kapatarak çalışırlar.Bu yöntem, gücü daha verimli bir şekilde dönüştürmelerini sağlar, bu da daha az ısı ürettikleri ve daha küçük ve daha hafif hale getirilebileceği anlamına gelir.Bununla birlikte, yüksek hızlı anahtarlama nedeniyle, SMP'ler yakındaki diğer elektronik cihazlara müdahale edebilecek elektrik gürültüsü oluşturabilir.SMP'ler de tasarımda daha karmaşıktır ve bir şeyler ters giderse düzeltmek daha zor olabilir.

Çözüm

Doğrusal güç kaynakları, istikrarlı ve gürültüsüz bir güç kaynağının çok gerekli olduğu durumlarda hala bir seçimdir.Basit tasarımları ve güvenilir performansları, onları ses ekipmanı ve laboratuvar testi gibi alanlarda favori hale getirir.Bununla birlikte, enerji verimliliği ve boyutu açısından ödünleşmeleri var, bu nedenle bunları ne için kullandığınızı düşünmek önemlidir.Doğrusal güç kaynaklarını diğer tiplerle karşılaştırdığımızda, her zaman en çok enerji tasarrufu sağlayan seçenek olmasa da, temiz ve tutarlı güç sağlama yeteneklerinin, günümüz teknoloji dünyasında hala yararlı oldukları anlamına gelir.Bu farklılıkları anlayarak, özel ihtiyaçlarınız için doğru güç kaynağını seçerken daha iyi kararlar verebilirsiniz.

Sık sorulan sorular [SSS]

1. Doğrusal güç kaynakları nerede kullanılır?

Doğrusal güç kaynakları, istikrarlı ve düşük gürültü gücünün çok ihtiyaç duyulduğu ortamlarda yaygın olarak kullanılır.Bu, yüksek kaliteli ses ekipmanı, tıbbi cihazlar, laboratuvar aletleri ve küçük elektrik gürültüsü bile ekipmanın çalışmasına veya doğruluğuna müdahale edebileceği hassas ölçüm araçlarını içerir.

2. Doğrusal güç kaynağının etkinliği nedir?

Doğrusal bir güç kaynağının verimliliği genellikle düşüktür, genellikle% 50 veya daha azdır.Bunun nedeni, güç kaynağının aşırı enerjiyi ısı olarak dağıtarak voltajı düzenlemesidir, bu da önemli enerji kaybına neden olur.

3. Doğrusal güç kaynağının avantajları ve dezavantajları nelerdir?

Doğrusal bir güç kaynağının ana avantajı, hassas elektronikler için ideal olan temiz, istikrarlı ve düşük gürültülü güç sağlama yeteneğidir.Dezavantajlar arasında düşük verimlilik, ısı dağılma ihtiyacı nedeniyle büyük boyut ve ısı olarak boşa harcanan ekstra enerji bulunur.

4. Doğrusal voltaj regülatörünün dezavantajları nelerdir?

Doğrusal voltaj regülatörünün dezavantajları, ısı olarak çok fazla güç harcadığı ve voltajı artıramaması nedeniyle düşük verimliliği içerir, yani voltajı sadece giriş seviyesinden azaltabilir.Ek olarak, üretilen ısıyı yönetmek için büyük ısı lavaboları veya soğutma sistemlerine ihtiyaç duyabilirler, bu da onları hacimli hale getirir.

5. En verimli güç kaynağı türü nedir?

En verimli güç kaynağı türü, anahtar modu güç kaynağıdır (SMP'ler).Minimum enerji kaybı ile gücü dönüştürmek için yüksek frekanslı anahtarlama kullanır, bu da doğrusal güç kaynaklarına kıyasla çok daha yüksek verimlilik sağlar.