ความแตกต่างที่สำคัญ – SMPS เทียบกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น
อุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์และอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ต้องการแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจึงจะสามารถทำงานได้ อุปกรณ์เหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีวงจรรวม ควรมีแรงดันไฟฟ้า DC ที่เชื่อถือได้และไม่มีการบิดเบือนเพื่อให้ทำงานได้โดยไม่เกิดความผิดปกติหรือไหม้ จุดประสงค์ของแหล่งจ่ายไฟ DC คือการจ่ายแรงดัน DC ที่สะอาดให้กับอุปกรณ์เหล่านี้ แหล่งจ่ายไฟ DC ถูกจัดประเภทเป็นโหมดเชิงเส้นและโหมดสวิตช์ ซึ่งเป็นโทโพโลยีที่เกี่ยวข้องในการทำให้แหล่งจ่ายไฟหลัก AC เป็น DC แบบเรียบ แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นใช้หม้อแปลงเพื่อลดแรงดันไฟหลัก AC ให้อยู่ในระดับที่ต้องการโดยตรง ในขณะที่ SMPS แปลง AC เป็น DC โดยใช้อุปกรณ์สวิตช์ซึ่งช่วยให้ได้ค่าเฉลี่ยของระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการนี่คือข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่าง SMPS และแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น
ลิเนียร์พาวเวอร์ซัพพลายคืออะไร
ในแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น แรงดันไฟ AC หลักจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าโดยตรงโดยหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ หม้อแปลงนี้ต้องรองรับกำลังไฟฟ้าขนาดใหญ่ เนื่องจากทำงานที่ความถี่ไฟ AC 50/60Hz ดังนั้นหม้อแปลงนี้จึงเทอะทะและใหญ่ทำให้แหล่งจ่ายไฟหนักและใหญ่
แรงดันสเต็ปดาวน์จะถูกแก้ไขและกรองเพื่อให้ได้แรงดันไฟตรงที่จำเป็นสำหรับเอาต์พุต เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ระดับนี้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการบิดเบือนของแรงดันไฟขาเข้า การควบคุมแรงดันไฟฟ้าจึงถูกกระทำก่อนเอาท์พุต ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นเป็นตัวควบคุมเชิงเส้น ซึ่งมักจะเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานปรับค่าได้ ค่าความต้านทานเอาต์พุตจะเปลี่ยนไปตามข้อกำหนดของกำลังเอาต์พุต ทำให้แรงดันเอาต์พุตคงที่ ดังนั้นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าจึงทำงานเป็นอุปกรณ์กระจายพลังงานโดยส่วนใหญ่จะกระจายพลังงานส่วนเกินเพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ ดังนั้นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าควรมีอ่างความร้อนขนาดใหญ่ ส่งผลให้แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นมีน้ำหนักมากขึ้น นอกจากนี้ เป็นผลมาจากการกระจายพลังงานโดยตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเป็นความร้อน ประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจึงลดลงมากถึง 60%
อย่างไรก็ตาม แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจะไม่สร้างสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าบนแรงดันไฟขาออก ให้การแยกระหว่างเอาต์พุตและอินพุตเนื่องจากหม้อแปลง ดังนั้น แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจึงถูกใช้สำหรับการใช้งานความถี่สูง เช่น อุปกรณ์ความถี่วิทยุ แอปพลิเคชันด้านเสียง การทดสอบในห้องปฏิบัติการที่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่ปราศจากเสียงรบกวน การประมวลผลสัญญาณ และเครื่องขยายเสียง
รูปที่ 01: พาวเวอร์ซัพพลายที่มีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น
SMPS คืออะไร
SMPS (แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์) ทำงานบนอุปกรณ์สวิตช์ทรานซิสเตอร์ ในตอนแรก อินพุต AC จะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้า DC โดยวงจรเรียงกระแส โดยไม่ลดแรงดันไฟฟ้าลง ซึ่งแตกต่างจากแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น จากนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจะผ่านการสลับความถี่สูง ซึ่งปกติแล้วจะใช้ทรานซิสเตอร์ MOSFET กล่าวคือ แรงดันไฟฟ้าผ่าน MOSFET จะเปิดและปิดโดยสัญญาณ MOSFET Gate ซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นสัญญาณมอดูเลตความกว้างพัลส์ที่ประมาณ 50 kHz (บล็อกสับ/อินเวอร์เตอร์) หลังจากการสับนี้ รูปคลื่นจะกลายเป็นสัญญาณ DC แบบพัลส์ หลังจากนั้นจะใช้หม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณ DC แบบพัลซิ่งความถี่สูงให้อยู่ในระดับที่ต้องการ สุดท้าย วงจรเรียงกระแสเอาต์พุตและตัวกรองจะใช้เพื่อคืนค่าแรงดัน DC เอาต์พุต
รูปที่ 02: บล็อกไดอะแกรมของ SMPS
การควบคุมแรงดันไฟฟ้าใน SMPS ทำได้ผ่านวงจรป้อนกลับที่ตรวจสอบแรงดันไฟขาออก หากความต้องการพลังงานของโหลดสูง แรงดันไฟขาออกมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นนี้ตรวจพบโดยวงจรป้อนกลับของตัวควบคุม และใช้เพื่อควบคุมอัตราส่วนการเปิด-ปิดของสัญญาณ PWM ดังนั้นแรงดันสัญญาณเฉลี่ยจะเปลี่ยนไป เป็นผลให้แรงดันเอาต์พุตถูกควบคุมให้คงที่
หม้อแปลงสเต็ปดาวน์ที่ใช้ใน SMPS ทำงานที่ความถี่สูง ดังนั้นปริมาตรและน้ำหนักของหม้อแปลงไฟฟ้าจึงน้อยกว่าแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นมาก นี่กลายเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้ SMPS มีขนาดเล็กลงและเบากว่ารุ่นเชิงเส้นตรงมาก นอกจากนี้ การควบคุมแรงดันไฟฟ้าทำได้โดยไม่สูญเสียพลังงานส่วนเกิน เช่น การสูญเสียโอห์มมิกหรือความร้อน ประสิทธิภาพของ SMPS สูงถึง 85-90%
ในเวลาเดียวกัน SMPS จะสร้างเสียงรบกวนความถี่สูงอันเนื่องมาจากการทำงานสลับของ MOSFETเสียงนี้สามารถสะท้อนออกมาในแรงดันไฟขาออก อย่างไรก็ตาม ในรุ่นขั้นสูงและราคาแพงบางรุ่น เสียงเอาท์พุตนี้จะลดลงบ้าง นอกจากนี้ สวิตช์ยังสร้างสัญญาณรบกวนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นวิทยุอีกด้วย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ RF shielding และตัวกรอง EMI ใน SMPS ดังนั้น SMPS จึงไม่เหมาะกับการใช้งานด้านเสียงและความถี่วิทยุ อุปกรณ์ที่ไวต่อสัญญาณรบกวนน้อยกว่า เช่น เครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือ มอเตอร์ DC การใช้งานกำลังสูง ฯลฯ สามารถใช้กับ SMPS ได้ การออกแบบที่เบาและเล็กลงทำให้สะดวกในการใช้เป็นอุปกรณ์พกพาเช่นกัน
SMPS กับลิเนียร์พาวเวอร์ซัพพลายต่างกันอย่างไร
SMPS เทียบกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น |
|
| SMPS แก้ไขไฟ AC โดยตรงโดยไม่ลดแรงดันไฟฟ้า จากนั้น DC ที่แปลงแล้วจะเปลี่ยนเป็นความถี่สูงสำหรับหม้อแปลงขนาดเล็กเพื่อลดระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ ในที่สุด สัญญาณ AC ความถี่สูงจะได้รับการแก้ไขเป็นแรงดันเอาต์พุต DC | แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นช่วยลดแรงดันไฟฟ้าให้เป็นค่าที่ต้องการตั้งแต่เริ่มต้นโดยหม้อแปลงที่ใหญ่กว่า หลังจากนั้น AC จะได้รับการแก้ไขและกรองเพื่อสร้างแรงดัน DC เอาต์พุต |
| การควบคุมแรงดันไฟฟ้า | |
| การควบคุมแรงดันไฟฟ้าทำได้โดยการควบคุมความถี่สวิตชิ่ง แรงดันไฟขาออกจะถูกตรวจสอบโดยวงจรป้อนกลับ และใช้ความผันแปรของแรงดันไฟในการควบคุมความถี่ | แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่แก้ไขและกรองแล้วนั้นขึ้นอยู่กับความต้านทานเอาต์พุตของตัวแบ่งแรงดันเพื่อสร้างแรงดันเอาต์พุต ความต้านทานนี้ควบคุมได้โดยวงจรป้อนกลับที่ตรวจสอบความแปรผันของแรงดันไฟขาออก |
| ประสิทธิภาพ | |
| การสร้างความร้อนใน SMPS ค่อนข้างต่ำเนื่องจากทรานซิสเตอร์แบบสวิตชิ่งทำงานในบริเวณที่ถูกตัดขาดและขาดอาหาร หม้อแปลงไฟฟ้าขาออกที่มีขนาดเล็กทำให้การสูญเสียความร้อนมีขนาดเล็ก ดังนั้นประสิทธิภาพจึงสูงขึ้น (85-90%) | พลังงานส่วนเกินจะกระจายไปตามความร้อนเพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ในแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น ยิ่งไปกว่านั้น หม้อแปลงอินพุตมีขนาดใหญ่กว่ามาก ดังนั้นการสูญเสียของหม้อแปลงไฟฟ้าจึงสูงขึ้น ดังนั้นประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจึงต่ำถึง 60% |
| สร้าง | |
| ขนาดหม้อแปลงของ SMPS ไม่จำเป็นต้องใหญ่เพราะทำงานในความถี่สูง ดังนั้นน้ำหนักของหม้อแปลงก็จะน้อยลงด้วย เป็นผลให้ขนาดและน้ำหนักของ SMPS ต่ำกว่าแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นมาก | อุปกรณ์จ่ายไฟเชิงเส้นมีขนาดใหญ่กว่ามาก เนื่องจากหม้อแปลงอินพุตต้องมีขนาดใหญ่เนื่องจากความถี่ต่ำที่ทำงาน เนื่องจากมีการสร้างความร้อนมากขึ้นในตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า ควรใช้ฮีตซิงก์ด้วยเช่นกัน |
| เสียงเพี้ยนและแรงดันไฟฟฉา | |
| SMPS สร้างเสียงรบกวนความถี่สูงเนื่องจากการสลับ สิ่งนี้จะส่งผ่านไปยังแรงดันไฟขาออกและบางครั้งอาจส่งผ่านไปยังแหล่งจ่ายไฟหลัก อาจมีความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกในกำลังไฟฟ้าหลักใน SMPS | แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นไม่สร้างเสียงรบกวนในแรงดันไฟขาออก ความเพี้ยนของฮาร์มอนิกนั้นน้อยกว่า SMPS มาก |
| แอพพลิเคชั่น | |
| SMPS สามารถใช้เป็นอุปกรณ์พกพาได้เนื่องจากตัวเครื่องมีขนาดเล็ก แต่เนื่องจากสร้างสัญญาณรบกวนความถี่สูง SMPS จึงไม่สามารถใช้กับแอปพลิเคชันที่ไวต่อสัญญาณรบกวน เช่น RF และแอปพลิเคชันเสียง | อุปกรณ์จ่ายไฟเชิงเส้นมีขนาดใหญ่กว่ามากและไม่สามารถใช้กับอุปกรณ์พกพาได้ เนื่องจากไม่ก่อให้เกิดเสียงรบกวนและแรงดันไฟขาออกยังสะอาด จึงใช้สำหรับการทดสอบทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ในห้องปฏิบัติการ |
สรุป – SMPS เทียบกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น
SMPS และอุปกรณ์จ่ายไฟแบบลิเนียร์เป็นอุปกรณ์จ่ายไฟ DC สองประเภทที่ใช้งาน ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง SMPS และแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นคือโทโพโลยีที่ใช้สำหรับการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการลดแรงดันไฟฟ้าในขณะที่แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นแปลง AC เป็นแรงดันไฟฟ้าต่ำในตอนเริ่มต้น SMPS จะแก้ไขและกรองไฟ AC หลักก่อนแล้วจึงเปลี่ยนเป็น AC ความถี่สูงก่อนที่จะลงจากตำแหน่ง เนื่องจากน้ำหนักและขนาดของหม้อแปลงเพิ่มขึ้นเมื่อความถี่ในการทำงานลดลง หม้อแปลงอินพุตของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจึงหนักกว่าและใหญ่กว่ามากซึ่งแตกต่างจาก SMPS นอกจากนี้ เนื่องจากการควบคุมแรงดันไฟฟ้าเสร็จสิ้นด้วยการกระจายความร้อนผ่านความต้านทาน แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นควรมีฮีตซิงก์ที่ทำให้หนักขึ้นอีก ตัวควบคุม SMPS ควบคุมความถี่สวิตชิ่งเพื่อควบคุมแรงดันไฟขาออก ดังนั้น SMPS จึงมีขนาดเล็กกว่าและน้ำหนักเบากว่า เนื่องจากการสร้างความร้อนใน SMPS ต่ำกว่า ประสิทธิภาพก็สูงขึ้นด้วย
ดาวน์โหลดเวอร์ชัน PDF ของ SMPS เทียบกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น
คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ PDF ของบทความนี้และใช้เพื่อวัตถุประสงค์ออฟไลน์ตามหมายเหตุอ้างอิง โปรดดาวน์โหลดไฟล์ PDF ที่นี่ ข้อแตกต่างระหว่าง SMPS และ Linear Power Supply
