Diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear

Diferença de chave - SMPS vs fonte de alimentação linear
 

A maioria dos dispositivos eletrônicos e elétricos requer tensão CC para funcionar. Esses dispositivos, especialmente os eletrônicos com circuitos integrados, devem ser fornecidos com uma tensão CC confiável e sem distorção, para que funcionem sem mau funcionamento ou queima. O objetivo de uma fonte de alimentação CC é fornecer tensão CC limpa para esses dispositivos. As fontes de alimentação CC são categorizadas em modo linear e comutado, que são as topologias envolvidas para tornar a fonte de alimentação CA em CC suave. A fonte de alimentação linear usa um transformador para reduzir diretamente a tensão da rede CA para o 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. Essa é a principal diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear.

CONTEÚDO

1. Visão geral e principais diferenças
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 forma de tabela
5. Resumo

O que é uma fonte de alimentação linear?

Em uma fonte de alimentação linear, a tensão CA da rede elétrica é convertida para uma tensão mais baixa diretamente por um transformador de abaixamento. Este transformador precisa lidar com uma grande potência, pois trabalha na frequência de rede CA 50 / 60Hz. 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. Como a tensão nesse nível está 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 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, fontes de alimentação lineares não produzem ruído elétrico na tensão de saída. Ele fornece isolamento entre a saída e a entrada devido ao transformador. Portanto, fontes de alimentação lineares são usadas para aplicações de alta frequência, como dispositivos de radiofrequência, aplicações de áudio, testes de laboratório que requerem suprimento 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 transistor de comutação. Inicialmente, a entrada CA é convertida em tensão CC por um retificador, sem reduzir a tensão, ao contrário de uma fonte de alimentação linear. Então a tensão DC passa por uma comutação de alta frequência, normalmente por um transistor MOSFET. Ou seja, a tensão através do MOSFET é ativada e desativada pelo sinal MOSFET Gate, geralmente um sinal modulado na largura de pulso de cerca de 50 kHz (bloco chopper / inversor). Após esta operação de corte, a forma de onda se torna um sinal de DC pulsado. Depois disso, um transformador de abaixamento é usado para reduzir a tensão do sinal DC pulsado de alta frequência para o nível desejado. Finalmente, um retificador de saída e um filtro são usados ​​para recuperar a tensão DC de saída.

Figura 02: Diagrama de blocos de um SMPS

A regulação de tensão no SMPS é feita através de um circuito de feedback que monitora a tensão de saída. Se o requisito de energia da carga for alto, a tensão de saída tende a aumentar. Esse incremento é detectado pelo circuito de realimentação do regulador e é usado para controlar a taxa liga / desliga do sinal PWM. Assim, a tensão média do sinal muda. Como resultado, a tensão de saída é controlada para manter constante.

O transformador de abaixamento usado no SMPS opera em alta frequência; assim, o volume e o peso do transformador são muito menores que os de uma fonte de alimentação linear. Isso se torna um dos principais motivos para um SMPS ser muito menor e mais leve que seu equivalente do tipo linear. Além disso, a regulação da tensão é feita sem dissipar o excesso de energia 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 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 o uso de filtros de blindagem RF e EMI em SMPSs. Portanto, o SMPS não é adequado para aplicações de áudio e radiofrequência. Equipamentos menos sensíveis ao ruído, como carregadores de celular, motores de corrente contínua, aplicações de alta potência, etc., podem ser usados ​​com SMPSs. Seu design mais leve e menor facilita o uso como dispositivos portáteis.

Qual é a diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear?

SMPS vs fonte de alimentação linear
O SMPS retifica diretamente a rede elétrica CA sem reduzir a tensão. Em seguida, o CC convertido é comutado em alta frequência para um transformador menor, para reduzi-lo 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 fazer a tensão DC de saída.
Regulação de tensão
A regulação da tensão é feita controlando a frequência de comutação. A tensão de saída é monitorada pelo circuito de realimentação e a variação de tensão é usada para o controle de frequência.	A tensão CC retificada e filtrada é sujeita a uma resistência de saída de um divisor de tensão para produzir a tensão de saída. Essa 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, pois o transistor de comutação opera nas regiões de corte e de inanição. O tamanho pequeno do transformador de saída também reduz 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; assim, 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 um SMPS são muito menores que uma fonte de alimentação linear.	As fontes de alimentação lineares são muito mais volumosas, pois o transformador de entrada precisa ser grande devido à baixa frequência 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
O SMPS gera um ruído de alta frequência devido à comutação. Isso passa para a tensão de saída e também para a entrada de rede às vezes. A distorção harmônica na energia da rede também pode ser possível nos SMPSs.	Fontes de alimentação lineares não produzem ruído na tensão de saída. A distorção harmônica é muito menor que a dos SMPSs.
Formulários
O SMPS pode ser usado como dispositivos portáteis devido à pequena compilação. Porém, como gera um ruído de alta frequência, os SMPSs não podem ser usados ​​para aplicativos sensíveis ao ruído, como aplicativos de RF e 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 ​​na 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 principal diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear são as topologias usadas para regulação de tensão 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 principal e depois muda para uma CA de alta frequência antes de descer. Como o peso e o tamanho do transformador aumentam à medida que a frequência de operação diminui, o transformador de entrada das fontes de alimentação lineares é muito mais pesado e maior, diferentemente do SMPS. Além disso, como a regulação de tensão é feita com a dissipação de calor por meio de resistências, as fontes de alimentação lineares devem ter dissipadores de calor que os tornem ainda mais pesados. O regulador dos SMPSs controla a frequência de comutação para controlar a tensão de saída. Portanto, o SMPS é menor em tamanho e mais leve. Como a geração de calor no SMPS é menor, sua eficiência também é maior.

Download da versão em PDF de SMPS vs fonte de alimentação linear

Você pode baixar a versão em PDF deste artigo e usá-la para fins offline, de acordo com as notas de citação. Faça o download da versão em PDF aqui Diferença entre SMPS e fonte de alimentação linear.

Referência:

1. "Fontes de alimentação e reguladores lineares". Reparo da eletrônica e notícia da tecnologia. N.p., n.d. Rede. Disponivel aqui. 14 de junho de 2017.
2. "Fonte de alimentação comutada". Wikipedia. Fundação Wikimedia, 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. “SMPS Block Diagram” Por IE na Wikipédia em inglês - Transferido de en.wikipedia para o Commons por Dcirovic., Domínio Público) via Commons Wikimedia