trên 2024/08/28 290

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính

Trong thế giới điện tử, nguồn cung cấp năng lượng là các thiết bị đảm bảo mọi thứ chạy trơn tru và chính xác.Trong số các loại khác nhau có sẵn, nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính được biết đến với việc cung cấp một dòng điện ổn định và đáng tin cậy với rất ít tiếng ồn.Bài viết này sẽ giải thích cách cung cấp năng lượng tuyến tính hoạt động, những phần nào chúng được tạo ra và nơi chúng hữu ích nhất.Chúng tôi cũng sẽ so sánh chúng với các loại nguồn cung cấp năng lượng khác, giúp bạn hiểu lý do tại sao chúng vẫn được chọn cho các tình huống nhất định, mặc dù có sẵn các tùy chọn mới hơn, tiết kiệm năng lượng hơn.

Danh mục

Hình 1: Cung cấp năng lượng tuyến tính

Nguồn điện tuyến tính là gì?

Nguồn công suất tuyến tính là một loại thiết bị năng lượng cung cấp đầu ra điện áp ổn định và nhất quán bằng cách liên tục điều chỉnh điện trở.Phương pháp này tránh việc sử dụng chuyển đổi nhanh chóng, làm cho nó đơn giản và lý tưởng hơn để cung cấp năng lượng sạch và đáng tin cậy cho các thiết bị điện tử khác nhau.

Quá trình bắt đầu với một hệ thống phản hồi liên tục kiểm tra điện áp đầu ra.Điện áp này được so sánh với điện áp tham chiếu đã đặt bằng bộ khuếch đại vi sai, một mạch giúp đảm bảo độ chính xác.Nếu điện áp đầu ra khác với tham chiếu, bộ khuếch đại sẽ tạo ra tín hiệu để điều chỉnh sự khác biệt.Tín hiệu này kiểm soát một phần gọi là phần tử Pass, có thể là bóng bán dẫn hoặc bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET).Phần tử Pass hoạt động giống như một điện trở thay đổi, điều chỉnh điện trở của nó để giữ điện áp ở mức phù hợp.

Ví dụ, nếu điện áp đầu vào tăng, phần tử Pass sẽ tăng điện trở của nó để ngăn điện áp đầu ra tăng.Mặt khác, nếu điện áp đầu vào giảm, phần tử Pass làm giảm điện trở của nó để cho phép nhiều dòng điện hơn, đảm bảo rằng điện áp đầu ra vẫn ổn định.

Điều chỉnh liên tục này đảm bảo rằng nguồn cung cấp cung cấp điện áp nhất quán, ngay cả khi điện áp đầu vào hoặc tải thay đổi.Sự đơn giản của nguồn điện tuyến tính làm cho nó đáng tin cậy và tạo ra rất ít tiếng ồn điện, rất hữu ích cho các thiết bị cần công suất ổn định.Tuy nhiên, loại nguồn điện này thường kém hiệu quả hơn vì năng lượng thêm được giải phóng dưới dạng nhiệt, điều đó có nghĩa là nó có thể cần các hệ thống làm mát lớn hơn và sử dụng nhiều năng lượng hơn.

Các thành phần của nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính

Hình 2: Các thành phần của nguồn điện tuyến tính

Máy biến áp đầu vào cung cấp điện

Trong nguồn điện tuyến tính, máy biến áp là thành phần đầu tiên tương tác với nguồn AC từ nguồn điện.Công việc chính của nó là Thay đổi điện áp Ở mức độ phù hợp với thiết bị, bằng cách hạ thấp nó (phổ biến hơn) hoặc tăng nó, tùy thuộc vào nhu cầu của thiết bị.Máy biến áp cũng cung cấp bảo vệ bằng cách tách nguồn điện với nguồn điện, giảm nguy cơ nguy cơ điện.Trong các ứng dụng công suất cao hơn, máy biến áp có thể khá lớn, làm tăng kích thước và trọng lượng tổng thể của nguồn điện.Tùy thuộc vào cách thiết kế nguồn điện, máy biến áp có thể có một hoặc nhiều cuộn dây thứ cấp để tạo ra điện áp đầu ra khác nhau.

Bộ chỉnh lưu

Khi máy biến áp đã điều chỉnh điện áp, công suất AC cần được chuyển đổi thành nguồn DC, được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu.Bộ chỉnh lưu là một phần quan trọng của nguồn điện, và nó có các thiết lập khác nhau. Cải chính nửa sóng Sử dụng một diode duy nhất để chuyển đổi chỉ một nửa chu kỳ AC thành DC, làm cho nó kém hiệu quả hơn và tạo ra nhiều biến động hơn trong đầu ra, khó làm mịn hơn. Cải chính toàn sóng hiệu quả hơn và sử dụng cả hai nửa của chu kỳ AC.Điều này có thể được thực hiện với một máy biến áp được khai thác trung tâm và hai điốt hoặc với thiết lập bộ chỉnh lưu cầu sử dụng bốn điốt.Bộ chỉnh lưu cầu được sử dụng phổ biến hơn trong các thiết kế hiện đại vì nó hiệu quả hơn.Bộ chỉnh lưu hiện đại thường sử dụng điốt bán dẫn Giống như điốt PN Junction hoặc điốt Schottky.Các điốt Schottky thường được chọn vì chúng mất ít điện áp hơn khi dòng điện đi qua chúng, điều này làm cho chúng hiệu quả hơn, mặc dù chúng có thể cho phép một số dòng điện bị rò rỉ và có ngưỡng điện áp thấp hơn trước khi chúng bị hỏng.

Tụ mịn

Sau khi bộ chỉnh lưu chuyển đổi AC thành DC, đầu ra không hoàn toàn mịn và chứa sự dao động trong điện áp không mong muốn đối với hầu hết các mạch điện tử.Tụ mịn giúp Ngay cả những biến động này bằng cách sạc lên trong các điểm cao của dạng sóng được chỉnh lưu và điện tích giải phóng khi dạng sóng giảm.Điều này giúp Giữ điện áp DC ổn định hơn.Mặc dù tụ điện làm giảm đáng kể các biến động, nhưng nó không hoàn toàn loại bỏ chúng.Khả năng của tụ điện để giảm các dao động này phụ thuộc vào kích thước của nó và lượng dòng điện cần.

Bộ điều chỉnh điện áp

Bộ điều chỉnh điện áp là thành phần chính của nguồn điện tuyến tính, đảm bảo rằng điện áp đầu ra vẫn ổn định ngay cả khi điện áp đầu vào hoặc tải thay đổi.Có hai loại bộ điều chỉnh tuyến tính chính: Bộ điều chỉnh shunt và bộ điều chỉnh loạt.

Bộ điều chỉnh shunt ít phổ biến hơn và hoạt động bằng cách đặt một thành phần thay đổi trên tải, hấp thụ dòng điện thêm để giữ cho điện áp đầu ra ổn định.Loại điều chỉnh này được sử dụng khi cần điều khiển chính xác điện áp, mặc dù nó có thể không hiệu quả lắm.Do hiệu quả thấp hơn, nó thường chỉ được sử dụng trong các tình huống cụ thể.

Bộ điều chỉnh loạt là loại điều chỉnh tuyến tính được sử dụng rộng rãi nhất.Trong thiết lập này, một điện trở thay đổi được đặt nối tiếp với tải trọng và mạch điều khiển điều chỉnh điện trở để duy trì điện áp đầu ra mong muốn.Sự đơn giản và hiệu quả của bộ điều chỉnh loạt làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho nhiều thiết kế cung cấp năng lượng tuyến tính.Nó cung cấp điều khiển điện áp tốt với thiết kế tương đối đơn giản, làm cho nó phù hợp cho một loạt các mục đích sử dụng.

Ưu điểm và nhược điểm của nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính

Thuận lợi

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính có một số lợi ích, đặc biệt là trong các tình huống mà sự ổn định và hoạt động yên tĩnh là cần thiết.Một trong những lợi ích chính là chúng tạo ra rất ít tiếng ồn.Không giống như các nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi và tắt dòng điện nhanh chóng, nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính giữ cho dòng điện trôi dạt đều đặn.Việc thiếu chuyển đổi nhanh chóng này có nghĩa là chúng không tạo ra nhiều nhiễu điện từ, khiến chúng trở thành một lựa chọn tốt cho các thiết bị điện tử tinh tế như hệ thống âm thanh, thiết bị y tế và các thiết bị cần đo chính xác.

Một lợi ích khác là của họ Hiệu suất đáng tin cậy.Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính đã tồn tại trong một thời gian dài, và công nghệ của họ nổi tiếng và đáng tin cậy.Bởi vì chúng đã được sử dụng trong nhiều năm, hiệu suất của họ là nhất quán và được hiểu rõ.Các kỹ sư và nhà thiết kế có thể tin tưởng vào các nguồn cung cấp này để làm việc một cách nhất quán, điều này rất hữu ích trong các tình huống mà sự tin cậy là phải.

Bất lợi

Tuy nhiên, nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính có một số nhược điểm, chủ yếu là khi họ sử dụng năng lượng và kích thước của chúng tốt như thế nào.Một trong những nhược điểm lớn nhất là Hiệu quả thấp.Những nguồn cung cấp này thường chỉ sử dụng khoảng 50% năng lượng đầu vào một cách hiệu quả, với nửa còn lại bị lãng phí, thường là nhiệt.Hiệu quả thấp này xảy ra bởi vì nguồn cung kiểm soát điện áp bằng cách loại bỏ thêm năng lượng, làm lãng phí rất nhiều năng lượng.

Năng lượng lãng phí này dẫn đến một vấn đề khác: tạo nhiệt .Năng lượng không được sử dụng tạo ra nhiệt, cần được quản lý để giữ cho nguồn điện và các thiết bị được kết nối không bị hỏng.Điều này thường có nghĩa là thêm các bộ phận bổ sung như tản nhiệt hoặc quạt làm mát, có thể làm cho thiết kế phức tạp hơn và tăng chi phí.

Cuối cùng, nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính là lớn hơn và nặng hơn hơn việc chuyển đổi nguồn cung cấp năng lượng.Họ cần các máy biến áp lớn để giảm điện áp và các bộ phận bổ sung để quản lý nhiệt, làm cho các nguồn điện này cồng kềnh.Đây có thể là một bất lợi lớn trong các tình huống trong đó không gian và trọng lượng là quan trọng, chẳng hạn như trong các thiết bị di động hoặc nhỏ gọn.

Các ứng dụng của nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính

Hình 3: Các ứng dụng của nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính, trong khi không tiết kiệm năng lượng như các đối tác chuyển đổi của chúng, thường được chọn cho các tình huống cụ thể trong đó cần có công suất ổn định và không có tiếng ồn.Những nguồn cung cấp năng lượng này đặc biệt hữu ích trong các môi trường nơi cần có công suất ổn định và sạch mà không cần sự gián đoạn có thể đi kèm với nguồn cung cấp năng lượng.

Trong thiết bị nghe nhìn, nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính rất hữu ích cho bộ khuếch đại âm thanh chất lượng cao và các thiết bị âm thanh nhạy cảm.Chúng cung cấp một đầu ra điện áp mượt mà và ổn định, điều này rất quan trọng để giữ cho chất lượng âm thanh nguyên vẹn.Nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi đôi khi có thể giới thiệu tiếng ồn và gai có thể can thiệp vào tín hiệu âm thanh, dẫn đến biến dạng âm thanh hoặc nhiễu không mong muốn.Bởi vì điều này, các nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính được ưa thích trong các hệ thống âm thanh cao cấp, nơi nó rất quan trọng để giữ cho chất lượng âm thanh tinh khiết và rõ ràng.

Trong thiết bị phòng thí nghiệm, có sức mạnh nhất quán và chính xác là rất quan trọng.Các thiết bị như nguồn cung cấp năng lượng trong phòng thí nghiệm, được sử dụng để cung cấp đầu ra điện áp ổn định và chính xác, thường dựa vào quy định tuyến tính.Độ ổn định được cung cấp bởi các nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính đảm bảo rằng điện áp vẫn phù hợp, điều này rất quan trọng trong môi trường thử nghiệm và thử nghiệm trong đó ngay cả những thay đổi nhỏ cũng có thể dẫn đến kết quả không chính xác.Những nguồn cung cấp năng lượng này được thiết kế để cung cấp năng lượng sạch, không có tiếng ồn, cần thiết cho các phép đo và thí nghiệm nhạy cảm đòi hỏi độ chính xác cao.

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính được thiết kế để cung cấp điện áp nhất quán với tiếng ồn tối thiểu, làm cho chúng hoàn hảo cho các tình huống trong đó chất lượng điện ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ hoạt động của thiết bị.Mặc dù chúng có thể không tiết kiệm năng lượng như nguồn cung cấp năng lượng, khả năng cung cấp năng lượng ổn định và sạch sẽ khiến chúng đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng cụ thể, nhạy cảm với tiếng ồn.Việc sử dụng chúng trong thiết bị nghe nhìn và phòng thí nghiệm cho thấy chất lượng năng lượng đóng vai trò chính trong việc duy trì hiệu suất và độ chính xác trong các cài đặt này.

So sánh với các loại cung cấp điện khác

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính được sử dụng để thay đổi năng lượng điện từ dạng này sang dạng khác, thường biến dòng điện xen kẽ (AC) thành dòng điện trực tiếp (DC).Có một số loại nguồn cung cấp năng lượng, mỗi loại có đặc điểm riêng:

Hình 4: Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính không được kiểm soát

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính không được kiểm soát là loại cơ bản nhất.Họ chuyển đổi AC thành DC nhưng không có bất kỳ tính năng bổ sung nào để giữ cho điện áp ổn định.Điều này có nghĩa là điện áp đầu ra có thể thay đổi nếu điện áp đầu vào thay đổi hoặc nếu lượng công suất được sử dụng (tải) thay đổi.Nếu điện áp đầu vào tăng lên, điện áp đầu ra cũng sẽ tăng lên và nếu tải trọng tăng, điện áp đầu ra có thể giảm.Bởi vì điều này, các nguồn cung cấp năng lượng này không lý tưởng cho các thiết bị cần điện áp ổn định để hoạt động đúng.

Hình 5: Cung cấp năng lượng của Ferroresonant

Nguồn cung cấp năng lượng của Ferroresonant sử dụng một kỹ thuật đặc biệt liên quan đến từ trường để giữ cho điện áp đầu ra ổn định.Họ làm điều này với sự kết hợp của một máy biến áp và mạch cộng hưởng.Các thuộc tính từ tính của máy biến áp giúp duy trì điện áp đầu ra ổn định, ngay cả khi điện áp đầu vào hoặc tải thay đổi.Những nguồn cung cấp năng lượng này cũng có sự bảo vệ tích hợp chống lại các gai điện đột ngột, điều này làm cho chúng đáng tin cậy ở những nơi mà nguồn cung cấp không ổn định.Tuy nhiên, chúng thường lớn và nặng, có thể là một nhược điểm trong các tình huống mà kích thước và trọng lượng quan trọng.

Hình 6: Cung cấp năng lượng chế độ chuyển đổi (SMPS)

Nguồn cung cấp năng lượng chế độ chuyển đổi (SMPS) được thiết kế hiệu quả hơn so với nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính.Chúng hoạt động bằng cách nhanh chóng chuyển đổi nguồn đầu vào bằng cách sử dụng các công tắc điện tử như bóng bán dẫn.Phương pháp này cho phép họ chuyển đổi công suất hiệu quả hơn, điều đó có nghĩa là chúng tạo ra ít nhiệt hơn và có thể được làm nhỏ hơn và nhẹ hơn.Tuy nhiên, do chuyển đổi tốc độ cao, SMP có thể tạo ra tiếng ồn điện, có thể cản trở các thiết bị điện tử khác gần đó.SMP cũng phức tạp hơn trong thiết kế và có thể khó sửa hơn nếu có sự cố.

Phần kết luận

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính vẫn là một lựa chọn đi đến trong các tình huống trong đó nguồn cung cấp năng lượng ổn định và không có tiếng ồn là rất cần thiết.Thiết kế đơn giản và hiệu suất đáng tin cậy của họ làm cho họ yêu thích trong các lĩnh vực như thiết bị âm thanh và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.Tuy nhiên, họ có sự đánh đổi về hiệu quả và kích thước năng lượng, vì vậy điều quan trọng là phải suy nghĩ về những gì bạn đang sử dụng chúng.Khi chúng ta so sánh các nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính với các loại khác, thì rõ ràng rằng, mặc dù chúng có thể không phải lúc nào cũng là lựa chọn tiết kiệm năng lượng nhất, khả năng cung cấp sức mạnh sạch và nhất quán của chúng có nghĩa là chúng vẫn hữu ích trong thế giới công nghệ ngày nay.Bằng cách hiểu những khác biệt này, bạn có thể đưa ra quyết định tốt hơn khi chọn cung cấp năng lượng phù hợp cho các nhu cầu cụ thể của bạn.

Câu hỏi thường gặp [Câu hỏi thường gặp]

1. Nguồn cung cấp tuyến tính được sử dụng ở đâu?

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính thường được sử dụng trong các môi trường nơi công suất ổn định và độ nhiễu thấp là rất cần thiết.Điều này bao gồm thiết bị âm thanh chất lượng cao, thiết bị y tế, dụng cụ phòng thí nghiệm và các công cụ đo lường chính xác, trong đó ngay cả tiếng ồn điện nhỏ cũng có thể cản trở hoạt động hoặc độ chính xác của thiết bị.

2. Hiệu quả của cung cấp năng lượng tuyến tính là gì?

Hiệu quả của nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính thường thấp, thường khoảng 50% hoặc ít hơn.Điều này là do nguồn điện điều chỉnh điện áp bằng cách tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt, dẫn đến mất năng lượng đáng kể.

3. Những ưu điểm và nhược điểm của nguồn điện tuyến tính là gì?

Ưu điểm chính của nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính là khả năng cung cấp năng lượng sạch, ổn định và nhiễu thấp, lý tưởng cho các thiết bị điện tử nhạy cảm.Các nhược điểm bao gồm hiệu quả thấp, kích thước lớn do nhu cầu tản nhiệt và năng lượng phụ bị lãng phí dưới dạng nhiệt.

4. Những nhược điểm của bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính là gì?

Nhược điểm của bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính bao gồm hiệu quả thấp, vì nó lãng phí nhiều năng lượng như nhiệt và không có khả năng tăng điện áp, có nghĩa là nó chỉ có thể giảm điện áp từ mức đầu vào.Ngoài ra, chúng có thể yêu cầu các hệ thống tản nhiệt lớn hoặc hệ thống làm mát để quản lý nhiệt được sản xuất, làm cho chúng cồng kềnh.

5. Loại cung cấp năng lượng hiệu quả nhất là gì?

Loại cung cấp năng lượng hiệu quả nhất là nguồn cung cấp điện chế độ chuyển đổi (SMPS).Nó sử dụng chuyển đổi tần số cao để chuyển đổi năng lượng với mất năng lượng tối thiểu, dẫn đến hiệu quả cao hơn nhiều so với nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính.