Perbezaan antara bekalan kuasa linear dan bekalan kuasa pensuisan
Mengikut prinsip penukaran, bekalan kuasa boleh dikelaskan kepada bekalan kuasa linear dan bekalan kuasa pensuisan. Apabila kita mengklasifikasikan bekalan kuasa linear dan bekalan kuasa pensuisan, kita sebenarnya perlu menjelaskan sama ada ia AC/DC atau DC/DC. Walaupun pengelasan ini bertujuan untuk membezakan prinsip transformasi. Tetapi adakah bekalan kuasa linear dan bekalan kuasa pensuisan yang mencapai fungsi AC/DC merupakan proses lengkap untuk menukar AC kepada DC, dan beberapa litar terdiri daripada DC/DC.
Bekalan kuasa linear dan bekalan kuasa pensuisan untuk AC/DC
Terdapat banyak buku teks, buku dan artikel yang merujuk secara langsung kepada sumber kuasa linear sebagai "sumber kuasa linear untuk AC/DC". Apakah sumber kuasa linear? Bekalan kuasa linear mula-mula mengurangkan amplitud voltan kuasa AC melalui pengubah, kemudian membetulkannya melalui litar penerus untuk mendapatkan kuasa DC berdenyut, dan kemudian menapisnya untuk mendapatkan voltan DC dengan voltan riak kecil.
Ciri-ciri bekalan kuasa linear AC/DC dan bekalan kuasa pensuisan adalah berbeza seperti berikut:
Bekalan kuasa linear AC/DC mula-mula dikurangkan dengan voltan AC menggunakan pengubah frekuensi kuasa, dan kemudian diperbetulkan. Selepas pengurangan voltan melalui pengubah, voltan telah menjadi agak rendah, dan cip kuasa seperti pengatur voltan tiga terminal boleh digunakan untuk penstabilan voltan. Tiub pelarasan bekalan kuasa linear beroperasi dalam keadaan yang dikuatkan, menghasilkan penjanaan haba yang tinggi dan kecekapan rendah (berkaitan dengan penurunan voltan), memerlukan penambahan sink haba yang besar. Isipadu pengubah frekuensi kuasa juga agak besar, dan apabila menghasilkan beberapa set output voltan, isipadu pengubah akan menjadi lebih besar.
Tiub pelarasan bekalan kuasa pensuisan AC/DC beroperasi dalam keadaan tepu dan terputus, menghasilkan penjanaan haba rendah dan kecekapan tinggi. Bekalan kuasa pensuisan AC/DC menghapuskan keperluan untuk pengubah frekuensi kuasa besar. Walau bagaimanapun, output DC bagi bekalan kuasa pensuisan AC/DC akan mempunyai riak yang lebih besar, yang boleh diperbaiki dengan menyambungkan diod pengatur voltan pada hujung output. Di samping itu, disebabkan gangguan nadi puncak tinggi yang dihasilkan semasa operasi tiub suis, manik magnet perlu disambung secara bersiri dalam litar untuk bertambah baik. Secara relatifnya, riak bekalan kuasa linear boleh dibuat sangat kecil. Penukaran bekalan kuasa boleh dicapai melalui struktur topologi yang berbeza, seperti pengurangan voltan, rangsangan dan rangsangan, manakala bekalan kuasa linear hanya boleh mencapai pengurangan voltan.
Banyak penyesuai kuasa awal agak berat, dan prinsip penukarannya ialah bekalan kuasa linear AC/DC, yang menggunakan pengubah frekuensi kuasa secara dalaman. Bekalan kuasa linear AC/DC mula-mula menggunakan pengubah untuk mengurangkan voltan AC. Jenis pengubah ini, yang secara langsung mengurangkan voltan dalam sesalur kuasa, dipanggil pengubah frekuensi kuasa, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.9. Pengubah frekuensi kuasa, juga dikenali sebagai pengubah frekuensi rendah, membezakannya daripada pengubah frekuensi tinggi yang digunakan dalam menukar bekalan kuasa. Transformer frekuensi kuasa digunakan secara meluas dalam sumber kuasa tradisional pada masa lalu. Kekerapan standard kuasa sesalur dalam industri kuasa, juga dikenali sebagai kuasa sesalur ("kuasa utama" merujuk kepada bekalan kuasa yang digunakan terutamanya oleh penduduk di bandar), ialah 50Hz di China dan 60Hz di negara lain. Transformer yang boleh menukar voltan arus ulang alik pada frekuensi ini dipanggil pengubah frekuensi kuasa. Transformer frekuensi kuasa biasanya lebih besar saiznya berbanding dengan transformer frekuensi tinggi. Jadi isipadu bekalan kuasa linear AC/DC yang dilaksanakan dengan pengubah frekuensi kuasa adalah agak besar.
Bekalan kuasa pensuisan AC/DC memerlukan terlebih dahulu membetulkan dan menapis bekalan kuasa AC untuk membentuk anggaran voltan tinggi DC, dan kemudian mengawal suis untuk menjana denyutan frekuensi tinggi, yang diubah melalui pengubah. Bekalan kuasa pensuisan AC/DC mempunyai kecekapan yang lebih tinggi dan saiz yang lebih kecil. Satu sebab penting untuk saiznya yang kecil ialah pengubah frekuensi tinggi jauh lebih kecil daripada pengubah frekuensi kuasa. Mengapa lebih tinggi frekuensi, lebih kecil isipadu transformer?
Bahan teras pengubah mempunyai had tepu, jadi terdapat had kepada kekuatan medan magnet puncak. Arus, kekuatan medan magnet, dan fluks magnet arus ulang alik adalah semua isyarat sinusoidal. Kita tahu bahawa untuk isyarat sinus dengan amplitud yang sama, semakin tinggi frekuensi, semakin besar puncak "kadar perubahan" isyarat (saat isyarat sinus melintasi sifar ialah puncak "kadar perubahan", manakala kadar perubahan pada puncak isyarat ialah 0). Sementara itu, voltan teraruh ditentukan oleh kadar perubahan fluks magnet. Jadi, untuk voltan yang sama setiap pusingan, semakin tinggi frekuensi, semakin kecil fluks magnet puncak yang diperlukan. Tetapi seperti yang dinyatakan di atas, nilai puncak keamatan medan magnet adalah terhad. Oleh itu, jika keperluan fluks magnet dikurangkan, luas keratan rentas teras besi boleh dikurangkan. Analisis di atas menganggap voltan yang sama setiap pusingan. Dan voltan setiap pusingan berkaitan dengan kuasa. Oleh itu, menganggap kuasa yang sama. Sekiranya kuasa lebih kecil, arus juga lebih kecil, dan wayar yang dibenarkan lebih nipis, dan rintangannya lebih tinggi sedikit, ia dibenarkan untuk meningkatkan bilangan lilitan. Dengan cara ini, voltan setiap pusingan juga dikurangkan, yang juga boleh mengurangkan keperluan fluks magnet. Kemudian kurangkan kelantangan. Juga, analisis di atas menganggap bahawa bahan adalah malar, iaitu, kekuatan medan magnet tepu adalah malar. Sudah tentu, jika bahan dengan kekuatan medan magnet tepu yang lebih tinggi digunakan, isipadu juga boleh dikurangkan. Kita tahu bahawa berbanding dengan transformer dengan saiz yang sama beberapa dekad yang lalu, transformer pada masa kini mempunyai jumlah yang lebih kecil kerana mereka kini menggunakan bahan teras besi baharu.
Menurut persamaan Maxwell, daya gerak elektrik teraruh E dalam gegelung pengubah ialah
Iaitu, kamiran kadar perubahan ketumpatan fluks magnet B dari semasa ke semasa ke atas wayar N berpusing dengan luas Ac.
Bagi transformer, daya gerak elektrik teraruh E pada bahagian utama pengubah dan voltan U yang digunakan pada bahagian input boleh dianggap sebagai hubungan linear. Atas premis bahawa amplitud U pada bahagian input pengubah kekal tidak berubah, ia boleh dianggap bahawa amplitud E juga kekal tidak berubah.
Di samping itu, terdapat had atas untuk ketumpatan fluks magnetik B bagi setiap jenis teras magnet. Ferit yang digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi adalah sekitar beberapa persepuluh Tesla, manakala teras besi yang digunakan untuk aplikasi frekuensi kuasa adalah sekitar tahap lebih besar sedikit daripada satu, dengan perbezaan kecil.
Oleh itu, apabila kekerapan meningkat, kadar perubahan dalam ketumpatan fluks magnet dB/dt semasa setiap kitaran meningkat dengan ketara, dengan syarat perubahan puncak dalam ketumpatan fluks magnet B tidak ketara. Oleh itu, Ac atau N yang lebih kecil boleh digunakan untuk mencapai daya gerak elektrik teraruh yang sama E. Pengurangan dalam Ac bermakna pengurangan dalam luas keratan rentas teras magnet; Pengurangan dalam N bermakna kawasan tetingkap kosong teras magnet boleh dikurangkan, kedua-duanya boleh membantu mencapai isipadu teras magnet yang lebih kecil. Luas keratan rentas pengubah frekuensi tinggi adalah lebih kecil, dan bilangan lilitan dalam gegelung berkurangan, menghasilkan volum yang lebih kecil.
Tiub pelarasan bekalan kuasa pensuisan beroperasi dalam keadaan tepu dan terputus, menghasilkan penjanaan haba rendah dan kecekapan tinggi. Bekalan kuasa pensuisan AC/DC tidak memerlukan penggunaan pengubah frekuensi kuasa yang besar. Walau bagaimanapun, output DC bagi bekalan kuasa pensuisan akan mempunyai riak besar yang diletakkan di atasnya. Di samping itu, disebabkan oleh gangguan nadi puncak yang besar yang dihasilkan semasa operasi transistor pensuisan, ia juga perlu untuk menapis bekalan kuasa dalam litar untuk meningkatkan kualiti bekalan kuasa. Secara relatifnya, sumber kuasa linear tidak mempunyai kecacatan di atas, dan riaknya boleh menjadi sangat kecil.
