Anahtar Farkı – SMPS ve Lineer Güç Kaynağı
Çoğu elektronik ve elektrikli cihazın çalışması için DC voltajı gerekir. Bu cihazlar, özellikle entegre devreli elektronik cihazlar, arızasız ve yanmadan çalışabilmeleri için güvenilir, distorsiyonsuz DC voltaj ile beslenmelidir. DC güç kaynağının amacı, bu cihazlara temiz DC voltajı sağlamaktır. DC güç kaynakları, AC şebeke beslemesini düzgün DC'ye dönüştürmek için gerekli topolojiler olan doğrusal ve anahtarlamalı mod olarak sınıflandırılır. Doğrusal güç kaynağı, AC şebeke voltajını doğrudan istenen seviyeye düşürmek için bir transformatör kullanırken SMPS, istenen voltaj seviyesinin ortalama bir değerini elde etmeye yardımcı olan bir anahtarlama cihazı kullanarak AC'yi DC'ye dönüştürür. SMPS ve doğrusal güç kaynağı arasındaki temel fark budur.
Doğrusal Güç Kaynağı nedir?
Doğrusal bir güç kaynağında, şebeke AC voltajı doğrudan bir düşürücü transformatör tarafından daha düşük bir voltaja dönüştürülür. Bu transformatör, 50/60Hz AC şebeke frekansında çalıştığı için büyük bir gücü idare etmek zorundadır. Bu nedenle, bu transformatör hantal ve büyüktür, bu da güç kaynağını ağır ve büyük yapar.
Düşürülmüş voltaj daha sonra doğrultulur ve çıkış için gereken DC voltajını elde etmek için filtrelenir. Bu seviyedeki voltaj, giriş voltajındaki bozulmalara bağlı olarak değişime maruz kaldığı için çıkıştan önce voltaj regülasyonu yapılır. Doğrusal bir güç kaynağındaki voltaj regülatörü, genellikle değişken bir direnç görevi gören yarı iletken bir cihaz olan doğrusal bir regülatördür. Çıkış direnci değeri, çıkış gücü gereksinimi ile değişir ve çıkış voltajını sabit hale getirir. Böylece voltaj regülatörü bir güç dağıtma cihazı olarak çalışır. Çoğu zaman voltajı sabit hale getirmek için fazla gücü dağıtır. Bu nedenle, voltaj regülatörünün büyük ısı alıcıları olmalıdır. Sonuç olarak, doğrusal güç kaynakları çok daha ağır hale gelir. Ayrıca, voltaj regülatörü tarafından ısı olarak güç kaybının bir sonucu olarak, doğrusal bir güç kaynağının verimliliği yaklaşık %60'a kadar düşer.
Ancak, lineer güç kaynakları çıkış voltajında elektriksel gürültü üretmez. Trafo sayesinde çıkış ve giriş arasında izolasyon sağlar. Bu nedenle lineer güç kaynakları, radyo frekansı cihazları, ses uygulamaları, gürültüsüz besleme gerektiren laboratuvar testleri, sinyal işleme ve amplifikatörler gibi yüksek frekanslı uygulamalar için kullanılır.
Şekil 01: Doğrusal Voltaj Regülatörü ile Güç Kaynağı
SMPS nedir?
SMPS (anahtarlamalı güç kaynağı), bir anahtarlamalı transistör cihazında çalışır. İlk başta, AC girişi, lineer bir güç kaynağından farklı olarak voltajı düşürmeden bir redresör tarafından DC voltajına dönüştürülür. Daha sonra DC voltajı, tipik olarak bir MOSFET transistörü tarafından yüksek frekanslı bir anahtarlamaya maruz kalır. Yani, MOSFET'ten geçen voltaj, genellikle yaklaşık 50 kHz'lik (kıyıcı/inverter bloğu) darbe genişliği modülasyonlu bir sinyal olan MOSFET Kapısı sinyali tarafından açılır ve kapatılır. Bu doğrama işleminden sonra dalga biçimi, darbeli bir DC sinyali haline gelir. Bundan sonra, yüksek frekanslı darbeli DC sinyalinin voltajını istenen seviyeye düşürmek için bir düşürme transformatörü kullanılır. Son olarak, çıkış DC voltajını geri almak için bir çıkış doğrultucu ve bir filtre kullanılır.
Şekil 02: Bir SMPS'nin Blok Şeması
SMPS'deki voltaj regülasyonu, çıkış voltajını izleyen bir geri besleme devresi aracılığıyla yapılır. Yükün güç gereksinimi yüksek ise çıkış gerilimi artma eğilimindedir. Bu artış, regülatör geri besleme devresi tarafından algılanır ve PWM sinyalinin açma-kapama oranını kontrol etmek için kullanılır. Böylece, ortalama sinyal voltajı değişir. Sonuç olarak, çıkış voltajı sabit tutulacak şekilde kontrol edilir.
SMPS'de kullanılan düşürme transformatörü yüksek frekansta çalışır; bu nedenle, transformatörün hacmi ve ağırlığı, doğrusal bir güç kaynağınınkinden çok daha azdır. Bu, bir SMPS'nin lineer tipteki muadilinden çok daha küçük ve daha hafif olmasının ana nedeni haline gelir. Ayrıca voltaj regülasyonu, Ohmik kayıp veya ısı gibi fazla gücü dağıtmadan yapılır. SMPS'nin verimliliği %85-90'a kadar çıkıyor.
Aynı zamanda, bir SMPS, MOSFET'in anahtarlama işlemi nedeniyle yüksek frekanslı gürültü üretir. Bu gürültü çıkış voltajına yansıtılabilir; ancak bazı gelişmiş ve pahalı modellerde bu çıkış gürültüsü bir dereceye kadar az altılmıştır. Ayrıca, anahtarlama elektromanyetik ve radyo frekansı paraziti de yaratır. Bu nedenle, SMPS'lerde RF ekranlama ve EMI filtrelerinin kullanılması gerekmektedir. Bu nedenle, SMPS uygun ses ve radyo frekansı uygulamaları değildir. SMPS'ler ile cep telefonu şarj cihazları, DC motorlar, yüksek güçlü uygulamalar vb. gibi gürültüye daha az duyarlı ekipmanlar kullanılabilir. Daha hafif ve daha küçük tasarımı, taşınabilir cihazlar olarak da kullanılmasını kolaylaştırır.
SMPS ve Doğrusal Güç Kaynağı arasındaki fark nedir?
SMPS ve Lineer Güç Kaynağı |
|
| SMPS, voltajı düşürmeden doğrudan AC şebekesini düzeltir. Daha sonra dönüştürülen DC, istenen voltaj seviyesine düşürmek için daha küçük bir transformatör için yüksek frekansta anahtarlanır. Son olarak, yüksek frekanslı AC sinyali DC çıkış voltajına doğrultulur. | Lineer güç kaynağı, daha büyük bir trafo ile voltajı başlangıçta istenen değere düşürür. Bundan sonra, AC doğrultulur ve çıkış DC voltajını yapmak için filtrelenir. |
| Voltaj Düzenleme | |
| Voltaj regülasyonu, anahtarlama frekansı kontrol edilerek yapılır. Çıkış voltajı geri besleme devresi tarafından izlenir ve voltaj değişimi frekans kontrolü için kullanılır. | Doğrulanmış ve filtrelenmiş DC voltajı, çıkış voltajını oluşturmak için bir voltaj bölücünün çıkış direncine tabi tutulur. Bu direnç, çıkış voltajı değişimini izleyen bir geri besleme devresi tarafından kontrol edilebilir. |
| Verimlilik | |
| Switch transistör, kesme ve açlık bölgelerinde çalıştığı için SMPS'deki ısı üretimi nispeten düşüktür. Çıkış transformatörünün küçük boyutu da ısı kaybını az altır. Bu nedenle verim daha yüksektir (%85-90). | Doğrusal bir güç kaynağında voltajı sabit kılmak için aşırı güç ısı olarak dağıtılır. Ayrıca, giriş transformatörü çok daha hantaldır; bu nedenle, trafo kayıpları daha yüksektir. Bu nedenle, doğrusal bir güç kaynağının verimliliği %60 kadar düşüktür. |
| Yap | |
| Bir SMPS'nin transformatör boyutunun yüksek frekansta çalıştığı için büyük olması gerekmez. Bu nedenle, transformatörün ağırlığı da daha az olacaktır. Sonuç olarak, bir SMPS'nin boyutu ve ağırlığı, doğrusal bir güç kaynağından çok daha düşüktür. | Lineer güç kaynakları, üzerinde çalıştığı düşük frekans nedeniyle giriş transformatörünün büyük olması gerektiğinden çok daha hacimlidir. Bir voltaj regülatöründe daha fazla ısı üretildiği için ısı emiciler de kullanılmalıdır. |
| Gürültü ve Voltaj Bozulmaları | |
| SMPS, anahtarlama nedeniyle yüksek frekanslı bir gürültü üretir. Bu, çıkış voltajına ve bazen giriş şebekesine geçer. Şebeke gücündeki harmonik bozulma SMPS'lerde de mümkün olabilir. | Doğrusal güç kaynakları çıkış voltajında gürültü üretmez. Harmonik bozulma, SMPS'lerinkinden çok daha azdır. |
| Uygulamalar | |
| SMPS, küçük yapı nedeniyle taşınabilir cihazlar olarak kullanılabilir. Ancak yüksek frekanslı bir gürültü ürettiği için SMPS'ler, RF ve ses uygulamaları gibi gürültüye duyarlı uygulamalar için kullanılamaz. | Doğrusal güç kaynakları çok daha büyüktür ve taşınabilir cihazlar için kullanılamaz. Gürültü üretmedikleri ve çıkış voltajı da temiz olduğu için laboratuvarlardaki elektrik ve elektronik testlerin çoğunda kullanılırlar. |
Özet – SMPS ve Lineer Güç Kaynağı
SMPS ve Doğrusal güç kaynakları, kullanımda olan iki tür DC güç kaynağıdır. SMPS ve lineer güç kaynağı arasındaki temel fark, voltaj regülasyonu ve voltaj düşürme için kullanılan topolojilerdir. Doğrusal güç kaynağı başlangıçta AC'yi düşük voltaja dönüştürürken, SMPS önce ana AC'yi düzeltir ve filtreler ve ardından geri adım atmadan önce yüksek frekanslı bir AC'ye geçer. Çalışma frekansı azaldıkça trafo ağırlığı ve boyutu arttığından, lineer güç kaynaklarının giriş trafosu SMPS'den farklı olarak çok daha ağır ve büyüktür. Ayrıca voltaj regülasyonu rezistanslar üzerinden ısı dağılımı ile yapıldığından, lineer güç kaynakları onları daha da ağırlaştıran ısı emicilere sahip olmalıdır. SMPS'lerin regülatörü, çıkış voltajını kontrol etmek için anahtarlama frekansını kontrol eder. Bu nedenle, SMPS boyut olarak daha küçük ve ağırlık olarak daha hafiftir. SMPS'de ısı üretimi daha düşük olduğu için verimleri de daha yüksektir.
SMPS ve Lineer Güç Kaynağının PDF Sürümünü İndirin
Bu makalenin PDF sürümünü indirebilir ve alıntı notlarına göre çevrimdışı amaçlarla kullanabilirsiniz. Lütfen PDF sürümünü buradan indirin SMPS ve Doğrusal Güç Kaynağı Arasındaki Fark.
