Hvad er forskellen mellem en switching strømforsyning og en konventionel strømforsyning: funktioner og forskelle

Langt størstedelen af moderne elektronik fungerer med jævnstrøm og lave strømstyrker og spændinger. F.eks. bruger routere 12 volt og 5 ampere, og smartphones bruger for det meste 5 volt og 2 ampere. Men der cirkulerer en helt anden slags strøm i et husholdningsnetværk – vekselstrøm med en frekvens på 60 Hz, 220 volt og (normalt) op til 6 ampere.

Så for at kunne bruge elektroniske apparater i et husholdningskredsløb skal denne strøm på en eller anden måde omdannes. Dette er, hvad strømforsyninger bruges til. Deres opgave er at omdanne strømmen, så den får en bestemt spænding, styrke og frekvens (omdannelse af vekselstrøm til jævnstrøm).

Og hvis du skal vælge en passende strømforsyning eller bygge en selv, kan du oftest støde på to versioner – almindelig, aka transformer, og switched-mode. Hvad forskellen er, ud over designkompleksitet, er ikke altid klart. Så i denne artikel vil vi se på forskellene mellem switching-mode strømforsyninger og konventionelle strømforsyninger og undersøge deres forskelle.

Konventionelle strømforsyninger (transformer)

Transformatorstrømforsyninger er nogle af de første enheder til at konvertere elektricitet. De er af analog type og er kendetegnet ved enkelhed i konstruktionen og forholdsvis høj pålidelighed. Men de har også store ulemper, som f.eks. overdimensionerede dimensioner.

Det vigtigste funktionelle element i sådanne PSU’er er en transformer. Den består af to induktionsspoler. Førstnævnte bruger elektricitet fra et 220-volts husstandsnet og skaber et elektromagnetisk felt. Dette inducerer og skaber igen en elektromotorisk kraft på den anden skinne. På denne måde opnås en spændingsreduktion.

Den elektriske strøm, der genereres på reduktionsspolen, ledes derefter videre til en ensretterenhed. Består normalt af et antal effektdioder i et brokredsløb. Der bruges en kondensator til at udjævne spændingsstød, og derefter tilsluttes en strømtransistor parallelt med diodebroen for at stabilisere spændingsstødspændingen.

Resultatet er en jævnstrøm med en given spænding og styrke ved udgangen. De bruger særlige afstemningsmodstande, der indgår i stabiliseringskredsløbet, til at regulere parametrene for deres drift.

Konventionelle PSU’er (transformertype) er kendetegnet ved maksimal strukturel enkelhed. I kredsløbsdiagrammet af en elementær enhed – kun tre dele: systemet af spoler, diodebro og kondensator.

Vigtige fordele ved konventionelle strømforsyninger:

1. Let at samle og designe. Du kan selv samle en PSU med den nødvendige effekt – det eneste du skal gøre er at forstå princippet om drift og være opmærksom på de nøjagtige formål, som du har til hensigt at bruge enheden til;

2. Høj pålidelighed og holdbarhed. Levetiden for disse anordninger er praktisk talt ubegrænset, hvis de anvendes korrekt. Det er således stadig muligt i dag at finde fungerende modeller, der blev fremstillet for flere årtier siden;

3. Tilgængelighed af komponenter. Alle nødvendige dele kan købes på radiobørser, hos hobbyfolk og specialforretninger, og der er ikke behov for at bestille specifikke kredsløb fra udlandet;

4. Må ikke frembringe parasitære radiobølgestrømme. På den måde er der næppe nogen forstyrrelser i netforsyningen eller hos slutforbrugeren.

Vigtige ulemper ved konventionelle strømforsyninger:

1. Lav effektivitet. Når elektricitet overføres ved hjælp af transformermetoden, går en stor del af strømmen simpelthen tabt. Desuden går der også en del effektivitet tabt, fordi der anvendes en stabilisator på udgangen for at opnå stabile driftsparametre;

2. Stor størrelse. Og jo større kapacitet PSU’en har, jo større er dens vægt og dimensioner. Som følge heraf kan kraftige PSU’er overhovedet være lavt mobile;

3. skabe et betydeligt elektromagnetisk felt. De kan derfor skabe støj i andre signalveje som f.eks. koaksialkabler eller parsnoede kabler.

Alle disse ulemper viser sig at være så kritiske, at konventionelle PSU’er i dag næsten aldrig anvendes i hjemmet. I stedet anvendes pulsenheder med pulserende effekt.

Skiftespændingsforsyninger

Switch mode-strømforsyninger er komplekse i deres konstruktion og er af inverter-typen. Den væsentligste forskel til de konventionelle er, at indgangsspændingen føres direkte ind i ensretteren. Den genererer derefter impulser med en bestemt frekvens. Et separat styresubsystem er ansvarlig for dette, så koblingsstrømforsyninger er komplette digitale enheder.

Da switching strømforsyningsenheder er bemærkelsesværdige for deres design og kompleksitet i princippet, er det ikke tilrådeligt at diskutere deres kredsløb inden for rammerne af denne artikel.

1. Strømmen fra nettet føres til overspændingsundertrykkeren, som minimerer indgående og udgående forvrængning;

2. Inverteren omdanner en sinusformet vekselstrøm til en pulserende jævnstrøm;

3. Inverteren, der styres via et kontrolmodul, genererer rektangulære højfrekvente signaler fra pulserende jævnstrøm;

4. Strømmen leveres til en pulstransformator, som leverer spænding til de forskellige elementer i selve PSU’en samt til belastningen;

5. Strømmen føres derefter til udgangsligteren og udglattes af udgangsfilteret.

Dette system sikrer ikke kun høj effektivitet, men også små dimensioner. Vigtigere er det, at jo højere pulsfrekvensen er, jo mere kompakt bliver PSU’en på grund af transformatorens reducerede størrelse.

De vigtigste fordele ved switching-mode strømforsyninger:

1. Høj effektivitet, typisk omkring 98 %. Der opstår små tab som følge af transienter, der opstår, når nøglen skiftes. Men de er for små til at blive taget i betragtning;

2. Kompakt størrelse og lav vægt. Det skyldes, at switching-mode strømforsyninger ikke kræver en massiv transformer.

De vigtigste ulemper ved switching-mode strømforsyninger:

1. Konstruktiv kompleksitet. Det er praktisk talt umuligt at samle en sådan anordning hjemme uden kendskab til elektronik eller elektroteknik;

2. Markant opvarmning under drift. Derfor er højtydende switching-strømforsyninger udstyret med ekstra kølesystemer, hvilket øger enhedens størrelse og vægt;

3. Tilstedeværelsen af højfrekvent støj. Derfor er sådanne strømforsyninger til følsomt udstyr udstyret med et støjfilter, men selv dette giver ikke 100 % beskyttelse mod sådanne “skrammel-signaler”;

4. Belastningens nominelle effekt skal ligge inden for det nominelle område. Hvis denne værdi over- eller underskrides, vil der forekomme variationer i udgangsspændingen. Som regel forudser producenterne dette fænomen og installerer beskyttelse mod sådanne unormale situationer.

Kompakt størrelse og høj effektivitet har gjort switching strømforsyninger udbredt. I dag anvendes de i opladere til mobilelektronik, computere og husholdningsapparater samt i elektroniske ballaster til belysningsarmaturer.

En sammenligning af switching strømforsyninger og konventionelle strømforsyninger

Lad os sammenligne de to typer enheder for at finde ud af, hvilken der er bedst at bruge i hver situation.

Alt andet lige er det at foretrække at bruge switching-strømforsyninger. De giver større effektivitet og vejer kun få ti gram. Men i visse præcisionsapplikationer med høj præcision er konventionelle modeller (transformator) bedre egnet, fordi de ikke tilstopper udgangssignalet med interferens.