선형 전원 공급 장치와 스위칭 전원 공급 장치의 차이점
전원 공급 장치는 변환 원리에 따라 선형 전원 공급 장치와 스위칭 전원 공급 장치로 분류할 수 있습니다. 선형 전원과 스위칭 전원을 분류할 때 실제로 AC/DC인지 DC/DC인지 명확히 할 필요가 있습니다. 이 분류는 변형의 원리를 구별하는 것을 목표로 합니다. 그러나 AC/DC 기능을 구현하는 선형 전원 공급 장치와 스위칭 전원 공급 장치는 AC를 DC로 변환하는 완전한 프로세스이며 일부 회로는 DC/DC로 구성됩니다.
AC/DC용 선형 전원 공급 장치 및 스위칭 전원 공급 장치
선형 전원을 "AC/DC용 선형 전원"이라고 직접 언급하는 교과서, 책, 기사가 많이 있습니다. 선형 전원이란 무엇입니까? 선형 전원 공급 장치는 먼저 변압기를 통해 AC 전원의 전압 진폭을 감소시킨 다음 정류 회로를 통해 정류하여 펄스 DC 전력을 얻은 다음 필터링하여 리플 전압이 작은 DC 전압을 얻습니다.
AC/DC 선형 전원 공급 장치와 스위칭 전원 공급 장치의 특성은 다음과 같이 다릅니다.
AC/DC의 선형 전원 공급 장치는 먼저 전원 주파수 변압기를 사용하여 AC 전압으로 감소된 후 정류됩니다. 변압기를 통해 전압을 강하한 후에는 상대적으로 전압이 낮아졌으며, 전압 안정화를 위해 3단자 전압 조정기 등의 전원 칩을 사용할 수 있습니다. 선형 전원 공급 장치의 조정 튜브는 증폭된 상태에서 작동하므로 발열이 높고 효율이 낮기 때문에(전압 강하 관련) 부피가 큰 방열판을 추가해야 합니다. 전력 주파수 변압기의 부피도 상대적으로 크며 여러 세트의 전압 출력을 생성할 때 변압기 부피가 더 커집니다.
AC/DC 스위칭 전원 공급 장치의 조정 튜브는 포화 및 차단 상태에서 작동하여 발열이 적고 효율이 높습니다. AC/DC 스위칭 전원 공급 장치를 사용하면 부피가 큰 전력 주파수 변압기가 필요하지 않습니다. 그러나 AC/DC 스위칭 전원 공급 장치의 DC 출력에는 더 큰 리플이 있으므로 출력 끝에 전압 조정기 다이오드를 연결하면 개선될 수 있습니다. 또한 스위치 튜브 작동 중에 발생하는 높은 피크 펄스 간섭으로 인해 자기 비드를 회로에 직렬로 연결하여 개선해야 합니다. 상대적으로 말하면 선형 전원 공급 장치의 리플은 매우 작게 만들 수 있습니다. 스위칭 전원 공급 장치는 전압 감소, 부스트, 부스트와 같은 다양한 토폴로지 구조를 통해 달성할 수 있는 반면, 선형 전원 공급 장치는 전압 감소만 달성할 수 있습니다.
많은 초기 전원 어댑터는 상대적으로 무거웠으며 변환 원리는 내부에 전력 주파수 변압기를 사용한 AC/DC 선형 전원 공급 장치였습니다. AC/DC 선형 전원 공급 장치는 먼저 변압기를 사용하여 AC 전압을 줄입니다. 그림 1.9에 표시된 것처럼 주전원의 전압을 직접 감소시키는 이러한 유형의 변압기를 전력 주파수 변압기라고 합니다. 저주파 변압기라고도 알려진 전력 주파수 변압기는 스위칭 전원 공급 장치에 사용되는 고주파 변압기와 구별됩니다. 과거에는 전력 주파수 변압기가 전통적인 전원에 널리 사용되었습니다. 주전원("주전원"은 도시 거주자가 주로 사용하는 전원 공급 장치를 의미함)이라고도 알려진 전력 산업의 주전원의 표준 주파수는 중국에서는 50Hz, 기타 국가에서는 60Hz입니다. 이 주파수에서 교류의 전압을 변화시킬 수 있는 변압기를 상용주파 변압기라 한다. 전력 주파수 변압기는 일반적으로 고주파 변압기에 비해 크기가 더 큽니다. 따라서 전력 주파수 변압기로 구현된 AC/DC 선형 전원 공급 장치의 용량은 상대적으로 큽니다.
AC/DC 스위칭 전원 공급 장치는 먼저 AC 전원 공급 장치를 정류 및 필터링하여 대략적인 DC 고전압을 형성한 다음 스위치를 제어하여 변압기를 통해 변환되는 고주파 펄스를 생성해야 합니다. AC/DC 스위칭 전원 공급 장치는 효율성이 높고 크기가 더 작습니다. 크기가 작은 중요한 이유 중 하나는 고주파 변압기가 전력 주파수 변압기보다 훨씬 작기 때문입니다. 주파수가 높을수록 변압기 볼륨이 작아지는 이유는 무엇입니까?
변압기 코어 재료에는 포화 한계가 있으므로 최대 자기장 강도에 한계가 있습니다. 교류의 전류, 자기장 강도 및 자속은 모두 정현파 신호입니다. 우리는 동일한 진폭의 사인 신호에 대해 주파수가 높을수록 신호의 "변화율"의 피크가 더 크다는 것을 알고 있습니다. (사인 신호가 0을 교차하는 순간은 "변화율"의 피크이고, 속도는 신호 피크에서의 변화량은 0)입니다. 한편, 유도전압은 자속의 변화율에 따라 결정된다. 따라서 턴당 동일한 전압의 경우 주파수가 높을수록 필요한 피크 자속은 작아집니다. 그러나 위에서 언급한 것처럼 자기장 강도의 피크 값은 제한되어 있습니다. 따라서 요구되는 자속을 줄이면 철심의 단면적도 줄어들 수 있다. 위의 분석에서는 턴당 동일한 전압을 가정합니다. 그리고 회전당 전압은 전력과 관련이 있습니다. 그러므로 동일한 힘을 가정합니다. 전력이 작을수록 전류도 작아지고 허용되는 전선이 가늘어지며 저항이 약간 높아지면 권선 수를 늘릴 수 있습니다. 이러한 방식으로 회전당 전압도 감소하므로 자속 요구 사항도 감소할 수 있습니다. 그런 다음 볼륨을 줄이세요. 또한, 위의 분석에서는 물질이 일정하다는 가정, 즉 포화자기장의 세기가 일정하다고 가정한다. 물론, 포화자기장 강도가 높은 재료를 사용하면 부피도 줄일 수 있다. 우리는 수십 년 전 같은 크기의 변압기에 비해 오늘날의 변압기는 새로운 철심 재료를 사용하기 때문에 부피가 훨씬 작다는 것을 알고 있습니다.
Maxwell의 방정식에 따르면 변압기 코일에 유도 기전력 E는 다음과 같습니다.
즉, N 와이어에 대한 시간에 따른 자속 밀도 B의 변화율을 적분한 값은 Ac의 면적과 함께 회전합니다.
변압기의 경우, 변압기 1차측에 유도 기전력 E와 입력측에 인가되는 전압 U는 선형 관계로 간주될 수 있습니다. 트랜스포머 입력측 U의 진폭이 변하지 않는다는 전제 하에, E의 진폭도 변하지 않는다고 생각할 수 있습니다.
또한 각 유형의 자기 코어에는 자속 밀도 B에 대한 상한이 있습니다. 고주파 응용 분야에 사용되는 페라이트는 Tesla의 수십 분의 1 정도인 반면, 전력 주파수 응용 분야에 사용되는 철심은 1보다 약간 큰 수준으로 약간의 차이가 있습니다.
따라서 주파수가 증가하면 자속밀도 B의 피크 변화가 크지 않다면 각 사이클 동안 자속밀도의 변화율 dB/dt가 크게 증가합니다. 따라서 동일한 유도 기전력 E를 달성하기 위해 더 작은 Ac 또는 N을 사용할 수 있습니다. Ac의 감소는 자기 코어의 단면적 감소를 의미합니다. N이 감소한다는 것은 자기 코어의 빈 창 영역이 줄어들 수 있음을 의미하며, 두 가지 모두 자기 코어의 부피를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 고주파 변압기의 단면적은 더 작고, 코일의 권수도 감소하여 부피도 작아집니다.
스위칭 전원 공급 장치의 조정 튜브는 포화 및 차단 상태에서 작동하여 발열이 적고 효율이 높습니다. AC/DC 스위칭 전원 공급 장치에는 대형 전력 주파수 변압기를 사용할 필요가 없습니다. 그러나 스위칭 전원 공급 장치의 DC 출력에는 큰 리플이 중첩됩니다. 또한 스위칭 트랜지스터의 작동 중에 발생하는 피크 펄스 간섭이 크기 때문에 전원 품질을 향상시키기 위해 회로 내 전원을 필터링하는 것도 필요합니다. 상대적으로 말하면 선형 전원에는 위와 같은 결함이 없으며 리플이 매우 작을 수 있습니다.
