Mi a különbség a kapcsolóüzemű tápegység és a hagyományos tápegység között: Jellemzők és különbségek

A mai elektronika túlnyomó többsége egyenárammal működik, alacsony feszültséggel és erősséggel. Például a routerek 12 voltot és 5 amper feszültséget, az okostelefonok pedig többnyire 5 voltot és 2 amper feszültséget fogyasztanak. De egy teljesen más típusú áram – 60 Hz-es frekvenciájú, 220 voltos és (általában) legfeljebb 6 amperes váltóáram – is megtalálható a háztartási áramellátásban.

Ennek megfelelően a háztartási hálózatban lévő elektronikus eszközök használatához ezt az áramot valahogyan át kell alakítani. Erre szolgálnak a tápegységek. Feladatuk, hogy az áramot egy bizonyos feszültséggé, erősséggé és frekvenciává alakítsák (váltakozó áramot egyenárammá alakítanak).

És ha megfelelő tápegységet kell választania, vagy sajátot kell építenie, akkor leggyakrabban két változatot talál – a szokásos, transzformátoros és impulzusos változatot. És a különbség, eltekintve a szerkezeti összetettségtől, nem mindig egyértelmű. Ebben a cikkben tehát megvizsgáljuk a kapcsolóüzemű tápegységek és a hagyományos tápegységek közötti különbségeket, és megvizsgáljuk jellemzőiket és különbségeiket.

Hagyományos tápegységek (transzformátoros típus)

A hagyományos tápegységek az első olyan eszközök közé tartoznak, amelyek átalakítják az elektromosságot. Analóg típusúak, szerkezetileg egyszerűek és viszonylag megbízhatóak. Ugyanakkor jelentős hátrányaik is vannak, mint például a túl nagy méretek.

A transzformátor az ilyen tápegységek fő funkcionális eleme. Két indukciós tekercsből áll. Az előbbi 220 voltos háztartási hálózatból táplálja az áramot, és elektromágneses mezőt hoz létre. Ez viszont indukciót indukál, és elektromotoros erőt hoz létre a második egységen. A feszültségesés így érhető el.

A redukciós tekercsen keletkező elektromos áramot ezután az egyenirányítóhoz továbbítják. Általában több teljesítménydiódából áll egy hídáramkörben. A diódahíddal párhuzamosan kapcsolt kondenzátor simítja a pulzáló feszültséget, majd a teljesítménytranzisztorok stabilizálják azt.

Ennek eredményeként a kimeneten egy adott feszültségű és erősségű egyenáram keletkezik. A stabilizáló áramkörbe beépített speciális hangoló ellenállások szolgálnak a működési paraméterek szabályozására.

A hagyományos (transzformátor típusú) PSU-kat a maximális szerkezeti egyszerűség jellemzi. Ennek az elemi eszköznek az áramköri rajzában csak három rész van: egy tekercsrendszer, egy diódahíd és egy kondenzátor.

A hagyományos tápegységek legfontosabb előnyei:

1. Könnyen összeszerelhető és kialakítható. A tápegységeket saját maga is összeszerelheti – mindössze annyit kell tennie, hogy megérti a működési elvét, és biztos lehet benne, hogy pontosan tudja, mire kívánja használni a készüléket;

2. Nagy megbízhatóság és hosszú élettartam. Megfelelő üzemeltetés esetén gyakorlatilag korlátlan élettartam. Így még ma is lehet találni működő modelleket, amelyeket több mint néhány évtizeddel ezelőtt gyártottak;

3. Az alkatrészek elérhetősége. Minden szükséges alkatrész beszerezhető rádiós piacokon, rádióamatőröktől és speciális boltokban, nem kell külföldről rendelni semmilyen speciális chipet;

4. Ne hozzon létre parazita rádióhullámos áramokat. Így gyakorlatilag kiküszöbölhető a hálózati áramellátásban vagy a végfogyasztónál fellépő zavarás.

A hagyományos tápegységek fő hátrányai

1. Alacsony hatékonyság. Amikor a villamos energiát transzformátorral továbbítják, a teljesítmény nagy része egyszerűen elvész. Ezenkívül a stabil működési paraméterek elérése érdekében a kimeneten alkalmazott szabályozó miatt a hatékonyság egy része is elvész;

2. Nagyméretű. Minél nagyobb teljesítményű a tápegység, annál nagyobb a súlya és a méretei. Ennek következtében a nagy teljesítményű egységek egyáltalán nem lehetnek mobilisak;

3. Jelentős elektromágneses mező létrehozása. Így zajt okozhatnak más jelátviteli utakban, például a koaxiális kábelekben vagy a sodrott páros kábelekben.

Mindezek a hátrányok annyira kritikusak, hogy a közönséges tápegységeket ma már alig használják. Ehelyett impulzusáramokat használnak.

Kapcsolóüzemű tápegységek

A kapcsolóüzemű tápegységek összetett felépítésűek és inverter típusú eszközök. A legfontosabb különbségük a szokásosakhoz képest az, hogy a bemeneti feszültséget közvetlenül az egyenirányítóba táplálják. Ezután bizonyos frekvenciájú impulzusokat generál. Ezért egy külön vezérlő alrendszer felel, így a kapcsolóüzemű tápegységek teljes értékű digitális eszközök.

Mivel a kapcsolóüzemű tápegységek összetett felépítésűek és elvűek, e cikk keretein belül nem célszerű az áramköreiket tárgyalni.

1. A hálózatból érkező áramot a hálózati szűrőbe vezetik, minimalizálva a fel- és lefelé irányuló torzítást;

2. Az inverter a szinuszos váltakozó áramot impulzusos egyenárammá alakítja;

3. Az inverter, amelyet egy vezérlőmodul vezérel, impulzusos egyenáramból téglalap alakú, nagyfrekvenciás jeleket generál;

4. Az áramot az impulzus transzformátorba táplálják, amely feszültséget szolgáltat magának a tápegység különböző alkatrészeinek, valamint a terhelésnek;

5. Az áramot ezután a kimeneti egyenirányítóba tápláljuk, majd a kimeneti szűrő simítja.

Az ilyen rendszer nemcsak nagy hatékonyságot, hanem a készülék kis méreteit is biztosítja. Vegye figyelembe, hogy minél magasabb az impulzusfrekvencia, annál kompaktabb lesz a tápegység a transzformátor csökkentett mérete miatt.

A kapcsolóüzemű tápegységek legfontosabb előnyei:

1. Magas hatásfok, jellemzően 98% körüli. A kapcsoló működtetésekor fellépő tranziensek miatt elhanyagolható veszteségek keletkeznek. De ezek túlságosan jelentéktelenek ahhoz, hogy figyelembe vegyük őket;

2. Kompakt méret és könnyű súly. Ennek oka, hogy a kapcsolóüzemű tápegységek nem igényelnek masszív transzformátort.

A kapcsolóüzemű tápegységek fő hátrányai

1. Bonyolult kialakítás. Egy ilyen készülék otthoni összeszerelése szinte lehetetlen elektronikai vagy elektrotechnikai ismeretek nélkül;

2. Érezhető melegedés működés közben. Ezért a nagy teljesítményű kapcsolóüzemű tápegységek további hűtőrendszerekkel vannak felszerelve, amelyek növelik a készülék méretét és súlyát;

3. A nagyfrekvenciás zaj jelenléte. Ennek következtében az érzékeny berendezésekben való használatra az ilyen tápegységeket zajszűrővel látják el, de még ez sem nyújt 100%-os védelmet az ilyen „szemét” ellen

4. A terhelési teljesítménynek a névleges tartományon belül kell lennie. Ha túl- vagy alulfeszültség van, akkor a kimeneti feszültség változik. A gyártók általában előre látják ezt a jelenséget, és védelmet telepítenek az ilyen rendellenes helyzetek ellen.

A kompakt méret és a magas hatásfok nagyon népszerűvé tette a kapcsolóüzemű tápegységeket. Manapság mobiltelefon-, számítógép- és háztartási készüléktöltőkben, valamint világítótestek elektronikus előtétjeiben használják.

A kapcsolóüzemű tápegységek és a hagyományos tápegységek összehasonlítása

Hasonlítsuk össze a kétféle készüléktípust, és határozzuk meg, hogy melyik melyik helyzetben melyik a jobb megoldás.

Más dolgok mellett a kapcsolóüzemű tápegységek előnyösebbek. Nagyobb hatékonyságot kínálnak, és a súlyuk is néhány tíz grammtól. Bizonyos precíziós alkalmazásokban azonban a hagyományos kialakítások jobban megfelelnek, mivel nem torlaszolják el a kimeneti jelet interferenciával.