Wat een schakelende voeding onderscheidt van een conventionele: kenmerken en verschillen

De overgrote meerderheid van de moderne elektronica werkt met gelijkstroom en lage spanningen. Zo verbruiken routers 12 volt en 5 ampère, en smartphones meestal 5 volt en 2 ampère. Het verschil is dat de stroom in een huishoudelijk elektrisch systeem totaal anders is: AC 60Hz, 220v en (gewoonlijk) tot 6ampère.

Om elektronische apparaten in het huishoudelijk netwerk te kunnen gebruiken, moet deze stroom dus op de een of andere manier worden omgezet. Daar zijn power packs voor. Hun taak is het omzetten van stroom om het een bepaalde spanning, sterkte en frequentie te geven (AC omzetten in DC).

En als u een geschikte voeding moet kiezen of er zelf een moet bouwen, zult u vaak twee varianten tegenkomen – het normale, transformatortype en het gepulseerde type. En wat het verschil is, afgezien van structurele complexiteit, is niet altijd duidelijk. In dit artikel gaan we dus het verschil begrijpen tussen een geschakelde en een conventionele voeding, en bekijken we hun kenmerken en verschillen.

Conventionele voedingen (transformatortype)

Transformatorvoedingen zijn enkele van de eerste apparaten die elektriciteit omzetten. Zij zijn van het analoge type en worden gekenmerkt door hun eenvoudige constructie en relatief hoge betrouwbaarheid. Maar ze hebben ook grote nadelen, zoals te grote afmetingen.

De transformator is het belangrijkste functionele element in dergelijke PSU’s. Het bestaat uit twee inductiespoelen. De eerste wordt gevoed met elektriciteit uit een 220 volt huishoudnet en genereert een elektromagnetisch veld. Dit induceert op zijn beurt een inductie en creëert een elektromotorische kracht op de tweede. Zo wordt de spanning verlaagd.

De op de reductiespoel opgewekte elektrische stroom wordt vervolgens naar de gelijkrichter geleid. Hij bestaat meestal uit verschillende vermogensdioden in een brugschakeling. Een parallel met de diodebrug verbonden condensator wordt gebruikt om pulserende spanningen af te vlakken, en vervolgens stabiliseren vermogenstransistors deze.

Daardoor wordt aan de uitgang een gelijkstroom van een bepaalde spanning en sterkte gevormd. Om de parameters van zijn werking te regelen worden speciale afstemweerstanden gebruikt, die in het stabilisatiecircuit zijn opgenomen.

Conventionele PSU’s (transformator-type) worden gekenmerkt door maximale structurele eenvoud. Het schakelschema van dit elementaire apparaat bevat slechts drie componenten: een spoelsysteem, een diodebrug en een condensator.

Belangrijkste voordelen van conventionele voedingen:

1. Gemakkelijk te monteren en te ontwerpen. De PSU van het benodigde vermogen kan door uzelf worden samengesteld – u hoeft alleen maar het werkingsprincipe te begrijpen en precies te weten voor welke doeleinden u het apparaat gaat gebruiken;

2. Hoge betrouwbaarheid en duurzaamheid. Bij correct gebruik is de levensduur van de eenheden vrijwel onbeperkt. Het is bijvoorbeeld nog steeds mogelijk om functionerende modellen te vinden die meer dan een paar decennia geleden werden geproduceerd;

3. Beschikbaarheid van onderdelen. U kunt alle benodigde onderdelen kopen op radiomarkten, bij hobbyisten of in gespecialiseerde winkels en hoeft geen specifieke schakelingen uit het buitenland te bestellen;

4. Geen parasitaire radiogolfstromen genereren. Interferentie op het elektriciteitsnet of bij de eindgebruikers is dus praktisch uitgesloten.

Belangrijkste nadelen van conventionele voedingen

1. Lage efficiëntie. Bij het overbrengen van elektriciteit met behulp van een transformator gaat een enorme hoeveelheid stroom verloren… Bovendien gaat er ook wat efficiëntie verloren door het gebruik van een regelaar aan de uitgang om een stabiele werking te garanderen;

2. Groot. Bovendien zijn het gewicht en de afmetingen van een PSU groter naarmate deze krachtiger is. Bijgevolg kunnen die met een hoog vermogen helemaal niet mobiel zijn;

3. Een significant elektromagnetisch veld creëren. Zo kunnen zij interferentie veroorzaken in andere signaallijnen – bv. coaxiale kabels of twisted pair-kabels.

Al deze tekortkomingen zijn zo kritiek dat tegenwoordig gewone PSU’s nauwelijks nog in het huishouden worden gebruikt. In plaats daarvan gebruiken ze gepulseerde.

Schakelende voedingseenheden

Gepulseerde voedingen zijn geavanceerde, inverter-type apparaten. Het belangrijkste verschil met regelaars is dat de ingangsspanning rechtstreeks naar de gelijkrichter wordt geleid. Het genereert dan pulsen van een bepaalde frequentie. een afzonderlijk besturingssubsysteem hebben, zodat geschakelde voedingen volledig digitale apparaten zijn.

Aangezien pulse PSU’s in principe opvallen door hun ontwerp en complexiteit, is het niet raadzaam hun schakelingen in het kader van dit artikel te bespreken.

1. De stroom van het lichtnet wordt naar de overspanningsbeveiliging geleid, waardoor stroomopwaartse en stroomafwaartse vervorming worden geminimaliseerd;

2. De voeding zet een AC sinusgolf om in een DC pulsstroom;

3. De omvormer, die via een besturingsmodule wordt aangestuurd, genereert rechthoekige, hoogfrequente signalen uit gepulseerde gelijkstroom;

4. De stroom vloeit naar de pulstransformator, die spanning levert aan de verschillende onderdelen van de voeding zelf, alsmede aan de belasting;

5. De stroom wordt dan naar de uitgangsgelijkrichter geleid en vervolgens afgevlakt aan het uitgangsfilter.

Dit systeem biedt niet alleen een hoog rendement maar ook kleine afmetingen. En hoe hoger de pulsfrequentie, hoe compacter de PSU door de kleinere transformator.

Belangrijkste voordelen van schakelende voedingen:

1. Hoog rendement, meestal rond de 98%. Kleine verliezen zijn te wijten aan transiënten die ontstaan wanneer de schakelaar wordt bediend. Maar die zijn te klein om er rekening mee te houden;

2. Compact formaat en laag gewicht. Dat komt omdat schakelende voedingen geen enorme transformator nodig hebben.

De belangrijkste nadelen van schakelende voedingen:

1. Constructieve complexiteit. Het is bijna onmogelijk om zo’n apparaat thuis in elkaar te zetten zonder kennis van elektronica of elektrotechniek;

2. Merkbare verwarming tijdens gebruik. Krachtige schakelende voedingen zijn daarom uitgerust met extra koelsystemen, die de omvang en het gewicht van het apparaat vergroten;

3. Aanwezigheid van hoogfrequente interferentie. Voor gebruik in gevoelige apparatuur zijn dergelijke voedingen dan ook uitgerust met een ruisfilter, maar zelfs dit biedt geen 100% bescherming tegen dergelijke “junk”-signalen;

4. Het belastingsvermogen moet binnen het nominale bereik liggen. Er zullen over- of onderspanningsvariaties optreden. In de regel voorzien de fabrikanten dit verschijnsel en installeren zij bescherming tegen dergelijke abnormale situaties.

Compacte afmetingen en hoge efficiëntie hebben ervoor gezorgd dat schakelende voedingen wijdverbreid zijn. Tegenwoordig worden ze gebruikt in batterijladers voor mobiele elektronica, computers, huishoudelijke apparaten en elektronische voorschakelapparaten voor verlichtingsarmaturen.

Vergelijking van schakelende voeding en conventionele voeding

Laten we deze twee soorten apparaten vergelijken en bepalen welke beter is om in deze of gene situatie te gebruiken.

Voor het overige verdienen geschakelde voedingen de voorkeur. Zij bieden een hoger rendement en wegen hooguit enkele tientallen grammen. Maar in sommige precisietoepassingen zijn conventionele ontwerpen beter voor voedingen, omdat ze het uitgangssignaal niet verstoppen met storingen.