Différence entre SMPS et alimentation linéaire

Différence clé - Alimentation linéaire vs SMPS
 

La plupart des appareils électroniques et électriques nécessitent une tension continue pour fonctionner. Ces appareils, en particulier les appareils électroniques à circuits intégrés, doivent être alimentés avec une tension continue fiable et ne provoquant aucune distorsion, afin de fonctionner sans dysfonctionnement ni gravure. Une alimentation en courant continu a pour but de fournir une tension continue propre à ces appareils. Les alimentations en courant continu sont classées en modes linéaire et commuté, qui sont les topologies nécessaires pour transformer l’alimentation secteur en courant continu. L’alimentation linéaire utilise un transformateur pour abaisser directement la tension du secteur à un niveau souhaité tandis que SMPS convertit le courant alternatif en courant continu à l'aide d'un dispositif de commutation, ce qui permet d'obtenir une valeur moyenne du niveau de tension souhaité. C’est la principale différence entre une alimentation linéaire et SMPS.

CONTENU

1. Vue d'ensemble et différence clé
2. Qu'est-ce que l'alimentation linéaire?
3. Qu'est-ce que SMPS?
4. Comparaison côte à côte - Alimentation linéaire vs SMPS sous forme tabulaire
5. Résumé

Qu'est-ce qu'une alimentation linéaire??

Dans une alimentation linéaire, la tension alternative du secteur est convertie en une tension inférieure directement par un transformateur abaisseur. Ce transformateur doit gérer une grande puissance puisqu'il fonctionne à la fréquence du secteur AC 50 / 60Hz. Par conséquent, ce transformateur est volumineux et volumineux, ce qui rend l’alimentation lourde et volumineuse..

La tension réduite est ensuite redressée et filtrée pour obtenir la tension continue requise pour la sortie. Comme la tension à ce niveau est susceptible de varier en fonction des distorsions de la tension d'entrée, une régulation de tension est effectuée avant la sortie. Le régulateur de tension dans une alimentation linéaire est un régulateur linéaire, qui est généralement un dispositif à semi-conducteur qui agit comme une résistance variable. La valeur de la résistance de sortie change avec l'exigence de puissance de sortie, rendant la tension de sortie constante. Ainsi, le régulateur de tension fonctionne comme un dispositif à dissipation de puissance. La plupart du temps, il dissipe l'excès d'énergie pour rendre la tension constante. Par conséquent, le régulateur de tension doit avoir de grands dissipateurs de chaleur. En conséquence, les alimentations linéaires deviennent beaucoup plus lourdes. De plus, en raison de la dissipation de puissance par le régulateur de tension sous forme de chaleur, le rendement d’une alimentation linéaire chute jusqu’à environ 60%..

Cependant, les alimentations linéaires ne produisent pas de bruit électrique sur la tension de sortie. Il fournit une isolation entre la sortie et l'entrée en raison du transformateur. Par conséquent, les alimentations linéaires sont utilisées pour les applications haute fréquence telles que les dispositifs radiofréquences, les applications audio, les tests de laboratoire nécessitant une alimentation sans bruit, le traitement du signal et les amplificateurs..

Figure 01: Alimentation avec un régulateur de tension linéaire

Qu'est-ce que SMPS??

SMPS (alimentation à découpage) fonctionne sur un dispositif à transistor de commutation. Au début, l’entrée CA est convertie en tension continue par un redresseur, sans réduire la tension, contrairement à une alimentation linéaire. Ensuite, la tension continue subit une commutation à haute fréquence, typiquement par un transistor MOSFET. C'est-à-dire que la tension passant par le MOSFET est activée et désactivée par le signal de porte MOSFET, généralement un signal modulé en largeur d'impulsions d'environ 50 kHz (bloc découpeur / onduleur). Après cette opération de découpage, la forme d'onde devient un signal DC pulsé. Ensuite, un transformateur abaisseur sert à réduire la tension du signal CC pulsé haute fréquence au niveau souhaité. Enfin, un redresseur de sortie et un filtre permettent de restituer la tension continue de sortie.

Figure 02: Schéma synoptique d'un SMPS

La régulation de la tension dans SMPS est effectuée via un circuit de retour qui surveille la tension de sortie. Si le besoin en puissance de la charge est élevé, la tension de sortie a tendance à augmenter. Cet incrément est détecté par le circuit de retour du régulateur et sert à contrôler le rapport d'activation / désactivation du signal PWM. Ainsi, la tension moyenne du signal change. En conséquence, la tension de sortie est contrôlée pour rester constante.

Le transformateur abaisseur utilisé dans le SMPS fonctionne à haute fréquence; ainsi, le volume et le poids du transformateur sont bien inférieurs à ceux d'une alimentation linéaire. Cela devient une des raisons majeures pour laquelle un système de gestion de la taille des plates-formes est beaucoup plus petit et plus léger que son équivalent de type linéaire. De plus, la régulation de la tension est effectuée sans dissiper l'excès de puissance sous forme de perte ohmique ou de chaleur. L'efficacité du SMPS atteint 85-90%.

En même temps, un SMPS génère un bruit haute fréquence en raison de l'opération de commutation du MOSFET. Ce bruit peut être reflété dans la tension de sortie; Cependant, dans certains modèles avancés et coûteux, ce bruit de sortie est atténué dans une certaine mesure. De plus, la commutation crée également des interférences électromagnétiques et radiofréquences. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser un blindage RF et des filtres EMI dans les systèmes SMPS. Par conséquent, les applications SMPS ne conviennent pas aux applications audio et radiofréquence. Les équipements SMPS peuvent utiliser des équipements moins sensibles au bruit, tels que des chargeurs de téléphone portable, des moteurs à courant continu, des applications à forte puissance, etc. Sa conception plus légère et plus petite facilite son utilisation comme appareil portable.

Quelle est la différence entre une alimentation linéaire et SMPS?

Alimentation linéaire vs SMPS
SMPS redresse directement le secteur sans réduire la tension. Ensuite, le courant continu converti est commuté en haute fréquence pour un transformateur plus petit afin de le réduire au niveau de tension souhaité. Enfin, le signal alternatif haute fréquence est redressé à la tension de sortie continue.	L'alimentation linéaire réduit la tension à la valeur souhaitée au début par un transformateur plus grand. Après cela, le courant alternatif est redressé et filtré pour rendre la tension continue de sortie.
Régulation de tension
La régulation de la tension est effectuée en contrôlant la fréquence de commutation. La tension de sortie est contrôlée par le circuit de réaction et la variation de tension est utilisée pour le contrôle de la fréquence..	La tension continue redressée et filtrée est soumise à une résistance de sortie d'un diviseur de tension afin de produire la tension de sortie. Cette résistance est contrôlable par un circuit de retour qui surveille la variation de la tension de sortie.
Efficacité
La génération de chaleur dans SMPS est comparativement faible puisque le transistor de commutation fonctionne dans les régions de coupure et de famine. La petite taille du transformateur de sortie réduit également les pertes de chaleur. Par conséquent, l'efficacité est plus élevée (85-90%).	La puissance excédentaire est dissipée sous forme de chaleur afin de rendre la tension constante dans une alimentation linéaire. De plus, le transformateur d’entrée est beaucoup plus volumineux; ainsi, les pertes du transformateur sont plus élevées. Par conséquent, l'efficacité d'une alimentation linéaire est aussi basse que 60%.
Construire
La taille du transformateur d’un SMPS n’a pas besoin d’être grande car il fonctionne à haute fréquence. Par conséquent, le poids du transformateur sera également inférieur. En conséquence, la taille, ainsi que le poids d’un SMPS, sont nettement inférieurs à ceux d’une source d’alimentation linéaire..	Les alimentations linéaires sont beaucoup plus volumineuses car le transformateur d'entrée doit être volumineux en raison de la basse fréquence sur laquelle il fonctionne. Comme un régulateur de tension génère plus de chaleur, vous devez également utiliser des dissipateurs de chaleur..
Distorsions de bruit et de tension
SMPS génère un bruit haute fréquence dû à la commutation. Cela passe dans la tension de sortie, ainsi que dans le secteur d’entrée parfois. Une distorsion harmonique de l'alimentation secteur pourrait également être possible dans les systèmes d'alimentation public grand public.	Les alimentations linéaires ne produisent pas de bruit dans la tension de sortie. La distorsion harmonique est bien moindre que celle des SMPS.
Applications
SMPS peut être utilisé comme appareil portable en raison de sa petite taille. Mais comme il génère un bruit haute fréquence, les SMPS ne peuvent pas être utilisés pour des applications sensibles au bruit telles que les applications RF et audio..	Les alimentations linéaires sont beaucoup plus volumineuses et ne peuvent pas être utilisées avec des appareils portables. Comme ils ne génèrent pas de bruit et que la tension de sortie est également propre, ils sont utilisés pour la plupart des tests électriques et électroniques en laboratoire..

Résumé - Alimentation linéaire vs SMPS

Les alimentations SMPS et Linéaire sont deux types d’alimentations CC utilisées. La principale différence entre SMPS et une alimentation linéaire réside dans les topologies utilisées pour la régulation de la tension et la réduction de la tension. Tandis que l’alimentation linéaire convertit le courant alternatif en basse tension au début, SMPS commence par rectifier et filtrer le courant alternatif du secteur, puis basculer sur un courant alternatif à haute fréquence avant de descendre. Etant donné que le poids et la taille du transformateur augmentent à mesure que la fréquence de fonctionnement diminue, le transformateur d'entrée des alimentations linéaires est beaucoup plus lourd et plus large, contrairement au SMPS. De plus, comme la régulation de la tension se fait avec dissipation de la chaleur via des résistances, les blocs d’alimentation linéaires doivent comporter des dissipateurs de chaleur qui les rendent encore plus lourds. Le régulateur des SMPS contrôle la fréquence de commutation pour contrôler la tension de sortie. Par conséquent, les SMPS sont de taille plus petite et plus légère. Comme la production de chaleur dans SMPS est inférieure, leur efficacité est également supérieure..

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Référence:

1. «Alimentations linéaires et régulateurs». Actualités de la réparation et de la technologie électroniques. N.p., n.d. Web. Disponible ici. 14 juin 2017.
2. «Alimentation à découpage». Wikipedia. Wikimedia Foundation, 17 mai 2017. Web. Disponible ici. 14 juin 2017.

Courtoisie d'image:

1. “Alimentation avec régulateur de tension linéaire” Par CLI - Travail propre, domaine public) via Wikimedia Commons
2. “SMPS Block Diagram” par IE sur Wikipedia anglais - Transféré de en.wikipedia à Commons par Dcirovic., Domaine Public) via Wikimedia Commons