Het verschil tussen gewone en geschakelde voeding?

Wat is het verschil tussen gewone voeding en een geschakelde voedingen ?

Thx,
Linux is like a wigwam. No windows. No gates. Just an Apache inside.
Ongveer het zelfde als het verschil tussen een vogel en een meeuw.

Een geschakelde voeding kan je voorstellen als een variabele transformator: er zijn verliezen, maar die zijn laag en min of meer onafhankelijk van de uitgangsspanning.

De meest voorkomende andere variant is de serie-lineaire voeding. Een variabele weerstand in serie met de afnemer van de stroom wordt zodanig geregeld dat de spanning voor de afnemer de ingestelde waarde heeft. Het verschil tussen de ingangsspanning en de uitgangsspanning moet in de variabele weerstand worden weggestookt, dit kan bij een groot verschil en een forse stroom flink oplopen.

Een andere variant is de parallel-lineaire voeding, zeg maar weerstand + zenerdiode, maar die wordt zelden meer toegepast.
Wouter van Ooijen: VOTI webwinkel, docent HvU (Technische Informatica); C++ on mictrocontrollers blog
Een gestabiliseerde voeding regelt de uitgangsspanning altijd dusdanig bij, dat deze onafhankelijk van de ingangsspanning en belasting de uitgangsspanning op een vooraf ingesteld nivo probeert te houden.
Het grote verschil tussen een lineaire voeding en een schakelende voeding is hoe dit verwezelijkt wordt. Kort gezegt wordt voor het regelen van de uitgangsspanning voor een lineaire voeding een regelbare weerstand gebruikt, en voor de schakelende voeding een schakelaar.

Ik zal het verschil in werking uitleggen aan de hand van een lineaire serie regelaar en een schakelende forward converter. Bij beide type regelaars is de uitgangsspanning altijd lager dan de ingangsspanning.
http://home.kpn.nl/f-alf/images/linschak.gif
Bij een lineaire voeding staat er een regelbare weerstand in serie met de belasting. De regelbare weerstand is in een praktisch schema terug te vinden in de vorm van een vermogenstransistor.
Stel, de ingangsspanning is 15V en we wensen een uitgangsspanning van 10V. Er komt dus 5V over de regelbare weerstand te staan. Als nu de belasting een stroom van 5A vraagt, dan loopt deze stroom via de regelbare weerstand naar de belasting. De ingangsstroom is gelijk aan de uitgangsstroom. Het gedisipeerde vermogen van de regelbare weerstand is dus 5V*5A=25W. Het teveel aan vermogen wordt dus weggestookt. Dit betekend een slecht rendement en grote koellichamen om de warmte af te voeren.

Nu de forward converter. Dezelfde situatie: ingangsspanning is 15V, uitgangsspanning 10V en een belasingsstroom van 5A. Kijken we naar het schema van zo'n converter dan zien we geen componenten (als deze ideaal waren) die vermogen kunnen verstoken. Alleen weerstanden kunnen vermogen disiperen.
De uitgangsspanning wordt geregeld door de verhouding aan/uit-tijd van de schakelaar S te regelen. In de gegeven situatie Uin=15V, Uuit=10 is de schakelaar 67% van de tijd gesloten en 33% van de tijd open. Stel dat de schakelfrequentie 100kHz is, dan is de schakelaar 6,7us aan en dan weer 3,3us uit. Als de schakelaar aan is loopt de stroom volgens "Iaan" in de tekening. Over de spoel staat dan een spanning van 5V. De stroom door de spoel loopt lineair met de tijd toe, en er wordt energie in de spoel opgeslagen. Op het moment dat de schakelaar uitschakeld gaat de stroom via de diode D lopen volgens "Iuit". De spanning over de spoel is nu -10V, en de stroom neemt nu lineair met de tijd af. De opgeslagen energie in de spoel wordt nu afgegeven aan de belasting.
De gemiddelde stroom door de spoel is gelijk aan de belastingsstroom, dus 5A. Maar omdat de schakelaar 67% van de tijd aan is de gemiddelde ingangsstroom slechts 3,33A. Deze stroom is dus kleiner dan de uitgangsstroom.

Om zware nettransformatoren te vermijden kan de schakelende voeding ook geschikt worden gemaakt om rechtstreeks uit het net gevoed te worden. Ik heb dit in de onderste tekening weergegeven. De netspanning wordt nu gelijkgericht en afgevlakt en aan de schakeling aangeboden. De ingangsspanning is ongeveer 300V. Om een galvanische scheiding tussen het elektriciteitsnet en de uitgang te krijgen wordt ook hier een transformator (Tr) toegepast. Maar deze kan een stuk kleiner zijn dan een 50Hz nettrafo omdat er met een veel hoge frequentie gewerkt wordt. Door de schakelaar S wordt er een blokgolfvormige spanning op de primaire wikkeling van de trafo gezet. Aan de secundaire zijde zien we deze spanning weer getransformeerd terug. Verder is deze schakeling op de diode D2 na hetzelfde als de bovenstaande forward converter.
De tweede primaire wikkeling en D3 zijn toegevoegt om de trafo te demagnetiseren. Als dit niet wordt gedaan zal de trafo in verzadiging raken.


De schakelfrequentie wordt altijd zo hoog mogelijk gekozen. Hoe hoger de frequentie hoe kleiner de spoelen, condensatoren en trafo's. Maar bij hogere schakelfrequentie's zullen de verliezen in de componenten ook toenemen. Er zit dus een grens aan de maximaal haalbare frequentie. Er moeten dan ook speciale snel schakelende diodes en transistoren (MOSFET's) worden toegepast om de verliezen binnen bepaade grenzen te houden. De diode's en schakelaars hebben ook nog doorlaat verliezen. Dit alles bij elkaar zorgt toch voor een zeker vermogen verlies. Maar dit kan redelijk klein worden gehouden.

Het voordeel van een schakelende voeding ten opzichte van een lineaire voeding is dus het hoge rendement en de voeding is kleiner.


Wouter, een schakelende voeding heeft niets van doen met een variabele transformator ofwel variac.
Op 13 januari 2003 15:50:51 schreef Freddy:
Wouter, een schakelende voeding heeft niets van doen met een variabele transformator ofwel variac.


Ik buig graag voor jouw uitgebreide uitleg.

Maar qua verliezen (en ook conceptueel) gedraagt een schakelende voeding zich inderdaad ongeveer als een variac.
Wouter van Ooijen: VOTI webwinkel, docent HvU (Technische Informatica); C++ on mictrocontrollers blog
Ja, en het concept van een maanlander is vergelijkbaar met een kookwekker.

[Bericht gewijzigd door Jeroen Boere op 13 januari 2003 19:02:02 ]

Linux is like a wigwam. No windows. No gates. Just an Apache inside.
Bedankt Freddy voor de geïlustreerde uitleg, zo heb ik weeral wat bijgeleerd.