Pros y contras entre la fuente de alimentación de modo conmutado SMPS y el transformador de frecuencia de línea pesado [cerrado]

Podemos comparar un SMPS, con una fuente de alimentación que tiene un transformador y usa solo rectificación y un capacitor, sin ningún tipo de regulación, que puede generar el mismo voltaje a una cierta corriente nominal.

Breve comparación

SMPS en comparación con el otro es generalmente

• Más pequeño en tamaño y en peso
• Más eficiente
• Más ruidoso
• Mas complejo

Comparación larga

Tamaño/peso

La diferencia de tamaño es básicamente que si usa una frecuencia de conmutación más alta, puede reducir el tamaño de los capacitores y el tamaño del transformador de entrada, si tiene uno más bajo, debe usar un transformador más grande y capacitores más grandes en el lado de entrada.

Eficiencia

En el caso de un diseño simple de transformador-rectificador-condensador, debido a que no usa ninguna frecuencia de conmutación, si desea cierta potencia de salida, debe usar ese tamaño de transformador, y generalmente es mucho más grande, porque siempre trabajan en la frecuencia de línea y, por lo tanto, operan con altas pérdidas por histéresis.
Si regula la fuente de alimentación, es posible que solo obtenga un 30-40% de la eficiencia.
Los diseños SMPS funcionan normalmente al menos en un 60 %, pero un diseño muy bueno puede alcanzar una eficiencia del 95 %.

Ruido

El ruido es un problema con los diseños SMPS, y se puede resolver simplemente eligiendo una frecuencia de conmutación que está más allá de lo que nuestros oídos pueden percibir.
Si el ruido sigue causando problemas en el equipo, o simplemente no cumple con las normas locales, entonces se puede considerar colocar toda la fuente de alimentación en una caja con conexión a tierra.

Complejidad

Un diseño de transformador-rectificador-capacitor es más simple en comparación con un SMPS, pero el costo depende de muchos factores. Si necesita una potencia alta, necesitará un transformador más grande y, por lo general, puede calcular que si desea una potencia de salida de 300 W, necesitará un transformador que tenga el doble de potencia.
En el rango de kilovatios, no es económico optar por este diseño, porque no es tan eficiente, y un transformador de este tamaño podría costar una cantidad significativa de dinero.
El SMPS más básico ya es más complejo que el tipo de diseño anterior.
La complejidad y el costo también aumentan en potencia, pero no de manera lineal. Los diseños de SMPS para aplicaciones de alto vataje siguen siendo más eficientes que los demás, pero menos eficientes que las topologías destinadas a una salida de menor vataje.

Queremos evitar picos de corriente altos que puedan dañar la fuente de alimentación en algunas circunstancias, y también depende del voltaje de entrada, pero se puede ver fácilmente, que por debajo de 100 W, se puede usar Half-Bridge, Buck y Flyback, mientras que en situaciones de mayor potencia, se prefiere Full-Bridge.
La eficiencia se puede aumentar aún más usando topologías modificadas, usando topologías SMPS resonantes o cuasi-resonantes. Esto puede aumentar la complejidad del diseño y costar aún más.

SMPS y comparación de fuente de alimentación lineal, Wikipedia

Marty Brown - Libro de cocina de fuente de alimentación

Recuerdo el suministro de modo de conmutación de ladrillo negro de una tableta que causaba interferencia con una baliza magnética de 100 KHz a 2 metros.

Por otro lado, los diversos HighPassFilters del receptor de la baliza atenuaron con éxito los diversos generadores de basura de 60/120 Hz en el laboratorio.

Evalúa el$\frac{dI}{dT}$de los diversos candidatos de suministro. Probablemente 0.1amp/100nS para el ladrillo negro. Probablemente 0.1amp * 10X pico (rectificación en el pico de 120Hz) en 1 milisegundo, para el gran transformador de hierro. Por lo tanto, el conmutador tiene 1,000X el$\frac{dI}{dT}$.

Ahora evalúe el área vulnerable del bucle.

Y use

En nuestro caso, tuvimos 10 vueltas en el bucle del Receptor,$0.1m^2$. El área equivalente es 0.1 * 0.1 * 10 =$0.1m^2$. La distancia era de 2 metros.

Resultado:

Dado que se esperaba que el receptor de la baliza magnética funcionara con una entrada de 1uV, teníamos un problema de sobrecarga.

======================== añadido el 9 de abril de 2019 =============

Hablé con un electricista hace un par de años. Su compañía realizó tanto el cableado ELÉCTRICO como el de COMPUTADORA+MÚSICA para casas caras. ¿Por qué? Las chispas de los motores (aire acondicionado, lavavajillas, lavadora de ropa, etc.) y los rectificadores de 2000 voltios en los hornos de microondas producen una enorme dI/dT dentro del cableado de los hogares; sin embargo, los hogares caros ESPERAN que Internet continúe funcionando, y TV_OVER_Internet, y el sistema de música también, sin importar qué electrodomésticos estén funcionando.

Los contratistas generales para viviendas estaban cansados ​​de emplear contratistas separados de bajo costo para (1) cableado eléctrico enrutado sin cuidado y (2) cableado de música de computadora que no podía coexistir con el cableado eléctrico enrutado sin cuidado.

¿Solución? tiene UN contratista que había aprendido los métodos de aislamiento para la coexistencia. Y la necesidad de especificar un horno de microondas más costoso con un filtrado significativo de la línea eléctrica DENTRO de la fuente de alimentación del horno.

¿Por qué? Con 2000 voltios a 60 Hz, encendiéndose con un cambio de 0,026 voltios a través de un diodo (para una relación deltaI de 2:718), si solo se necesita una unión de diodo, con corrientes de sobretensión de 10:1 suponiendo un pico de 10 amperios, la dI/dT es

(encendido de diodo de 0,026 voltios) / 2000 voltios * 377 radianes/seg.

0,026 /( 750.000 voltios/segundo) ~~~ 30 nanosegundos.

Por lo tanto, el horno de microondas sin filtrar tiene 10 amperios/30 nanosegundos dI/dT.

La gran diferencia es L vs I y f y ZL (f), por lo tanto, la relación de voltaje secundario. El núcleo laminado de acero es eficiente a 50/60 Hz y el transformador de ferrita es eficiente a 20kH a 1MHz dependiendo del material del núcleo y SRF.

Ninguno es eficiente en la otra frecuencia debido a voltajes secundarios muy diferentes, L, C, DCR, por lo tanto, SRF e impedancia vs f.