Alimentatori lineari e switching: qual è la differenza?

Gli alimentatori lineari e switching vengono utilizzati per alimentare dispositivi elettronici. Scopri la loro differenza, come funzionano e quando usarli in questo articolo!

Probabilmente utilizzi quotidianamente uno smartphone, un laptop o un personal computer. Questi dispositivi elettronici utilizzano la corrente continua (CC) per funzionare. Tuttavia, poiché le famiglie sono normalmente alimentate da correnti alternate (CA) ad alta tensione, dovrai abbassare la tensione e convertire la CA in CC utilizzando un alimentatore come l'alimentatore o il caricabatterie.

Gli alimentatori più comuni utilizzati oggi sono l'alimentatore lineare e quello switching. Sapere quale utilizzare per applicazioni specifiche manterrà i tuoi dispositivi elettronici al sicuro e funzioneranno in modo ottimale.

Continua a leggere di seguito per un confronto tra alimentatori lineari e switching.

Gli alimentatori lineari e a commutazione sono dispositivi elettrici utilizzati per alimentare e caricare dispositivi elettronici CC. Questi dispositivi hanno il compito di fare due cose: abbassare la tensione e convertire la corrente alternata in corrente continua. Sebbene entrambi i dispositivi riducano e raddrizzino la potenza, la differenza nel modo in cui svolgono questi compiti li rende più adatti per determinate applicazioni.

Un alimentatore lineare è un dispositivo utilizzato in operazioni silenziose e di precisione. L'uso di trasformatori pesanti e filtri analogici consente a questo alimentatore di emettere tensioni pulite a scapito di bassa efficienza, peso maggiore e dimensioni maggiori. Gli alimentatori lineari sono utilizzati al meglio in apparecchiature di registrazione, strumenti musicali elettrici, apparecchiature mediche e strumenti di misurazione di laboratorio ad alta precisione.

Un alimentatore a commutazione o in modalità commutazione (SMPS) viene utilizzato per operazioni ad alta efficienza e ad alta corrente. A differenza degli alimentatori lineari, gli alimentatori a commutazione utilizzano componenti a stato solido per modulare e regolare le tensioni in ingresso. Questi alimentatori si basano sulla commutazione ad alta frequenza utilizzando transistor di potenza, che li rendono rumorosi ma altamente efficienti dal punto di vista energetico, leggeri e compatti. Gli alimentatori a commutazione vengono spesso utilizzati nei computer, nei caricabatterie dei telefoni, nelle apparecchiature di produzione e in molti dispositivi elettronici a bassa tensione.

Utilizzando componenti puramente analogici disponibili negli anni '50, gli alimentatori lineari dovevano fare affidamento su trasformatori di potenza pesanti e condensatori elettrolitici ingombranti per abbassare e raddrizzare le tensioni. Sebbene allora i transistor fossero già prodotti in serie, le tensioni CA elevate producevano semplicemente troppo calore per essere gestite dai transistor.

Ecco uno schema di un alimentatore lineare:

Un alimentatore lineare funziona in tre fasi:

Passo 1:Abbassare l'alta tensione CA in ingresso utilizzando un trasformatore.

Passo 2:La tensione abbassata passa quindi attraverso un raddrizzatore a ponte intero, che rettifica la tensione CA in tensioni CC pulsanti.

Passaggio 3: I segnali pulsanti di tensione continua passano attraverso un filtro composto da induttori e condensatori. Questo filtro attenuatore rimuove le fluttuazioni del segnale di una tensione CC pulsante, rendendole utilizzabili per dispositivi elettronici delicati.

Gli alimentatori a commutazione sono dispositivi complessi che utilizzano componenti a stato solido per eseguire la commutazione di potenza ad alta frequenza e un trasformatore con nucleo di ferrite più piccolo. Questi tipi di alimentatori possono aumentare e abbassare le tensioni utilizzando un circuito di feedback CC per controllare le tensioni di uscita.

Ecco come funzionano:

Passo 1 : La CA ad alta tensione entra nell'alimentatore attraverso un modulo di protezione del circuito composto da un fusibile e un filtro EMC. Il fusibile serve per la protezione da sovratensione e il filtro EMC protegge il circuito dalle ondulazioni del segnale provenienti dalla CA non filtrata.

Passo 2: Dopo essersi assicurati che il circuito sia ben protetto, la corrente alternata ad alta tensione viene quindi fatta passare attraverso il secondo modulo composto da un raddrizzatore a ponte intero e un condensatore di livellamento. Il raddrizzatore a ponte intero converte la corrente alternata in corrente continua pulsante, che viene poi attenuata da un condensatore.

Passaggio 3: La corrente continua ad alta tensione viene quindi inviata attraverso un driver PWM, che riceve feedback e controlla un MOSFET di potenza che regola la tensione attraverso la commutazione ad alta frequenza. La commutazione trasforma anche la corrente continua continua in un'onda quadra.