اصل کار منبع تغذیه سوئیچینگ

مزیت اصلی از سوئیچینگ منابع تغذیه بیش از خطی (غیر سوئیچینگ) این است که تبدیل توان را می توان با راندمان بالا و با ضریب فرم کوچک انجام داد. این به این دلیل است که اتلاف توان در ترانزیستور سوئیچینگ حداقل است. این به نوبه خود اجازه می دهد تا جریان خروجی بالاتری در ولتاژهای کمتر نسبت به تنظیم کننده های خطی داشته باشد.

علاوه بر راندمان توان بالاتر، منابع تغذیه سوئیچینگ نسبت به همتایان خطی خود در برابر تغییرات ورودی مقاومت بیشتری دارند. این به این دلیل است که آنها توانایی افزایش یا کاهش ولتاژ خروجی را دارند تا جریان خروجی را برای برآوردن نیازهای بار تنظیم کنند.

این لوازم برای لوازم خانگی مانند کامپیوتر و تلویزیون استفاده می شود، اما می توان آنها را در محیط های صنعتی نیز یافت. در تنظیمات صنعتی، از آنها برای توزیع توان عمده در ولتاژ DC پایین استفاده می‌شود و تجهیزات تکی ممکن است مبدل‌های حالت سوئیچ برای تبدیل بین ولتاژهای مختلف داشته باشند.

فرآیند تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم با سیگنال ورودی AC شروع می شود که تصحیح و فیلتر می شود. این به بخش سوئیچینگ مرکزی منبع تغذیه داده می شود که به نوبه خود خروجی را به مدار کنترل می دهد. سپس مدار کنترل ولتاژ مورد نظر را به خروجی می دهد.

سپس این ولتاژ توسط عنصر سوئیچینگ با استفاده از مدولاسیون عرض پالس (PWM) تنظیم می شود. فرآیند PWM مقداری نویز با فرکانس بالا تولید می‌کند، اما منابع تغذیه سوئیچینگ را قادر می‌سازد بسیار کارآمد و کوچک باشند.

یکی دیگر از مزایای کلیدی منابع تغذیه سوئیچینگ این است که می توان آنها را به گونه ای طراحی کرد که با مقررات مربوط به هارمونیک ها مطابقت داشته باشد. این به این دلیل است که آنها می توانند از یک مدار اضافی برای فیلتر کردن این هارمونیک های ناخواسته استفاده کنند.

یک مثال رایج مبدل باک بوست است. این یک نوع ساده مبدل غیر ایزوله است که از یک سلف و یک کلید فعال استفاده می کند.

برای تولید ولتاژ خروجی مورد نیاز با تغییر چرخه کاری ترانزیستورهای سوئیچینگ می توان آن را افزایش یا کاهش داد. این نوع مبدل را می توان راحت تر از یک ترانسفورماتور ادغام کرد زیرا فقط یک سلف مورد نیاز است و می تواند ولتاژ را تا درجه بازدهی بسیار بالاتری نسبت به ترانسفورماتور کاهش دهد.

این مبدل‌ها را می‌توان با کاهش مقاومت روشن ترانزیستورهای سوئیچینگ و استفاده از مدار تصحیح ضریب توان فعال، برای افزایش کارایی بیشتر بهینه کرد. پیشرفته ترین منابع تغذیه سوئیچینگ می توانند تا 96 درصد راندمان داشته باشند.

علاوه بر این، منابع تغذیه سوئیچینگ را می توان طوری طراحی کرد که تغییرات دما را بهتر از همتایان خطی خود کنترل کند. این به این دلیل است که اثر پوستی (میزان مقاومت ناشی از تغییرات در سطح هادی) را می توان در فرکانس های پایین نادیده گرفت، اما می تواند باعث اتلاف انرژی در فرکانس های بالا شود.

این بدان معنی است که منابع تغذیه با طراحی خوب قادر به تنظیم ولتاژ بدون ایجاد اعوجاج قابل توجه در هر بار خواهند بود. آنها همچنین مدارهای ایمنی خواهند داشت تا اطمینان حاصل شود که ولتاژ خروجی تحت تأثیر شرایط اضافه بار یا سایر عوامل محیطی قرار نمی گیرد.