Zasada działania przełączania zasilania

Główną zaletą przełączanie zasilaczy w porównaniu z liniowymi (nieprzełączalnymi) jest to, że konwersję mocy można przeprowadzić z dużą wydajnością i przy małej obudowie. Dzieje się tak dlatego, że straty mocy w tranzystorze przełączającym są minimalne. To z kolei pozwala na uzyskanie wyższego prądu wyjściowego przy niższych napięciach niż w przypadku regulatorów liniowych.

Oprócz wyższej wydajności energetycznej, zasilacze impulsowe są bardziej odporne na zmiany sygnału wejściowego niż ich liniowe odpowiedniki. Dzieje się tak dlatego, że mają możliwość zwiększania lub zmniejszania napięcia wyjściowego w celu regulacji prądu wyjściowego w celu spełnienia wymagań obciążenia.

Materiały te są wykorzystywane w urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak komputery i telewizory, ale można je również znaleźć w warunkach przemysłowych. W zastosowaniach przemysłowych służą one do masowej dystrybucji energii przy niskim napięciu prądu stałego, a poszczególne elementy wyposażenia mogą być wyposażone w konwertery impulsowe umożliwiające konwersję między różnymi napięciami.

Proces przekształcania prądu przemiennego w prąd stały rozpoczyna się od sygnału wejściowego prądu przemiennego, który jest prostowany i filtrowany. Jest on przekazywany do centralnej sekcji przełączającej zasilacza, która z kolei przekazuje sygnał wyjściowy do obwodu sterującego. Następnie obwód sterujący podaje żądane napięcie na wyjście.

Napięcie to jest następnie regulowane przez element przełączający za pomocą modulacji szerokości impulsu (PWM). Proces PWM wytwarza pewne szumy o wysokiej częstotliwości, ale umożliwia przełączanie zasilaczy o dużej wydajności i małych rozmiarach.

Kolejną kluczową zaletą zasilaczy impulsowych jest to, że można je zaprojektować tak, aby były zgodne z przepisami dotyczącymi harmonicznych. Dzieje się tak dlatego, że mogą użyć dodatkowego obwodu do odfiltrowania niepożądanych harmonicznych.

Typowym przykładem jest konwerter buck-boost. Jest to prosty typ nieizolowanego konwertera, który wykorzystuje jedną cewkę indukcyjną i jeden aktywny przełącznik.

Można je zwiększać lub zmniejszać, aby wytworzyć wymagane napięcie wyjściowe, zmieniając cykl pracy tranzystorów przełączających. Ten typ konwertera można łatwiej zintegrować niż transformator, ponieważ potrzebna jest tylko jedna cewka indukcyjna i może obniżać napięcie do znacznie wyższego stopnia wydajności niż transformator.

Przetwornice te można dalej optymalizować w celu zwiększenia ich wydajności poprzez zmniejszenie rezystancji włączenia tranzystorów przełączających i zastosowanie aktywnego obwodu korekcji współczynnika mocy. Najbardziej zaawansowane zasilacze impulsowe mogą osiągać sprawność sięgającą 96%.

Ponadto zasilacze impulsowe można zaprojektować tak, aby lepiej radziły sobie ze zmianami temperatury niż ich liniowe odpowiedniki. Dzieje się tak, ponieważ efekt naskórkowości (wielkość oporu spowodowanego zmianami w powierzchni przewodnika) może zostać zignorowany przy niskich częstotliwościach, ale może powodować duże straty energii przy wysokich częstotliwościach.

Oznacza to, że zasilacze o dobrej konstrukcji będą w stanie regulować napięcie bez powodowania znaczących zniekształceń przy dowolnym obciążeniu. Będą również wyposażone w obwody bezpieczeństwa zapewniające, że na napięcie wyjściowe nie będą miały wpływu warunki przeciążenia lub inne czynniki środowiskowe.