Pracovní princip spínaného napájecího zdroje

Hlavní výhodou spínané zdroje oproti lineárním (nespínacím) je, že přeměnu energie lze provádět s vysokou účinností a v malém tvarovém faktoru. Je to proto, že ztrátový výkon ve spínacím tranzistoru je minimální. To zase umožňuje vyšší proudový výstup při nižších napětích než lineární regulátory.

Kromě vyšší energetické účinnosti jsou spínané zdroje odolnější vůči změnám vstupu než jejich lineární protějšky. Je to proto, že mají schopnost zvyšovat nebo snižovat výstupní napětí pro regulaci výstupního proudu tak, aby vyhovoval požadavkům na zatížení.

Tyto zásoby se používají pro domácí spotřebiče, jako jsou počítače a televize, ale lze je nalézt i v průmyslovém prostředí. V průmyslovém prostředí se používají pro hromadnou distribuci energie při nízkém stejnosměrném napětí a jednotlivé položky zařízení mohou mít spínací převodníky pro převod mezi různými napětími.

Proces přeměny střídavého proudu na stejnosměrný začíná vstupním střídavým signálem, který je usměrněn a filtrován. To je dáno centrální spínací sekci napájecího zdroje, která zase dává výstup do řídicího obvodu. Řídicí obvod pak dodává požadované napětí na výstup.

Toto napětí je pak regulováno spínacím prvkem pomocí pulzně šířkové modulace (PWM). Proces PWM produkuje určitý vysokofrekvenční šum, ale umožňuje, aby spínané zdroje byly vysoce účinné a měly malé rozměry.

Další klíčovou výhodou spínaných napájecích zdrojů je to, že mohou být navrženy tak, aby vyhovovaly předpisům o harmonických. Mohou totiž použít přídavný obvod k odfiltrování těchto nežádoucích harmonických.

Běžným příkladem je převodník buck-boost. Jedná se o jednoduchý typ neizolovaného převodníku, který využívá jednu induktor a jeden aktivní spínač.

Lze jej zvýšit nebo snížit, aby se vytvořilo požadované výstupní napětí změnou pracovního cyklu spínacích tranzistorů. Tento typ převodníku lze snadněji integrovat než transformátor, protože je zapotřebí pouze jeden induktor a dokáže snížit napětí na mnohem vyšší stupeň účinnosti než transformátor.

Tyto měniče lze dále optimalizovat pro zvýšení jejich účinnosti snížením odporu spínacích tranzistorů a použitím aktivního obvodu korekce účiníku. Nejpokročilejší spínané zdroje mohou mít účinnost až 96 %.

Kromě toho mohou být spínané napájecí zdroje navrženy tak, aby zvládaly teplotní výkyvy lépe než jejich lineární protějšky. Je tomu tak proto, že skin efekt (velikost odporu způsobený změnami v ploše vodiče) může být při nízkých frekvencích ignorován, ale při vysokých frekvencích může způsobit velkou ztrátu energie.

To znamená, že napájecí zdroje s dobrým designem budou schopny regulovat napětí bez výrazného zkreslení při jakékoli zátěži. Budou mít také bezpečnostní obvody, které zajistí, že výstupní napětí nebude ovlivněno podmínkami přetížení nebo jinými faktory prostředí.