منبع تغذیهحالت سوئیچ (که به اختصار SMPS نامیده می‌شود) به طور قابل توجهی پیچیده تر از منبع تغذیه تنظیم شده خطی است که در ماژول ۲ منبع تغذیه شرح داده شده است . مزیت اصلی این پیچیدگی اضافه شده این است که عملکرد حالت سوئیچ شده منابع DC تنظیم شده را فراهم می‌کند که می‌توانند انرژی بیشتری را برای یک اندازه ، هزینه و وزن واحد مشخص ارائه دهند.
طرح‌های حالت سوئیچ شده
تعدادی از انواع مختلف طراحی استفاده می‌شود. هرگاه ورودی
منبع تغذیه(خط) AC باشد ، AC قبل از پردازش توسط مبدل DC به DC توسط خازن مخزن اصلاح و صاف می‌شود تا خروجی DC تنظیم شده در سطح مورد نیاز تولید شود. از این رو می‌توان از SMPS به عنوان مبدل AC به DC استفاده کرد ، برای استفاده در بسیاری از مدارهای تغذیه شده با شبکه اصلی ، یا DC به DC ، ولتاژ DC را در صورت لزوم بالا یا پایین ، در سیستم‌های با باتری افزایش می‌دهد.
نمودار بلوک حالت سوئیچ شده
شکل ۳.۰.۱ مثالی از نمودار بلوک SMPS معمولی با ورودی AC (خط) و خروجی DC تنظیم شده را نشان می‌دهد. تصحیح و فیلتر خروجی از قسمت سوئیچینگ با فرکانس بالا توسط یک ترانسفورماتور با فرکانس بالا جدا شده و بازخورد کنترل ولتاژ از طریق یک ایزولاتور opto انجام می‌شود. بلوک مدار کنترل معمولاً در ICهای تخصصی حاوی نوسانگر فرکانس بالا ، مدولاسیون عرض پالس ، ولتاژ و جریان کنترل و بخشهای خاموش کردن خروجی وجود دارد.
هدف یک SMPS هرچه باشد ، یک ویژگی مشترک (در صورت لزوم پس از تبدیل AC به DC) استفاده از موج مربع با فرکانس بالا برای هدایت مدار الکترونیکی سوئیچینگ برق است. از این مدار برای تبدیل
منبع تغذیهDC به فرکانس بالا ، جریان متناوب AC استفاده می‌شود که به روش‌های مختلف ، بسته به طراحی مدار ، به یک خروجی DC تنظیم شده تبدیل می‌شود. دلیل این فرایند تبدیل دوگانه این است که ، با تغییر DC یا فرکانس اصلی برق به یک AC با فرکانس بالا ، اجزایی مانند ترانسفورماتورها ، سلف‌ها و خازن‌ها ، مورد نیاز برای تبدیل مجدد به منبع تغذیه تنظیم شده ، می‌توانند بسیار کوچکتر و ارزان تر از نیاز به انجام همان کار در فرکانس اصلی (خط).
فرکانس بالا AC تولید شده در طی فرایند تبدیل یک موج مربع است ، که وسیله‌‌‌ای برای کنترل ولتاژ خروجی با استفاده از مدولاسیون عرض پالس را فراهم می‌کند. این اجازه می‌دهد تا تنظیم خروجی بسیار کارآمدتر از آنچه در منابع تنظیم شده خطی امکان پذیر است باشد.
از ترکیب نوسانگر موج مربع و سوئیچ استفاده شده در منابع حالت سوئیچ شده نیز می‌توان برای تبدیل DC به AC استفاده کرد. به این ترتیب از تکنیک حالت سوئیچ شده به عنوان “اینورتر” برای ایجاد
منبع تغذیهAC در پتانسیل برق از منابع DC مانند باتری‌ها ، صفحات خورشیدی و غیره نیز استفاده می‌شود.
تنظیم ولتاژ
در بیشتر منابع حالت سوئیچ ، تنظیم هر دو خط (ولتاژ ورودی) و بار (ولتاژ خروجی) به طور معمول ارائه می‌شود. این امر با تغییر نسبت علامت به فضای شکل موج نوسان ساز قبل از استفاده از آن روی کلیدها ، حاصل می‌شود. کنترل نسبت علامت به فضا با مقایسه بازخورد ولتاژ از خروجی
منبع تغذیهبا ولتاژ مرجع پایدار حاصل می‌شود. با استفاده از این بازخورد برای کنترل نسبت علامت به فاصله نوسان ساز ، می‌توان چرخه کار و بنابراین میانگین خروجی DC مدار را کنترل کرد. به این ترتیب ممکن است هم از ولتاژ و هم از ولتاژ محافظت شود.
در مواردی که حفظ عایق الکتریکی از
منبع تغذیهمهم است ، این کار با استفاده از ترانسفورماتور ، یا در ورودی AC که ممکن است برای تغییر ولتاژ AC قبل از اصلاح یا بین بخش کنترل منبع تغذیه نیز استفاده شود ، فراهم می‌شود. و بخش خروجی که در آن ، و همچنین ایجاد انزوا ، یک ترانسفورماتور با چندین سیم پیچ ثانویه می‌تواند چندین خروجی مختلف ولتاژ تولید کند.
برای تهیه یک خروجی به خوبی تنظیم شده ، نمونه‌‌‌ای از ولتاژ خروجی DC به طور معمول به مدار کنترل تغذیه می‌شود و با ولتاژ مرجع پایدار مقایسه می‌شود. هر خطای تولید شده برای کنترل ولتاژ خروجی استفاده می‌شود. برای حفظ انزوای الکتریکی بین ورودی و خروجی ، بازخورد معمولاً از طریق دستگاهی مانند اپتو ایزولاتور انجام می‌شود.
سوئیچینگ HF
استفاده از فرکانس بالا برای درایو سوئیچینگ چندین مزیت را به همراه دارد:
• ترانسفورماتور از نوع HF خواهد بود که بسیار کوچکتر از ترانسفورماتور اصلی شبکه است.
• فرکانس موج دار شدن بسیار بالاتر (به عنوان مثال ۱۰۰ کیلوهرتز) نسبت به یک منبع خطی است و بنابراین به مقدار کمتری از خازن صاف کننده نیاز دارد.
• همچنین استفاده از یک موج مربعی برای هدایت ترانزیستورهای سوئیچینگ (عملکرد حالت سوئیچ شده) اطمینان از اتلاف انرژی آنها در مقایسه با ترانزیستور تنظیم کننده سری معمولی را می‌دهد . باز هم این بدان معناست که برای مقدار مشخصی از توان خروجی ، می‌توان از ترانزیستورهای کوچکتر و ارزانتر نسبت به منابع خطی با درجه مشابه استفاده کرد.
• استفاده از ترانسفورماتورهای کوچکتر و خازن‌های صاف کننده باعث می‌شود منابع تغذیه حالت سوئیچ سبک و حجیم شوند. هزینه اضافی مدارهای کنترل پیچیده نیز با ترانسفورماتورهای کوچکتر و در نتیجه ارزان تر و خازن‌های صاف جبران می‌شود و باعث می‌شود برخی از طراحی‌های حالت سوئیچ نسبت به منابع خطی معادل هزینه کمتری داشته باشند.
اگرچه منابع خطی می‌توانند تنظیمات بهتر و رد موج بهتر در سطوح کم انرژی نسبت به منابع حالت سوئیچ شده را فراهم کنند ، اما مزایای فوق SMPS را به رایج ترین گزینه برای واحدهای
منبع تغذیهدر هر تجهیزاتی تبدیل می‌کند که برای تأمین مقادیر متوسط تا زیاد نیاز به منبع تثبیت شده باشد. قدرت.
یک نقطه ضعف استفاده از چنین موج مربع فرکانس بالا در یک مدار قدرتمند مانند SMPS این است که بسیاری از‌هارمونیک‌های قدرتمند فرکانس بالا ایجاد می‌شوند ، به طوری که بدون غربالگری و فیلتراسیون RF بسیار موثر ، خطر ایجاد تداخل RF در SMPS وجود دارد.