Princíp činnosti spínaného napájacieho zdroja

Hlavnou výhodou spínacie zdroje v porovnaní s lineárnymi (nespínanými) je to, že premena výkonu môže byť vykonaná s vysokou účinnosťou a v malom tvare. Stratový výkon v spínacom tranzistore je totiž minimálny. To zase umožňuje vyšší výstup prúdu pri nižších napätiach ako lineárne regulátory.

Okrem vyššej energetickej účinnosti sú spínané zdroje odolnejšie voči zmenám vstupu ako ich lineárne náprotivky. Je to preto, že majú schopnosť zvýšiť alebo znížiť výstupné napätie, aby regulovali výstupný prúd tak, aby vyhovoval požiadavkám na zaťaženie.

Tieto spotrebné materiály sa používajú pre domáce spotrebiče, ako sú počítače a televízory, ale možno ich nájsť aj v priemyselnom prostredí. V priemyselnom prostredí sa používajú na hromadnú distribúciu energie pri nízkom jednosmernom napätí a jednotlivé položky vybavenia môžu mať konvertory spínacieho režimu na konverziu medzi rôznymi napätiami.

Proces transformácie striedavého prúdu na jednosmerný začína vstupným striedavým signálom, ktorý je usmernený a filtrovaný. Toto je dané centrálnej spínacej časti napájacieho zdroja, ktorá zase dáva výstup do riadiaceho obvodu. Riadiaci obvod potom dáva požadované napätie na výstup.

Toto napätie je potom regulované spínacím prvkom pomocou pulznej šírkovej modulácie (PWM). Proces PWM vytvára určitý vysokofrekvenčný šum, ale umožňuje, aby spínané napájacie zdroje boli vysoko účinné a mali malé rozmery.

Ďalšou kľúčovou výhodou spínaných zdrojov napájania je to, že môžu byť navrhnuté tak, aby vyhovovali predpisom o harmonických. Môžu totiž použiť prídavný obvod na odfiltrovanie týchto nežiaducich harmonických.

Bežným príkladom je konvertor buck-boost. Ide o jednoduchý typ neizolovaného meniča, ktorý využíva jednu tlmivku a jeden aktívny spínač.

Môže sa zvýšiť alebo znížiť, aby sa vytvorilo požadované výstupné napätie zmenou pracovného cyklu spínacích tranzistorov. Tento typ prevodníka je možné integrovať ľahšie ako transformátor, pretože je potrebný iba jeden induktor a dokáže znížiť napätie na oveľa vyšší stupeň účinnosti ako transformátor.

Tieto meniče je možné ďalej optimalizovať, aby sa zvýšila ich účinnosť znížením odporu spínania spínacích tranzistorov a použitím aktívneho obvodu korekcie účinníka. Najpokročilejšie spínané zdroje môžu mať úroveň účinnosti až 96%.

Okrem toho môžu byť spínané napájacie zdroje navrhnuté tak, aby lepšie zvládali zmeny teploty ako ich lineárne náprotivky. Je to preto, že skin efekt (veľký odpor spôsobený zmenami v ploche vodiča) môže byť ignorovaný pri nízkych frekvenciách, ale môže spôsobiť veľkú stratu energie pri vysokých frekvenciách.

To znamená, že napájacie zdroje s dobrým dizajnom budú schopné regulovať napätie bez toho, aby spôsobovali výrazné skreslenie pri akomkoľvek zaťažení. Budú mať aj bezpečnostné obvody, ktoré zabezpečia, že výstupné napätie nebude ovplyvnené podmienkami preťaženia alebo inými faktormi prostredia.