Kakšne so prednosti in slabosti stikalnih napajalnikov?

Napajalniki so bistvene komponente za pogon različnih pametnih elektronskih naprav, njihova zmogljivost pa neposredno vpliva na tehnične specifikacije ter varno in zanesljivo delovanje opreme. Trenutno se običajno uporabljeni napajalniki AC/DC delijo v dve glavni kategoriji: nizko{1}}linearni napajalniki in visoko{2}}frekvenčni preklopni napajalniki. Nizko{4}}frekvenčni linearni napajalniki se danes redko uporabljajo. Ker ključne notranje komponente visoko-frekvenčnih preklopnih napajalnikov delujejo v visoko-frekvenčnem preklopnem stanju, lahko njihova učinkovitost doseže 80 % do 90 % z zelo nizko porabo energije. Njihova učinkovitost pretvorbe je skoraj dvakrat večja od običajnih linearno reguliranih napajalnikov, zaradi česar so danes glavni izdelek v AC{11}}DC napajalnikih.

Preklopni napajalnik je sestavljen iz več glavnih komponent, vključno s polnovalnim-usmernikom, preklopnim tranzistorjem, pogonskim signalom, diodo s prostim tekom, induktorjem za shranjevanje energije in filtrirnim kondenzatorjem. Pravzaprav je osrednji del stikalnega napajalnika pretvornik AC-DC. Tukaj ponujamo naslednje razlage za AC-DC pretvornike in inverterje:

• Inverter: Naprava, ki pretvarja enosmerno napajanje v izmenični tok. Pretvorniki se pogosto uporabljajo v sistemih za rezervno napajanje, sestavljenih iz baterij ali drugih virov enosmernega toka.
• AC-DC pretvornik: Naprava, ki pretvarja AC v DC. Ta vrsta opreme se pogosto uporablja v stikalnih napajalnikih in adapterjih.

  

1. Kompaktna velikost in lahek: Preklopni napajalni adapterji ne uporabljajo obsežnih napajalnih-frekvenčnih transformatorjev. Poleg tega, ker je disipacija moči na preklopnem MOSFET znatno zmanjšana, veliki hladilni odvodi niso več potrebni. Ta dva dejavnika prispevata k majhnosti in majhni teži stikalnih napajalnikov.
2. Nizka poraba energije in visoka učinkovitost: V tokokrogu preklopnega napajalnika preklopni MOSFET preklaplja med stanjem vklopa in izklopa pod pogonskim signalom z zelo visoko hitrostjo preklopa-običajno pri frekvencah nad 50 kHz. V nekaterih naprednih preklopnih močnostnih tokokrogih lahko frekvence dosežejo nekaj sto kHz ali celo blizu 1 MHz. To močno zmanjša disipacijo moči preklopnega MOSFET-a in znatno izboljša učinkovitost, ki lahko doseže do 90 %.
3. Močno izboljšana učinkovitost filtriranja, zmanjšanje zahtevane kapacitivnosti in velikosti filtrskih kondenzatorjev: Delovna frekvenca preklopnih napajalnikov je običajno nad 50 kHz, kar je več kot 1000-krat več kot pri linearno reguliranih napajalnikih. To poveča učinkovitost filtriranja po rektifikaciji za skoraj 1000-krat. Tudi s pol-usmerjanjem, ki mu sledi kondenzatorsko filtriranje, se učinkovitost izboljša za 500-krat. Za enako valovno izhodno napetost je kapacitivnost filtrskega kondenzatorja v stikalnem napajalniku le 1/500 do 1/1000 tiste v linearno reguliranem napajalniku.
4. Široko območje regulacije napetosti: Izhodna napetost preklopnega napajalnika je prilagojena delovnemu ciklu pogonskega signala. Spremembe vhodne napetosti je mogoče kompenzirati s prilagajanjem frekvence ali širine impulza. Tako lahko adapter vzdržuje stabilno izhodno napetost, tudi če omrežna napetost močno niha. Posledično imajo stikalni napajalniki širok razpon regulacije napetosti in odlično stabilnost. Poleg tega metode za prilagajanje delovnega cikla vključujejo pulzno-širinsko modulacijo (PWM) in frekvenčno modulacijo (FM). Stikalni napajalniki ne ponujajo le širokega razpona regulacije napetosti, ampak tudi več metod za doseganje stabilizacije napetosti, kar oblikovalcem omogoča prilagodljivo izbiro med različnimi vrstami rešitev IC stikalne moči na podlagi praktičnih zahtev.

Ker invertersko vezje ustvarja visoko-frekvenčno napetost, lahko povzroči motnje bližnje opreme. Potrebna je ustrezna oklop in ozemljitev. V stikalnem napajalniku tranzistor-za uravnavanje moči deluje v preklopnem stanju, pri čemer ustvarja izmenično napetost in tok, ki povzročata motnje s konicami in resonančne motnje v drugih komponentah vezja. Brez ustreznih ukrepov za zatiranje, odpravo in zaščito lahko ta motnja resno vpliva na normalno delovanje celotne naprave. Poleg tega se lahko takšne motnje širijo v električno omrežje, kar moti bližnje elektronske instrumente, opremo in gospodinjske aparate.
 

Pravzaprav so zdaj na voljo visoko integrirani namenski čipi, ki poenostavljajo periferna vezja in celo omogočajo zasnovo plug{0}}and-play. Na primer, IC stikalni napajalnik serije TOP- (ali napajalni moduli) potrebuje le nekaj pasivnih komponent in preklopni transformator za oblikovanje osnovnega preklopnega napajalnika.