Czym jest zasilacz impulsowy? Zasada działania, wady oraz zalety

Zasilacze impulsowe (SMPS - Switched Mode Power Supplies) zaczęły pojawiać się już w latach 50. XX wieku, jednak ich powszechne zastosowanie zaczęło się dopiero w latach 80. i 90., gdy rozwój technologii pozwolił na ich masową produkcję i stosowanie w różnych urządzeniach elektronicznych. Wcześniej stosowano głównie zasilacze liniowe, które były prostsze w budowie i tańsze w produkcji, jednak ich sprawność była znacznie niższa. Zasilacze impulsowe pozwalały na uzyskanie wyższej sprawności, co przekładało się na niższe zużycie energii i niższe koszty eksploatacji.

Zasada działania i budowa zasilaczy impulsowych

Zasilacze impulsowe działają na zasadzie przekształcania napięcia zmiennego (AC) na napięcie stałe (DC). W tym celu wykorzystuje się mostek prostowniczy (zwykle jest to mostek Graetza) i kondensatory wygładzające tętnienia. Między mostkiem a kondensatorem w zasilaczach impulsowych wyposażonych w filtr PFC znajduje się jeszcze właśnie ten filtr.

Poniżej możemy zobaczyć schemat zasilacza impulsowego.

W dalszej części układu napięcie stałe dociera do sekcji kluczującej. W zasilaczach impulsowych jako klucze wykorzystuje się tranzystory, przełączane między stanem nasycenia i zatkania przy pomocy impulsów sterujących o zmiennej długości. Otrzymujemy napięcie o przebiegu prostokątnym, które następnie trafia do uzwojenia pierwotnego transformatora impulsowego.

Transformatory stosowane w zasilaczach impulsowych mogą być zdecydowanie mniejsze i lżejsze niż w zasilaczu liniowym o podobnej mocy wyjściowej. Transformator jest podłączony przez tranzystor, który włącza i wyłącza prąd z bardzo dużą częstotliwością (rzędu kilku do kilkunastu tysięcy razy na sekundę stosując modulację PWM).
Sprawność transformatora bardzo mocno się zwiększa dzięki tak wysokiej częstotliwości pracy i braku przemienności napięcia.

Napięcie wychodzące z uzwojenia wtórnego transformatora następnie trafia do prostownika przystosowanego do pracy z dużą częstotliwością. Tętnienia napięcia są wygładzane przez dławiki i kondensatory o dużej pojemności. Jeżeli zasilacz ma dostarczać kilka różnych napięć wyjściowych, wtedy w transformatorze stosuje się kilka uzwojeń wtórnych.

Najpopularniejsze typy zasilaczy impulsowych

1. LED;
2. Modułowe;
3. Desktop;
4. Wtyczkowe;
5. Na szynę DIN.

Zalety zasilaczy impulsowych

• Duża sprawność przekraczająca nawet 90%;
• Małe rozmiary oraz niewielka waga, w stosunku do przenoszonej mocy, w porównaniu do zasilaczy transformatorowych;
• Szeroki zakres napięcia wejściowego np. od 100 do 240 V, co umożliwia użytkowanie we wszystkich krajach świata;
• Zabezpieczenia przed zwarciem wbudowane w układy kontrolne zasilacza;
• Odporność na zakłócenia z sieci;
• Odporność na krótkie zaniki napięcia;
• Niższy koszt wytworzenia.

Wady zasilaczy impulsowych

• Źle skonstruowany lub zbudowany ze złej jakości elementów zasilacz może powodować zakłócenia na wysokiej częstotliwości (kompatybilność elektromagnetyczna) oraz niestabilną pracę podłączonych urządzeń;
• Skomplikowana budowa pod względem ilości części potrzebnych do pracy, przez co zasilacze impulsowe małej mocy były droższe niż tradycyjne. Na początku XXI wieku wprowadzono odpowiednie układy scalone, w wyniku czego nawet zasilacze o mocy kilku watów stały się tańsze od tradycyjnych zasilaczy transformatorowych (liniowych);
• W niektórych rozwiązaniach wymagane jest obciążenie wstępne.

Zastosowanie zasilaczy impulsowych

Obecnie zasilacze impulsowe prawie całkowicie wyparły zasilacze transformatorowe. Stosowane są one w praktycznie wszystkich urządzeniach podłączanych do napięcia sieciowego (w zależności od regionu świata pomiędzy 100–240 V i 50–60 Hz), takich jak telewizory, komputery i ich osprzęt, ładowarki telefonów komórkowych, do zasilania urządzeń przenośnych i stacjonarnych, do zasilania oświetlenia LED itp., prócz klasycznych wzmacniaczy elektroakustycznych. Jednak i w tych ostatnich producenci niekiedy decydują się na stosowanie przetwornicy.

Jak wybrać zasilacz impulsowy?

Aby wybrać właściwy zasilacz do aplikacji, należy odpowiedzieć na 3 podstawowe pytania:

1. Jakie powinno być napięcie wyjściowe zasilacza?
2. Jakie powinno być napięcie wejściowe zasilacza?
3. Jaką moc powinien mieć zasilacz? (Aby uniknąć problemów lub zniszczenia naszego sprzętu należy zawsze dobierać zasilacz o większej mocy niż ta, którą pobierze aplikacja.)

Jeśli masz jakiekolwiek wątpliwości lub trudności w wyborze odpowiedniego zasilacza, skontaktuj się z naszym działem sprzedaży. Nasi specjaliści pomogą Ci dobrać odpowiedni zasilacz do Twojej aplikacji i odpowiedzą na wszystkie Twoje pytania.

Warto pamiętać, że dobra jakość zasilacza jest istotna, ponieważ może to wpłynąć na działanie i trwałość urządzenia.