ספקי כוח ממותגים - נעים להכיר!
ספקי כוח ממותגים (Switch Mode Power Supply או, בקיצור SMPS) הם ממירי כוח המשתמשים בהתקני מיתוג כטרנזיסטורי MOSFET (ר"ת של Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) המופעלים ומכובים ללא הרף בתדירות גבוהה, ומערכות אחסון אנרגיה, כקבלים וסלילים, כדי לספק חשמל במהלך מצב של אי הולכה של השנאי הממותג. ואם נסביר זאת בקצרה ובפשטות, ניתן לתאר אותם כספקי כוח אלקטרוניים אשר משלבים בתוכם שנאי ממותג, על מנת להגביר את יעילות המרת הכוח החשמלי. בשונה מספקי הכוח הלינאריים, הטרנזיסטורים השולטים בהעברת הזרם בספקי הכוח הממותגים עוברים תמידית בין המצבים פתוח לגמרי או סגור לגמרי, תוך מזעור הבזבוז באנרגיה. במצב אופטימלי, ספק כוח ממותג לא יבזבז אנרגיה/מתח כלל. ויסות מתח בספקים אלה מושג ע"י שינוי היחס בין המצבים דולק וכבוי.
מעט נתונים בסיסיים
- לספקי הכוח הממותגים ישנה נצילות גבוהה (של עד ל-90%), הם קטנים בגודלם ונמצאים בשימוש נרחב במחשבים ובציוד אלקטרוני רגיש אחר.
- ספקי הכוח הממותגים הבסיסיים (SMPS) מסווגים על בסיס הקלט והוולטז' ביציאה. על סמך נתונים אלה, ארבע הקבוצות העיקריות הן:
- AC ל-DC - אספקת זרם DC לא מקוון
- DC ל-DC - ממיר (Converter)
- DC ל-AC - מהפך (Inverter)
- AC ל-AC - Cycloconverter , ממיר תדרים
טופולוגיות של SMPS
תצורת המעגל החשמל (המכונה טופולוגיה), היא הקובעת כיצד הכוח מועבר מהקלט לפלט.
רוב הטופולוגיות מכילות שנאי על מנת לספק את המתח בהתבסס על יחס הליפופים, פלטים מרובים בהתאם למספר הליפופים והבידוד. טופולוגיות כגון Buck and Boost אינן משתמשות בשנאי, ולכן הן אינן מבודדות. המרת הכוח שלהן מושגת באמצעות העברת אנרגיה אינדוקטיבית בלבד. לטופולוגיות לא מבודדות ישנו שימוש מוגבל נמצאים בשימוש נפוץ ברגולטורים של DC-DC. הם בדרך כלל מייצרים פלט יחיד אשר טווחו מוגבל על ידי מחזור הפעולה (Duty cycle) והוולטז' של הקלט. בחירת הטופולוגיה מושפעת מגורמים רבים ומגוונים, כעלות, נצילות, גודל ודרישות נוספות.
- Buck - זוהי הטופולוגיה הנפוצה ביותר, הפשוטה ביותר, והזולה ביותר עבור ממירי Step-Down למתחי DC ל-DC
- Boost - ממירי Step-Up לא מבודדים
- Buck and Boost - Step-Up ו-Step-Down, לא מבודדים
- Flyback - Step-Up ו-Step-Down, מבודדים
- Forward - Step-Down Buck מבודדים
- Push-Pull - ממיר Forward עם שני ליפופים עיקריים
- חצי גשר
- גשר מלא
אופן הפעולה הבסיסי של ספקי כוח ממותגים (מבודדים)
הרכיבים העיקריים של SMPS הם:
- מיישר זרם (Rectifier ) הקלט ומסנן
- מהפך (Inverter) תדר גבוה והתקני מיתוג
- שנאי כוח
- מיישר זרם (Rectifier ) הפלט
- מערכת משוב ובקרת מעגל
יתרונותיהם של ספקי כוח ממותגים (SMPS)
עיצובם של ספקי כוח ממותגים קומפקטי יותר והם משתמשים בשנאים קטנים יותר. היכולת לכווץ את נפחו של הציוד למינימום האפשרי נחשבת ליתרון ומהווה דרישת סף עבור שילוב ברוב המכשירים האלקטרוניים שנפחם מוגבל.
- נצילות גבוהה (מ-68% ועד ל-90%).
- טכנולוגיה גמישה.
- לספקי כוח מבודדים איכותיים ישנו פלט וולטז' יציב, ללא קשר למתח אספקת הקלט.
חסרונותיהם של ספקי כוח ממותגים (SMPS)
- הצורך ברכיבים חיצוניים נוספים שדורשים שטח נוסף.
- זרם בתדירות גבוהה אשר יוצר צורך במסנן על מנת למנוע הפרעות אלקטרו-מגנטיות, EMI (Electromagnetic interference).
- עיצוב מורכב.
- ייקור מחירם של ספקי הכוח בשל רכיבים נוספים הנדרשים.
לסיכום
בשל יתרונותיהם, ספקי כוח ממותגים משמשים במגוון רחב של יישומים, החל ממחשבים, שרתים וציוד נלווה להם, דרך ציוד אלקטרוני ביתי, ציוד אבטחה וכלה ברובו של הציוד המופעל בסוללה, ושבו נדרשים יעילות גבוהה במקביל לנפח קטן. חסרונותיהם, המופיעים בעיקר בספקים הזולים יותר, עלולים לשדר את רעש המיתוג בחזרה אל רשת החשמל, ולכן, לגרום להפרעות בציוד רגיש אשר מחובר לאותה הפאזה. בחירת ספק הכוח המתאים לצרכיכם הינה מטלה חשובה אשר דורשת הבנה באלקטרוניקה, ולכן, גם במידה והשתעשעתם ברעיון, גישות DIY לליפוף חוט הנחושת בשנאי במו ידיכם, אינן תופסות לגביו.
ליעוץ מקצועי, פנו אל המומחים, אוריאל שי בע"מ.