ספק כוח ממותג

ספק כוח ממותג המצוי בעיקר במעבדות

ספק כוח ממותג (באנגלית: switching-mode power supply, switcher, בראשי תיבות: SMPS) הוא ספק כוח אלקטרוני שמשלב שנאי ממותג כדי להמיר כוח חשמלי ביעילות.

מבוא

כמו ספקי כוח אחרים, ספק הכוח הממותג מעביר כוח מהמקור, למשל רשת החשמל, לצרכן, לדוגמה מחשב, תוך כדי שינוי המתח והזרם. בשונה מספק כוח לינארי, הטרנזיסטורים ששולטים בהעברת הזרם עוברים תמידית בין המצבים: פתוח לגמרי וסגור לגמרי, תוך מזעור בזבוז האנרגיה. במצב אידאלי ספק כח ממתג לא יבזבז כח בכלל. ויסות המתח מושג על ידי שינוי יחס הזמן בין המצבים דלוק וכבוי. בניגוד לספק כח לינארי שמשנה את המתח על ידי הפיכת הכוח המיותר לחום. יעילות ההמרה הזו היא יתרון חשוב של ספק הכח הממתג. ספק כח ממתג יכול להיות קטן וקל יותר מספקים לינארים בשל גודל הרכיבים. שימוש בשנאי ממתג יהיה כתחליף לשנאי לינארי כאשר יעילות גבוהה, משקל או גודל קטנים יותר נדרשים. לחלופין שנאים ממותגים הם מסובכים יותר, יקרים יותר לבניה, המיתוג יכול לגרום לבעיות רעש במערכות רגישות אם לא בוטל בזהירות, ועיצוב פשוט של המעגל יספק ביצועים נמוכים.

הסבר

ספק כח לינארי מספק את מתח המוצא הרצוי על ידי בזבוז המתח העודף בהתנגדות. השנאי הלינארי משנה את הזרם או המתח בבזבוז הכוח העודף בצורת חום, ולכן יעילות צריכת החשמל המקסימלית שלו היא חילוק מתח היציאה במתח הכניסה כך שההפרש מבוזבז. לעומת זאת ספק כח ממתג משנה את המתח או הזרם על ידי החלפת אלמנטי אחסון אידאלים, כמו סלילים וקבלים, לתוך ומחוץ תצורות אלקטרונית שונות. לאלמנטי מיתוג אדיאלים (למשל טרנזיסטורים) אין התנגדות

במצב סגור ואין עכבה במצב פתוח, לכן השנאי יכול תאורטית לעבוד ביעילות של 100% (כל הכוח בכניסה עובר ליציאה, אין כוח שמבוזבז כחום). בספקי כח ממתגים, זרם היציאה תלוי באות הכניסה, אלמנט האחסון (קבל) במעגל וגם בשיטה (למשל אפנון רוחב הפולס עם מחזור עבודה מתואם) שמפעילה את אלמנט המיתוג. התדירות הגבוהה של המיתוג גורמת להפרעות בזרם היציאה, ולכן משתמשים במסנני תדירות שמכוונים לתדירות המיתוג כך שמתקבל זרם ישר.

יתרונות וחסרונות

היתרון העיקרי של שיטה זו הוא יעילות רבה יותר בגלל שטרנזיסטור המיתוג מבזבז מעט אנרגיה כאשר הוא לא פעיל (כלומר, כאשר טרנזיסטור מופעל בתור מתג יש לו הפרשי מתח זניחים על פניו או זרימה זניחה דרכו). יתרונות נוספים הם גודל קטן יותר ומשקל קל יותר (מסילוק שנאי הסליל בתדר נמוך שלו משקל גדול) ויצור חום נמוך יותר בשל היעילות הגבוהה יותר. החסרונות כוללים מורכבות גדולה יותר ולכן גם עלות גבוהה יחסית בבניה, זרם בתדירות גבוהה שמחייבת מסנן, כדי למנוע הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) ומתח שמשתנה בהתאמה לתדר המיתוג והתדרים ההרמוניים שלו. ספקי כוח ממותגים פשוטים יכולים לשדר את רעש המיתוג בחזרה לרשת החשמל, ולגרום להפרעות בציוד רגיש שמחובר לאותה הפאזה.

ערך זה הוא קצרמר בנושא טכנולוגיה. אתם מוזמנים לתרום למכלול ולהרחיב אותו.