Wat is een geschakelde voeding?
In tegenstelling tot lineaire voedingen (zoals transformatoren), die lineaire regelaars gebruiken om de spanning te verlagen, maken SMPS'en gebruik van een schakelende regelaar om de uitgangsspanning te regelen. Het belangrijkste voordeel van SMPS is de hoge efficiëntie (weinig verliezen). Dit wordt bekomen door de ingangsspanning met een hoge frequentie aan en uit te schakelen. Door deze schakelactie kan de SMPS de ingangsspanning snel en efficiënt omzetten in de gewenste uitgangsspanning. Enerzijds wordt de absolute waarde van de spanning verlaagd (bvb 230 naar 24 volt), anderzijds wordt de wisselspanning omgezet in gelijkspanning (AC naar DC).
Pulsbreedtemodulatie
Pulsbreedtemodulatie is kort samengevat een techniek waarbij een ultrasnelle elektronische schakelaar aan- en uitschakelt om de spanning op die manier gecontroleerd al dan niet door te laten. Hier volgt een kort overzicht in stappen van hoe een SMPS werkt:
- 1. Gelijkrichting: De AC ingangsspanning van de stroombron wordt eerst omgezet in een hoogfrequent AC-signaal door middel van gelijkrichting, meestal met behulp van een bruggelijkrichter.
- 2. Filteren: Het gelijkgerichte AC-signaal wordt vervolgens door een filter geleid om eventuele resterende AC-componenten te verwijderen en de golfvorm glad te maken, wat resulteert in een pulserende DC-spanning.
- 3. Schakelen: De gefilterde gelijkspanning wordt naar een elektronische vermogensschakelaar geleid (meestal een transistor of een MOSFET) die snel in- en uitschakelt met een hoge frequentie, meestal tientallen of honderden kilohertz. Door deze schakelactie kan de vermogensschakelaar de energiestroom van de ingang naar de uitgang regelen.
- 4. Energieoverdracht: Wanneer de vermogensschakelaar is ingeschakeld, wordt de energie van de ingangsbron opgeslagen in een spoel of transformator. Wanneer de vermogensschakelaar wordt uitgeschakeld, wordt de opgeslagen energie overgedragen naar de uitgang via een andere reeks componenten, zoals diodes en condensatoren. Deze schakelwerking wordt ook wel pulsbreedtemodulatie genoemd.
- 5. Uitgangsregeling: De overgedragen energie wordt verder gefilterd, geregeld en getransformeerd naar de gewenste uitgangsspanning en stroomniveaus. Dit zorgt ervoor dat de uitgangsspanning stabiel blijft, zelfs bij variaties in de ingangsspanning of belastingsomstandigheden.
De voordelen van geschakelde voedingen
Geschakelde voedingen bieden verschillende voordelen ten opzichte van lineaire voedingen, waaronder een hogere efficiëntie, kleinere afmetingen, lichter gewicht en de mogelijkheid om een breed scala aan ingangsspanningen aan te kunnen. Sentera voedingen bieden bovendien bescherming tegen overbelasting. Deze functie voorkomt schade aan de voeding als gevolg van een overstroom van de belasting. In geval van kortsluiting wordt de voeding eenvoudig uitgeschakeld totdat de fout is verholpen. Een andere ingebouwde beveiliging is de overspanningsbeveiliging. Deze maakt deze voeding minder gevoelig voor variaties in de ingangsspanning. Het voorkomt dat er een te hoge spanning terecht komt op de belasting, zelfs bij instabiele ingangsspanningen. Het brede bereik van mogelijke ingangsspanningen (85 - 264 VAC) maakt ze universeel toepasbaar.
Al deze eigenschappen maken SMPS'en zeer wenselijk voor toepassingen waar elektrische veiligheid, vermogensefficiëntie en compactheid cruciaal zijn, zoals in energiebewuste systemen en de meeste HVAC-toepassingen.