منبع تغذیه دستگاهی الکتریکی است که جریان الکتریکی حاصل از منبع تغذیه را به مقدار ولتاژ لازم برای تامین بار ابزارهایی مانند یک موتور تبدیل می کند. معمولا دو طرح اصلی برای اکثر منبع های تغذیه وجود دارد: منبع تغذیه خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ.
طرح منبع تغذیه از نوع خطی از ترانسفورماتور برای کاهش ولتاژ ورودی بهره می برند. سپس ولتاژ یکسو شده و به ولتاژ جریان مستقیم تبدیل می شود. سپس برای تقویت کیفیت موج فیلتر می شود. چنین منابعی از تنظیم کننده های خطی برای تثبیت ولتاژ ثابت در آستانه خروجی بهره می برند.
طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ روشی نوین است که برای حل بسیاری از مسائل مربوط به طراحی منبع تغذیه خطی، از جمله اندازه ترانسفورماتور و تنظیم ولتاژ گسترش یافته است. در طرح های منبع تغذیه سوئیچینگ، ولتاژ ورودی دیگر کاهش نمی یابد. در مقابل، در آستانه ورودی فیلتر می شود. سپس این ولتاژ از طریق یک مسیر دیجیتالی عبور می کند تا تبدیل به یک زنجیره پالس با فرکانس بالا گردد.
سالیان متمادی است که منبع های تغذیه AC/DC از نوع خطی، برق متناوب را از شبکه برق برای راه‌اندازی لوازم خانگی یا روشنایی به ولتاژ DC تبدیل می‌کنند. ضرورت در دسترس بودن به منبع های کوچکتر برای کاربردهای با توان بالا به این معنی است که منبع های تغذیه خطی در مصارف صنعتی و پزشکی به کار گرفته شده اند. ولیکن منبع های تغذیه سوئیچینگ به دلیل کم حجم تر بودن، کارآمدتر بوده و توانایی تنظیم و هدایت توان بالا را دارند.
طراحی و یکسوسازی منبع های تغذیه سوئیچینگ فرآیند تبدیل ولتاژ AC به ولتاژ DC است. تصحیح سیگنال ورودی مرحله نخست در منبع های تغذیه AC/DC است.
اغلب تصور می شود که ولتاژ DC یک مسیر راست و بدون تزلزل از ولتاژهای ثابت است. از سوی دیگر چنین ابزاری تعریف کننده جریان مستقیم است. یعنی ولتاژ در یک جهت جریان دارد و لزوماً ثابت نیست. همچنین امواج سینوسی ساده ترین شکل موج در جریان متناوب
است که برای نیم سیکل اول مثبت و برای بقیه سیکل منفی است. اگر نیم سیکل منفی حذف یا وارونه گردد موجب توقف جریان شده و به جریان مستقیم تبدیل می شود. از نگاهی دیگر یکسوسازی جریان در منبع تغذیه سوئیچینگ را می توان با استفاده از یکسو کننده نیم پل غیر فعال برای حذف نیمه منفی موج سینوسی آورد.
پس از اجرای روند یکسوسازی، موج سینوسی خروجی آن توان پایینی داشته و به همین دلیل قابلیت تغذیه دستگاه ها به طور موثر ندارد. یک روش بسیار کارآمدتر تغییر قطبیت نیم موج منفی و مثبت کردن آن خواهد بود. در چنین سیستمی یک موج یکسو با میانگین ولتاژ خروجی بالاتری نسبت به ولتاژ تولید شده توسط یکسو کننده نیم پل است. در عین حال این موج با شکل موج ثابت DC لازم برای تغذیه دستگاه های الکترونیکی تفاوت ماهوی دارد.
ساده ترین و رایج ترین مکانیزم برای کاهش موج های به کار رفته از یک خازن بزرگ در خروجی یکسو کننده است که به آن فیلتر تنظیم کننده می گویند. خازن ولتاژ را در زمان رسیدن به نقطه عطف موج ذخیره می کند، سپس بار را برای کاهش ولتاژ با جریان تامین می کند. شکل موج تولید شده به نمودار مبنا بسیار نزدیکتر است و می توان آن را یک ولتاژ DC بدون مولفه AC در نظر گرفت. این شکل موج ولتاژ نهایی اکنون می تواند برای تغذیه دستگاه های DC استفاده شود.
یکسوسازی غیرفعال از دیودهای نیمه هادی در منبع تغذیه سوئیچینگ به عنوان سوئیچ های بدون کنترل استفاده کرده و ساده ترین روش برای اصلاح موج AC است، اما کارآمدترین روش نیست. اساسا دیودها سوئیچ های نسبتا کارآمدی هستند. دیودها می توانند به سرعت روشن و خاموش شوند. تنها مشکل آنها این است که افت ولتاژ بایاس رو به جلو بین 0.5 ولت تا 1 ولت دارند که باعث کاهش راندمان می شود. مکانیزم یکسوسازی فعال در دیودها با کلیدهای کنترل شده جایگزین می شود. این مکانیزم دارای مزایای زیر است:
۱) از جمله اینکه یکسو کننده های مبتنی بر ترانزیستور افت ولتاژ ثابت ۰.۵ ولت تا ۱ ولت مرتبط با دیودهای نیمه هادی را حذف می کنند. دلیل چنین وضعیتی مقاومت کم آنها به شکل خودکار است که در نتیجه موجب افت ولتاژ کمی خواهد شد.
۲) ترانزیستورها سوئیچ های کنترل شده هستند، به این معنی که فرکانس سوئیچینگ را می توان کنترل کرد و بنابراین بهینه سازی کرد.
از سوی دیگر یکی از نقاط ضعف منبع تغذیه سوئیچینگ آن است که هر یک از یکسو کننده ها به مدارهای کنترلی پیچیده تری نیاز دارند که در نتیجه هزینه بیشتری را بر کاربر تحمیل می کند. از سوی دیگر منبع تغذیه سوئیچینگ یک مبدل برق است که از دستگاه های سوئیچینگ استفاده می کند که دائما در فرکانس بالا روشن و خاموش می شوند.
وسایل ذخیره انرژی مانند خازن ها و سلف ها از آن سری دستگاه هایی هستند که برای تامین برق در حالت عدم رسانایی دستگاه سوئیچینگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. این وسایل:
۱) دارای راندمان بالای تا ۹۰ درصد هستند.
۲) اندازه کوچکی دارند.
۳) به طور گسترده در کامپیوتر ها و سایر تجهیزات الکترونیکی و حسگرها استفاده می شوند.
یک منبع تغذیه سوئیچینگ بر اساس ولتاژ ورودی و خروجی منبع تغذیه طبقه بندی می شوند. چهار گروه اصلی دارند که عبارتند از:
در یک منبع تغذیه، پیکربندی مدار نحوه انتقال متوازن از ورودی به خروجی را تعیین می کند. اکثر پیکربندی‌ها تشکیل شده از یک ترانسفورماتور پرتوان هستند تا مقیاس ولتاژ را بر اساس نسبت خروجی‌های متعدد با توجه به تعداد سیم‌پیچ‌ها ارائه دهند. در منبع تغذیه سوئیچینگ پیکربندی هایی مانند باک و تقویت کننده از ترانسفورماتور استفاده نمی کنند و بنابراین غیر ایزوله هستند.
اما تبدیل توان آنها به تنهایی از طریق انتقال انرژی القایی حاصل می شود.
