ספק כוח ממותג

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 ליניארי, הטרנזיסטורים ששולטים בהעברת הזרם עוברים תמידית בין המצבים:
פתוח לגמרי וסגור לגמרי, תוך מזעור בזבוז האנרגיה.
במצב אידיאלי ספק כוח ממתג לא יבזבז כוח בכלל.
ויסות המתח מושג על ידי שינוי יחס הזמן בין המצבים דלוק וכבוי. בניגוד לספק כוח ליניארי
שמשנה את המתח על ידי הפיכת הכוח המיותר לחום.
יעילות ההמרה הזו היא יתרון חשוב של ספק הכוח הממתג.
ספק כוח ממתג יכול להיות קטן וקל יותר מספקים ליניארים בשל גודל הרכיבים.
שימוש בשנאי ממתג יהיה כתחליף לשנאי ליניארי 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 כוח ליניארי מספק את מתח המוצא הרצוי על ידי בזבוז המתח העודף בהתנגדות.
השנאי הליניארי משנה את הזרם או המתח בבזבוז הכוח העודף בצורת חום,
ולכן יעילות צריכת החשמל המקסימלית שלו היא חלוקת מתח היציאה במתח הכניסה כך שההפרש מבוזבז.
לעומת זאת ספק כוח ממתג משנה את המתח או הזרם על ידי החלפת רכיבי אחסון אידיאליים, כמו סלילים
וקבלים, לתוך ומחוץ תצורות אלקטרוניות שונות. לאלמנטי מיתוג אידיאליים (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 כוח ממתגים, זרם היציאה תלוי באות הכניסה, רכיב האחסון (קבל) במעגל וגם בשיטה
(למשל אפנון רוחב הפולס עם מחזור עבודה מתואם) שמפעילה את רכיב 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.

קישורים חיצוניים

מעגלים חשמליים