Il principio di funzionamento dell'alimentatore switching

Il vantaggio principale di alimentatori switching rispetto a quelli lineari (non commutabili) è che la conversione di potenza può essere effettuata con elevata efficienza e in un fattore di forma ridotto. Questo perché la dissipazione di potenza nel transistor di commutazione è minima. Ciò, a sua volta, consente una maggiore corrente in uscita a tensioni inferiori rispetto ai regolatori lineari.

Oltre alla maggiore efficienza energetica, gli alimentatori a commutazione sono più resistenti alle variazioni di ingresso rispetto alle loro controparti lineari. Questo perché hanno la capacità di aumentare o diminuire la tensione di uscita per regolare la corrente di uscita per soddisfare i requisiti di carico.

Questi materiali vengono utilizzati per elettrodomestici, come computer e televisori, ma possono essere trovati anche in ambienti industriali. Negli ambienti industriali, vengono utilizzati per la distribuzione di energia in massa a bassa tensione CC e le singole apparecchiature possono essere dotate di convertitori a modalità di commutazione per la conversione tra diverse tensioni.

Il processo di trasformazione della corrente alternata in corrente continua inizia con un segnale di ingresso CA, che viene raddrizzato e filtrato. Questo viene fornito a una sezione di commutazione centrale dell'alimentatore, che a sua volta fornisce l'uscita a un circuito di controllo. Il circuito di controllo fornisce quindi la tensione desiderata all'uscita.

Questa tensione viene quindi regolata dall'elemento di commutazione, utilizzando la modulazione di larghezza di impulso (PWM). Il processo PWM produce rumore ad alta frequenza ma consente agli alimentatori a commutazione di essere altamente efficienti e di piccole dimensioni.

Un altro vantaggio chiave degli alimentatori a commutazione è che possono essere progettati per rispettare le normative sulle armoniche. Questo perché possono utilizzare un circuito aggiuntivo per filtrare queste armoniche indesiderate.

Un esempio comune è il convertitore buck-boost. È un tipo semplice di convertitore non isolato che utilizza un induttore e un interruttore attivo.

Può essere aumentato o diminuito per produrre la tensione di uscita richiesta variando il ciclo di lavoro dei transistor di commutazione. Questo tipo di convertitore può essere integrato più facilmente di un trasformatore perché è necessario un solo induttore e può abbassare le tensioni a un grado di efficienza molto più elevato rispetto a un trasformatore.

Questi convertitori possono essere ulteriormente ottimizzati per aumentarne l'efficienza riducendo la resistenza di attivazione dei transistor di commutazione e utilizzando un circuito di correzione del fattore di potenza attivo. Gli alimentatori switching più avanzati possono avere livelli di efficienza fino al 96%.

Inoltre, gli alimentatori a commutazione possono essere progettati per gestire le variazioni di temperatura meglio rispetto alle loro controparti lineari. Questo perché l'effetto pelle (quantità di resistenza causata dai cambiamenti nella superficie del conduttore) può essere ignorato alle basse frequenze, ma può causare una grande perdita di energia alle alte frequenze.

Ciò significa che gli alimentatori con un buon design saranno in grado di regolare la tensione senza causare distorsioni significative con qualsiasi carico. Avranno inoltre circuiti di sicurezza per garantire che la tensione di uscita non sia influenzata da condizioni di sovraccarico o altri fattori ambientali.