स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति

एक स्विच-प्रणाली बिजली की आपूर्ति (स्विचन-प्रणाली बिजली की आपूर्ति, स्विच-प्रणाली बिजली की आपूर्ति, स्विचन बिजली की आपूर्ति, SMPS, या स्विचर) एक इलेक्ट्रॉनिक बिजली की आपूर्ति है जो एक वोल्टेज नियामक को सम्मिलित करती है।

अन्य बिजली की आपूर्ति की तरह, एक SMPS वोल्टेज और इलेक्ट्रिक वर्तमान विशेषताओं को परिवर्तित करते समय, एक DC या AC स्रोत (प्रायः मुख्य बिजली, AC एडाप्टर देखें) से DC भार, जैसे कि एक निजी कंप्यूटर, से बिजली स्थानांतरित करता है। एक रैखिक बिजली आपूर्ति के विपरीत, एक स्विचन-प्रणाली आपूर्ति का पारित प्रतिरोधान्तरित्र कम-अपव्यय, पूर्ण-चालू और पूर्ण-बंद स्तिथि के बीच लगातार स्विच करता है, और उच्च अपव्यय संक्रमणों में बहुत कम समय व्यतीत करता है, जो व्यर्थ ऊर्जा को कम करता है। एक काल्पनिक आदर्श स्विच्ड-प्रणाली बिजली की आपूर्ति कोई शक्ति नहीं फैलाती है। वोल्टेज नियामक कर्म चक्र के अनुपात में बदलाव करके प्राप्त किया जाता है। इसके विपरीत, एक रेखीय बिजली आपूर्ति पास प्रतिरोधान्तरित्र में लगातार बिजली को नष्ट करके निर्गत वोल्टेज को नियंत्रित करती है। स्विच्ड-प्रणाली बिजली आपूर्ति की उच्च विद्युत दक्षता एक महत्वपूर्ण लाभ है।

स्विच्ड-प्रणाली बिजली की आपूर्ति भी एक रैखिक आपूर्ति की तुलना में काफी छोटी और हल्की हो सकती है क्योंकि परिवर्तक बहुत छोटा हो सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह एक उच्च स्विचन आवृत्ति पर संचालित होता है जो 50 या 60 हर्ट्ज मुख्य आवृत्ति के विपरीत कई सौ हर्ट्ज़ से लेकर कई मेगाहर्ट्ज तक होता है। कम परिवर्तक आकार होने पर भी, बिजली आपूर्ति सांस्थिति और विद्युत चुम्बकीय संगतता के लिए आवश्यकता वाणिज्यिक अभिकल्पनाओं में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) दमन के परिणामस्वरूप सामान्यतः बहुत अधिक घटक गणना और संबंधित विद्युत परिपथ जटिलता होती है।

उच्च दक्षता, छोटे आकार या हल्के भार की आवश्यकता होने पर स्विचन नियामकों को रैखिक नियामकों के प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग किया जाता है। हालाँकि, वे अधिक जटिल हैं; स्विचन धाराएं विद्युत शोर की समस्या उत्पन्न कर सकती हैं यदि सावधानीपूर्वक दबाया नहीं जाता है, और सरल अभिकल्पनाओं में खराब शक्ति कारक हो सकता है।

इतिहास

 * 1836: प्रेरण कुंडली उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए स्विच का उपयोग करते हैं।
 * 1910: चार्ल्स एफ. केटरिंग और उनकी कंपनी डेटन इंजीनियरिंग लेबोरेटरीज कंपनी (डेल्को) द्वारा आविष्कार किया गया एक आगमनात्मक निर्वहन प्रज्वालन पद्‍धति कैडिलैक के लिए उत्पादन में चला गया। केटरिंग प्रज्वालन पद्‍धति प्रतिधाव अभिवर्ध परिवर्तक का यांत्रिक रूप से स्विच किया गया संस्करण है; परिवर्तक प्रज्वालन कुंडली है। 1960 के दशक तक सभी गैर-डीजल आंतरिक दहन यंत्रों में इस प्रज्वालन पद्‍धति के बदलावों का उपयोग किया गया था, जब इसे पहले ठोस-अवस्था इलेक्ट्रॉनिक रूप से स्विच किए गए संस्करणों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाने लगा, फिर धारिता निर्वहन प्रज्वालन पद्‍धति द्वारा प्रतिस्थापित किया जाने लगा।
 * 1926: 23 जून को, ब्रिटिश आविष्कारक फिलिप रे कोर्सी ने अपने इलेक्ट्रिकल संघनित्र के लिए अपने देश और संयुक्त राज्य अमेरिका में एकस्व अधिकार के लिए आवेदन किया। एकस्व अधिकार में उच्च आवृत्ति वेल्डिंग और भ्राष्ट्रिका का अन्य उपयोगों के बीच उल्लेख है । ;

c. 1932
विद्युत् यांत्रिक आलेखित्र रिले का उपयोग जनित्र के वोल्टेज निर्गत को स्थिर करने के लिए किया जाता है। वोल्टेज नियामक देखें।
 * c. 1936: कार रेडियो ने 6 V बैटरी आपूर्ति को निर्वात पम्प नलिका के लिए उपयुक्त B+ वोल्टेज में बदलने के लिए विद्युत् यांत्रिक आलेखित्र कंपक (इलेक्ट्रॉनिक) का उपयोग किया।
 * 1959: मॉस्फेट (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र) का आविष्कार बेल लैब्स में मोहम्मद एम. अटाला और डॉन काहंग द्वारा किया गया। ऊर्जा मॉस्फेट बाद में बिजली की आपूर्ति स्विच करने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला बिजली उपकरण बन गया।
 * 1959: प्रतिरोधान्तरित्र दोलन और परिवर्तक विद्युत आपूर्ति प्रणाली को सुधारने के लिए जनरल मोटर्स कंपनी से जोसेफ ई. मर्फी और फ्रांसिस जे. स्टारजेक द्वारा दायर किया गया है
 * 1960 का दशक: नासा के महत्वाकांक्षी अपोलो कार्यक्रम (1966-1972) के लिए MIT यंत्र विन्यास प्रयोगशाला द्वारा 1960 के दशक के प्रारम्भ में अपोलो मार्गदर्शन कंप्यूटर विकसित किया गया, जिसमें प्रारम्भिक स्विच्ड प्रणाली बिजली आपूर्ति सम्मिलित थी।
 * c. 1967: फेयरचाइल्ड अर्धचालक के बॉब विडलर ने μA723 IC वोल्टेज नियामक अभिकल्पना की। इसका एक अनुप्रयोग स्विच्ड प्रणाली नियामक के रूप में है।
 * 1970: टेक्ट्रोनिक्स ने लगभग 1970 से 1995 तक उत्पादित अपने 7000-श्रृंखला दोलन दर्शी में उच्च-दक्षता विद्युत आपूर्ति का उपयोग करना प्रारम्भ किया।
 * 1970: रॉबर्ट बॉशर्ट ने सरल, कम लागत वाले विद्युत परिपथ विकसित किए। 1977 तक, बॉशर्ट इंक 650 लोगों की कंपनी बन गई। विलय, अधिग्रहण और उपोत्पाद (कंप्यूटर उत्पाद, ज़ाइटेक, आर्टेसिन, एमर्सन इलेक्ट्रिक) की एक श्रृंखला के बाद कंपनी अब उन्नत ऊर्जा का हिस्सा है।
 * 1972: HP-35, हेवलेट-पैकार्ड का पहला जेब परिगणक, प्रकाश उत्सर्जक डायोड, घड़ी, काल मापन, ROM और पंजिका के लिए प्रतिरोधान्तरित्र स्विचन ऊर्जा आपूर्ति के साथ प्रस्तुत किया गया।
 * 1973: ज़ेरॉक्स ऑल्टो मिनीकंप्यूटर में स्विचन बिजली की आपूर्ति का उपयोग करता है
 * 1976: सिलिकॉन सामान्य अर्धचालक के सह-संस्थापक रॉबर्ट माममानो ने SMPS नियंत्रण के लिए पहला एकीकृत विद्युत परिपथ, प्रतिरूप SG1524 विकसित किया। विलय और अधिग्रहण (लिनफिनिटी, सिमेट्रिकॉम, माइक्रोसेमी) की एक श्रृंखला के बाद, कंपनी अब माइक्रोचिप प्रौद्योगिकी का हिस्सा है।
 * 1977: Apple II को स्विचन प्रणाली ऊर्जा आपूर्ति के साथ अभिकल्पना किया गया। रॉड होल्ट ... ने स्विचन बिजली आपूर्ति का निर्माण किया जिसने हमें एक बहुत हल्का कंप्यूटर करने की अनुमति दी।
 * 1980: HP8662A 10 kHz – 1.28 GHz आवृत्ति संश्लेषित एक स्विच्ड प्रणाली बिजली की आपूर्ति के साथ चला गया।

स्पष्टीकरण
एक विद्युत आपूर्ति (ग़ैर-SMPS) ओह्म के नियम में शक्ति का क्षय करके वांछित निर्गत वोल्टेज प्रदान करने के लिए एक रैखिक नियामक का उपयोग करती है (उदाहरण के लिए, एक प्रतिरोधक में या इसके सक्रिय प्रणाली में एक पास प्रतिरोधान्तरित्र के संग्रहकर्ता-उत्सर्जक क्षेत्र में)। एक रैखिक नियामक गर्मी के रूप में विद्युत शक्ति को नष्ट करके या तो निर्गत वोल्टेज या विद्युत प्रवाह को नियंत्रित करता है, और इसलिए इसकी अधिकतम बिजली दक्षता वोल्टेज-आउट/वोल्टेज-इन होती है क्योंकि वोल्ट अंतर बर्बाद हो जाता है।

इसके विपरीत, एक SMPS विभिन्न विद्युत विन्यासों के बीच आदर्श दोषरहित भंडारण तत्वों, जैसे प्रेरक और संधारित्र को स्विच करके निर्गत वोल्टेज और विद्युत प्रवाह को बदलता है। आदर्श स्विचन तत्व (उनके सक्रिय प्रणाली के बाहर संचालित प्रतिरोधान्तरित्र द्वारा अनुमानित) चालू होने पर कोई प्रतिरोध नहीं होता है और बंद होने पर कोई विद्युत प्रवाह नहीं होता है, और इसलिए आदर्श घटकों के साथ परिवर्तक 100% दक्षता के साथ काम करेंगे (यानी, सभी निविष्ट शक्ति भार को वितरित की जाती है; दुर्व्यसनी गर्मी के रूप में कोई शक्ति बर्बाद नहीं होती है)। वास्तव में, ये आदर्श घटक उपस्थित नहीं हैं, इसलिए एक स्विचन बिजली की आपूर्ति 100% कुशल नहीं हो सकती है, लेकिन यह अभी भी एक रैखिक नियामक की तुलना में दक्षता में एक महत्वपूर्ण सुधार है।

उदाहरण के लिए, यदि एक DC स्रोत, विप्रेरक, एक स्विच और संबंधित विद्युत भूसंपर्क को श्रृंखला में रखा जाता है और स्विच को एक वर्ग तरंग द्वारा संचालित किया जाता है, तो स्विच पर मापी गई तरंग का शिखर-से-शिखर DC स्रोत से निविष्ट वोल्टेज अधिक हो सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विप्रेरक वर्तमान में परिवर्तन का मुकाबला करने के लिए अपने स्वयं के वोल्टेज को प्रेरित करके वर्तमान में परिवर्तन का उत्तर देता है, और स्विच के खुले रहने पर यह वोल्टेज स्रोत वोल्टेज में जुड़ जाता है। यदि एक डायोड और संधारित्र संयोजन को स्विच के समानांतर रखा जाता है, तो उत्कर्ष वोल्टेज को संधारित्र में संग्रहीत किया जा सकता है, और संधारित्र को DC स्रोत के रूप में उपयोग किया जा सकता है, जो विद्युत परिपथ को चलाने वाले DC वोल्टेज से अधिक निर्गत वोल्टेज के साथ होता है। यह अभिवर्ध परिवर्तक DC सिग्नल के लिए उच्चयन परिवर्तक की तरह काम करता है। एक आधारक-अभिवर्ध परिवर्तक एक समान तरीके से काम करता है, लेकिन एक निर्गत वोल्टेज उत्पन्न करता है जो निविष्ट वोल्टेज के विपरीत ध्रुवीयता में होता है। वोल्टेज में कमी के साथ औसत निर्गत विद्युत प्रवाह को बढ़ावा देने के लिए अन्य आधारक विद्युत परिपथ उपस्थित हैं।

SMPS में, निर्गत विद्युत प्रवाह प्रवाह स्विचन तत्वों को चलाने के लिए निविष्ट ऊर्जा सिग्नल, उपयोग किए जाने वाले भंडारण तत्वों और विद्युत परिपथ सांस्थिति और उपयोग किए गए उपस्थित (जैसे, एक समायोज्य कर्तव्य चक्र के साथ स्पंद,-चौड़ाई प्रतिरुपण) पर निर्भर करता है। इन स्विचन तरंगों के वर्णक्रमीय घनत्व में ऊर्जा अपेक्षाकृत उच्च आवृत्तियों पर केंद्रित होती है। जैसे, निर्गत तरंगरूप पर प्रस्तुत किए गए स्विचन प्रतिरोधान्तरित्र और मृदु (इलेक्ट्रिकल) को एक छोटे LC निस्यंदक के साथ निस्यंदक किया जा सकता है।

लाभ और हानि
स्विचन बिजली आपूर्ति का मुख्य लाभ रैखिक नियामकों की तुलना में अधिक दक्षता ( 96% तक) है क्योंकि स्विचन प्रतिरोधान्तरित्र स्विच के रूप में कार्य करते समय थोड़ी शक्ति को नष्ट कर देता है।

अन्य लाभों में छोटे आकार, कम शोर और भारी प्रणाली-आवृति परिवर्तक के उन्मूलन से हल्का भार और तुलनीय ताप उत्पादन सम्मिलित हैं। आपातोपयोगी ऊर्जा ह्रास प्रायः परिवर्तक की तुलना में बहुत कम होता है। स्विचन ऊर्जा आपूर्ति में परिवर्तक पारंपरिक लाइन आवृति (क्षेत्र के आधार पर 50 Hz या 60 Hz) परिवर्तक से भी छोटा होता है, और इसलिए तांबे की तरह कम मात्रा में महंगे कच्चे माल की आवश्यकता होती है।

हानि में अधिक जटिलता, उच्च-आयाम, उच्च-आवृत्ति ऊर्जा का उत्पादन सम्मिलित है जो कम-पास निस्यंदक को विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) से बचने के लिए अवरूध्द करना चाहिए, स्विचन आवृत्ति पर एक तरंग वोल्टेज और इसकी सुसंगत आवृत्ति।

बहुत कम लागत वाले SMPS विद्युत स्विचन शोर को मुख्य ऊर्जा प्रणाली पर वापस जोड़ सकते हैं, जिससे A / V उपकरण जैसे समान चरण से जुड़े उपकरणों के साथ हस्तक्षेप हो सकता है। ऊर्जा-गुणन खंड-संशोधित SMPS भी सुसंगत विरूपण का कारण बनते हैं।

SMPS और रैखिक बिजली आपूर्ति तुलना
दो मुख्य प्रकार की विनियमित बिजली आपूर्ति उपलब्ध हैं: SMPS और रैखिक। निम्न तालिका सामान्य रूप से बिजली की आपूर्ति स्विचन के साथ रैखिक की तुलना करती है:

निविष्ट सुधारक चरण
यदि SMPS में AC निविष्ट है, तो पहला चरण निविष्ट को DC में बदलना है। इसे 'संशोधक' कहते हैं। DC निविष्ट वाले SMPS को इस चरण की आवश्यकता नहीं होती है। कुछ बिजली आपूर्ति (अधिकतर बिजली आपूर्ति इकाई (कंप्यूटर)) में, स्वतः या स्वचालित रूप से संचालित स्विच के अतिरिक्त परिशोधक विद्युत परिपथ को वोल्टेज द्विगुणक के रूप में समनुरूप किया जा सकता है। यह सुविधा उन ऊर्जा स्रोतों से संचालन की अनुमति देती है जो सामान्य रूप से 115 VAC या 230 VAC पर होते हैं। परिशोधक एक अनियमित DC वोल्टेज उत्पन्न करता है जिसे बाद में एक बड़े निस्यंदक संधारित्र को भेजा जाता है। इस परिशोधक विद्युत परिपथ द्वारा मुख्य आपूर्ति से खींचा गया वर्तमान AC वोल्टेज चोटियों के आसपास छोटी स्पंद में होता है। इन स्पंद में महत्वपूर्ण उच्च आवृत्ति ऊर्जा होती है जो शक्ति कारक को कम करती है। इसके लिए सही करने के लिए, कई नए SMPS एक विशेष ऊर्जा कारक संशोधन (PFC) विद्युत परिपथ का उपयोग करेंगे, जिससे निविष्ट विद्युत प्रवाह AC निविष्ट वोल्टेज के साइनसॉइडल आकार का अनुसरण करेगा, ऊर्जा कारक को सही करेगा। बिजली की आपूर्ति जो सक्रिय PFC का उपयोग करती है, सामान्यतः स्वपरासन होती है, जो निविष्ट वोल्टेज का समर्थन करती है ~100 VAC – 250 VAC, बिना निविष्ट वोल्टेज चयनकर्ता स्विच के।

AC निविष्ट के लिए अभिकल्पित किया गया एक SMPS सामान्यतः DC आपूर्ति से चलाया जा सकता है, क्योंकि DC अपरिवर्तित परिशोधक से गुजरेगा। यदि बिजली की आपूर्ति 115 VAC के लिए अभिकल्पना की गई है और इसमें कोई वोल्टेज चयनकर्ता स्विच नहीं है, तो आवश्यक DC वोल्टेज 163 VDC (115 × √2) होगा। इस प्रकार का उपयोग परिशोधक चरण के लिए हानिकारक हो सकता है, हालांकि, यह पूर्ण भार के लिए परिशोधक में केवल आधे डायोड का उपयोग करेगा। यह संभवतः इन घटकों के अत्यधिक गरम होने का परिणाम हो सकता है, जिससे वे समय से पहले विफल हो सकते हैं। दूसरी ओर, यदि बिजली की आपूर्ति में 115/230 V (कंप्यूटर ATX बिजली की आपूर्ति सामान्यतः इस श्रेणी में होती है) के लिए डेलोन विद्युत परिपथ के आधार पर वोल्टेज चयनकर्ता स्विच होता है, तो चयनकर्ता स्विच को 230 V स्थिति के अंदर रखना होगा, और आवश्यक वोल्टेज होगा 325 VDC (230 × √2)। इस प्रकार की बिजली आपूर्ति में डायोड DC विद्युत प्रवाह को ठीक से संभालेंगे क्योंकि 115 V प्रणाली, वोल्टेज द्विगुणक के संचालन के कारण जब उन्हें संचालित किया जाता है वे नाममात्र निविष्ट विद्युत प्रवाह को दोगुना करने के लिए निर्धारित किए जाते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि द्विगुणक, जब संचालन में होता है, तो पुल परिशोधक के केवल आधे हिस्से का उपयोग करता है और इसके माध्यम से दोगुना विद्युत प्रवाह चलाता है।

अंर्तवर्तक चरण

 * यह खंड आरेख में ब्लॉक चिह्नित खंडक को संदर्भित करता है।

अंर्तवर्तक चरण DC को परिवर्तित करता है, चाहे सीधे निविष्ट से या ऊपर वर्णित परिशोधक चरण से, AC को ऊर्जा दोलक के माध्यम से चलाकर, जिसका निर्गत परिवर्तक कुछ कुंडलन के साथ दसियों या सैकड़ों किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर बहुत छोटा होता है। आवृत्ति को सामान्यतः 20 kHz से ऊपर चुना जाता है, ताकि इसे मनुष्यों के लिए अश्रव्य बनाया जा सके। स्विचन को बहुचरणी (उच्च लाभ प्राप्त करने के लिए) मॉस्फेट प्रवर्धक के रूप में लागू किया गया है। मॉस्फेट कम कम प्रतिरोध और उच्च विद्युत प्रवाह-प्रबंधन क्षमता वाले प्रतिरोधान्तरित्र का एक प्रकार है।

वोल्टेज परिवर्तक और निर्गत परिशोधक
यदि निर्गत को निविष्ट से अलग करने की आवश्यकता होती है, जैसा कि सामान्यतः मुख्य बिजली आपूर्ति में होता है, उल्टे AC का उपयोग उच्च-आवृत्ति परिवर्तक की प्राथमिक कुंडलन को चलाने के लिए किया जाता है। यह वोल्टेज को उसकी द्वितीयक कुंडलन पर आवश्यक निर्गत स्तर तक ऊपर या नीचे परिवर्तित करता है। ब्लॉक आरेख में निर्गत परिवर्तक इस उद्देश्य को पूरा करता है।

यदि DC निर्गत की आवश्यकता होती है, तो परिवर्तक से AC निर्गत को सुधारा जाता है। दस वोल्ट या उससे अधिक के निर्गत वोल्टेज के लिए, साधारण सिलिकॉन डायोड का सामान्यतः उपयोग किया जाता है। कम वोल्टेज के लिए, स्कॉटकी डायोड सामान्यतः परिशोधक तत्वों के रूप में उपयोग किए जाते हैं; उनके पास सिलिकॉन डायोड (उच्च आवृत्तियों पर कम-हानि संचालन की अनुमति) और संचालन करते समय कम वोल्टेज पात की तुलना में तेजी से प्रत्युद्धरण के समय के लाभ हैं। इससे भी कम निर्गत वोल्टेज के लिए, मॉस्फेटs को सिंक्रोनस सुधार के रूप में प्रयोग किया जा सकता है; शोट्की डायोड की तुलना में, इनमें कम निर्देशन स्तिथि वोल्टेज पात होते हैं।

सुधारित निर्गत को तब एक निस्यंदक द्वारा समकृत किया जाता है जिसमें प्रेरक और संधारित्र होते हैं। उच्च स्विचन आवृत्तियों के लिए, कम समाई और अधिष्ठापन वाले घटकों की आवश्यकता होती है।

सरल, गैर-पृथक बिजली आपूर्ति में परिवर्तक के स्थान पर एक विप्रेरक होता है। इस प्रकार में अभिवर्ध परिवर्तक, आधारक परिवर्तक और आधारक-अभिवर्ध परिवर्तक्स सम्मिलित हैं। ये एकल निविष्ट, एकल निर्गत परिवर्तक के सबसे सरल वर्ग से संबंधित हैं जो एक विप्रेरक और एक सक्रिय स्विच का उपयोग करते हैं। आधारक परिवर्तक कुल स्विचन अवधि के प्रवाहकीय समय के अनुपात के प्रत्यक्ष अनुपात में निविष्ट वोल्टेज को कम करता है, जिसे कर्तव्य चक्र कहा जाता है। उदाहरण के लिए, 50% कर्तव्य चक्र पर 10 V निविष्ट के साथ एक आदर्श आधारक परिवर्तक 5 V का औसत निर्गत वोल्टेज उत्पन्न करेगा। एक अभिवर्ध परिवर्तक का निर्गत वोल्टेज हमेशा निविष्ट वोल्टेज से अधिक होता है और आधारक-अभिवर्ध निर्गत वोल्टेज उलटा होता है लेकिन इसके निविष्ट वोल्टेज के परिमाण से अधिक, बराबर या उससे कम हो सकता है। परिवर्तक के इस वर्ग में कई विविधताएं और विस्तारण हैं लेकिन ये तीनों लगभग सभी पृथक और गैर-पृथक DC से DC परिवर्तक का आधार हैं। Cuk और सेपिक परिवर्तक परिवर्तक को एक दूसरे विप्रेरक जोड़कर लागू किया जा सकता है, या, अतिरिक्त सक्रिय स्विच जोड़कर, विभिन्न ब्रिज परिवर्तक को अनुभव किया जा सकता है।

अन्य प्रकार के SMPS सूचक और परिवर्तक के स्थान पर संधारित्र-डायोड वोल्टेज गुणक का उपयोग करते हैं। ये अधिकतर कम धाराओं (कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनित्र) पर उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। कम वोल्टेज भिन्नरूप को आवेश पंप कहा जाता है।

विनियमन
एक प्रतिपुष्टि विद्युत परिपथ निर्गत वोल्टेज पर अनुवीक्षण करता है और इसकी तुलना संदर्भ वोल्टेज से करता है। अभिकल्पना और सुरक्षा आवश्यकताओं के आधार पर, नियंत्रक में DC निर्गत से अलग करने के लिए एक अलगाव तंत्र (जैसे ऑप्टो-युग्मक) हो सकता है। कंप्यूटर, टीवी और VCR में स्विचन आपूर्ति में ये ऑप्टो-युग्मक होते हैं जो निर्गत वोल्टेज को कसकर नियंत्रित करते हैं।

विवृत पाश नियामक में प्रतिपुष्टि विद्युत परिपथ नहीं होता है। इसके स्थान पर, वे परिवर्तक या विप्रेरक के निविष्ट को निरंतर वोल्टेज देने पर भरोसा करते हैं, और मानते हैं कि निर्गत सही होगा। विनियमित अभिकल्पना परिवर्तक या कुंडली के विद्युत प्रतिबाधा के लिए क्षतिपूर्ति करते हैं। मोनोपोलर अभिकल्पना कोर के चुंबकीय हिस्टैरिसीस की भरपाई भी करते हैं।

प्रतिपुष्टि विद्युत परिपथ को बिजली उत्पन्न करने से पहले चलाने के लिए बिजली की आवश्यकता होती है, इसलिए उद्यत के लिए एक अतिरिक्त ग़ैर-स्विचन ऊर्जा-आपूर्ति जोड़ा जाता है।

परिवर्तक अभिकल्पना
कोई भी स्विच्ड-प्रणाली बिजली की आपूर्ति जो AC ऊर्जा प्रणाली से अपनी शक्ति प्राप्त करती है (जिसे ऑफ लाइन नियामक कहा जाता है। ऑफ-लाइन परिवर्तक बिजली उत्पन्न करने वाली अलगाव के लिए एक परिवर्तक की आवश्यकता है। कुछ DC-से-DC परिवर्तक में एक परिवर्तक भी सम्मिलित हो सकता है, हालांकि इन स्तिथियों में अलगाव महत्वपूर्ण नहीं हो सकता है। SMPS परिवर्तक उच्च आवृत्ति पर चलते हैं। ऑफ-लाइन बिजली आपूर्ति में अधिकांश लागत बचत (और स्थान की बचत) पूर्व में उपयोग किए जाने वाले 50/60 हर्ट्ज परिवर्तक की तुलना में उच्च आवृत्ति परिवर्तक के छोटे आकार के परिणामस्वरूप होती है। अतिरिक्त अभिकल्पना दुविधा हैं।

परिवर्तक का अवसानक वोल्टेज अंतर्भाग क्षेत्र, चुंबकीय प्रवाह और आवृत्ति के उत्पाद के समानुपाती होता है। बहुत अधिक आवृत्ति का उपयोग करके, अंतर्भाग क्षेत्र (और इसलिए अंतर्भाग का द्रव्यमान) बहुत कम किया जा सकता है। हालांकि, उच्च आवृत्तियों पर मुख्य हानि बढ़ता है। अंतर्भाग सामान्यतः फेराइट (चुंबक) सामग्री का उपयोग करते हैं, जिसमें उच्च आवृत्तियों और उच्च प्रवाह घनत्व का उपयोग कम होता है। निम्न-आवृत्ति (<400 Hz) परिवर्तक के परतदार आयरन अंतर्भाग कुछ किलोहर्ट्ज़ की स्विचन आवृति पर अस्वीकार्य रूप से हानिकारक होंगे। इसके अलावा, उच्च आवृत्तियों पर स्विचन अर्धचालक के संक्रमण के दौरान अधिक ऊर्जा खो जाती है। इसके अलावा, मुद्रित विद्युत परिपथ बोर्ड के भौतिक अभिन्यास पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है क्योंकि परजीवी तत्व (विद्युत संजाल) अधिक महत्वपूर्ण हो जाते हैं, और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप की मात्रा अधिक स्पष्ट होगी।

तांबे की हानि
कम आवृत्तियों पर (जैसे कि 50 या 60 हर्ट्ज की रेखा आवृत्ति), अभिकल्पनार सामान्यतः त्वचा के प्रभाव को अनदेखा कर सकते हैं। इन आवृत्तियों के लिए, त्वचा प्रभाव केवल तभी महत्वपूर्ण होता है जब व्यास में 0.3 इंच (7.6 मिमी) से अधिक होते हैं।

स्विचन बिजली की आपूर्ति को त्वचा के प्रभाव पर अधिक ध्यान देना चाहिए क्योंकि यह बिजली के हानि का एक स्रोत है। 500 kHz पर, तांबे में त्वचा की गहराई लगभग होती है 0.003 in - बिजली की आपूर्ति में उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट तारों से छोटा आयाम। निदेशक का प्रभावी प्रतिरोध बढ़ जाता है, क्योंकि विद्युत प्रवाह निदेशक की सतह के पास केंद्रित होता है और आंतरिक भाग कम आवृत्तियों की तुलना में कम विद्युत प्रवाह वहन करता है।

उच्च गति स्पंद-विस्तार प्रतिरुपण (PWM) स्विचन तरंगरूप में उपस्थित सुसंगत्स द्वारा त्वचा के प्रभाव को बढ़ाया जाता है। उपयुक्त त्वचा की गहराई न केवल मूलभूत गहराई है, बल्कि सुसंगत्स पर भी त्वचा की गहराई है।

त्वचा के प्रभाव के अलावा, एक निकटता प्रभाव (विद्युत चुंबकत्व) भी होता है, जो शक्ति हानि का एक अन्य स्रोत है।

ऊर्जा गुणांक
सरल असंयोजित स्विच्ड प्रणाली बिजली की आपूर्ति में एक बड़ी ऊर्जा भंडारण संधारित्र से जुड़ा एक साधारण पूर्ण-तरंग दिष्टकारी सम्मिलित है। इस तरह के SMPS शॉर्ट पल्स में AC लाइन से विद्युत प्रवाह खींचते हैं जब मुख्य तात्कालिक वोल्टेज इस संधारित्र के वोल्टेज से अधिक हो जाता है। AC चक्र के शेष भाग के दौरान संधारित्र विद्युत आपूर्ति को ऊर्जा प्रदान करता है।

नतीजतन, इस तरह के बुनियादी स्विच्ड प्रणाली बिजली आपूर्ति के निविष्ट विद्युत प्रवाह में उच्च सुसंगत सामग्री और अपेक्षाकृत कम ऊर्जा कारक होता है। यह उपयोगिता प्रणाली पर अतिरिक्त भार बनाता है, बिल्डिंग वायरिंग, उपयोगिता परिवर्तक और मानक AC इलेक्ट्रिक मोटर्स के ताप को बढ़ाता है, और कुछ अनुप्रयोगों जैसे आपातकालीन जनित्र प्रणाली या विमान जनित्र में स्थिरता की समस्या उत्पन्न कर सकता है। निस्यंदक द्वारा सुसंगत को हटाया जा सकता है, लेकिन निस्यंदक महंगे हैं। रैखिक आगमनात्मक या धारिता भार द्वारा निर्मित विस्थापन शक्ति कारक के विपरीत, इस विकृति को एकल रैखिक घटक के अतिरिक्त ठीक नहीं किया जा सकता है। संक्षिप्त वर्तमान दालों के प्रभाव का प्रतिकार करने के लिए अतिरिक्त विद्युत परिपथ की आवश्यकता होती है। ऑफ-लाइन परिशोधक (संचयन संधारित्र को आवेशित करने के लिए) के बाद विद्युत प्रवाह नियंत्रित अभिवर्ध खंडक प्रक्रम लगाने से ऊर्जा गुणनखण्ड सही हो सकता है, लेकिन जटिलता और लागत बढ़ जाती है।

2001 में, यूरोपीय संघ ने 75 W से ऊपर के उपकरणों के लिए 40वें सुसंगत तक AC निविष्ट के सुसंगत्स पर सीमा निर्धारित करने के लिए मानक IEC 61000-3-2 को लागू किया। मानक इसके प्रकार के आधार पर उपकरणों के चार वर्गों को परिभाषित करता है। और वर्तमान तरंग। व्यक्तिगत कंप्यूटर, कंप्यूटर मॉनीटर और टीवी रिसीवर के लिए सबसे कठोर सीमाएँ (वर्ग D) स्थापित की गई हैं। इन आवश्यकताओं का अनुपालन करने के लिए, आधुनिक स्विच्ड-प्रणाली बिजली आपूर्ति में सामान्य रूप से एक अतिरिक्त ऊर्जा गुणनखण्ड करेक्शन (PFC) चरण सम्मिलित होता है।

प्रकार
स्विच्ड-प्रणाली बिजली आपूर्ति को विद्युत परिपथ सांस्थिति के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। पृथक परिवर्तक और गैर-पृथक परिवर्तक के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर है।

गैर-पृथक सांस्थिति
ऊर्जा भंडारण के लिए एकल विप्रेरक का उपयोग करने वाले तीन बुनियादी प्रकारों के साथ गैर-पृथक परिवर्तक सरलतम हैं। वोल्टेज सन्दर्भ पंक्ति में, D परिवर्तक का कर्तव्य चक्र है, और 0 से 1 तक भिन्न हो सकता है। निविष्ट वोल्टेज (V1) शून्य से अधिक माना जाता है; यदि यह ऋणात्मक है, तो संगति के लिए, निर्गत वोल्टेज (V2) का खंडन।

जब उपकरण मानव-सुलभ हो, तो ≤ 30 V (R.M.S.) AC या ≤ 42.4 V उत्कर्ष या ≤ 60 V DC की वोल्टेज सीमा और 250 VA की बिजली सीमा सुरक्षा प्रमाणन के लिए लागू होती है (UL, CSA, VDE अनुमोदन)।

आधारक, बढ़ावा और आधारक-अभिवर्ध सांस्थिति सभी दृढ़ता से संबंधित हैं। निविष्ट, निर्गत और भूसंपर्क एक साथ एक बिंदु पर आते हैं। तीन में से एक रास्ते में एक प्रेरक से पारित होता है, जबकि अन्य दो स्विच से पारित होते हैं। दो स्विचों में से एक सक्रिय होना चाहिए (उदाहरण के लिए, एक प्रतिरोधान्तरित्र), जबकि दूसरा डायोड हो सकता है। कभी-कभी, केवल संयोजन को पुनः वर्गीकरण करके सांस्थिति को बदला जा सकता है। एक 12 V निविष्ट, 5 V निर्गत आधारक परिवर्तक को 7 V निविष्ट में बदला जा सकता है, निर्गत को भूसंपर्क करके और भूसंपर्क पिन से निर्गत लेकर -5 V निर्गत आधारक–अभिवर्ध।

इसी तरह, सेपिक और ज़ेटा परिवर्तक, दोनों Cuk परिवर्तक की छोटी पुनर्व्यवस्था हैं।

तटस्थ बिंदु संघर (NPC) सांस्थिति का उपयोग बिजली की आपूर्ति और सक्रिय निस्यंदक में किया जाता है और पूर्णता के लिए यहां इसका उल्लेख किया गया है।

स्विचर कम कुशल हो जाते हैं क्योंकि कर्तव्य चक्र बेहद छोटा हो जाता है। बड़े वोल्टेज परिवर्तनों के लिए, एक परिवर्तक (पृथक) सांस्थिति बेहतर हो सकती है।

पृथक सांस्थिति
सभी पृथक सांस्थिति में एक परिवर्तक सम्मिलित होता है, और इस प्रकार घुमाव अनुपात को समायोजित करके निविष्ट की तुलना में उच्च या निम्न वोल्टेज का निर्गत उत्पन्न कर सकता है। कुछ सांस्थिति के लिए, कई निर्गत वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए परिवर्तक पर कई कुंडलन लगाई जा सकती हैं। कुछ परिवर्तक ऊर्जा भंडारण के लिए परिवर्तक का उपयोग करते हैं, जबकि अन्य एक अलग विप्रेरक का उपयोग करते हैं।

* प्रतिधाव परिवर्तक लघुगणकीय नियंत्रण पाशन व्यवहार अन्य प्रकारों की तुलना में नियंत्रित करना कठिन हो सकता है। खंडक नियंत्रक: निर्गत वोल्टेज को निविष्ट से जोड़ा जाता है, इस प्रकार बहुत कसकर नियंत्रित किया जाता है
 * अग्रप्रेषित परिवर्तक के कई भिन्नरूप होते हैं, जो इस बात में भिन्न होते हैं कि परिवर्तक को हर चक्र में शून्य चुंबकीय प्रवाह पर कैसे पुनः समायोजन किया जाता है।

अर्ध-प्रतिध्वनि शून्य-वर्तमान/शून्य-वोल्टेज स्विच
अर्ध-अनुनाद शून्य-वर्तमान/शून्य-वोल्टेज स्विच (ZCS/ZVS) में प्रत्येक स्विच चक्र परिवर्तक निर्गत को ऊर्जा का एक मात्राबद्ध 'वेष्टक' प्रदान करता है, और स्विच चालू और बंद होता है शून्य वर्तमान और वोल्टेज पर होता है, जिसके परिणामस्वरूप अनिवार्य रूप से दोषरहित स्विच होता है। क्वासी-रेजोनेंट स्विचन, जिसे वैली स्विचन के रूप में भी जाना जाता है, विद्युत आपूर्ति में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को दो तरीकों से कम करता है:
 * 1) EMI का कारण बनने वाले कड़ा स्विचन प्रभाव को कम करने के लिए द्विध्रुवी स्विच को स्विच करके जब वोल्टेज न्यूनतम (उपत्यका में) हो।
 * 2) उपत्यका का पता चलने पर स्विच करने से, एक निश्चित आवृत्ति के स्थान पर, एक प्राकृतिक आवृत्ति घबराहट होती है जो RF उत्सर्जन वर्णक्रम को फैलाती है और समग्र EMI को कम करती है।

दक्षता और EMI
उच्च निविष्ट वोल्टेज और तुल्यकालिक सुधार प्रणाली रूपांतरण प्रक्रिया को और अधिक कुशल बनाता है। नियंत्रक की बिजली खपत को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए। उच्च स्विचन आवृत्ति घटक आकार को कम करने की अनुमति देती है, लेकिन अधिक विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप उत्पन्न कर सकती है। एक गुंजयमान आगे परिवर्तक किसी भी SMPS दृष्टिकोण के सबसे कम विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप का उत्पादन करता है क्योंकि यह पारंपरिक कड़ा स्विचन की तुलना में सघोष-स्विचन अनुनाद तरंग का उपयोग करता है।

विफलता प्रणाली
स्विचन घटकों, विद्युत परिपथ परिषद् आदि में विफलता के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स लेख के विफलता प्रणाली को पढ़ें।

बिजली की आपूर्ति जो संधारित्र प्लेग से पीड़ित संधारित्र का उपयोग करती है, समय से पहले विफलता का अनुभव कर सकती है जब धारिता मूल मूल्य के 4% तक गिर जाता है। यह सामान्यतः स्विचन अर्धचालक को प्रवाहकीय तरीके से विफल करने का कारण बनता है। यह आनुषंगिक भार को पूर्ण निविष्ट वोल्ट और विद्युत प्रवाह से उजागर कर सकता है, और निर्गत में जंगली दोलनों को तीव्र कर सकता है।

स्विचन प्रतिरोधान्तरित्र की विफलता सामान्य है। बड़े स्विचन वोल्टेज के कारण इस प्रतिरोधान्तरित्र को संभालना चाहिए (लगभग 325 V के लिए 230 VAC साधन आपूर्ति), ये प्रतिरोधान्तरित्र प्रायः लघु बाहर हो जाते हैं, बदले में तुरंत मुख्य आंतरिक बिजली फ्यूज प्रक्षोभन करते हैं।

सावधानियां
मुख्य निस्यंदक संधारित्र प्रायः 325 volts तक संग्रह करेगा लंबे समय के बाद निविष्ट ऊर्जा काट दिया गया है। सभी बिजली आपूर्ति में एक छोटा स्रावी अवरोधक नहीं होता है जो संधारित्र को धीरे-धीरे निर्वहन करता है। इस संधारित्र के संपर्क में आने से गंभीर बिजली का झटका लग सकता है।

विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को कम करने और परिवर्तक विद्युत परिपथ में विभिन्न धारिता युग्मक के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए प्राथमिक और द्वितीयक पक्षों को एक संधारित्र से जोड़ा जा सकता है, जहां परिवर्तक एक है। इससे कुछ स्तिथियों में बिजली का झटका लग सकता है। एक कलीय इलेक्ट्रिक ऊर्जा या भूसंपर्क और तटस्थ से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है। IEC 60950 के अनुसार किसी भी सुलभ भाग 2 kΩ को रोकने वाला होना चाहिए, IT उपकरण के लिए 250 μA से कम होना चाहिए।

अनुप्रयोग
व्यक्तिगत कंप्यूटर जैसे घरेलू उत्पादों में स्विच्ड-प्रणाली बिजली आपूर्ति इकाइयों (PSU) में प्रायः सार्वभौमिक निविष्ट होते हैं, जिसका भूसंपर्क है कि वे दुनिया भर में मुख्य बिजली से बिजली स्वीकार कर सकते हैं, हालांकि स्वतः वोल्टेज सीमा स्विच की आवश्यकता हो सकती है। स्विच-प्रणाली बिजली की आपूर्ति उपयोगिता आवृत्ति और वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला को सहन कर सकती है।

उनके उच्च मात्रा के कारण बैटरी चार्जर हमेशा विशेष रूप से लागत के प्रति संवेदनशील रहे हैं। पहले चार्जर रैखिक बिजली की आपूर्ति थे, लेकिन दक्षता के नए स्तरों की आवश्यकता होने पर वे जल्दी से लागत प्रभावी गुंजायमान अवस्र्द्ध परिवर्तक (RCC) SMPS सांस्थिति में चले गए। हाल ही में, अनुप्रयोग में और भी कम भार रहित ऊर्जा आवश्यकताओं की मांग का भूसंपर्क है कि प्रतिधाव सांस्थिति का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है; प्राथमिक पार्श्व संवेदन प्रतिधाव नियंत्रण ऑप्टो-पृथक्कारक जैसे माध्यमिक पार्श्व संवेदन घटक को हटाकर सामग्री का बिल (BOM) में कटौती करने में भी मदद कर रहे हैं।

DC से DC रूपांतरण के लिए भी स्विच्ड-प्रणाली बिजली आपूर्ति का उपयोग किया जाता है। भारी वाहनों में जो नाममात्र 24 VDC क्रैंकिंग आपूर्ति का उपयोग करते हैं, DC/DC स्विच-प्रणाली आपूर्ति के माध्यम से सहायक उपकरण के लिए 12 V प्रस्तुत किया जा सकता है। 12 V स्थिति (आधे सेल का उपयोग करके) पर बैटरी को निकासन करने पर इसका लाभ यह है कि पूरे 12 V भार को 24 V बैटरी के सभी सेल के बीच समान रूप से विभाजित किया जाता है। दूरसंचार रैक जैसी औद्योगिक समंजन में, समष्टि ऊर्जा को कम DC वोल्टेज (जैसे बैटरी पूर्तिकर प्रणाली से) पर वितरित किया जा सकता है और व्यक्तिगत उपकरण वस्तु में आवश्यक वोल्टेज की आपूर्ति के लिए DC/DC स्विच-प्रणाली परिवर्तक् होंगे।

स्विच्ड-प्रणाली बिजली आपूर्ति के लिए एक सामान्य उपयोग प्रकाश व्यवस्था के लिए एक अतिरिक्त-निम्न-वोल्टेज स्रोत है। इस अनुप्रयोग के लिए, उन्हें प्रायः इलेक्ट्रॉनिक परिवर्तक कहा जाता है।



शब्दावली
शब्द स्विच प्रणाली का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था जब तक कि मोटोरोला ने स्विचन-प्रणाली बिजली आपूर्ति बाजार के उद्देश्य से उत्पादों के ट्रेडमार्क स्विचमोड के स्वामित्व का दावा नहीं किया और अपने ट्रेडमार्क को लागू करना प्रारम्भ कर दिया। स्विचन-प्रणाली ऊर्जा आपूर्ति, स्विचन ऊर्जा आपूर्ति और स्विचन नियामक इस प्रकार की ऊर्जा आपूर्ति को संदर्भित करते हैं।

यह भी देखें

 * ऑटोपरिवर्तक
 * अभिवर्ध परिवर्तक
 * आधारक परिवर्तक
 * आयोजित विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप
 * DC से DC परिवर्तक
 * वर्तमान दबाव
 * जूल चोर
 * रिसाव अधिष्ठापन
 * गुंजयमान परिवर्तक
 * स्विचन प्रवर्धक
 * परिवर्तक
 * कंपायमान उपकरण (इलेक्ट्रॉनिक)

आगे की पढाई

 * Application Note giving an extensive introduction in Buck, अभिवर्ध, CUK, Inverter applications. (download as PDF from http://www.linear.com/designtools/app_notes.php)
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बाहरी कड़ियाँ

 * Switching Power Supply Topologies Poster - Texas Instruments
 * Load Power Sources for Peak Efficiency, by James Colotti, published in EDN 1979 October 5
 * Notes on the Troubleshooting and Repair of Small Switchmode Power Supplies, by Samuel M. Goldwasser as part of Sci.Electronics.Repair FAQ
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