स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति

[[File:ATX power supply interior-1000px transparent.png|thumb|250px|एटीएक्स फॉर्म फैक्टर पावर सप्लाई यूनिट (कंप्यूटर) का आंतरिक दृश्य: ए: ब्रिज रेक्टिफायर; बी: इनपुट फिल्टर कैपेसिटर; बी और सी के बीच: प्राथमिक के सक्रिय घटकों को स्विच करने के लिए हीट सिंक वोल्टेज; सी: ट्रांसफॉर्मर: सी और डी के बीच: एटीएक्स विनिर्देश के अनुसार कम से कम पांच सेकेंडरी वोल्टेज के सक्रिय घटकों को स्विच करने के लिए हीट सिंक; डी: सेकेंडरी के साथ आउटपुट फिल्टर कॉइल सबसे बड़ी शक्ति रेटिंग। निकट निकटता में, अन्य सेकेंडरी के लिए फ़िल्टर कॉइल; E: आउटपुट फ़िल्टर कैपेसिटर।

ब्रिज रेक्टिफायर के नीचे कॉइल और बड़े आयताकार पीले कैपेसिटर एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस फिल्टर बनाते हैं और मुख्य सर्किट बोर्ड का हिस्सा नहीं होते हैं।]] एक स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति (स्विचिंग-मोड बिजली की आपूर्ति, स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति, स्विचिंग बिजली की आपूर्ति, एसएमपीएस, या स्विचर) एक इलेक्ट्रॉनिक बिजली की आपूर्ति है जो एक वोल्टेज नियामक को शामिल करती है #विद्युत शक्ति रूपांतरण दक्षता के लिए नियामकों को स्विच करना।

अन्य बिजली की आपूर्ति की तरह, एक एसएमपीएस वोल्टेज और इलेक्ट्रिक वर्तमान विशेषताओं को परिवर्तित करते समय, एक डीसी या एसी स्रोत (अक्सर मुख्य बिजली, एसी एडाप्टर देखें) से डीसी लोड, जैसे कि एक पर्सनल कंप्यूटर, से बिजली स्थानांतरित करता है। एक रैखिक बिजली आपूर्ति के विपरीत, एक स्विचिंग-मोड आपूर्ति का पास ट्रांजिस्टर कम-अपव्यय, पूर्ण-चालू और पूर्ण-बंद राज्यों 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-मोड बिजली की आपूर्ति कोई शक्ति नहीं फैलाती है। वोल्टेज रेगुलेटर ऑन-टू-ऑफ टाइम (ड्यूटी साइकल के रूप में भी जाना जाता है) के अनुपात में बदलाव करके हासिल किया जाता है। इसके विपरीत, एक रेखीय बिजली आपूर्ति पास ट्रांजिस्टर में लगातार बिजली को नष्ट करके आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करती है। स्विच्ड-मोड बिजली आपूर्ति की उच्च विद्युत दक्षता एक महत्वपूर्ण लाभ है।

स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति भी एक रैखिक आपूर्ति की तुलना में काफी छोटी और हल्की हो सकती है क्योंकि ट्रांसफार्मर बहुत छोटा हो सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह एक उच्च स्विचिंग 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 ट्रांसफॉर्मर आकार के बावजूद, बिजली आपूर्ति टोपोलॉजी और विद्युत चुम्बकीय संगतता के लिए आवश्यकता | वाणिज्यिक डिजाइनों में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) दमन के परिणामस्वरूप आमतौर पर बहुत अधिक घटक गणना और संबंधित सर्किट जटिलता होती है।

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

इतिहास

 * 1836: इंडक्शन कॉइल उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए स्विच का उपयोग करते हैं।
 * 1910: चार्ल्स एफ. केटरिंग और उनकी कंपनी डेल्को इलेक्ट्रॉनिक्स | डेटन इंजीनियरिंग लेबोरेटरीज कंपनी (डेल्को) द्वारा आविष्कार किया गया एक इंडक्टिव डिस्चार्ज इग्निशन सिस्टम कैडिलैक के लिए उत्पादन में चला गया। केटरिंग इग्निशन सिस्टम फ्लाई बैक बूस्ट कन्वर्टर का यांत्रिक रूप से स्विच किया गया संस्करण है; ट्रांसफार्मर इग्निशन कॉइल है। 1960 के दशक तक सभी गैर-डीजल आंतरिक दहन इंजनों में इस इग्निशन सिस्टम के बदलावों का उपयोग किया गया था, जब इसे पहले सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक रूप से स्विच किए गए संस्करणों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाने लगा, फिर कैपेसिटिव डिस्चार्ज इग्निशन सिस्टम।
 * 1926: 23 जून को, ब्रिटिश आविष्कारक फिलिप रे कोर्सी ने अपने इलेक्ट्रिकल कंडेनसर के लिए अपने देश और संयुक्त राज्य अमेरिका में पेटेंट के लिए आवेदन किया। पेटेंट में उच्च आवृत्ति वेल्डिंग का उल्लेख है और भट्टियां, अन्य उपयोगों के बीच। ; c. 1932: इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले का उपयोग जनरेटर के वोल्टेज आउटपुट को स्थिर करने के लिए किया जाता है। वोल्टेज रेगुलेटर#इलेक्ट्रोमैकेनिकल रेगुलेटर देखें।
 * सी। 1936: कार रेडियो ने 6 V बैटरी आपूर्ति को वैक्यूम ट्यूबों के लिए उपयुक्त B+ वोल्टेज में बदलने के लिए इलेक्ट्रोमैकेनिकल वाइब्रेटर (इलेक्ट्रॉनिक) का उपयोग किया।
 * 1959: MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) का आविष्कार बेल लैब्स में मोहम्मद एम. अटाला और डॉन काहंग द्वारा किया गया। पावर MOSFET बाद में बिजली की आपूर्ति स्विच करने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला बिजली उपकरण बन गया।
 * 1959: ट्रांजिस्टर दोलन और परिवर्तक विद्युत आपूर्ति प्रणाली को सुधारना 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 इंस्ट्रूमेंटेशन लेबोरेटरी द्वारा 1960 के दशक की शुरुआत में अपोलो गाइडेंस कंप्यूटर विकसित किया गया, जिसमें शुरुआती स्विच्ड मोड बिजली आपूर्ति शामिल थी।
 * सी। 1967: फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर के बॉब विडलर ने μA723 IC वोल्टेज रेगुलेटर डिजाइन किया। इसका एक अनुप्रयोग स्विच्ड मोड रेगुलेटर के रूप में है।
 * 1970: टेक्ट्रोनिक्स ने लगभग 1970 से 1995 तक उत्पादित अपने 7000-श्रृंखला ऑसिलोस्कोप में उच्च-दक्षता विद्युत आपूर्ति का उपयोग करना शुरू किया।
 * 1970: रॉबर्ट बॉशर्ट ने सरल, कम लागत वाले सर्किट विकसित किए। 1977 तक, बॉशर्ट इंक 650 लोगों की कंपनी बन गई। विलय, अधिग्रहण और स्पिन ऑफ (कंप्यूटर उत्पाद, ज़ाइटेक, आर्टेसिन, एमर्सन इलेक्ट्रिक) की एक श्रृंखला के बाद कंपनी अब उन्नत ऊर्जा का हिस्सा है।
 * 1972: HP-35, Hewlett-Packard का पहला पॉकेट कैलकुलेटर, लाइट-एमिटिंग डायोड, क्लॉक, टाइमिंग, रीड-ओनली मेमोरी और रजिस्टरों के लिए ट्रांजिस्टर स्विचिंग पावर सप्लाई के साथ पेश किया गया।
 * 1973: ज़ेरॉक्स ज़ेरॉक्स ऑल्टो मिनीकंप्यूटर में स्विचिंग बिजली की आपूर्ति का उपयोग करता है
 * 1976: सिलिकॉन जनरल सेमीकंडक्टर्स के सह-संस्थापक रॉबर्ट माममानो ने SMPS नियंत्रण के लिए पहला एकीकृत सर्किट, मॉडल SG1524 विकसित किया। विलय और अधिग्रहण (लिनफिनिटी, सिमेट्रिकॉम, माइक्रोसेमी) की एक श्रृंखला के बाद, कंपनी अब माइक्रोचिप टेक्नोलॉजी का हिस्सा है।
 * 1977: Apple II को स्विचिंग मोड पावर सप्लाई के साथ डिजाइन किया गया। रॉड होल्ट ... ने स्विचिंग बिजली आपूर्ति का निर्माण किया जिसने हमें एक बहुत हल्का कंप्यूटर करने की अनुमति दी।
 * 1980: HP8662A 10 kHz – 1.28 GHz आवृत्ति सिंथेसाइज़र एक स्विच्ड मोड बिजली की आपूर्ति के साथ चला गया।

स्पष्टीकरण
एक विद्युत आपूर्ति (नॉन-एसएमपीएस) ओह्म के नियम में शक्ति का क्षय करके वांछित आउटपुट वोल्टेज प्रदान करने के लिए एक रैखिक नियामक का उपयोग करती है (उदाहरण के लिए, एक प्रतिरोधक में या इसके सक्रिय मोड में एक पास ट्रांजिस्टर के कलेक्टर-एमिटर क्षेत्र में)। एक रैखिक नियामक गर्मी के रूप में विद्युत शक्ति को नष्ट करके या तो आउटपुट वोल्टेज या करंट 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 एसएमपीएस विभिन्न विद्युत विन्यासों के बीच आदर्श दोषरहित भंडारण तत्वों, जैसे प्रेरक और कैपेसिटर को स्विच करके आउटपुट वोल्टेज और करंट को बदलता है। आदर्श स्विचिंग तत्व (उनके सक्रिय मोड के बाहर संचालित ट्रांजिस्टर द्वारा अनुमानित) चालू होने पर कोई प्रतिरोध नहीं होता है और बंद होने पर कोई करंट नहीं होता है, और इसलिए आदर्श घटकों के साथ कन्वर्टर्स 100% दक्षता के साथ काम करेंगे (यानी, सभी इनपुट शक्ति लोड को वितरित की जाती है; छितरी हुई गर्मी के रूप में कोई शक्ति बर्बाद नहीं होती है)। वास्तव में, ये आदर्श घटक मौजूद नहीं हैं, इसलिए एक स्विचिंग 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 डीसी स्रोत, एक प्रारंभ करनेवाला, एक स्विच और संबंधित विद्युत जमीन 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 वोल्टेज अधिक हो सकता है डीसी स्रोत से इनपुट वोल्टेज। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रारंभ करनेवाला वर्तमान में परिवर्तन का मुकाबला करने के लिए अपने स्वयं के वोल्टेज को प्रेरित करके वर्तमान में परिवर्तन का जवाब देता है, और स्विच के खुले रहने पर यह वोल्टेज स्रोत वोल्टेज में जुड़ जाता है। यदि एक डायोड और कैपेसिटर संयोजन को स्विच के समानांतर रखा जाता है, तो पीक वोल्टेज को कैपेसिटर में संग्रहीत किया जा सकता है, और कैपेसिटर को डीसी स्रोत के रूप में उपयोग किया जा सकता है, जो सर्किट को चलाने वाले डीसी वोल्टेज से अधिक आउटपुट वोल्टेज के साथ होता है। यह बूस्ट कन्वर्टर DC सिग्नल के लिए ट्रांसफॉर्मर|स्टेप-अप ट्रांसफॉर्मर की तरह काम करता है। एक हिरन-बूस्ट कनवर्टर एक समान तरीके से काम करता है, लेकिन एक आउटपुट वोल्टेज पैदा करता है जो इनपुट वोल्टेज के विपरीत ध्रुवीयता में होता है। वोल्टेज में कमी के साथ औसत आउटपुट करंट को बढ़ावा देने के लिए अन्य हिरन सर्किट मौजूद हैं।

एसएमपीएस में, आउटपुट करंट प्रवाह स्विचिंग तत्वों को चलाने के लिए इनपुट पावर सिग्नल, उपयोग किए जाने वाले भंडारण तत्वों और सर्किट टोपोलॉजी और उपयोग किए गए पैटर्न (जैसे, एक समायोज्य कर्तव्य चक्र के साथ पल्स-चौड़ाई मॉडुलन) पर निर्भर करता है। इन स्विचिंग तरंगों के वर्णक्रमीय घनत्व में ऊर्जा अपेक्षाकृत उच्च आवृत्तियों पर केंद्रित होती है। जैसे, आउटपुट वेवफॉर्म पर पेश किए गए स्विचिंग ट्रांजिस्टर और रिपल (इलेक्ट्रिकल) को एक छोटे एलसी फिल्टर के साथ फ़िल्टर किया जा सकता है।

फायदे और नुकसान
स्विचिंग बिजली आपूर्ति का मुख्य लाभ रैखिक नियामकों की तुलना में अधिक दक्षता (80 प्लस | 96% तक) है क्योंकि स्विचिंग ट्रांजिस्टर स्विच के रूप में कार्य करते समय थोड़ी शक्ति को नष्ट कर देता है।

अन्य फायदों में छोटे आकार, कम शोर और भारी लाइन-फ्रीक्वेंसी ट्रांसफॉर्मर के उन्मूलन से हल्का वजन और तुलनीय ताप उत्पादन शामिल हैं। स्टैंडबाय पावर लॉस अक्सर ट्रांसफॉर्मर की तुलना में बहुत कम होता है। स्विचिंग पावर सप्लाई में ट्रांसफॉर्मर पारंपरिक लाइन फ्रीक्वेंसी (क्षेत्र के आधार पर 50 Hz या 60 Hz) ट्रांसफॉर्मर से भी छोटा होता है, और इसलिए तांबे की तरह कम मात्रा में महंगे कच्चे माल की आवश्यकता होती है।

नुकसान में अधिक जटिलता, उच्च-आयाम, उच्च-आवृत्ति ऊर्जा का उत्पादन शामिल है जो कम-पास फिल्टर को विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) से बचने के लिए ब्लॉक करना चाहिए, स्विचिंग आवृत्ति पर एक तरंग वोल्टेज और इसकी हार्मोनिक आवृत्ति।

बहुत कम लागत वाले एसएमपीएस विद्युत स्विचिंग शोर को मुख्य पावर लाइन पर वापस जोड़ सकते हैं, जिससे ए / वी उपकरण जैसे समान चरण से जुड़े उपकरणों के साथ हस्तक्षेप हो सकता है। नॉन-पावर फैक्टर करेक्शन | पावर-फैक्टर-करेक्टेड एसएमपीएस भी हार्मोनिक विरूपण का कारण बनते हैं।

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

इनपुट सुधारक चरण
यदि SMPS में AC इनपुट है, तो पहला चरण इनपुट को DC में बदलना है। इसे 'संशोधक' कहते हैं। डीसी इनपुट वाले एसएमपीएस को इस चरण की आवश्यकता नहीं होती है। कुछ बिजली आपूर्ति (ज्यादातर बिजली आपूर्ति इकाई (कंप्यूटर)) में, मैन्युअल या स्वचालित रूप से संचालित स्विच के अतिरिक्त रेक्टीफायर सर्किट को वोल्टेज डबललर के रूप में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। यह सुविधा उन पावर स्रोतों से संचालन की अनुमति देती है जो सामान्य रूप से 115 VAC या 230 VAC पर होते हैं। रेक्टीफायर एक अनियमित डीसी वोल्टेज उत्पन्न करता है जिसे बाद में एक बड़े फिल्टर कैपेसिटर को भेजा जाता है। इस रेक्टीफायर सर्किट द्वारा मुख्य आपूर्ति से खींचा गया वर्तमान एसी वोल्टेज चोटियों के आसपास छोटी दालों में होता है। इन दालों 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 पावर फैक्टर करेक्शन (PFC) सर्किट का उपयोग करेंगे, जिससे इनपुट करंट एसी इनपुट वोल्टेज के साइनसॉइडल आकार का अनुसरण करेगा, पावर फैक्टर को सही करेगा। बिजली की आपूर्ति जो सक्रिय पीएफसी का उपयोग करती है, आमतौर पर ऑटो-रेंजिंग होती है, जो इनपुट वोल्टेज का समर्थन करती है ~100 VAC – 250 VAC, बिना इनपुट वोल्टेज चयनकर्ता स्विच के।

एसी इनपुट के लिए डिज़ाइन किया गया एक एसएमपीएस आमतौर पर डीसी आपूर्ति से चलाया जा सकता है, क्योंकि डीसी अपरिवर्तित रेक्टिफायर से गुजरेगा। अगर बिजली की आपूर्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है 115 VAC और कोई वोल्टेज चयनकर्ता स्विच नहीं है, आवश्यक डीसी वोल्टेज होगा 163 VDC (115 × √2)। इस प्रकार का उपयोग रेक्टीफायर चरण के लिए हानिकारक हो सकता है, हालांकि, यह पूर्ण लोड के लिए रेक्टीफायर 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, अगर बिजली की आपूर्ति में 115/230 वी (कंप्यूटर एटीएक्स बिजली की आपूर्ति आमतौर पर इस श्रेणी में होती है) के लिए डेलोन सर्किट के आधार पर वोल्टेज चयनकर्ता स्विच होता है, तो चयनकर्ता स्विच को अंदर रखना होगा 230 V स्थिति, और आवश्यक वोल्टेज होगा 325 VDC (230 × √2)। इस प्रकार की बिजली आपूर्ति में डायोड डीसी करंट को ठीक से संभालेंगे क्योंकि वे नाममात्र इनपुट करंट को दोगुना करने के लिए रेट किए जाते हैं जब उन्हें संचालित किया जाता है। 115 V मोड, वोल्टेज डबलर के संचालन के कारण। ऐसा इसलिए है क्योंकि डबलर, जब ऑपरेशन में होता है, तो ब्रिज रेक्टिफायर के केवल आधे हिस्से का उपयोग करता है और इसके माध्यम से दोगुना करंट चलाता है।

इन्वर्टर चरण

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

इन्वर्टर चरण डीसी को परिवर्तित करता है, चाहे सीधे इनपुट से या ऊपर वर्णित रेक्टीफायर चरण से, एसी को पावर ऑसीलेटर के माध्यम से चलाकर, जिसका आउटपुट ट्रांसफॉर्मर कुछ वाइंडिंग के साथ दसियों या सैकड़ों किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर बहुत छोटा होता है। आवृत्ति को आमतौर पर 20 kHz से ऊपर चुना जाता है, ताकि इसे मनुष्यों के लिए अश्रव्य बनाया जा सके। स्विचिंग को मल्टीस्टेज (उच्च लाभ प्राप्त करने के लिए) MOSFET एम्पलीफायर के रूप में लागू किया गया है। MOSFETs कम ऑन-इलेक्ट्रिक प्रतिरोध और उच्च करंट-हैंडलिंग क्षमता वाले ट्रांजिस्टर का एक प्रकार है।

वोल्टेज कनवर्टर और आउटपुट सही करनेवाला
यदि आउटपुट को इनपुट से अलग करने की आवश्यकता होती है, जैसा कि आमतौर पर मुख्य बिजली आपूर्ति में होता है, उल्टे एसी का उपयोग उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग को चलाने के लिए किया जाता है। यह वोल्टेज को उसकी द्वितीयक वाइंडिंग पर आवश्यक आउटपुट स्तर तक ऊपर या नीचे परिवर्तित करता है। ब्लॉक आरेख में आउटपुट ट्रांसफार्मर इस उद्देश्य को पूरा करता है।

यदि डीसी आउटपुट की आवश्यकता होती है, तो ट्रांसफार्मर से एसी आउटपुट को सुधारा जाता है। दस वोल्ट या उससे अधिक के आउटपुट वोल्टेज के लिए, साधारण सिलिकॉन डायोड का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। कम वोल्टेज के लिए, स्कॉटकी डायोड आमतौर पर रेक्टीफायर तत्वों के रूप में उपयोग किए जाते हैं; उनके पास सिलिकॉन डायोड (उच्च आवृत्तियों पर कम-नुकसान संचालन की अनुमति) और संचालन करते समय कम वोल्टेज ड्रॉप की तुलना में तेजी से वसूली के समय के फायदे हैं। इससे भी कम आउटपुट वोल्टेज के लिए, MOSFETs को सिंक्रोनस सुधार के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है; Schottky डायोड की तुलना में, इनमें कम कंडक्टिंग स्टेट वोल्टेज ड्रॉप्स होते हैं।

सुधारित आउटपुट को तब एक फिल्टर द्वारा चिकना किया जाता है जिसमें इंडक्टर्स और कैपेसिटर होते हैं। उच्च स्विचिंग आवृत्तियों के लिए, कम समाई और अधिष्ठापन वाले घटकों की आवश्यकता होती है।

सरल, गैर-पृथक बिजली आपूर्ति में ट्रांसफार्मर के बजाय एक प्रारंभ करनेवाला होता है। इस प्रकार में बूस्ट कन्वर्टर्स, बक कन्वर्टर्स और बक-बूस्ट कन्वर्टर्स शामिल हैं। ये एकल इनपुट, एकल आउटपुट कन्वर्टर्स के सबसे सरल वर्ग से संबंधित हैं जो एक प्रारंभ करनेवाला और एक सक्रिय स्विच का उपयोग करते हैं। हिरन कनवर्टर कुल स्विचिंग अवधि के प्रवाहकीय समय के अनुपात के प्रत्यक्ष अनुपात में इनपुट वोल्टेज को कम करता है, जिसे कर्तव्य चक्र कहा जाता है। उदाहरण के लिए, 50% कर्तव्य चक्र पर 10 वी इनपुट के साथ एक आदर्श हिरन कनवर्टर 5 वी का औसत आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करेगा। इनपुट वोल्टेज। एक बूस्ट कन्वर्टर का आउटपुट वोल्टेज हमेशा इनपुट वोल्टेज से अधिक होता है और बक-बूस्ट आउटपुट वोल्टेज उलटा होता है लेकिन इसके इनपुट वोल्टेज के परिमाण से अधिक, बराबर या उससे कम हो सकता है। कन्वर्टर्स के इस वर्ग में कई विविधताएं और एक्सटेंशन हैं लेकिन ये तीनों लगभग सभी पृथक और गैर-पृथक डीसी से डीसी कन्वर्टर्स का आधार हैं। Cuk और SEPIC कनवर्टर कन्वर्टर्स को एक दूसरे प्रारंभ करनेवाला जोड़कर लागू किया जा सकता है, या, अतिरिक्त सक्रिय स्विच जोड़कर, विभिन्न ब्रिज कन्वर्टर्स को महसूस किया जा सकता है।

अन्य प्रकार के एसएमपीएस इंडिकेटर्स और ट्रांसफॉर्मर के बजाय कैपेसिटर-डायोड वोल्टेज गुणक का उपयोग करते हैं। ये ज्यादातर कम धाराओं (कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर) पर उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। लो वोल्टेज वेरिएंट को चार्ज पंप कहा जाता है।

विनियमन
एक फीडबैक सर्किट आउटपुट वोल्टेज पर नज़र रखता है और इसकी तुलना संदर्भ वोल्टेज से करता है। डिजाइन और सुरक्षा आवश्यकताओं के आधार पर, नियंत्रक में डीसी आउटपुट से अलग करने के लिए एक अलगाव तंत्र (जैसे ऑप्टो-आइसोलेटर | ऑप्टो-कपलर) हो सकता है। कंप्यूटर, टीवी और वीसीआर में स्विचिंग आपूर्ति में ये ऑप्टो-कप्लर्स होते हैं जो आउटपुट वोल्टेज को कसकर नियंत्रित करते हैं।

ओपन-लूप रेगुलेटर में फीडबैक सर्किट नहीं होता है। इसके बजाय, वे ट्रांसफॉर्मर या प्रारंभ करनेवाला के इनपुट को निरंतर वोल्टेज देने पर भरोसा करते हैं, और मानते हैं कि आउटपुट सही होगा। विनियमित डिजाइन ट्रांसफॉर्मर या कॉइल के विद्युत प्रतिबाधा के लिए क्षतिपूर्ति करते हैं। मोनोपोलर डिज़ाइन कोर के चुंबकीय हिस्टैरिसीस की भरपाई भी करते हैं।

फीडबैक सर्किट को बिजली पैदा करने से पहले चलाने के लिए बिजली की जरूरत होती है, इसलिए स्टैंड-बाय के लिए एक अतिरिक्त नॉन-स्विचिंग पावर-सप्लाई जोड़ा जाता है।

ट्रांसफार्मर डिजाइन
कोई भी स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति जो एसी पावर लाइन से अपनी शक्ति प्राप्त करती है (जिसे ऑफ लाइन रेगुलेटर कहा जाता है। ऑफ-लाइन कनवर्टर बिजली उत्पन्न करनेवाली अलगाव के लिए एक ट्रांसफार्मर की आवश्यकता है। कुछ डीसी-टू-डीसी कन्वर्टर्स में एक ट्रांसफार्मर भी शामिल हो सकता है, हालांकि इन मामलों में अलगाव महत्वपूर्ण नहीं हो सकता है। SMPS ट्रांसफार्मर 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 ट्रांसफॉर्मर की तुलना में उच्च आवृत्ति ट्रांसफॉर्मर के छोटे आकार के परिणामस्वरूप होती है। अतिरिक्त डिज़ाइन ट्रेडऑफ़ हैं। ट्रांसफार्मर का टर्मिनल वोल्टेज कोर क्षेत्र, चुंबकीय प्रवाह और आवृत्ति के उत्पाद के समानुपाती होता है। बहुत अधिक आवृत्ति का उपयोग करके, कोर क्षेत्र (और इसलिए कोर का द्रव्यमान) बहुत कम किया जा सकता है। हालांकि, उच्च आवृत्तियों पर मुख्य नुकसान बढ़ता है। कोर आमतौर पर फेराइट (चुंबक) सामग्री का उपयोग करते हैं, जिसमें उच्च आवृत्तियों और उच्च प्रवाह घनत्व का उपयोग कम होता है। निम्न-आवृत्ति (<400 Hz) ट्रांसफॉर्मर के लैमिनेटेड आयरन कोर कुछ किलोहर्ट्ज़ की स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी पर अस्वीकार्य रूप से हानिकारक होंगे। इसके अलावा, उच्च आवृत्तियों पर स्विचिंग सेमीकंडक्टर के संक्रमण के दौरान अधिक ऊर्जा खो जाती है। इसके अलावा, मुद्रित सर्किट बोर्ड के भौतिक लेआउट पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है क्योंकि परजीवी तत्व (विद्युत नेटवर्क) 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), डिजाइनर आमतौर पर त्वचा के प्रभाव को अनदेखा कर सकते हैं। इन आवृत्तियों के लिए, त्वचा प्रभाव केवल तभी महत्वपूर्ण होता है जब कंडक्टर बड़े होते हैं, इससे अधिक 0.3 in दायरे में।

स्विचिंग बिजली की आपूर्ति को त्वचा के प्रभाव पर अधिक ध्यान देना चाहिए क्योंकि यह बिजली के नुकसान 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। कंडक्टरों का प्रभावी प्रतिरोध बढ़ जाता है, क्योंकि करंट कंडक्टर की सतह के पास केंद्रित होता है और आंतरिक भाग कम आवृत्तियों की तुलना में कम करंट वहन करता है।

हाई स्पीड पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) स्विचिंग वेवफॉर्म में मौजूद हार्मोनिक्स द्वारा त्वचा के प्रभाव को बढ़ाया जाता है। उपयुक्त त्वचा की गहराई न केवल मूलभूत गहराई है, बल्कि हार्मोनिक्स 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।

पावर फैक्टर
सरल ऑफ-लाइन स्विच्ड मोड बिजली की आपूर्ति में एक बड़ी ऊर्जा भंडारण संधारित्र से जुड़ा एक साधारण पूर्ण-तरंग दिष्टकारी शामिल है। इस तरह के एसएमपीएस शॉर्ट पल्स में एसी लाइन से करंट खींचते हैं जब मुख्य तात्कालिक वोल्टेज इस कैपेसिटर के वोल्टेज से अधिक हो जाता है। एसी चक्र के शेष भाग के दौरान संधारित्र विद्युत आपूर्ति को ऊर्जा प्रदान करता है।

नतीजतन, इस तरह के बुनियादी स्विच्ड मोड बिजली आपूर्ति के इनपुट करंट में उच्च हार्मोनिक सामग्री और अपेक्षाकृत कम पावर फैक्टर होता है। यह उपयोगिता लाइनों पर अतिरिक्त भार बनाता है, बिल्डिंग वायरिंग, यूटिलिटी ट्रांसफॉर्मर और मानक एसी इलेक्ट्रिक मोटर्स के ताप को बढ़ाता है, और कुछ अनुप्रयोगों जैसे आपातकालीन जनरेटर सिस्टम या विमान जनरेटर में स्थिरता की समस्या पैदा कर सकता है। फ़िल्टरिंग द्वारा हार्मोनिक्स को हटाया जा सकता है, लेकिन फ़िल्टर महंगे हैं। रैखिक आगमनात्मक या कैपेसिटिव 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 सर्किट की आवश्यकता होती है। ऑफ-लाइन रेक्टिफायर (स्टोरेज कैपेसिटर को चार्ज करने के लिए) के बाद करंट रेगुलेटेड बूस्ट चॉपर स्टेज लगाने से पावर फैक्टर 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 हार्मोनिक तक AC इनपुट के हार्मोनिक्स 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 डी) स्थापित की गई हैं। इन आवश्यकताओं का अनुपालन करने के लिए, आधुनिक स्विच्ड-मोड बिजली आपूर्ति में सामान्य रूप से एक अतिरिक्त पावर फैक्टर करेक्शन (PFC) चरण शामिल होता है।

प्रकार
स्विच्ड-मोड बिजली आपूर्ति को सर्किट टोपोलॉजी के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। पृथक कन्वर्टर्स और गैर-पृथक कन्वर्टर्स के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर है।

गैर-पृथक टोपोलॉजी
गैर-पृथक कन्वर्टर्स सरलतम हैं, ऊर्जा भंडारण के लिए एकल प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करने वाले तीन बुनियादी प्रकारों के साथ। वोल्टेज रिलेशन कॉलम में, डी कनवर्टर का कर्तव्य चक्र है, और 0 से 1 तक भिन्न हो सकता है। इनपुट वोल्टेज (वी1) शून्य से अधिक माना जाता है; यदि यह ऋणात्मक है, तो संगति के लिए, आउटपुट वोल्टेज को नकारें (V2).

जब उपकरण मानव-सुलभ हो, तो ≤ 30 वी (आर.एम.एस.) एसी या ≤ 42.4 वी पीक या ≤ 60 वी डीसी की वोल्टेज सीमा और 250 वीए की बिजली सीमा सुरक्षा प्रमाणन के लिए लागू होती है (अंडरराइटर लैबोरेटरीज, कैनेडियन स्टैंडर्ड्स एसोसिएशन, वेरबैंड डेर एलेक्ट्रोटेक्निक, एलेक्ट्रोनिक und Informationstechnik अनुमोदन)।

हिरन, बढ़ावा और हिरन-बूस्ट टोपोलॉजी सभी दृढ़ता से संबंधित हैं। इनपुट, आउटपुट और ग्राउंड एक साथ एक बिंदु पर आते हैं। तीन में से एक रास्ते में एक प्रेरक से गुजरता है, जबकि अन्य दो स्विच से गुजरते हैं। दो स्विचों में से एक सक्रिय होना चाहिए (उदाहरण के लिए, एक ट्रांजिस्टर), जबकि दूसरा डायोड हो सकता है। कभी-कभी, केवल कनेक्शनों को पुनः लेबल करके टोपोलॉजी को बदला जा सकता है। एक 12 वी इनपुट, 5 वी आउटपुट बक कन्वर्टर को 7 वी इनपुट में बदला जा सकता है, आउटपुट को ग्राउंड करके और ग्राउंड पिन से आउटपुट लेकर -5 वी आउटपुट बक–बूस्ट।

इसी तरह, SEPIC और Zeta कन्वर्टर्स, दोनों Cuk कन्वर्टर की छोटी पुनर्व्यवस्था हैं।

न्यूट्रल पॉइंट क्लैम्प्ड (एनपीसी) टोपोलॉजी का उपयोग बिजली की आपूर्ति और सक्रिय फिल्टर 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 ट्रांसफार्मर (पृथक) टोपोलॉजी बेहतर हो सकती है।

पृथक टोपोलॉजी
सभी पृथक टोपोलॉजी में एक ट्रांसफॉर्मर शामिल होता है, और इस प्रकार घुमाव अनुपात को समायोजित करके इनपुट की तुलना में उच्च या निम्न वोल्टेज का आउटपुट उत्पन्न कर सकता है। कुछ टोपोलॉजी के लिए, कई आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए ट्रांसफार्मर पर कई वाइंडिंग लगाई जा सकती हैं। रेफरी> कुछ कन्वर्टर्स ऊर्जा भंडारण के लिए ट्रांसफार्मर का उपयोग करते हैं, जबकि अन्य एक अलग प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करते हैं।

* फ्लाईबैक कन्वर्टर लॉगरिदमिक कंट्रोल लूप व्यवहार अन्य प्रकारों की तुलना में नियंत्रित करना कठिन हो सकता है। हेलिकॉप्टर नियंत्रक: आउटपुट वोल्टेज को इनपुट से जोड़ा जाता है, इस प्रकार बहुत कसकर नियंत्रित किया जाता है
 * फ़ॉरवर्ड कन्वर्टर के कई वेरिएंट होते हैं, जो इस बात में भिन्न होते हैं कि ट्रांसफ़ॉर्मर को हर चक्र में शून्य चुंबकीय प्रवाह पर कैसे रीसेट किया जाता है।

अर्ध-प्रतिध्वनि शून्य-वर्तमान/शून्य-वोल्टेज स्विच
अर्ध-अनुनाद शून्य-वर्तमान/शून्य-वोल्टेज स्विच (जेडसीएस/जेडवीएस) में प्रत्येक स्विच चक्र कनवर्टर आउटपुट को ऊर्जा का एक मात्राबद्ध 'पैकेट' 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 स्विचिंग, जिसे वैली स्विचिंग के रूप में भी जाना जाता है, विद्युत आपूर्ति में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को दो तरीकों से कम करता है:
 * 1) ईएमआई का कारण बनने वाले हार्ड स्विचिंग प्रभाव को कम करने के लिए द्विध्रुवी स्विच को स्विच करके जब वोल्टेज न्यूनतम (घाटी में) हो।
 * 2) घाटी का पता चलने पर स्विच करने से, एक निश्चित आवृत्ति के बजाय, एक प्राकृतिक आवृत्ति घबराहट होती है जो आरएफ उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को फैलाती है और समग्र ईएमआई को कम करती है।

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

विफलता मोड
स्विचिंग घटकों, सर्किट बोर्ड आदि में विफलता के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स लेख के विफलता मोड को पढ़ें।

बिजली की आपूर्ति जो कैपेसिटर प्लेग से पीड़ित कैपेसिटर का उपयोग करती है, समय से पहले विफलता का अनुभव कर सकती है जब कैपेसिटेंस मूल मूल्य के 4% तक गिर जाता है। यह आमतौर पर स्विचिंग सेमीकंडक्टर को प्रवाहकीय तरीके से विफल करने का कारण बनता है। यह कनेक्टेड लोड को पूर्ण इनपुट वोल्ट और करंट से उजागर कर सकता है, और आउटपुट में जंगली दोलनों को तेज कर सकता है।

स्विचिंग ट्रांजिस्टर की विफलता आम है। बड़े स्विचिंग वोल्टेज के कारण इस ट्रांजिस्टर को संभालना चाहिए (लगभग 325 V के लिए 230 VAC साधन आपूर्ति), ये ट्रांजिस्टर अक्सर शॉर्ट आउट हो जाते हैं, बदले में तुरंत मुख्य आंतरिक बिजली फ्यूज उड़ाते हैं।

सावधानियां
मुख्य फिल्टर कैपेसिटर अक्सर तक स्टोर करेगा 325 volts लंबे समय के बाद इनपुट पावर काट दिया गया है। सभी बिजली आपूर्ति में एक छोटा ब्लीडर अवरोधक नहीं होता है जो संधारित्र को धीरे-धीरे डिस्चार्ज करता है। इस संधारित्र के संपर्क में आने से गंभीर बिजली का झटका लग सकता है।

विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को कम करने और कनवर्टर सर्किट में विभिन्न कैपेसिटिव कपलिंग के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए प्राथमिक और द्वितीयक पक्षों को एक संधारित्र से जोड़ा जा सकता है, जहां ट्रांसफार्मर एक है। इससे कुछ मामलों में बिजली का झटका लग सकता है। सिंगल-फेज इलेक्ट्रिक पावर या ग्राउंड और न्यूट्रल से करंट प्रवाहित होता है 2 kΩ के अनुसार किसी भी सुलभ भाग को रोकने वाला होना चाहिए IEC 60950, से कम हो 250 μA आईटी उपकरण के लिए।

अनुप्रयोग
व्यक्तिगत कंप्यूटर जैसे घरेलू उत्पादों में स्विच्ड-मोड बिजली आपूर्ति इकाइयों (पीएसयू) में अक्सर सार्वभौमिक इनपुट होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे दुनिया भर में मुख्य बिजली से बिजली स्वीकार कर सकते हैं, हालांकि मैन्युअल वोल्टेज रेंज स्विच की आवश्यकता हो सकती है। स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति उपयोगिता आवृत्ति और वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला को सहन कर सकती है।

उनके उच्च मात्रा के कारण बैटरी चार्जर#एप्लिकेशन हमेशा विशेष रूप से लागत के प्रति संवेदनशील रहे हैं। पहले चार्जर बिजली की आपूर्ति # रैखिक बिजली की आपूर्ति थे, लेकिन दक्षता के नए स्तरों की आवश्यकता होने पर वे जल्दी से लागत प्रभावी रिंगिंग चोक कनवर्टर (आरसीसी) एसएमपीएस टोपोलॉजी में चले गए। हाल ही में, एप्लिकेशन में और भी कम नो-लोड पावर आवश्यकताओं की मांग का अर्थ है कि फ्लाईबैक टोपोलॉजी का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है; प्राइमरी साइड सेंसिंग फ्लाईबैक कंट्रोलर ऑप्टो-आइसोलेटर जैसे सेकेंडरी साइड सेंसिंग कंपोनेंट्स को हटाकर बिल ऑफ मैटेरियल्स (बीओएम) में कटौती करने में भी मदद कर रहे हैं। डीसी से डीसी रूपांतरण के लिए भी स्विच्ड-मोड बिजली आपूर्ति का उपयोग किया जाता है। भारी वाहनों में जो नाममात्र का उपयोग करते हैं 24 VDC क्रैंकिंग आपूर्ति, डीसी/डीसी स्विच-मोड आपूर्ति के माध्यम से सहायक उपकरण के लिए 12 वी प्रस्तुत किया जा सकता है। 12 V स्थिति (आधे सेल का उपयोग करके) पर बैटरी को टैप करने पर इसका लाभ यह है कि पूरे 12 V लोड को 24 V बैटरी के सभी सेल के बीच समान रूप से विभाजित किया जाता है। दूरसंचार रैक जैसी औद्योगिक सेटिंग्स में, बल्क पावर को कम डीसी वोल्टेज (जैसे बैटरी बैक अप सिस्टम से) पर वितरित किया जा सकता है और व्यक्तिगत उपकरण आइटम में आवश्यक वोल्टेज की आपूर्ति के लिए डीसी/डीसी स्विच-मोड कन्वर्टर्स होंगे।

स्विच्ड-मोड बिजली आपूर्ति के लिए एक सामान्य उपयोग प्रकाश व्यवस्था के लिए एक अतिरिक्त-निम्न-वोल्टेज स्रोत है। इस एप्लिकेशन के लिए, उन्हें अक्सर इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसफार्मर कहा जाता है।



शब्दावली
शब्द स्विच मोड का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था जब तक कि मोटोरोला ने स्विचिंग-मोड बिजली आपूर्ति बाजार के उद्देश्य से उत्पादों के ट्रेडमार्क SWITCHMODE के स्वामित्व का दावा नहीं किया और अपने ट्रेडमार्क को लागू करना शुरू कर दिया। स्विचिंग-मोड पावर सप्लाई, स्विचिंग पावर सप्लाई और स्विचिंग रेगुलेटर इस प्रकार की पावर सप्लाई को संदर्भित करते हैं।

यह भी देखें

 * ऑटोट्रांसफॉर्मर
 * बूस्ट कनर्वटर
 * बक कन्वर्टर
 * आयोजित विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप
 * डीसी से डीसी कनवर्टर
 * वर्तमान दबाव
 * जूल चोर
 * रिसाव अधिष्ठापन
 * गुंजयमान कनवर्टर
 * स्विचिंग एम्पलीफायर
 * ट्रांसफार्मर
 * वाइब्रेटर (इलेक्ट्रॉनिक)

आगे की पढाई

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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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