Blokovou časťou SMPS (1) po usmernení striedavého vstupného napätia (napr. u nás 240 V) a jeho filtrácii je v poradí blok s názvom Invertor pozostávajúci zo spínacích komponentov, ako sú tranzistory MOSFET.
Spínanie zabezpečujeme najčastejšie PWM moduláciou (2). V tejto simulácii riadime veľkosť pretekajúceho prúdu cievkou (3), ktorej vlastnosť je jej indukčnosť(4). Pri tejto pasívnej súčiastke tomu rozumieme ako hromadenie energie v dôsledku vzniku elektromagnetického poľa, ktoré sa akumuluje, alebo stráca, teda vybíja. Tento jav sa deje tak rýchlo, ako rýchlo vykonáva tranzistor MOSFET svoju spínaciu činnosť. Limit pre jeho rýchlosť sú jeho statické a dynamické parametre, ktoré pri simulácii musíme zadefinovať. Okrem rýchlosti spínania prúdu do cievky a jeho veľkosti má na vplyv veľkosti elektromagnetického poľa a teda samotnej energie, ktorú chceme prenášať vo forme naindukovaného napätia na sekundárnom vinutí samozrejme mechanické vyhotovenie cievky, resp. tzv. impulzového transformátora (5). V tomto prípade máme v schéme zapojenia zobrazenú iba primárnu stranu, čiže cievku, ktorá je povedzme navinutá bez jadra, teda na vzduchovom jadre (prípadne s jadrom s vhodným materiálom vieme jej indukčnosť zvýšiť, najčastejšie používaný ferit) s jej hodnotami (viď nižšie). V reálnej situácii musíme brať do úvahy inú schému, kde musíme počítaťs protistranou, ktorá na primárnu cievku vytvára zmenu magnetického toku vďaka sile, ktorá ho vyvolala.
Použité hodnoty: L = min. 1.5 nH až 1.5 mH s krokovaním, ktoré je uvedené na obrázku (zobrazí sa pri kliknutí na názov) ako “step param”.
Napájanie: 900 V DC
PWM: 15 V, 500 kHz {nábežná a dobežná hrana trvá 2 ps času, impulz 500 ns, medzera 1500 ns}. Pri tejto konfigurácii ide o veľmi náhle zmeny prúdu pretekajúceho cez cievku a vedie to k tlmeniu, čo je základné využitie v podobe tlmivky. Pre reálne potreby v napájacich zdrojoch sa pohybujeme skôr pod touto hranicou frekvencie v rozsahu od 20 kHz (nad pásmom počuteľnosti, aby nerušil počas prevádzky) do 200 kHz (vyššia frekvencia kladie nároky na zhotovenie transformátorov). Tu išlo o extrém, čo sme si potrebovali overiť a v rámci teoretickej roviny mohli dovoliť pri simulácii. Ideálna cievka stíha meniť svoje magnetické pole bez stratovo. Z parametrov ďalej vidíme striedu, alebo inak duty-cycle, ktorá pri nastavení 0.5 us k 1.5 us predstavuje 25 %.
Legenda:
1 – SMPS je switch-mode power supply, prípadne PSU – power supply unit. Používajú sa v moderných elektronických zariadeniach (TV, PC, laptop, nabíjačky pre tablet, mobil a mnoho iných).
2 – PWM je pulse-width modulation, pulzne-šírková modulácia, kde pomerom šírky impulzu k šírke medzery meníme strednú hodnotu signálu.
3 – Cievka zachováva energiu v jadre vo forme magnetického poľa = mení energiu elektrického prúdu na energiu magnetického poľa a opačne.
4 – Indukčnosť je fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje mieru množstva magnetického toku vyvolaného daným elektrickým prúdom.
5 – Impulzový transformátor je v podstate transformátor určený pre rýchle spínanie. Popri klasickom transformovaní napätie z primáru na sekundár sa musí pri jeho návrhu brať do úvahy fakt, že cievky navinuté v ňom, musia mať vlastnosti, ktoré umožnia fungovať v správnom režime do niekoľko kHz až MHz. Vlastnosti cievok určuje ich plocha prierezu Cu vodiča, počet závitov na primárnej a sekundárnej strane alebo ďalších stranách pri viacvývodovom transformátore, jadro pre vinutie, spôsob vinutia a iné. Príklad jedného z použitých v PC zdroji AT pre 80286 z rokov 90-ich je EI40, viď jeho údaje tu.