หลักการทำงานของการสลับแหล่งจ่ายไฟ + การวิเคราะห์แผนภาพวงจร

1. ภาพรวมของการสลับพาวเวอร์ซัพพลาย

การสลับแหล่งจ่ายไฟเป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานไฟฟ้าความถี่สูงหรือที่เรียกว่าสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลายหรือตัวแปลงสวิตชิ่ง โดยจะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นสัญญาณพัลส์ความถี่สูงผ่านท่อสวิตชิ่งความเร็วสูง จากนั้นจะแปลงพลังงานไฟฟ้าจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งผ่านการประมวลผลของหม้อแปลงไฟฟ้าวงจรเรียงกระแสและวงจรกรอง และในที่สุดก็ได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงกระเพื่อมต่ำที่เสถียรสำหรับแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งมีข้อดีคือมีประสิทธิภาพสูง มีเสถียรภาพที่ดี ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา มีความน่าเชื่อถือสูง และสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการพลังงานของอุปกรณ์ต่างๆ

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ รวมถึงระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม การสื่อสาร และพลังงานใหม่ ในด้านระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งให้การสนับสนุนพลังงานที่เสถียรสำหรับอุปกรณ์อัตโนมัติต่างๆ เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานของอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพ

ในด้านการสื่อสาร แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานีฐานไร้สาย อุปกรณ์เครือข่าย ฯลฯ เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรในการส่งสัญญาณของระบบสื่อสาร และปรับปรุงคุณภาพการสื่อสาร ในด้านพลังงานใหม่ แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งมีบทบาทสำคัญในระบบพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ช่วยให้ใช้พลังงานหมุนเวียนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสี่ส่วน ได้แก่ วงจรอินพุต ตัวแปลง วงจรควบคุม และวงจรเอาต์พุต ต่อไปนี้เป็นแผนภาพบล็อกแผนผังของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งทั่วไป การเรียนรู้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับเราที่จะเข้าใจแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

2. การจำแนกประเภทของอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสามารถจำแนกได้ตามมาตรฐานการจำแนกประเภทต่างๆ ต่อไปนี้เป็นวิธีการจำแนกประเภททั่วไปหลายวิธี:

1. การจำแนกประเภทตามประเภทกำลังไฟฟ้าเข้า:
แหล่งจ่ายไฟสลับ AC-DC: แปลงไฟ AC เป็นไฟ DC
แหล่งจ่ายไฟสลับ DC-DC: แปลงพลังงาน DC เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอื่น

2. จำแนกตามโหมดการทำงาน:
แหล่งจ่ายไฟสลับแบบปลายเดียว: มีหลอดสวิตช์เพียงหลอดเดียว เหมาะสำหรับการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำ
แหล่งจ่ายไฟสลับแบบปลายคู่: มีหลอดสวิตช์สองหลอด เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง

3. การจำแนกประเภทตามโทโพโลยี:
ตามโทโพโลยี สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็น Buck, Boost, Buck-Boost, Flyback, Forward, Two-Transistor Forward, Push-Pull, Half Bridge, Full Bridge ฯลฯ วิธีการจำแนกเหล่านี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสามารถจำแนกได้อย่างละเอียดมากขึ้นตามข้อกำหนดและการใช้งานเฉพาะอื่นๆ

ต่อไป เราจะมาแนะนำ Flyback และ Forward ที่ใช้กันทั่วไป การไปข้างหน้าและการบินกลับเป็นเทคโนโลยีการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่แตกต่างกันสองแบบ แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งไปข้างหน้าหมายถึงแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่ใช้หม้อแปลงความถี่สูงแบบไปข้างหน้าเพื่อแยกพลังงานที่เชื่อมต่อกัน และแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ flyback ที่สอดคล้องกันคือแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์แบบ flyback

2.1 แหล่งจ่ายไฟสลับไปข้างหน้า

แหล่งจ่ายไฟสลับไปข้างหน้าในโครงสร้างมีความซับซ้อนมากขึ้น แต่กำลังขับสูงมาก เหมาะสำหรับแหล่งจ่ายไฟสลับ 100W-300W โดยทั่วไปใช้ในแหล่งจ่ายไฟสลับแรงดันต่ำ กระแสสูง ใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น

ดังแสดงในรูปด้านล่าง สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งไปข้างหน้าโดยเฉพาะเมื่อเปิดท่อสวิตชิ่ง หม้อแปลงเอาท์พุตจะทำหน้าที่เป็นตัวกลางที่เชื่อมต่อโดยตรงกับพลังงานสนามแม่เหล็ก พลังงานไฟฟ้า และพลังงานแม่เหล็กจะถูกแปลงซึ่งกันและกัน เพื่อให้ อินพุตและเอาต์พุตในเวลาเดียวกัน

นอกจากนี้ยังมีข้อบกพร่องในการใช้งานประจำวัน เช่น ความจำเป็นในการเพิ่มขดลวดศักย์ย้อนกลับ (เพื่อป้องกันขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงที่สร้างขึ้นโดยศักย์ไฟฟ้าย้อนกลับต่อการพังทลายของท่อสวิตชิ่ง) ตัวเหนี่ยวนำรองมากกว่าหนึ่งตัวสำหรับการกรองการจัดเก็บพลังงาน ดังนั้น เมื่อเทียบกับแหล่งจ่ายไฟสลับ flyback ต้นทุนจะสูงกว่า และปริมาณหม้อแปลงจ่ายไฟสลับไปข้างหน้ามากกว่าปริมาณของหม้อแปลงจ่ายไฟสลับ flyback มีขนาดใหญ่

แหล่งจ่ายไฟสลับไปข้างหน้า

2.2 แหล่งจ่ายไฟสลับฟลายแบ็ค

ดังแสดงในรูปด้านล่าง แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งฟลายแบ็คหมายถึงแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ที่ใช้หม้อแปลงความถี่สูงแบบฟลายแบ็คเพื่อแยกวงจรอินพุตและเอาต์พุต หม้อแปลงไม่เพียงแต่มีบทบาทในการแปลงแรงดันไฟฟ้าเพื่อส่งพลังงานเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทเป็นตัวเหนี่ยวนำการจัดเก็บพลังงานอีกด้วย ดังนั้นหม้อแปลงฟลายแบ็กจึงคล้ายกับการออกแบบตัวเหนี่ยวนำ วงจรทั้งหมดค่อนข้างง่ายและควบคุมได้ง่าย Flyback ใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำ 5W-100W

สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งฟลายแบ็ค เมื่อเปิดท่อสวิตช์ กระแสของตัวเหนี่ยวนำหลักของหม้อแปลงจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากคอยล์เอาท์พุตของวงจรฟลายแบ็คมีปลายตรงข้ามกัน ไดโอดเอาท์พุตจะถูกปิด หม้อแปลงจะเก็บพลังงาน และโหลดจะถูกจ่ายพลังงานโดยตัวเก็บประจุเอาท์พุต เมื่อปิดท่อสวิตช์ แรงดันไฟฟ้าอุปนัยของตัวเหนี่ยวนำหลักของหม้อแปลงจะกลับกัน ในเวลานี้ไดโอดเอาต์พุตเปิดอยู่และพลังงานของหม้อแปลงจะถูกส่งไปยังโหลดผ่านไดโอดขณะชาร์จตัวเก็บประจุ

แหล่งจ่ายไฟสลับฟลายแบ็ค

จากการเปรียบเทียบจะเห็นได้ว่าหม้อแปลงไฟฟ้าแบบกระตุ้นไปข้างหน้ามีหน้าที่ของหม้อแปลงเท่านั้น และทั้งหมดถือได้ว่าเป็นวงจรบั๊กที่มีหม้อแปลงไฟฟ้า หม้อแปลงฟลายแบ็กถือได้ว่าเป็นตัวเหนี่ยวนำที่มีฟังก์ชันหม้อแปลงไฟฟ้า เป็นวงจรบั๊กบูสต์ โดยทั่วไป หลักการทำงานของฟลายแบ็คไปข้างหน้าจะแตกต่างกัน ไปข้างหน้าเป็นงานหลัก งานรอง ส่วนรองไม่ทำงานกับตัวเหนี่ยวนำปัจจุบันเพื่อต่ออายุปัจจุบัน โดยทั่วไปโหมด CCM

โดยทั่วไปตัวประกอบกำลังไม่สูงและอินพุตและเอาท์พุตและรอบการทำงานที่แปรผันนั้นเป็นสัดส่วน Flyback เป็นงานหลัก ส่วนรองไม่ทำงาน ทั้งสองด้านแยกกัน โดยทั่วไปโหมด DCM แต่ความเหนี่ยวนำของหม้อแปลงจะค่อนข้างเล็ก และจำเป็นต้องเพิ่มช่องว่างอากาศ จึงมักจะเหมาะสำหรับพลังงานขนาดเล็กและขนาดกลาง

หม้อแปลงหน้าเหมาะเป็นอย่างยิ่ง ไม่มีการเก็บพลังงาน แต่เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำการกระตุ้นเป็นค่าจำกัด กระแสกระตุ้นจะทำให้แกนกลางมีขนาดใหญ่ เพื่อหลีกเลี่ยงความอิ่มตัวของฟลักซ์ หม้อแปลงจึงต้องมีขดลวดเสริมสำหรับการรีเซ็ตฟลักซ์

หม้อแปลงฟลายแบ็กสามารถมองเห็นได้เป็นรูปแบบของการเหนี่ยวนำคู่ การเหนี่ยวนำการเก็บพลังงานครั้งแรกแล้วปล่อยออกมา เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกของหม้อแปลงฟลายแบ็กตรงข้ามขั้ว ดังนั้นเมื่อตัดการเชื่อมต่อท่อสวิตชิ่ง รองสามารถให้แกนแม่เหล็กด้วยแรงดันรีเซ็ต ดังนั้นหม้อแปลงฟลายแบ็กจึงไม่จำเป็นต้องเพิ่มขดลวดรีเซ็ตฟลักซ์เพิ่มเติม