แหล่งจ่ายไฟ DC แบบตั้งโปรแกรมได้จริงทำงานอย่างไร?

ภาพรวมวิธีการทำงานของแหล่งจ่ายไฟ

 

โมดูลวงจรเรียงกระแสจะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากหม้อแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบบยูนิโพลาร์ จากนั้น โมดูลตัวกรองจะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบบยูนิโพลาร์เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบไม่สมบูรณ์พร้อมเอฟเฟกต์ริปเปิล

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกให้อยู่ในระดับที่ต้องการและกรองเพิ่มเติมเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าขาออก DC คงที่

 

โมดูลวงจรเหล่านี้มีส่วนประกอบจำนวนมาก ซึ่งไม่มีส่วนใดเลยที่สมบูรณ์แบบ ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำมีค่าความต้านทานปรสิต ความจุปรสิต (ในตัวเหนี่ยวนำ) และความเหนี่ยวนำปรสิต (ในตัวเก็บประจุ) ทรานซิสเตอร์และไดโอดมีลักษณะ IV ที่แตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ ส่วนประกอบทั้งหมดมีค่าความคลาดเคลื่อนบางประการในค่าพารามิเตอร์ ใช้พลังงาน มีข้อจำกัดด้านพลังงาน และสร้างสัญญาณรบกวน ลักษณะที่ไม่สมบูรณ์แบบเหล่านี้ทำให้แหล่งจ่ายไฟไม่สามารถกลายเป็นแหล่งจ่ายกระแสตรงที่คงที่อย่างแน่นอน

 

การเบี่ยงเบนจากผลลัพธ์ในอุดมคติ

 

เอาต์พุตที่จ่ายโดยแหล่งจ่ายไฟ DC ไม่ได้เป็นเอาต์พุตที่ผู้ใช้ตั้งโปรแกรมไว้เสมอไป ผู้ผลิตจะกำหนดความแม่นยำของเอาต์พุต DC เฉพาะตามค่าความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบ: ความแม่นยำของเอาต์พุตหรือความแม่นยำของจอแสดงผล เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเกินช่วงอุณหภูมิการสอบเทียบของแหล่งจ่ายไฟ ผู้ผลิตสามารถระบุค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเพื่อเพิ่มค่าความคลาดเคลื่อนของเอาต์พุตได้ เหตุผลอีกประการหนึ่งที่เอาต์พุต DC ลดลงต่ำกว่าค่าที่ตั้งโปรแกรมไว้ก็คือ เมื่อใช้โหลดกระแสไฟฟ้าสูง ความต้านทานภายในของส่วนประกอบในแหล่งจ่ายไฟจะต้องรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ผู้ผลิตระบุผลกระทบนี้ว่าเป็นการควบคุมโหลด ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของข้อผิดพลาดจากแรงดันไฟฟ้าเต็ม เพื่อกำหนดความแม่นยำของเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟ DC ได้อย่างสมบูรณ์ ควรเพิ่มข้อผิดพลาดในการปรับโหลดให้กับความแม่นยำของเอาต์พุต

 

ปลายเอาต์พุต DC ของแหล่งจ่ายไฟ DC อาจมีสัญญาณรบกวนได้เช่นกัน เนื่องจากการเคลื่อนที่และการชนกันของอิเล็กตรอนในโครงสร้างโลหะ จึงมีสัญญาณรบกวนอยู่ในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด สัญญาณรบกวนประเภทนี้เรียกว่าสัญญาณรบกวนจอห์นสัน เนื่องจากเงื่อนไขบนสายไฟ AC สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในสิ่งแวดล้อม (EMI) และกระแสไฟฟ้ารั่วบนสายดิน สัญญาณรบกวนอาจเกิดขึ้นที่เอาต์พุตไฟฟ้าได้เช่นกัน เช่นเดียวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ การลดสัญญาณรบกวนในแหล่งจ่ายไฟต้องใช้เทคนิคการออกแบบที่ละเอียดถี่ถ้วน แต่ถึงแม้จะออกแบบอย่างดีที่สุดแล้ว ก็ยังมีสัญญาณรบกวนที่ปลายเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟ DC

 

โครงสร้างโทโพโลยีพลังงาน

 

โทโพโลยีพลังงานมี 2 ประเภท การออกแบบแหล่งจ่ายไฟอาจใช้โทโพโลยีเชิงเส้นหรือโทโพโลยีโหมดสวิตช์ ความแตกต่างในการออกแบบอยู่ที่โมดูลเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าและโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า

 

(1) โครงสร้างโทโพโลยีเชิงเส้น

ในการออกแบบเชิงเส้นจะมีกระแสไหลผ่านวงจรอย่างต่อเนื่อง ข้อดีของการออกแบบนี้คือเสียงรบกวนต่ำและความซับซ้อนต่ำ แต่ประสิทธิภาพไม่สูงมากนัก ประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นน้อยกว่า 50%

 

(2) โครงสร้างโทโพโลยีสวิตช์

ในทางกลับกัน แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดสามารถให้ประสิทธิภาพได้ถึง 90% แต่ความซับซ้อนและสัญญาณรบกวนเอาต์พุตจะสูงกว่ามาก สาเหตุของสัญญาณรบกวนสูงนั้นเกิดจากส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ เช่น ทรานซิสเตอร์ ซึ่งใช้เป็นสวิตช์เพื่อเปิดและปิดแหล่งจ่ายไฟที่ความถี่ kHz ข้อดีของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดคือมีขนาดเล็กและเบากว่าแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นที่มีความจุเท่ากัน แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดสามารถใช้กับน้ำหนักเบากว่าและหม้อแปลงขนาดเล็กกว่าได้ นอกจากนี้ ยิ่งความถี่การสวิตช์สูงขึ้น ส่วนประกอบเหนี่ยวนำทั้งหมดก็จะมีขนาดเล็กลง

 

แม้ว่าทั้งสองโทโพโลยีจะเหมาะสำหรับแหล่งจ่ายไฟสูงถึงหลายร้อยวัตต์ แต่แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดส่วนใหญ่ใช้สำหรับออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่มีกำลังไฟเกิน 500 วัตต์หรือแม้กระทั่งกิโลวัตต์ สำหรับแหล่งจ่ายไฟระดับกิโลวัตต์ หม้อแปลงอาจมีขนาดใหญ่และหนักมากได้เช่นกัน