Power Supply สวิทชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย

สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย (Switching Power Supply) สวิทช์ชิ่ง เพาเวอร์ซัพพลาย, สวิชซิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย, สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย,เพาเวอร์ซัพพลาย,สวิทช์ชิ่ง เพาเวอร์ซัพพลาย, สวิชซิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย, สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย,เพาเวอร์ซัพพลาย,สวิทช์ชิ่ง เพาเวอร์ซัพพลาย, สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย,เพาเวอร์ซัพพลาย,สวิทช์ชิ่ง เพาเวอร์ซัพพลาย

หลัก การเบื้องต้นของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย (Switching Power Supply) เป็นแหล่งจ่ายไฟตรงคงค่าแรงดันแบบหนึ่ง และสามารถเปลี่ยนแรงดันไฟจากไปสลับโวลต์สูง ให้เป็นแรงดันไฟตรงค่าต่ำ เพื่อใช้ในงานอิเลคทรอนิกส์ได้เช่นเดียวกันแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น (Linear Power Supply) ถึงแม้เพาเวอร์ซัพพลายทั้งสองแบบจะต้องมีการใช้หม้อแปลงในการลดทอนแรงดันสูง ให้เป็นแรงดันต่ำเช่นเดียวกัน แต่สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจะต้องการใช้หม้อแปลงที่มีขนาดเล็ก และน้ำหนักน้อย เมื่อเทียบกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น อีกทั้งสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายยังมีประสิทธิภาพสูงกว่าอีกด้วย

ใน ปัจจุบันสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายได้เข้ามามีบทบาทกับชีวิตเราอย่างมาก เครื่องใช้อิเลคทรอนิกส์ขนาดเล็กซึ่งต้องการแหล่งจ่ายไฟที่มีกำลังสูงแต่มี ขนาดเล็ก เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องโทรสาร และ โทรทัศน์ จำเป็นจะต้องใช้สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย แนวโน้มการนำสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายมาใช้ในเครื่องใช้อิเลคทรอนิกส์ทุก ประเภทจึงเป็นไปได้สูง การศึกษาหลักการทำงานและการออกแบบสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจึงเป็นสิ่งจำเป็น ที่ไม่อาจหลีกเลี่ยงได้สำหรับผู้ที่เกี่ยวข้องกับงานอิเ ลคทรอนิกส์ทุกประเภท

บทความนี้นำเสนอหลักการทำงานเบื้องต้นของสวิ ตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย โดยเน้นในส่วนของคอนเวอร์เตอร์ และวงจรควบคุม ซึ่งเป็นหัวใจในการทำงานของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย พร้อมทั้งยกตัวอย่างและอธิบายการทำงานของวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพลลายที่สม บูร์ณ และใช้งานได้จริง

สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น

ข้อ ได้เปรียบของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายเมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งจ่ายไฟ เชิงเส้น คือประสิทธิภาพที่สูง ขนาดเล็ก และน้ำหนักเบากว่าแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นใช้หม้อแปลงความถี่ต่ำจึงมีขนาดใหญ่ และน้ำหนักมาก ขณะใช้งานจะมีแรงดันและกระแสผ่านตัวหม้อแปลงตลอดเวลา กำลังงานสูญเสียที่เกิดจากหม้อแปลงจึงมีค่าสูง การคงค่าแรงดันแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นส่วนมากจะใชเ้เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ต่ออนุ กรมที่เอาต์พุตเพื่อจ่ายกระแสและคงเค่าแรงดัน กำลังงานสูญเลียในรูปความร้อนจะมีค่าสูงและต้องใช้แผ่นระบายความร้อนขนาด ใหญ่ซึ่งกินเนื้อที่ เมื่อเพาเวอร์ซัพพลายต้อง่ายกำลังงานสูงๆ จะทำให้มีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมาก ปกติแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจะมีประสิทธิภาพประมาณ 30% หรืออาจทำได้สูงถึง 50% ในบางกรณี ซึ่งนับได้ว่าค่อนข้างต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายซึ่งมี ประสิทธิภาพในช่วง 65%-80%

สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายมีช่วงเวลาโคลสต์อัพประมาณ 20x10^-3 ถึง 50x10^-3 วินาที ในขณะที่แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจะทำได้เพียงประมาณ 2x10^-3  วินาที ซึ่งมีผลต่อการจัดหาแหล่งจ่ายไฟสำรองเพื่อป้องกันการหยุดทำงานของอุปกรณ์ที่ ใช้กับเพาเวอร์ซัพพลายเมื่อเกิดการหยุดจ่ายแรงดันไฟสลับ รวมทั้งสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายสามารถทำงานได้ในช่วงแรงดันอินพุตค่อน ข้างกว้างจึงยังคงสามารถทำงานได้เมือเกิดกรณีแรงดันไฟคกอีกด้วย

อย่าง ไรก็ตาม สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจะมีเสถียรภาพในการทำงานที่ต่ำกว่า และก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนได้สูงเมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น รวมทั้งสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายยังมีความซับซ้อนของวงตรมากกว่าและมีราคาสูง ที่กำลังงานต่ำๆ แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจะประหยัดกว่าและให้ผลดีเท่าเทียมกัน ดังนั้นสวิคชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจึงมักนิยมใช้กันในงานที่ต้องการกำลังงาน ตั้งแต่ 20 วัตต์ขึ้นไปเท่านั้น

หลักการทำงานของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย

สวิ ตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายโดยทั่วไปมีองค์ประกอบพื้นฐานที่คล้ายคลึงกัน และไม่ซับซ้อนมากนัก ดังแสดงในรูปที่ 1 หัวใจสำคัญของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจะอยู่ที่คอนเวอร์เตอร์ เนื่องจากทำหน้าที่ทั้งลดทอนแรงดันและคงค่าแรงดันเอาต์พุตด้วย องค์ประกอบต่างๆ ทำงานตามลำดับดังนี้

รูป 1 องค์ประกอบพื้นฐานของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย

แรง ดันไฟสลับค่าสูงจะผ่านเข้ามาทางวงจร RFI ฟิลเตอร์ เพื่อกรองสํญญาณรบกวนและแปลงเป็นไฟตรงค่าสูงด้วยวงจรเรกติไฟเออร์ เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์จะทำงานเป็นเพาเวอร์คอนเวอร์เตอร์โดยการตัดต่อแรงดัน เป็นช่วงๆ ที่ความถี่ประมาณ 20-200 KHz จากนั้นจะผ่านไปยังหม้อแปลงสวิตชิ่งเพื่อลดแรงดันลง เอาต์พุตของหม้อแปลงจะต่อกับวงจรเรียงกระแส และกรองแรงดันให้เรียบ การคงค่าแรงดันจะทำได้โดยการป้อนกลับคาแรงดันที่เอาต์พุตกลับมายังวงจรควบ คุม เพื่อควบคุมให้เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์นำกระแสมากขึ้นหรือน้อยลงตามการเปลี่ยน แปลงของแรงดันที่เอาต์พุต ซึ่งจะมีผลทำให้แรงดันเอาต์พุตคงที่ได้

บทสรุป

สวิ ตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย เป็นแหล่งจ่ายไฟตรงที่มีประสิทธิภาพในการทำงานสูงกว่าและมีน้ำหนักเบากว่า เพาเวอร์ซัพพลายเชิงเส้น  สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายทำงานโดยแปลงแรงดันไฟสลับความถี่ต่ำจากอินพุตให้ เป็นไฟตรง จากนั้นจึงเปลี่ยนกลับไปเป็นไฟสลับ (พัลส์) ที่ความถี่สูง แล้วส่งผ่านหม้อแปลงเพื่อลดแรงดันลง และผ่านวงจรเรียงกระแสและกรองแรงดันเพื่อให้ได้ไฟตรงอีกครั้งหนึ่ง สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายประกอบด้วย 3 ส่วนใหญ่ คือ วงจรฟิลเคอร์และเรกติไฟเออร์ทำหน้าที่แปลงแรงดันไฟสลับเป็นไฟตรง  คอนเวอร์เตอร์ ทำหน้าที่แปลงไฟตรงเป็นไฟสลับความถี่สูง และแปลงกลับเป็นไฟตรงโวลต์ต่ำ และวงจรควบคุมทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของคอนเวอร์เตอร์ เพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตตามต้องการ

เอกสารอ้างอิง

• ศิริชัย คล่องการพานิช, "เข้าใจไม่ยากกับการทำงานของสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์", เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ ฉบับที่ 160, มิถุนายน 2539
• สุวัฒน์ ดั่น, "เทคนิคและการออกแบบสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย", เอนเทลไทย, มิถุนายน 2538
• วิสุทธิ์ อัศวนนทวงศ์, วารสารคอมพิวเตอร์ อีเลคทรอนิคส์เวิลด์ ฉบับที่ 137, 2535

ที่มา: www.cpe.ku.ac.th/~yuen/204471/power/switching_regulator/ เรียบเรียงโดย: พงศ์ธวัช ชีพพิมลชัย, อโณ โชติมณี

EXTECH PWR5 พาวเวอร์แบงค์ แบตเตอรี่สำรอง Power Bank with Built-In Flashlight Code: 001143 Price 1,000.00 THB (Ref. 33.33 USD) Power Bank แบตเตอรี่สำรอง หมดปัญหาเรื่อง มือถือแบตหมด ติดตัวไว้ ฉุกเฉินช่วยได้ ขนาดความจุ 2,800mAh ยี่ห้อ Extech, USA	Extech USB200: USB Power Monitor Code: 001459 สอบถามราคา e-mail: [email protected] Monitor Voltage, Current, and Charge Capacity (mAh) in Chargers and Power Banks ยี่ห้อ Extech, USA
Extech DCP42: 160W Switching Power Supply Code: 001144 สอบถามราคา e-mail: [email protected] สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย Switching Power Supply แรงดัน 0 to 42V/10A ขนาด 160W ยี่ห้อ Extech, USA	Extech DCP60-220: 600W Switching Power Supply (220V) Code: 001145 สอบถามราคา e-mail: [email protected] สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย Switching Power Supply แรงดัน 0 to 60V, กระแส 0 to 10A ขนาด 600W ยี่ห้อ Extech, USA
Extech 382280: Precision with Programmable 200 Watt Output DC Power Supply Code: 001154 สอบถามราคา e-mail: [email protected] โปรแกรมเมเบิ้ล เพาเวอร์ซัพพลาย Precision with Programmable 200 Watt Output DC Power Supply ยี่ห้อ Extech, USA	Extech 382200 30V/1A Single Output DC Power Supply Code: 001147 สอบถามราคา e-mail: [email protected] เพาเวอร์ซัพพลาย Single Output DC Power Supply ขนาด 30V/1A ยี่ห้อ Extech, USA
EXTECH 382202 18V/3A Single Output DC Power Supply Code: 001148 สอบถามราคา e-mail: [email protected] เพาเวอร์ซัพพลาย Single Output DC Power Supply ขนาด 18V/3A ยี่ห้อ Extech, USA	Extech 382213: Digital Triple Output DC Power Supply Code: 001150 สอบถามราคา e-mail: [email protected] ดิจิตอล เพาเวอร์ซัพพลาย Analog Triple Output DC Power Supply ขนาด 30V/3A with fixed 5V and 12V outputs ยี่ห้อ Extech, USA
EXTECH 382260 80W Switching Mode DC Power Supply Code: 001151 สอบถามราคา e-mail: [email protected] สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย Switching Mode DC Power Supply ขนาด 80W/5A, 3 selectable ranges: 0-16V,0-27V,0-36V ยี่ห้อ Extech, USA	Extech 382270: Quad Output DC Power Supply Code: 001152 สอบถามราคา e-mail: [email protected] เพาเวอร์ซัพพลาย 4-in-1 DC Power Supply ขนาด 80W/5A, 3 selectable ranges: 0-16V,0-27V,0-36V ยี่ห้อ Extech, USA
EXTECH 382276 600W Switching Mode DC Power Supply (230V) Code: 001153 สอบถามราคา e-mail: [email protected] สวิทชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย 600W Switching Mode DC Power Supply ขนาด 600W, 30V/20A ยี่ห้อ Extech, USA	EXTECH 380820 Universal AC Power Source AC Power Analyzer Code: 001146 สอบถามราคา e-mail: [email protected] เพาเวอร์ซัพพลาย Power Supply Front (100W) and Rear (2000W) Universal Output Sockets ยี่ห้อ Extech, USA
Extech PM120 :Power Monitor Code: 001462 สอบถามราคา e-mail: [email protected] เครื่องวัดวิเคราะห์/บันทึกการใช้พลังงาน Monitor and record power usage of home and work appliances for energy conservation and cost reduction analysis ยี่ห้อ Extech, USA	Extech DCP36 80W Switching Mode DC Power Supply Code: 001149 สอบถามราคา e-mail: [email protected] เพาเวอร์ซัพพลาย Switching Mode DC Power Supply ขนาด 80W ยี่ห้อ Extech, USA