การสลับแหล่งจ่ายไฟ: มุมมองภายในของการแปลงแรงดันไฟฟ้า

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งทำการแปลงแรงดันไฟฟ้าอย่างไร

การแนะนำ

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ช่วยให้การแปลงแรงดันไฟฟ้ามีประสิทธิภาพ มีบทบาทสำคัญในการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) โดยใช้เทคนิคการสลับความถี่สูง บทความนี้นำเสนอการสำรวจเชิงลึกเกี่ยวกับอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับการทำงานภายใน และอธิบายกระบวนการแปลงแรงดันไฟฟ้าทีละขั้นตอน

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมแหล่งจ่ายไฟเพื่อให้ได้แรงดันและกระแสเอาต์พุตที่ต้องการ ประกอบด้วยส่วนประกอบสำคัญหลายประการ รวมถึงวงจรเรียงกระแส ตัวกรองอินพุตและเอาต์พุต ตัวควบคุมพัลส์ไวด์ธมอดูเลชั่น (PWM) และหม้อแปลงไฟฟ้า ส่วนประกอบเหล่านี้ทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่นเพื่อให้แน่ใจว่าการแปลงแรงดันไฟฟ้ามีประสิทธิภาพ

1. การแก้ไข: ระยะแรก

ก่อนที่จะสามารถแปลงแรงดันไฟฟ้าได้ จะต้องแก้ไขกระแสสลับ (AC) จากแหล่งพลังงานก่อน ส่วนประกอบวงจรเรียงกระแสของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจะแปลงสัญญาณ AC ให้เป็นสัญญาณกระแสตรงแบบพัลซิ่ง (DC) กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการใช้ไดโอดที่จัดเรียงในการกำหนดค่าวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ ไดโอดทำหน้าที่เป็นวาล์วทางเดียว ทำให้กระแสไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น จึงแปลงคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับเป็นชุดของพัลส์ทิศทางเดียว

2. การกรอง: กำจัดระลอกคลื่น

เมื่อแก้ไขแล้ว แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงยังคงมีระลอกคลื่นที่ไม่ต้องการอยู่ ระลอกคลื่นเหล่านี้มีสาเหตุมาจากธรรมชาติของการเต้นเป็นจังหวะโดยธรรมชาติของรูปคลื่นที่ถูกแก้ไข เพื่อกำจัดคลื่นเหล่านี้ จึงมีการใช้ตัวกรอง ตัวกรองประกอบด้วยตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำที่ทำให้รูปคลื่นเป็นจังหวะเรียบขึ้นโดยการจัดเก็บและปล่อยพลังงานไฟฟ้าในระหว่างกระบวนการเปลี่ยน ผลลัพธ์ที่ได้คือแรงดันเอาต์พุต DC ที่เสถียรยิ่งขึ้น ปราศจากความผันผวนอย่างมีนัยสำคัญ

3. การปรับความกว้างพัลส์ (PWM): การสร้างการควบคุม

ตัวควบคุมการมอดูเลตความกว้างพัลส์จะควบคุมแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งโดยการควบคุมความกว้างของพัลส์เอาท์พุต คอนโทรลเลอร์ได้รับการตอบรับจากเอาท์พุตและปรับความกว้างของพัลส์ให้เหมาะสม ด้วยการใช้เทคนิคการสลับความถี่สูง ตัวควบคุม PWM จะรักษาแรงดันเอาต์พุตที่เสถียรโดยการเปลี่ยนแปลงรอบการทำงานของพัลส์ เมื่อแรงดันเอาต์พุตลดลง รอบการทำงานจะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน วงจรป้อนกลับนี้รับประกันการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพ

4. หม้อแปลงไฟฟ้า: การแปลงแรงดันไฟฟ้า

ด้วยกลไกการแก้ไข การกรอง และการควบคุม กระบวนการแปลงแรงดันไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ หม้อแปลงไฟฟ้าซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งช่วยอำนวยความสะดวกในกระบวนการนี้ หม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิซึ่งมีการเชื่อมต่อด้วยแม่เหล็กแต่แยกทางไฟฟ้า ขดลวดปฐมภูมิได้รับพัลส์แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจากตัวควบคุม PWM ในขณะที่ขดลวดทุติยภูมิส่งแรงดันไฟฟ้าที่แปลงแล้วให้กับโหลด

ในระหว่างการทำงาน ตัวควบคุม PWM จะส่งพัลส์ความถี่สูงไปยังขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง พัลส์เหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกัน เหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดทุติยภูมิจะสะท้อนถึงอัตราส่วนการหมุนระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้นจึงให้แรงดันเอาต์พุตที่ต้องการ ดังนั้นหม้อแปลงไฟฟ้าจึงสามารถแปลงแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่ยังคงรักษาการแยกกระแสไฟฟ้าระหว่างวงจรอินพุตและเอาต์พุต

5. การควบคุมผลตอบรับ: สร้างความมั่นใจในเสถียรภาพ

เพื่อรับประกันการแปลงแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรและแม่นยำ แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจึงรวมกลไกการควบคุมผลป้อนกลับ แรงดันไฟขาออกจะได้รับการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง และลูปป้อนกลับจะตรวจพบความเบี่ยงเบนจากค่าที่ต้องการ ด้วยการปรับความกว้างของพัลส์ที่ส่งไปยังขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง ระบบควบคุมป้อนกลับทำให้มั่นใจได้ว่าแรงดันเอาต์พุตจะคงอยู่ภายในช่วงที่ระบุ

บทสรุป

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ช่วยให้สามารถแปลงแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านกระบวนการแบบหลายขั้นตอน โดยผสมผสานการแก้ไข การกรอง การมอดูเลตความกว้างพัลส์ หม้อแปลง และการควบคุมป้อนกลับ เพื่อให้มั่นใจว่าเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้ามีความเสถียรและแม่นยำ การดูการแปลงแรงดันไฟฟ้าจากภายในนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานภายในของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง โดยเน้นความสามารถในการแปลงไฟ AC เป็นไฟ DC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยประสิทธิภาพสูง ขนาดกะทัดรัด และประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งยังคงจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท และมีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของเรา