ประเภทของแหล่งจ่ายไฟ

ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า แหล่งจ่ายไฟคืออุปกรณ์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแรงดันไฟขาออก กระแสไฟฟ้า และความถี่ที่จำเป็นสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออยู่ มันแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงและจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ (คอมพิวเตอร์ ทีวี เครื่องพิมพ์ เราเตอร์ ฯลฯ) แหล่งจ่ายไฟมีสองประเภทที่แตกต่างกัน: แหล่งจ่ายแรงดัน (ให้แรงดันคงที่) และแหล่งจ่ายกระแส (ให้กระแสคงที่)

แหล่งจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งออกเป็นเชิงเส้นและแบบพัลซิ่งได้:

• แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นซึ่งองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องคือหม้อแปลง (นอกจากนี้ยังมีแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นที่ไม่มีหม้อแปลง)
• การสลับแหล่งจ่ายไฟโดยใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ประเภทต่าง ๆ (ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า);

เชิงเส้นมีการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่ายซึ่งอาจซับซ้อนขึ้นเนื่องจากกระแสที่ต้องจัดหาเพิ่มขึ้น แต่การควบคุมแรงดันไฟฟ้าไม่ได้มีประสิทธิภาพมากนักสำหรับพวกเขา

พลังงานเป็นส่วนสำคัญของอุปกรณ์ต่างๆ ประเภทหลักบางประเภทคือ:

• หน่วยจ่ายไฟอิมพัลส์ ปัจจุบัน พาวเวอร์ซัพพลายส่วนใหญ่ถูกผลิตขึ้นในรูปแบบของสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือน้ำหนักที่ลดลงเป็นหลัก เมื่อยังไม่มีการควบคุมโซลิดสเตตและอุปกรณ์จ่ายไฟ พาวเวอร์ซัพพลายแบบหม้อแปลงที่หนักและทนทานกว่าจึงถูกนำมาใช้เพื่อให้การออกแบบแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งมีต้นทุนต่ำ
• แหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์มีแหล่งจ่ายไฟสลับที่แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับต่ำจากเครือข่ายการกระจาย (230 V, 50 Hz) เป็นแรงดันไฟฟ้าต่ำที่ใช้ในวงจรไฟฟ้าของคอมพิวเตอร์ (DC 3.3 V, 5 V และ 12 V)
• อะแดปเตอร์เครือข่าย เป็นแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งขนาดเล็กที่มีรูปร่างและขนาดเหมือนปลั๊กไฟฟ้ามาตรฐาน (เช่น ที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ) ที่ใช้กับแหล่งจ่ายไฟหลัก 230 โวลต์ที่ให้แรงดันไฟฟ้าต่ำที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์เฉพาะ อะแดปเตอร์ AC มักใช้กับอุปกรณ์และเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟภายใน
• แหล่งพลังงานเชื่อม แหล่งเชื่อมให้กระแสไฟฟ้าสูง (โดยทั่วไปคือหลายร้อยแอมแปร์) ที่ช่วยให้โลหะหลอมละลายในพื้นที่และเชื่อมเข้าด้วยกัน ก่อนหน้านี้มีการใช้หม้อแปลงเชื่อมที่เรียกว่า (พร้อมหม้อแปลงแม่เหล็กไฟฟ้าพิเศษที่ออกแบบมาสำหรับกระแสเชื่อมสูง) ที่ทันสมัยกว่าคือ อินเวอร์เตอร์เชื่อมพร้อมระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์.

ความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟในอุดมคติ เป็นแหล่งจ่ายแรงดัน ให้แรงดันเท่ากันเสมอ โดยไม่คำนึงถึงโหลดที่เชื่อมต่อ (เช่น แรงดันของแหล่งจ่ายจะคงที่ที่การดึงกระแสต่างกัน)

อย่างไรก็ตาม, ไม่มีแหล่งที่มาที่สมบูรณ์แบบเพราะ ความต้านทานภายใน แหล่งที่มาที่แท้จริงจะจำกัดกระแสสูงสุดที่สามารถไหลผ่านวงจรได้

แหล่งจ่ายไฟนี้สามารถใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้แรงดันขาออกคงที่ ซึ่งได้มาจากแรงดันตก (ความแตกต่างระหว่างแรงดันขาเข้าและขาออกของตัวควบคุม) ตัวอย่าง - ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าสวิตชิ่ง

ดังนั้นตามคุณภาพของแรงดันไฟขาออก อุปกรณ์จ่ายไฟจึงแตกต่างกัน:

• แหล่งที่มาที่เสถียร, แรงดันไฟฟ้าที่รักษาไว้ในระดับคงที่, โดยไม่คำนึงถึงความผันผวนของกระแส,
• แหล่งที่มาที่ไม่มีการควบคุมซึ่งแรงดันเอาต์พุตอาจแตกต่างกันไปตามความผันผวนของกระแส

แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นของหม้อแปลง

แหล่งกำเนิดเชิงเส้นแบบคลาสสิกประกอบด้วยองค์ประกอบต่อไปนี้: หม้อแปลง วงจรเรียงกระแส ตัวกรอง และตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

แผนผังไดอะแกรมแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น

ขั้นแรก หม้อแปลงจะแปลงแรงดันไฟหลักเป็นแรงดันที่ลดลงและให้ การแยกด้วยไฟฟ้า… วงจรที่แปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงแบบพัลซิ่งเรียกว่า วงจรเรียงกระแส (วงจรไดโอดบริดจ์ใช้สำหรับการแก้ไข) จากนั้นตัวกรองที่มีตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำจะช่วยลดการกระเพื่อม เพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวกรอง — เครื่องกรองไฟ.

การควบคุมหรือการปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ตามค่าที่กำหนดทำได้โดยใช้สิ่งที่เรียกว่า ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าในการก่อสร้างซึ่ง ทรานซิสเตอร์.

ทรานซิสเตอร์ในวงจรทำหน้าที่เป็นตัวปรับค่าความต้านทานที่เอาต์พุตของขั้นตอนนี้ เพื่อให้คลื่นมีความเสถียรมากขึ้น มีขั้นตอนการกรองที่สอง (แม้ว่าจะไม่จำเป็น แต่ทั้งหมดขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการออกแบบ) ก็สามารถเป็นตัวเก็บประจุธรรมดาได้

ในบรรดาอุปกรณ์จ่ายไฟนั้นมีอุปกรณ์ที่จ่ายไฟให้กับโหลด ควบคุมโดยไทริสเตอร์เพื่อจ่ายแรงดันและพลังงานที่ต้องการให้กับโหลด

แหล่งจ่ายไฟในห้องปฏิบัติการของเยอรมัน

แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นสมัยใหม่

การรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าในประเภทพื้นฐานของแหล่งกำเนิดเชิงเส้นทำได้โดยการเชื่อมต่อองค์ประกอบพิเศษแบบขนานกับวงจรที่ป้อนโดยแหล่งแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ได้รับการควบคุมผ่านตัวต้านทานที่เหมาะสมซึ่งมีลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน ที่ต้องการ แรงดันไฟฟ้า. มันเป็นองค์ประกอบดังกล่าว ซีเนอร์ไดโอดซึ่งทำงานบนแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ที่หลากหลาย

ข้อเสียของแหล่งจ่ายไฟซีเนอร์ไดโอดคือความเสถียรของแรงดันเอาต์พุตที่ค่อนข้างต่ำ ช่วงกระแสที่ค่อนข้างเล็ก และมีประสิทธิภาพต่ำเป็นพิเศษ เนื่องจากพลังงานไฟฟ้าถูกแปลงเป็นความร้อนในตัวต้านทานอนุกรมและในตัวซีเนอร์ไดโอดเอง

แหล่งกำเนิดเชิงเส้นสมัยใหม่ (โดยปกติจะอยู่ในรูปของวงจรรวม) ใช้องค์ประกอบอิมพีแดนซ์แบบแปรผัน (ทรานซิสเตอร์โหมดเชิงเส้น) ซึ่งควบคุมโดยการป้อนกลับตามความแตกต่างระหว่างแรงดันเอาต์พุตและแรงดัน DC จากแรงดันอ้างอิงภายใน (ขึ้นอยู่กับไดโอด วงจรแต่มีไฟฟ้ากระแสตรงน้อย)

แหล่งกำเนิดเชิงเส้นทั่วไปคือไอซี 78xx (เช่น 7805 เป็นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า 5V) และอนุพันธ์

ข้อเสียของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นดังกล่าวคือประสิทธิภาพต่ำ (และเนื่องจากการกระจายพลังงานในวงจรรวมจะแปรผันตามความร้อนและความจำเป็นในการทำความเย็น) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความแตกต่างอย่างมากระหว่างแรงดันอินพุตและเอาต์พุตและกระแสสูง มันคือ บางครั้งก็เสียเปรียบที่แรงดันเอาต์พุตต่ำกว่าแรงดันอินพุตเสมอ

ข้อได้เปรียบอยู่ที่ต้นทุนต่ำ ขนาดเล็ก ใช้งานง่าย และไม่มีสัญญาณรบกวนจากภายนอกและในวงจรไฟฟ้า

แหล่งจ่ายไฟในตัวในห้องปฏิบัติการวิศวกรรมไฟฟ้า

สวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย

ในแหล่งจ่ายไฟแบบพัลซิ่งจะใช้ทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ซึ่งจะปิดเป็นระยะที่ความถี่ค่อนข้างสูง (หลายสิบ kHz หรือมากกว่า) และเพิ่มแรงดันอินพุตของวงจรที่ประกอบด้วยขดลวด ตัวเก็บประจุ และไดโอด ด้วยการผสมผสานที่เหมาะสมขององค์ประกอบเหล่านี้ จึงเป็นไปได้ที่จะลดและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้

แหล่งจ่ายไฟแบบพัลซิ่งอีกประเภทหนึ่งคือแหล่งจ่ายไฟที่มีหม้อแปลงและวงจรเรียงกระแสไดโอดที่ตามมา ซึ่งใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่ได้เปรียบ (ขนาดหม้อแปลงที่เล็กกว่าที่กระแสสูง การสูญเสียแม่เหล็กที่ลดลง) ของวัสดุแม่เหล็กสมัยใหม่ (เฟอร์ไรต์) ที่ความถี่สูง . ด้วยการเปลี่ยนความถี่ คุณจะสามารถเปลี่ยนแรงดันเอาต์พุตได้

ดังนั้น แหล่งจ่ายไฟดังกล่าวจึงรวมวงจร (โดยปกติจะอยู่ในรูปของวงจรรวม) ที่ให้การเปลี่ยนแปลงความถี่ตามผลป้อนกลับจากแรงดันเอาต์พุตเพื่อให้แรงดันเอาต์พุตคงที่ภายใต้โหลดที่แตกต่างกัน

เพิ่มเติมเกี่ยวกับแหล่งจ่ายไฟสลับ: หลักการทั่วไป ข้อดีและข้อเสียของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย

เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งทำงานด้วยแรงดันและกระแสแบบคลื่นสี่เหลี่ยม จึงปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในช่วงความถี่กว้าง ดังนั้นเมื่อสร้างและใช้งานจำเป็นต้องปฏิบัติตามหลักการของความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC)

อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ

ในโรงงานหรือห้องปฏิบัติการ แหล่งจ่ายไฟที่มีความแม่นยำใช้สำหรับการวัด การทดสอบ และการแก้ไขปัญหา พาวเวอร์ซัพพลายในห้องปฏิบัติการเหล่านี้แปลง แก้ไข และควบคุมแรงดันไฟฟ้าตลอดจนกระแสเอาต์พุตเพื่อให้สามารถวัดค่าได้โดยไม่ทำให้อุปกรณ์ที่กำลังทดสอบเสียหาย

ดูสิ่งนี้ด้วย:พาวเวอร์ซัพพลายสำหรับอุปกรณ์อัตโนมัติทางอุตสาหกรรม