การออกแบบแหล่งจ่ายไฟตรง

electronics

Power Supply คือแหล่งจ่ายไฟตรง ที่ใช้สำหรับการป้อนให้แก่วงจรหรืออุปกรณ์ต่างๆ ซึ่งมันก๊เปรียบเหมือนกันแบตเตอรี่ นั่นเอง แต่การที่เราจะใช้แบตเตอรี่ กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์นั้นก๊เป็นการไม่เหมาะสม เพราะมีอายุการใช้งานที่สั้น จึงมีการคิดค้นโดยการใช้อุปกรณ์ทางด้าน electronic มาทำการแปลงไฟจากไฟบ้านที่เราใช้กันไห้เป็นไฟตรง ซึ่งเราเรียกมันว่า Power Supply

          จากวงจรด้านล่างเป็นวงจรแปลงไฟตรงแบบที่ไม่มีการ regulate โดยการใช้ ไดโอด 4 ตัว ต่อในลักษณะของ bridge เบอร์ 1N4004 วงจรแบบนี้ซึ่งไม่มีการ regulate จะเป็นวงจรที่แปลงไฟตรงมีประสิทธิภาพต่ำ มีสว่นที่เป็นลูกคลื่นหรือที่เรียกว่า ripple สูงมากนำไปใช้กับวงจรบางประเภท เช่นวงจรเครื่องเสียงที่ต้องการคุณภาพเสียงไม่ได้ ความถี่ของ ripple จะมีค่าเป็น 2 เท่าของความถี่ทางด้าน input ถ้าเราใช้ไฟบ้านซึ่งมีความถี่ 50 Hz ดังนั้นความถี่ของ ripple ก๊จะเป็น 100 Hz 

 

    เราลองมาดูตัวอย่างการออกแบบวงจร power supply แบบ  regulate โดยเราต้องการ แรงดัน output 12-13 V จ่ายกระแสได้สูงสุด 500 mA ripple สูงสุดไม่เกิน 2.5% และ เปอร์เซน regulate 5%

    อันดับแรกเราจะต้องทำการหาว่า จะต้องใช้หม้อแปลงที่ทางด้าน secondary จ่ายไฟเท่าไหร่? จากที่เราต้องการแรงดัน output  13V และที่ diode D2 และ D4 นั้นเป็น silicon diode ดังนั้นเมื่อมันทำงานก๊จะมีแรงดันตกคร่อมแต่ละตัว 0.7V ดังนั้น ทั้ง D1 และ D4 จะดรอบแรงดันไป (0.7x2)V และจากสูตรการแปลงไฟแบบ bridge คือ 

  โวลเตจที่output = โวลเตจที่ ขด secondary ของหม้อแปลง(Vsec) x 1.414          ดังนั้น

  Vsec = [13 + 1.4 ]/1.414  ซึ่งมีค่าเท่ากับ 10.2 V  ดังนั้นหม้อแปลงที่เราใช้ทางด้านขด Secondary ต้องแปลงไฟได้ 10.2 V หรือใกล้เคียงค่านั้น

      และค่าชอง ripple ที่เราต้องการ ripple สูงสุดไม่เกิน 2.5%  ของแรงดันที่ output ดังนั้น ค่าขนาดของแรงดันที่มัน จะกระเพื่อมได้ในหน่วยของ rms คือ 13x0.025 = 0.325rms และถ้าหากคิดในรูปของ Vp-p เราจะได้ว่า ripple นี้ จะมีค่าเป็น Vrip=0.325x2.828 =0.92Vp-p ซึ่งค่านี้เราจะนำไปใช้ในการคำนวณค่าของ C ที่จะนำมาใช้งานในวงจรซึ่งค่า ripple มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับการใช้ C ในวงจร.สิ่งที่เราต้องนำมาใช้ในการคำนวณด้วยคือ เวลาที่ใช้ในการประจุของ C  และส่วนมากเราจะใช้ไฟบ้านเป็นแหล่งจ่ายไฟ AC ดังนั้นจะได้ 1/(ความถี่ของ ripple) = 1/[2x60] =8.33mSec  และสูตรการคำนวณค่า C คือ

C1(uF)= [ (ILxT) /Vrip ]x 10 e+6

C1 = [ ( 0.5A X 0.00833 ) / 0.92V ] X 106 
C1 = 0.00453 X 106 = 4529 or 4700 uF

และค่าอัตราการทนแรงดันของ C ที่เราจะเลือกใช้นั้น เนื่องจากแรงดันoutput คือ 13 V ดังนั้นค่า C ที่เลือกใช้งานต้องทนแรงดันได้ ไม่ต่ำกว่า 13x1.414= 18.33V ถ้าเลือใช้ค่า มาตรฐานตามท้องตลาดก๊ต้องเป็น 25 V

อัตราการทนแรงดันของ Diode(PIV)

 สิ่งนี้เราก๊ต้องคำนึงถึง ถ้าเลือกค่าต่ำก๊จะทำไห้ diode พังได้ จะต้องทนได้อย่างต่ำ เท่ากับ 2.828 x Vsec หรือในที่นี้คือ 29 V ซึ่งอาจจะไม่มีขายก๊ไห้เลือกค่ามาตรฐานที่สูงกว่าที่เราคำนวณได้มาใช้งาน สว่นอัตราการทนกระแสของ diode นั้น จะต้องไห้มากกว่า 2 เท่าของกระแสสูงสุดที่ output คือ 2x0.5 = 1A เบอร์ที่ดีที่สุดที่เราจะเลือกใช้งานคือ  1N4004,1N4006,1N4008 ซึ่งทุกตัวมีอัตราการทนกระแส 1A และPIV 400,600,800 ตามลำดับ

การเลือกใช้งานหม้อแปลง

 จากที่กระแส output คือ 0.5A และ Vsec คือ 10.2V ดังนั้น หม้อแปลงที่ใช้งานจะต้องมี VA คือ 10.2x0.5 = 5.2 VA ซึ่งการเลือกใช้งานของเราก๊ต้องทำการเลือก หม้อแปลงที่มีspec ค่า VA สูงกว่านั้นเล็กน้อย และจ่ายกระแสด้าน secondary ได้ในช่วง ประมาณ 10 V

การเลือกใช้งาน Fuse

 การเลือกใช้งาน fuse นั้นก๊ขึ้นกับกระแสที่จะไหลผ่านทางด้าน primary ของหม้อแปลง การคำนวณก๊ใช้อัตราส่วนของหม้อแปลงคือ

I2/I1= E1/E2  แต่กระแส I2 นั้นเราต้องคำนึงให้มีค่ามากกว่า กระแสที่เราต้องการสูงสุดอยู่ 2 เท่าเพื่อประโยนช์ในเรื่องการ safety วงจร ดังนั้น I1 = [2x50]/[240/10.2] =0.4A  ค่าที่เลือกใช้นี้อาจจะหายาก เพราะเป็นค่าต่ำ อาจจะเลือกใช้ค่า 100mA แทนได้ซึ่งเป็นค่าที่หาได้ง่ายกว่า

**ข้อมูลจาก  www.electhai.com

[บอย]

ทำไมเวลาที่ใช้ในการประจุของ C สูตร 1/(ความถี่ของ ripple) = 1/[2x60] =8.33mSec ผมไม่เข้าใจว่าทำไมต้องเอา 2 คูณคับและ

แรงดันที่ c ทนได้ทำไมคูณ 1.414คับ

[ee35]

ความถี่ของ full wave rectifier เป็นสองเท่าของความถี่ที่ป้อนเข้า ถ้าเราป้อนเข้าด้วย 60 Hz ก็ออกเป็นสองเท่า (2x60)

ส่วนแรงดัน ก็คำนวณที่ แรงดัน rms ก็ คูณ รากที่สองของสอง เป็นแรงดันสูงสุดจ้า

[InwFairy]

ตรงสูตรคำนวณC ที่เป็น 10 e+6 แล้ว e มันคืออะไรหรอค๊ะ??