ก่อนหน้านี้

เราได้พูดถึงอุปกรณ์พื้นฐานของแหล่งจ่ายไฟ และสำรวจแหล่งจ่ายไฟแบบไม่คงที่ ตอนนี้เราจะเจาะลึกแนวคิดพื้นฐานของวงจรควบคุมแรงดันแบบเชิงเส้น โดยเริ่มจากวงจรควบคุมแรงดันแบบซีเนอร์ และแบบขนาน

วงจรควบคุมแรงดันแบบซีเนอร์ ไดโอด 

ที่แก่นของมัน การกำหนดค่าระหว่างซีเนอร์ ไดโอดและตัวต้านทาน (RS) จะสร้างวงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นพื้นฐาน ตัวต้านทานทำหน้าที่จำกัดกระแส ซึ่งมีความสำคัญในการป้องกันกระแสเกินที่อาจทำลายซีเนอร์ ไดโอด หรือแหล่งจ่ายไฟได้ อย่างไรก็ตาม ความเสถียรของแรงดันเอาต์พุตขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างเช่น กระแสโหลด การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และความแปรปรวนของแรงดันซีเนอร์ตามธรรมชาติ

วงจรควบคุมแรงดันเชิงขนาน TL431 

ทางเลือกที่แม่นยำกว่าในการตั้งค่าซีเนอร์ไดโอดคือ การใช้วงจรรวม TL431 ซึ่งนิยมใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟ ต่างจากแบบดั้งเดิม TL431 มีความแม่นยำและมีเสถียรภาพมาก ในวงจรนี้ ตัวต้านทาน RTOP และ RBOTTOM จะสร้างวงจรแบ่งแรงดันที่ส่งแรงดันส่วนหนึ่งกลับไปที่ขาอ้างอิงของ TL431 กลไกการป้อนกลับนี้ทำให้ปรับแรงดันเอาต์พุตได้ละเอียด โดยทั่วไปจะใช้โพเทนชิออมิเตอร์แบบหมุน 10 รอบเพื่อการควบคุมที่แม่นยำ

การทดสอบและประสิทธิภาพ

การทดสอบวงจรเหล่านี้ จำเป็นต้องสังเกตว่า มีการรักษาแรงดันเอาต์พุตได้ดีเพียงใดภายใต้การทำงานโหลดต่างๆ แม้ในสภาวะที่มีโหลด หากวงจรควบคุมแรงดันเชิงขนานออกแบบมาดี เช่น วงจรที่ใช้ TL431 ก็สามารถควบคุมแรงดันเอาต์พุตได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีคลื่นรบกวนต่ำและความเสถียรสูง

วงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นแบบอนุกรม

วงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นแบบอนุกรมมีวิธีการใช้ที่ซับซ้อนกว่าวงจรควบคุมแรงดันแบบขนาน วงจรควบคุมเหล่านี้ใช้ทรานซิสเตอร์ที่ทำงานในโหมดแอคทีฟเชิงเส้น เพื่อปรับแรงดันเอาต์พุต โดยใช้กลไกการป้อนกลับ (โดยปกติโดยใช้วงจรแบ่งแรงดัน) วงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นแบบอนุกรมสามารถรักษาแรงดันเอาต์พุตให้คงที่ได้โดยไม่คำนึงถึงความแปรปรวนของแรงดันอินพุต หรือการเปลี่ยนแปลงของโหลด

วงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นแบบอนุกรม LM317

ตัวอย่างวงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นแบบอนุกรมคือ LM317  สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้เกินกว่า 1 แอมแปร์ ต่างจากวงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นแบบขนาน  วงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นแบบอนุกรมอย่าง LM317 เหมาะสำหรับใช้งานที่ต้องการกระแสไฟสูงและมีประสิทธิภาพในการกระจายพลังงาน

วงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นแบบอนุกรมประเภท Low Dropout (LDO)

วงจรควบคุมแรงดัน LDO เช่น LT1575 แก้ปัญหาความต่างศักย์ในการทำงาน (dropout voltage) ที่พบได้ในวงจรควบคุมแรงดัน NPN ทั่วไป โดยการใช้ MOSFET หรือทรานซิสเตอร์ PNP วงจรควบคุมแรงดัน  LDO จะลดความต่างระหว่างแรงดันอินพุตและเอาต์พุต ทำให้เหมาะใช้งานที่ต้องการแรงดันเอาต์พุตต่ำที่ใกล้เคียงกับแรงดันอินพุต

การจัดการเรื่องความร้อน

ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งในการใช้วงจรควบคุมแรงดันเชิงเส้นคือ การกระจายความร้อน ต่างจากวงจรควบคุมแบบสวิตชิ่ง วงจรควบคุมแรงดันแบบเชิงเส้นจะกระจายพลังงานส่วนเกินเป็นความร้อน วิศวกรต้องคำนวณการกระจายพลังงานตามความต่างศักย์ของแรงดันที่ตกคร่อมวงจรควบคุม และกระแสที่ไหลผ่าน หากเป็นการใช้งานที่ใช้พลังงานสูง อาจต้องใช้ฮีตซิงก์ หรือการระบายอากาศเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิร้อนเกิน

สรุป

การเข้าใจวงจรควบคุมแรงดันแบบเชิงเส้น—ตั้งแต่การตั้งค่าซีเนอร์ไดโอดพื้นฐานไปจนถึงการออก แบบ LDO ที่ซับซ้อน—เป็นความรู้สำคัญในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันในแง่ของความเรียบง่าย แม่นยำ และมีประสิทธิภาพ ในตอนถัดไปของเรา เราจะสำรวจแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ซึ่งจะแตกต่างจากวงจรควบคุมแบบเชิงเส้นที่ได้พูดถึงณ ที่นี้