การทำความเข้าใจวงจรควบคุมแรงดันแบบสวิตชิ่ง: Buck, Boost และ Flyback

ในซีรีส์แหล่งจ่ายไฟที่เรานำเสนอ เราได้สำรวจอุปกรณ์พื้นฐานในการทดสอบและทำความเข้าใจวงจรควบคุมแรงดันแบบเชิงเส้นแล้ว ตอนนี้เราจะเจาะลึกไปที่วงจรควบคุมแรงดันแบบสวิตชิ่ง ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟสมัยใหม่ มาสำรวจหลักการและการประยุกต์ใช้วงจรควบคุมแรงดันสามประเภทหลักได้แก่ Buck, Boost และ Flyback

ตัวแปลงแรงดัน Buck: การลดแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ

ตัวแปลงแรงดัน Buck เป็นแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งพื้นฐาน ทำหน้าที่ลดแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายที่มีแรงดันสูงลงมาเป็นแรงดันต่ำกว่า โดยใช้สวิตช์ควบคุม (มักเป็น MOSFET) และตัวเหนี่ยวนำ ด้วยการสร้างสัญญาณเอาต์พุตแบบพัลส์ มีรอบการทำงานของสวิตช์เป็นตัวกำหนดแรงดันไฟฟ้าขาออก ซึ่งมักต่ำกว่าแรงดันอินพุต ตัวควบคุมประเภทนี้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพสูงและมีแรงดันเอาต์พุตที่ต่ำ

ตัวแปลงแรงดัน Boost: การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาออก

ในทางกลับกัน ตัวควบคุม Boost ทำหน้าที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาออกให้สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้า โดยการเก็บพลังงานในตัวเหนี่ยวนำในช่วงที่ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งเปิด (on-time) แล้วปล่อยพลังงานนี้ไปที่โหลดในช่วงที่สวิตช์ปิด (off-time) ทอพอโลยีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าต่ำกว่าแรงดันขาออกที่จำเป็นต้องใช้เช่น อุปกรณ์ใช้แบตเตอรี่ ที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าสูงและเสถียร

ตัวแปลงแรงดัน Flyback: การแปลงกระแสไฟฟ้าจาก AC เป็น DC หลากหลายรูปแบบ

ตัวควบคุม Flyback เป็นตัวเลือกอเนกประสงค์ในการแปลงกระแสไฟฟ้าจาก AC เป็น DC มันรวมทรานส์ฟอร์มเมอร์หรือตัวเหนี่ยวนำที่พันขดลวดสองชุด ช่วยให้ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าขาออกแบบแยกได้ ด้วยการควบคุมเวลาในการสวิตช์ Flyback ทำให้สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทอพอโลยีนี้มักใช้ในงานที่ต้องการกำลังไฟฟ้าต่ำถึงปานกลาง ที่มีการแยกกำลังไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ยืดหยุ่น

การทดสอบและประสิทธิภาพ

เมื่อทดสอบวงจรควบคุมแรงดันแบบสวิตชิ่ง การประเมินประสิทธิภาพและความเสถียรภายใต้โหลดที่แตกต่างกันเป็นตัวชี้วัดที่สำคัญ แตกต่างจากวงจรควบคุมแรงดันแบบเชิงเส้น วงจรควบคุมแรงดันแบบสวิตชิ่งจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าเพราะลดการกระจายพลังงานลง การตรวจสอบคุณสมบัติอินพุตและเอาต์พุตทำให้มั่นใจว่า ทำงานได้มีประสิทธิภาพภายใต้เงื่อนไขการทำงานที่หลากหลายอย่างเหมาะสม

สรุป

วงจรควบคุมแรงดันแบบสวิตชิ่ง—Buck, Boost และ Flyback— มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนเหนือวงจรควบคุมแรงดันแบบเชิงเส้นดั้งเดิมในแง่ของประสิทธิภาพ ขนาด และประสิทธิภาพการทำงาน การเข้าใจประเภทพื้นฐานเหล่านี้จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่ทนทาน และมีประสิทธิภาพ ซึ่งเหมาะกับความต้องการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง