วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีสมัยใหม่ ซึ่งเป็นวงจรแหล่งจ่ายไฟชนิดหนึ่งที่แปลงระดับแรงดันไฟฟ้าจากระดับหนึ่งเป็นอีกระดับ มักใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ อาทิ เช่น ที่ชาร์จโทรศัพท์ อะแดปเตอร์ แล็ปท็อป หรือแม้แต่ในทีวีบางรุ่น นั่นก็คือ วงจร Flyback Converter เป็นวงจรที่มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งและมีประโยชน์อย่างแพร่หลาย ด้วยเหตุนี้จึงต้องมีการศึกษาค้นคว้า หลักการทำงานพื้นฐานของวงจร กลไกการทำงาน การนำวงจรไปใช้ประโยชน์ และปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน เพื่อให้สามารถเข้าใจและใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพต่อในอนาคต

ความหมายที่แท้จริงของ ฟลายแบคคอนเวอร์เตอร์ (Flyback converter)

วงจรฟลายแบคคอนเวอร์เตอร์ (Flyback Converter) คือแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ (SMPS: Switched-Mode Power Supply) ที่มีหน้าที่ในการแปลงระดับแรงดันไฟฟ้า โดยทั่วไปจะใช้เพื่อแปลงหรือควบคุมอินพุตแรงดันสูงให้เป็นเอาต์พุตแรงดันต่ำ ยกตัวอย่าง เช่น แปลงแรงดันไฟฟ้าจากเต้ารับที่ผนังบ้านไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการใช้งาน ซึ่งแตกต่างจากแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นแบบเดิม วงจร Flyback Converter นี้ มีประสิทธิภาพสูง กะทัดรัด และคุ้มต้นทุน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

หลักการทำงานของวงจรฟลายแบคคอนเวอร์เตอร์ (Flyback Converter)

Flyback Converter ทำงานบนหลักการกักเก็บพลังงาน (Energy Storage) และปล่อยพลังงาน Energy (Release) โดยมีหลักการดังต่อไปนี้ คือ:

• ภาคการจัดเก็บเก็บพลังงาน โดยปกติทั่วไป มี สวิตซ์ คือทรานซิสเตอร์ต่อกับวงจร และเมื่อ สวิตซ์ ON  กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวดหลัก (Primary Winding) ของหม้อแปลง โดยกักเก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก
• ส่วนในภาคการถ่ายเทพลังงานนั้น เมื่อสวิตช์ปิด หรือ สวิตซ์ OFF สนามแม่เหล็กจะลดลง และพลังงานที่กักเก็บไว้จะถูกถ่ายโอนไปยังขดลวดรอง (Secondary Winding) จากนั้นพลังงานนี้จะถูกปรับและกรองเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าขาออกตามที่ต้องการ

ซึ่งสามารถอธิบายเป็นขั้นตอนอย่างง่ายๆ ได้ดังนี้คือ เริ่มต้นจากการได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) จากผนังกำแพงบ้านแปลงเป็น แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ด้วยวงจรไดโอด (Diode Bridge) จากนั้น แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) นี้ จะถูกป้อนเข้ามายังวงจรฟลายแบคคอนเวอร์เตอร์ (Flyback Converter) หรือ ทรานส์ฟอร์เมอร์ และเมื่อสวิตซ์ ON กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวดหลัก (Primary Winding) ของหม้อแปลง โดยกักเก็บพลังงานสนามแม่เหล็กภายในหม้อแปลงทรานฟอร์เมอร์ จากนั้นเมื่อสวิตช์ OFF สนามแม่เหล็กจะลดลง พลังงานที่กักเก็บไว้จะถูกถ่ายโอนไปยังขดลวดรอง (Secondary Winding) แรงดันจะถูกปรับและกรองเป็นไฟฟ้ากระแสตรง DC ขาออกที่มีสัญญาณเรียบและคงที่ อย่างไรก็ตามภายในวงจรนั้นก็จะมีวงจร Feedback Control ในการควบคุมปรับสัญญาณให้ได้ตามที่ต้องการ

ดังนั้น วงจร Flyback Converter จะทำงานในโหมดของการนำไฟฟ้าแบบไม่ต่อเนื่อง (Discontinuous Conduction Mode หรือ DCM) ซึ่งหมายความว่าสนามแม่เหล็กของหม้อแปลงจะยุบตัวลงอย่างสมบูรณ์ในแต่ละรอบการสลับสวิตช์ (Switching) ซึ่งช่วยให้สามารถถ่ายโอนพลังงานและแยกไฟฟ้าระหว่างอินพุตและเอาต์พุตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การพิจารณาปัจจัยต่อมีผลกระทบต่อวง Flyback Converter

ปัจจัยที่สามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพของ Flyback Converter สามารถแบ่งออกได้ดังนี้

1. แรงดันไฟฟ้าขาเข้า การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและความเสถียรของเอาต์พุต
2. ความต้องการโหลด ตัวแปลงจะต้องปรับตามการเปลี่ยนแปลงของโหลด เช่น เมื่ออุปกรณ์เริ่มชาร์จ จะมีการเปลี่ยนแปลงแรงดันตามอุปกรณ์ที่ใช้
3. ความถี่ในการสลับ (Switching) ความถี่ในการสลับที่สูงขึ้นจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ แต่อาจจะนำไปสู่การสูญเสียพลังงานในรูปแบบของความร้อนได้
4. คุณภาพของอุปกรณ์ส่วนประกอบของวงจร อย่างเช่น หม้อแปลง สวิตช์ หรือตัวเก็บประจุที่มีคุณภาพต่ำ อาจนำไปสู่การลดประสิทธิภาพและลดอายุการใช้งานได้
5. อุณหภูมิ ความร้อนที่มากเกินไปอาจทำให้ส่วนประกอบต่างๆ เสื่อมสภาพและมีประสิทธิภาพลดลง

การใช้งานของตัวแปลงฟลายแบ็ก Flyback Converter

ตัวแปลงฟลายแบ็กถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพสูง ยกตัวอย่าง เช่น ที่ชาร์จโทรศัพท์และอะแดปเตอร์ ซึ่งตัวแปลงมีหน้าที่ในการลดแรงดันไฟฟ้าสูงจากเต้ารับที่ผนังลงเหลือ 5V หรือ 9V ตามที่สมาร์ทโฟนต้องการ รวมทั้งเป็นตัว LED Driver ที่มีหน้าที่ในการทำให้แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้ามีความเรียบและสม่ำเสมอ ซึ่งจำเป็นต่อการจ่ายไฟให้กับไฟ LED นอกจากนี้ยังมีการใช้ตัวแปลงในส่วนของการจ่ายไฟให้กับวงจรภายในของอุปกรณ์บางชนิด เช่น ทีวีและจอภาพบางรุ่น ตลอดจนอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมต่างๆ และระบบพลังงานหมุนเวียน ที่ต้องมีการพึ่งพาตัวแปลงเหล่านี้ไว้ใช้ในเครื่องจักรที่ต้องการการควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้มีความเสถียรและถูกต้องแม่นยำตาม specification ของระบบ ไม่ว่าจะเป็นการชาร์จ หรือการมีหน้าที่เป็นอินเวอร์เตอร์

สรุป

วงจรอิเล็กทรอนิกส์ Flyback Converter เปรียบเสมือนวงจรหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านกำลังไฟฟ้าสมัยใหม่ หรือ Power Electronic ที่มีความสามารถในการแปลงแรงดันไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการแยกแรงดันไฟฟ้า (Input-Output Isolation) และมีขนาดกะทัดรัด คุ้มต้นทุน ทำให้วงจรนี้ขาดไม่ได้ในการใช้งานในปัจจุบัน ตั้งแต่การชาร์จโทรศัพท์ไปจนถึงการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อุตสาหกรรมต่างๆ ดังนั้นวงจรฟลายแบคคอนเวอร์เตอร์ (Flyback Converter) จึงเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญอย่างยิ่งต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ด้าน Power Electronics สมัยใหม่ ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีประโยชน์อย่างมากต่อในปัจจุบันและอนาคต

‍