Electronic Circuits Design

Pinit NuangpiromRMUTL

Switching Power Supply

สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลาย (Switching Power Supply) เป็�นแหล�งจ่�ายไฟตร์งคงค�าแร์งดั�นแบบหน��ง และสามาร์ถเป็ล#�ยนแร์งดั�นไฟจ่ากไฟสล�บโวิลต ส&ง ให(เป็�นแร์งดั�นไฟตร์งค�าต)�า เพ*�อใชิ่(ในงานอ�เล+กทร์อน�กส ไดั(เชิ่�นเดั#ยวิก�นแหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(น (Linear Power Supply) ถ�งแม(เพาเวิอร์ ซั�พพลายท�-งสองแบบจ่ะต(องม#การ์ใชิ่(หม(อแป็ลงในการ์ลดัทอน แร์งดั�นส&งให(เป็�นแร์งดั�นต)�าเชิ่�นเดั#ยวิก�น แต�สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายจ่ะต(องการ์ใชิ่(หม(อ แป็ลงท#�ม#ขนาดัเล+ก และน)-าหน�กน(อย เม*�อเท#ยบก�บแหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(น อ#กท�-งสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายย�งม#ป็ร์ะส�ทธิ�ภาพส&งกวิ�าอ#กดั(วิย

Switching Power Supply

ในป็1จ่จ่2บ�นสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายไดั(เข(ามาม#บทบาทก�บชิ่#วิ�ตเร์าอย�าง มาก เคร์*�องใชิ่(อ�เล+กทร์อน�กส ขนาดัเล+กซั��งต(องการ์แหล�งจ่�ายไฟท#�ม#ก)าล�งส&งแต�ม# ขนาดัเล+ก เชิ่�น เคร์*�องคอมพ�วิเตอร์ เคร์*�องโทร์สาร์ และ โทร์ท�ศน จ่)าเป็�นจ่ะต(องใชิ่(สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลาย แนวิโน(มการ์น)าสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายมาใชิ่(ใน เคร์*�องใชิ่(อ�เล+กทร์อน�กส ท2กป็ร์ะเภทจ่�งเป็�นไป็ไดั(ส&ง การ์ศ�กษาหล�กการ์ท)างานและการ์ออกแบบสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลาย จ่�งเป็�นส��งจ่)าเป็�นท#�ไม�อาจ่หล#กเล#�ยงไดั(ส)าหร์�บผู้&(ท#�เก#�ยวิข(องก�บงานอ�เล+กทร์อน�กส ท2ก ป็ร์ะเภท

สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายกั�บ แหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส�น ข(อไดั(เป็ร์#ยบของสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายเม*�อเป็ร์#ยบเท#ยบก�บแหล�ง

จ่�ายไฟเชิ่�งเส(น ค*อป็ร์ะส�ทธิ�ภาพท#�ส&ง ขนาดัเล+ก และน)-าหน�กเบากวิ�าแหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(น เน*�องจ่ากแหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(นใชิ่(หม(อแป็ลงควิามถ#�ต)�าจ่�งม#ขนาดัใหญ่� และน)-าหน�กมาก ขณะใชิ่(งานจ่ะม#แร์งดั�นและกร์ะแสผู้�านต�วิหม(อแป็ลงตลอดัเวิลา ก)าล�งงานส&ญ่เส#ยท#�เก�ดัจ่ากหม(อแป็ลงจ่�งม#ค�าส&ง การ์คงค�าแร์งดั�นแหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(นส�วินมากจ่ะใชิ่(เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ต�ออน2กร์มท#�เอาต พ2ตเพ*�อจ่�ายกร์ะแสและคงค�าแร์งดั�น ก)าล�งงานส&ญ่เล#ยในร์&ป็ควิามร์(อนจ่ะม#ค�าส&งและต(องใชิ่(แผู้�นร์ะบายควิามร์(อนขนาดั ใหญ่�ซั��งก�นเน*-อท#� เม*�อเพาเวิอร์ ซั�พพลายต(องจ่�ายก)าล�งงานส&งๆ จ่ะท)าให(ม#ขนาดัใหญ่�และม#น)-าหน�กมาก ป็กต�แหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(นจ่ะม#ป็ร์ะส�ทธิ�ภาพป็ร์ะมาณ 30% หร์*ออาจ่ท)าไดั(ส&งถ�ง 50% ในบางกร์ณ# ซั��งน�บไดั(วิ�าค�อนข(างต)�าเม*�อเป็ร์#ยบเท#ยบก�บสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายซั��งม#ป็ร์ะส�ทธิ�ภาพในชิ่�วิง 65%-80%

สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายกั�บ แหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส�น สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายม#ชิ่�วิงเวิลาโคลสต อ�พ

ป็ร์ะมาณ ถ�ง วิ�นาท# ในขณะท#�แหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(นจ่ะ

ท)าไดั(เพ#ยงป็ร์ะมาณ วิ�นาท# ซั��งม#ผู้ลต�อการ์จ่�ดัหาแหล�งจ่�ายไฟ

ส)าร์องเพ*�อป็9องก�นการ์หย2ดัท)างานของอ2ป็กร์ณ ท#� ใชิ่(ก�บเพาเวิอร์ ซั�พพลายเม*�อเก�ดัการ์หย2ดัจ่�ายแร์งดั�นไฟสล�บ ร์วิมท�-งสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลาย สามาร์ถท)างานไดั(ในชิ่�วิงแร์งดั�นอ�นพ2ตค�อนข(างกวิ(างจ่�งย�งคงสามาร์ถท)างานไดั(เม*อ เก�ดักร์ณ#แร์งดั�นไฟตกอ#กดั(วิย

350 10

320 10

320 10

สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายกั�บ แหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส�น

อย�างไร์ก+ตาม สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายจ่ะม#เสถ#ยร์ภาพในการ์ท)า งานท#�ต)�ากวิ�า และก�อให(เก�ดัส�ญ่ญ่าณร์บกวินไดั(ส&งเม*�อเป็ร์#ยบเท#ยบก�บแหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(น ร์วิมท�-งสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายย�งม#ควิามซั�บซั(อนของวิงจ่ร์มากกวิ�าและม#ร์าคาส&ง ท#�ก)าล�งงานต)�าๆ แหล�งจ่�ายไฟเชิ่�งเส(นจ่ะป็ร์ะหย�ดักวิ�าและให(ผู้ลดั#เท�าเท#ยมก�น ดั�งน�-นสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายจ่�งม�กน�ยมใชิ่(ก�นในงานท#�ต(องการ์ ก)าล�งงานต�-งแต� 20 วิ�ตต ข�-นไป็ เท�าน�-น

หล�กักัาร์ทำ�างานของสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลาย

ห�วิใจ่ส)าค�ญ่ของ สวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายจ่ะอย&�ท#�คอนเวิอร์ เตอร์ เน*�องจ่ากท)าหน(าท#�ท� -งลดัทอนแร์งดั�นและคงค�าแร์งดั�นเอาต พ2ต

คอนเวิอร์ เตอร์ คอนเวิอร์ เตอร์ น�บวิ�าเป็�นส�วินส)าค�ญ่ท#�ส2ดัในสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลาย ม#หน(าท#�ลดั

ทอนแร์งดั�นไฟตร์งค�าส&งลงมาเป็�นแร์งดั�นไฟตร์งค�าต)�า และสามาร์ถคงค�าแร์งดั�นไดั( คอน

เวิอร์ เตอร์ ม#หลายแบบข�-นอย&�ก�บล�กษณะการ์จ่�ดัวิงจ่ร์ภายใน โดัยคอนเวิอร์ เตอร์ แต�ละแบบจ่ะม#

ข(อดั#ข(อเส#ยท#�แตกต�างก�นออกไป็ การ์จ่ะเล*อกใชิ่(คอนเวิอร์ เตอร์ แบบใดัส)าหร์�บสวิ�ตชิ่��งเพา

เวิอร์ ซั�พพลายน�-นม#ข(อควิร์พ�จ่าร์ณาจ่ากล�กษณะพ*-นฐานของคอนเวิอร์ เตอร์ แต�ละแบบดั�งน#-ค*อ ล�กษณะการ์แยกก�นทางไฟฟ9าร์ะหวิ�างอ�นพ2ตก�บเอาต พ2ตของคอนเวิอร์ เตอร์ ค�าแร์งดั�นอ�นพ2ตท#�จ่ะน)ามาใชิ่(ก�บคอนเวิอร์ เตอร์ ค�ากร์ะแสส&งส2ดัท#�ไหลผู้�านเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ในคอนเวิอร์ เตอร์ ขณะท)างาน ค�าแร์งดั�นส&งส2ดัท#�ตกคร์�อมเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเคอร์ ในคอนเวิอร์ เตอร์ ขณะท)างาน การ์ร์�กษาร์ะดั�บแร์งดั�นในกร์ณ#ท#�คอนเวิอร์ เตอร์ ม#เอาต พ2ตหลายค�าแร์งดั�น การ์ก)าเน�ดัส�ญ่ญ่าณร์บกวิน RFI/EMI ของคอนเวิอร์ เตอร์

คอนเวิอร์ เตอร์ จ่ากข(อพ�จ่าร์ณาดั�งกล�าวิ จ่ะท)าให(ผู้&(ออกแบบทร์าบข#ดัจ่)าก�ดั

ของคอนเวิอร์ เตอร์ และต�ดัส�นใจ่เล*อกใชิ่(คอนเวิอร์ เตอร์ แบบใดัไดั( ป็1จ่จ่2บ�นไดั(ม#

การ์พ�ฒนาคอนเวิอร์ เตอร์ ในร์&ป็แบบต�างๆ ข�-นมามากมาย ในท#�น#-จ่ะกล�าวิถ�งเฉพาะ

คอนเวิอร์ เตอร์ ท#�น�ยมใชิ่(เป็�นในอ2ตสาหกร์ร์มของสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลาย ค*อ ฟลายแบคคอนเวิอร์ เตอร์ (Flyback converter) ฟอร์ เวิ�ร์ ดัคอนเวิอร์ เตอร์ (Forward converter) พ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์ (Push-Pull  converter) ฮาล ฟบร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์ (Half-Bridge  converter) ฟ&ลบร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์ (Full-Bridge  converter)

ฟลายแบคคอนเวิอร์ เตอร์ Q1 ท)างานเป็�นสวิ�ตชิ่ และจ่ะน)ากร์ะแสตามค)า

ส��งของพ�ลส ส#�เหล#�ยมท#�ป็9อนให(ทางขาเบส หม(อแป็ลง T1 เป็�นแบบกล�บเฟส ดั�งน�-นเม*�อ

Q1 น)ากร์ะแส ไดัโอดั D1 จ่�งอย&�ในล�กษณะถ&กไบแอสกล�บและไม�น)ากร์ะแส

ม#การ์สะสมพล�งงานท#�ขดัไพร์มาร์#�ของหม(อแป็ลง T1

เม*�อ Q1 หย2ดัน)ากร์ะแส สนามแม�เหล+ก T1 ย2บต�วิท)าให(เก�ดัการ์กล�บข�-วิแร์งดั�นท#�ขดัไพร์มาร์#�และเซัค�นดัาร์#� D1 ก+จ่ะอย&�ในล�กษณะถ&กไบแอสตร์ง

ส�งผู้�านกร์ะแสไป็ย�งต�วิเก+บป็ร์ะจ่2เอาต พ2ต Co และโหลดัไดั(

ค�าของแร์งดั�นท#เอาต พ2ตของคอนเวิอร์ เตอร์ จ่ะข�-นอย&�ก�บค�าควิามถ#�การ์ท)างานของ Q1 ชิ่�วิงเวิลาน)ากร์ะแสของ Q1 อ�ตร์าส�วินจ่)านวินร์อบของหม(อแป็ลง และค�าของแร์งดั�นท#�อ�นพ2ต

ฟลายแบคคอนเวิอร์ เตอร์ เม*�อวิงจ่ร์ท)างานอย&�ในสภาวิะคงท#� ค�าแร์งดั�นเอาต พ2ตท#�ไดั(จ่ากคอนเวิอร์ เตอร์ จ่ะเป็�นไป็ตามสมการ์

  T ค*อคาบเวิลาการ์ท)างานของ Q1 เป็�นวิ�นาท#tON ค*อชิ่�วิงเวิลาNp ค*อจ่)านวินร์อบของขดัไพร์มาร์#� Ns ค*อจ่)านวินร์อบของขดัเซัค�นดัาร์#�Vout ค*อแร์งดั�นท#�เอาต พ2ตของคอนเวิอร์ เตอร์ เป็�นโวิลต Vin ค*อแร์งดั�นท#�อ�นพ2ตของคอนเวิอร์ เตอร์ เป็�นโวิลต Vce(sat)

ค*อแร์งดั�นตกคร์�อม Q1 ขณะน)ากร์ะแสท#�จ่2ดัอ��มต�วิ เป็�นโวิลต

VD ค*อแร์งดั�นคกคร์�อมไดัโอดั D1 ขณะน)ากร์ะแส เป็�นโวิลต

ฟลายแบคคอนเวิอร์ เตอร์

ฟลายแบคคอนเวิอร์ เตอร์ เป็"นคอนเวิอร์ เตอร์ ทำ#�ให�กั�าล�งงานได้�ไม่�ส'งน�กั โด้ยอย'�ในชิ่�วิงไม่�เกั�น 150 วิ�ตต และให�ค�าส�ญญาณร์บกัวิน RFI/EMI ค�อนข�างส'ง แต�ใชิ่�อ,ป็กัร์ณ น�อยและม่#ร์าคาถู'กั

ฟอร์ เวิ�ร์ ด้คอนเวิอร์ เตอร์ หม(อแป็ลงในฟอร์ เวิ�ร์ ดัคอน

เวิอร์ เตอร์ จ่ะท)าหน(าท#�ส�งผู้�านพล�งงานในชิ่�วิงท#�เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ น)ากร์ะแส

ต�างจ่ากฟลายแบคคอนเวิอร์ เตอร์ ซั��งหม(อแป็ลงจ่ะสะสมพล�งงานในชิ่�วิงท#�เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ น)ากร์ะแส แล(วิจ่�งถ�ายเทพล�งงานออกไป็ขณะท#�เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ หย2ดัน)ากร์ะแส

ฟอร์ เวิ�ร์ ด้คอนเวิอร์ เตอร์

ฟอร์ เวิ�ร์ ด้คอนเวิอร์ เตอร์ Q1 จ่ะทำ�างานน�ากัร์ะแสและหย,ด้น�ากัร์ะแสสล�บกั�นไป็ เม่.�อ Q1 น�ากัร์ะแส จ่ะม่#กัร์ะแส Ip ไหลผ่�านขด้

ไพร์ม่าร์#� Np หม่�อแป็ลง T1 จ่ะกั�าหนด้ขด้ไพร์ม่าร์#�และเซัค�นด้าร์#�ให�

ม่#เฟสตร์งกั�น ด้�งน�0นได้โอด้ D1 จ่1งถู'กัไบอ�สตร์ง ทำ�าให�ม่#กัร์ะแสไหลทำ#�

เซัค�นด้าร์#� Ns ผ่�านต�วิเหน#�ยวิน�า Lo ไป็ย�งต�วิเกั2บป็ร์ะจ่,เอาต พ,ต Co และโหลด้

ขณะทำ#�ม่#กัร์ะแสไหลผ่�าน Lo จ่ะม่#กัาร์สะสม่พล�งงานไวิ�ในต�วิม่�นด้�วิย ส�วินโด้โอด้ D2 จ่ะอย'�ในล�กัษณะไบแอสกัล�บ จ่1งไม่�ม่#กัาร์น�ากัร์ะแส เชิ่�นเด้#ยวิกั�นได้โอด้ D3 เน.�องจ่ากัขด้ด้#เม่กัเนไตซั��ง Nr ถู'กัพ�นไวิ�ในทำ�ศตร์งข�าม่กั�บขด้ไพร์ม่าร์#� Np ได้โอด้ D3 จ่1งอย'�ในล�กัษณะไบแอสกัล�บ และไม่�ม่#ป็ร์ะแสไหล

เม่.�อ Q1 หย,ด้น�ากัร์ะแส ได้โอด้ D1 จ่ะถู,กัไบแอสกัล�บและไม่�ม่#กัร์ะแสไหลจ่ากัขอเซัคค�นด้าร์#� Ns แต�ในขณะเด้#ยวิกั�นสนาม่แม่�เหล2กัทำ#�เกั�ด้ข10นใน Lo ย,บต�วิ ทำ�าให�ม่#กัาร์กัล�บข�0วิแร์งด้�นทำ#� Lo ได้โอด้ D2 จ่1งถู'กัไบแอสตร์ง พล�งงานทำ#�ถู'กัสะสม่ไวิ�ใน Lo จ่ะถู'กัถู�ายเทำออกัม่าทำ�าให�ม่#กัร์ะแสไหลผ่�าได้โอด้ D2 ไป็ย�งต�วิเกั2บป็ร์ะจ่, Co และโหลด้ได้� กัร์ะแสทำ#�ไหลผ่�านโหลด้จ่1งม่#ล�กัษณะต�อเน.�อง ทำ�0งในชิ่�วิงทำ#� Q1 น�ากัร์ะแสและหย,ด้น�ากัร์ะแส ทำ�าให�ม่#กัาร์กัร์ะเพ.�อม่ของแร์งด้�นทำ#�เอาต พ,ตต��ากัวิ�าฟลายแบคคอนเวิอร์ เตอร์

ฟอร์ เวิ�ร์ ด้คอนเวิอร์ เตอร์ ในขณะทำ#� Q1 หย,ด้น�ากัร์ะแส สนาม่

แม่�เหล2กัทำ#�ตกัค�างภายในหม่�อแป็ลงจ่ะม่#กัาร์ย,บต�วิและกัล�บข�0วิแร์งด้�นทำ#�ขด้ Np, Ns และ Nr ได้โอด้ D3 จ่ะอย'�ในล�กัษณะถู'กัไบแอสตร์ง ทำ�าให�ม่#กัาร์ถู�ายเทำพล�งงานทำ#�เหล.อค�างน#0ออกัไป็ได้� ขด้ลวิด้ด้#แม่กัเนไตซั��ง Nr และได้โอด้ D3 น#0ม่#ควิาม่ส�าค�ญม่ากั เพร์าะถู�าไม่�ม่#กัาร์ถู�ายเทำพล�งงานทำ#�ตกัค�างออกัไป็จ่ากัขด้ไพร์ม่าร์#�ในขณะทำ#� Q1 หย,ด้น�ากัร์ะแส เม่.�อ Q1 เร์��ม่น�ากัร์ะแสอ#กัคร์�0ง สนาม่แม่�เหล2กัทำ#�หลงเหล.ออย'�จ่ะทำ�าให� Q1 เป็"นอ�นตร์ายได้�

ฟอร์ เวิ�ร์ ด้คอนเวิอร์ เตอร์

ฟอร์ เวิ�ร์ ด้คอนเวิอร์ เตอร์ ส)าหร์�บฟอร์ เวิ�ร์ ดัคอนเวิอร์ เตอร์ เม*�อ

วิงจ่ร์ท)างานอย&�ในสภาวิะคงท#� ค�าแร์งดั�นเอาต พ2ตท#�ไดั(จ่ากคอนเวิอร์ เตอร์ จ่ะเป็�นไป็ตามสมการ์

ฟอร์ เวิ�ร์ ดัคอนเวิอร์ เตอร์ ให(ก)าล�งงานไดั(ในชิ่�วิงเดั#ยวิก�บฟลายแบคคอนเวิอร์ เตอร์ (ในชิ่�วิง 100 - 200 วิ�ตต ) แต�กร์ะแสท#�ไดั(จ่ะม#การ์กร์ะเพ*�อมต)�ากวิ�า อย�างไร์ก+ตาม ต�วิอ2ป็กร์ณ ท#�เพ��มเข(ามาจ่ะให(ม#ร์าคาส&งกวิ�า

พ,ชิ่-พ'ลคอนเวิอร์ เตอร์ พ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์ เป็�นคอนเวิอร์ เตอร์ ท#�

จ่�ายก)าล�งไดั(ส&ง ในชิ่�วิง 200 - 1000 วิ�ตต แต�ม#ข(อเส#ยค*อม�กเก�ดัการ์ไม�สมมาตร์ของฟล�กซั แม�เหล+กของแกนหม(อแป็ลง ซั��งจ่ะม#ผู้ลต�อการ์พ�งเส#ยหายของเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ไดั(ง�าย ในป็1จ่จ่2บ�นเทคน�คการ์ควิบค2มแบบควิบค2มกร์ะแสชิ่�วิยลดัป็1ญ่หาน#-ลงไดั( ดั�งน�-นพ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์ จ่�งเป็�นคอนเวิอร์ เตอร์ ท#�น�าสนใจ่ส)าหร์�บสวิ�ตชิ่��งเพาเวิอร์ ซั�พพลายท#�ต(องการ์ก)าล�งส&ง

พ,ชิ่-พ'ลคอนเวิอร์ เตอร์ การ์ท)างานของพ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์ เป็ร์#ยบเสม*อน

การ์น)าฟอร์ เวิ�ร์ ดัคอนเวิอร์ เตอร์ สองชิ่2ดัมาท)างานร์�วิมก�น โดัยผู้ล�ดัก�นท)างานในแต�ละคร์��งคาบเวิลาในล�กษณะกล�บเฟส ท)าให(จ่�ายก)าล�งไดั(ส&ง เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ในวิงจ่ร์ย�งคงม#แร์งดั�นตกคร์�อมในขณะหย2ดัน)ากร์ะแสค�อนข(างส&งเชิ่�นเดั#ยวิก�บฟลายแบคและฟอร์ เวิ�ร์ ดัคอนเวิอร์ เตอร์ ร์วิมท�-งป็1ญ่หาการ์เก�ดัฟล�กซั ไม�สมมาตร์ในแกนเฟอร์ ไร์ต+ของวิงจ่ร์ท)าให(เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ พ�งเส#ยหายง�าย พ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์ เป็�นพ*-นฐานขอฮาล ฟบร์�ดัจ่ และฟ&ลบร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์ ซั��งม#การ์ท)างานคล(ายก�น แต�ม#ข(อบกพร์�องน(อยกวิ�า

พ,ชิ่-พ'ลคอนเวิอร์ เตอร์ Q1 และ Q2 จ่ะสล�บก�นท)างานโดัยผู้ล�ดั

ก�นน)ากร์ะแสในแต�ละคร์��งคาบเวิลา T ในขณะท#� Q1 น)ากร์ะแสจ่ะม#กร์ะแส Ip

ไหลผู้�านขดัไพร์มาร์#� Np1 และไดัโอดั D1 จ่ะถ&กไบแอสกล�บ ส�วินไดัโอดั D2 จ่ะถ&กไบแอสตร์ง ท)าให(ม#กร์ะแสไหลท#�ขดัไพร์มาร์#� Ns2 ผู้�านไดัโอดั D2 และ Lo ไป็ย�งต�วิเก+บป็ร์ะจ่2 Co และโหลดั

ในจ่�งหวิะน#-แร์งดั�นตกคร์�อม Q2 จ่ะม#ค�าเป็�น 2Vin (จ่)านวินร์อบ Np1 = Np2 และ Ns1 = Ns2) ในท)านองเดั#ยวิก�นขณะท#� Q2 น)ากร์ะแส Q1 และ D2 จ่ะไม�น)ากร์ะแสเน*�องจ่ากถ&กไบแอสกล�บ

D1 ซั��งถ&กไบแอสตร์งจ่ะน)ากร์ะแสจ่ากขดัเซัค�นดัาร์#� Ns1 ผู้�าน Lo ไป็ย�งต�วิเก+บป็ร์ะจ่2 Co และโหลดั จ่ะเห+นไดั(วิ�าในหน��งคาบเวิลาการ์ท)างาน ขดัเซัค�นดัาร์#�จ่ะให(กร์ะแสไหลผู้�าน Lo ไดั(ถ�งสองคร์�-ง พ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์ จ่�งสามาร์ถจ่�ายก)าล�งงานไดั(มากเป็�นสองเท�าของฟอร์ เวิ�ร์ ดัคอนเวิอร์ เตอร์ ท#�ค�ากร์ะแสส&งส2ดัดั(านไพร์มาร์#�ม#ค�าเท�าก�น และโหลดัม#กร์ะแสไหลต�อเน*�องตลอดัเวิลา กร์ะแสท#�ไดั(ทางเอาต พ2ตจ่�งค�อนข(างเร์#ยบ

ฮาล ฟบร์�ด้จ่ คอนเวิอร์ เตอร์ ฮาลฟ?บร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์

จ่�ดัอย&�ในตร์ะก&ลเดั#ยวิก�บพ2ชิ่พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์

ล�กษณะการ์จ่�ดัวิงจ่ร์จ่ะท)าให(เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ในวิงจ่ร์ม#แร์งดั�นตกคร์�อมขณะหย2ดัน)ากร์ะแสเพ#ยงค�าแร์งดั�นอ�นพ2ตเท�าน�-น

ท)าให(เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ท#�ใชิ่(ม#ร์าคาถ&ก และหาไดั(ง�ายกวิ�า และลดัข(อจ่)าก�ดัเม*�อใชิ่(ก�บร์ะบบแร์งดั�นไฟส&งไดั(มาก ร์วิมท�-งย�งไม�ม#ป็1ญ่หาการ์ไม�สมมาตร์ของฟล�กซั ในแกนเฟอร์ ไร์ต ของหม(อแป็ลงไดั(ดั(วิย

ฮาล ฟบร์�ด้จ่ คอนเวิอร์ เตอร์ ต�วิเก+บป็ร์ะจ่2 C1 และ C2 ถ&กก)าหนดัให(

ม#ค�าเท�าก�น ต�ออน2กร์มก�นอย&�ทางดั(านอ�นพ2ตเพ*�อแบ�งคร์��งแร์งดั�น แร์งดั�นตกคร์�อม C1 และ C2 จ่�งม#ค�าเท�าก�บคร์��งหน��งของแร์งดั�นท#�อ�นพ2ต

เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ Q1 และ Q2 จ่ะสล�บก�นท)างานคนละคร์��งคาบเวิลาเชิ่�นเดั#ยวิก�บพ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์

เพ*�อให(ง�ายต�อการ์พ�จ่าร์ณาวิงจ่ร์ จ่ะพ�จ่าร์ณาในกร์ณ#ท#�ไม�ม#ต�วิเก+บป็ร์ะจ่2 Cb ต�ออย&�ในวิงจ่ร์ โดัยให(ป็ลายของขดัไพร์มาร์#� Np ท#�ต�ออย&�ก�บ Cb น�-นต�อโดัยตร์งเข(าก�บจ่2ดัต�อร์ะหวิ�างต�วิเก+บป็ร์ะจ่2 C1 และ C2 ดั�งแสดังในร์&ป็ซั(ายม*อ

ฮาล ฟบร์�ด้จ่ คอนเวิอร์ เตอร์ เม*�อ Q1 เร์��มน)ากร์ะแส และ Q2 ไม�น)ากร์ะแส

แร์งดั�นตกค�อม Q2 จ่ะม#ค�าเท�าก�บ Vin-Vce(sat)

ส�วินแร์งดั�นตกคร์�อมของไพร์มาร์#� Np จ่ะม#ค�าเท�าก�บ Vc1 - Vce(sat) หร์*อม#ค�าเท�าก�บ Vin/2 - Vce(sat) น��นเอง

ในท)านองเดั#ยวิก�น เม*�อ Q2 น)ากร์ะแส และ Q1 ไม�น)ากร์ะแส แร์งดั�นตกคร์�อม Q1 จ่ะม#ค�าเท�าก�บ Vin-Vce(sat) เชิ่�นเดั#ยวิก�น แร์งดั�นตกคร์�อมท#�ขดัไพร์มาร์#� Np ก+ย�งคงม#ค�าเท�าก�บ Vin/2 - Vce(sat) เน*�องจ่าก Vce(sat) ม#ค�าป็ร์ะมาณ 0.5-1 โวิลต

ดั�งน�-นจ่ะเห+นไดั(วิ�าแร์งดั�นตกคร์�อม Q1 และ Q2 ขณะหย2ดัน)ากร์ะแสจ่ะม#ค�าเพ#ยงแร์งดั�นอ�นพ2ตเท�าน�-น ผู้ลของการ์ท)างานของ Q1 และ Q2 ท#�ดั(านเซัค�นดัาร์#�จ่ะม#ล�กษณะเดั#ยวิก�นก�บพ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์

ฟ'ลบร์�ด้จ่ คอนเวิอร์ เตอร์ ฟ&ลบร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์ ขณะท)างานจ่ะม#แร์งดั�นตก

คร์�อมขดั ไพร์มาร์#�เท�าก�บแร์งดั�นอ�นพ2ต แต�แร์งดั�นตกคร์�อมเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ม#ค�าเพ#ยงคร์��ง

หน��งของแร์งดั�นอ�นพ2ตเท�าน�-น ค�ากร์ะแสส&งส2ดัท#�เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ แต�ละต�วิน�-น ม#ค�า

เป็�นคร์��งหน��งของค�ากร์ะแสส&งส2ดัในฮาล ฟบร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์ ท#�ก)าล�งขาออกเท�าก�น

เน*�องจ่ากข(อจ่)าก�ดัดั(านเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ลดัน(อยลงไป็ ก)าล�งงานส&งส2ดัท#�ไดั(จ่ากฟ&ลบร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์ จ่�งม#ค�าส&ง ต�-งแต� 500 - 1000 วิ�ตต

ฟ'ลบร์�ด้จ่ คอนเวิอร์ เตอร์ เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ท� -ง  4 ต�วิจ่ะท)างานโดัยน)า

กร์ะแสและหย2ดัน)ากร์ะแสสล�บก�นเป็�นค&�ๆ ในแต�ละคร์��งคาบเวิลา Q1 และ Q4 จ่ะน)ากร์ะแส

พร์(อมก�นในคร์��งคาบเวิลา และเม*�อหย2ดัน)ากร์ะแส Q2 และ Q3 จ่ะน)ากร์ะแสพร์(อมก�นในคร์��งคาบเวิลาท#�เหล*อ สล�บก�นเชิ่�นน#-เร์*�อยไป็

ล�กษณะการ์ท)างานของวิงจ่ร์ท#�ไดั(จ่�งเป็�นเชิ่�นเดั#ยวิก�บฮาลฟ? บร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์ ยกเวิ(นแร์งดั�นตกคร์�อมขดัไพร์มาร์#�จ่ะม#ค�าเท�าก�บ Vin - 2Vce(sat) ดั�งน�-นผู้ลของการ์ท)างานของวิงจ่ร์จ่�งเหม*อนก�บผู้ลท#�ไดั(จ่ากพ2ชิ่-พ&ล คอนเวิอร์ เตอร์ น�-นเอง

ส�วินต�วิเก+บป็ร์ะจ่2บล+อกก�-ง Cb จ่ะม#ผู้ลเชิ่�นเดั#ยวิก�บวิงจ่ร์ฮาล ฟบร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์ จ่ะเห+นไดั(วิ�าแร์งดั�นท#�ตกคร์�อม Q1 และ Q4 ขณะหย2ดัน)ากร์ะแสจ่ะม#ค�าเท�าก�บ Vin-Vceq2(sat) และ Vin-Vceq3(sat) ตามล)าดั�บ

ส�วินแร์งดั�นท#�ตกคร์�อม Q2 และ Q3 ขณะหย2ดัน)ากร์ะแสก+จ่ะม#ค�า Vin-Vceq1(sat) และ Vin-Vceq4(sat) ตามล)าดั�บเชิ่�นเดั#ยวิก�น ส�วินไดัโอดั D3-D6 ท)าหน(าท#�เป็�นคอมม�วิเตต�-งไดัโอดัให(ก�บวิงจ่ร์ เพ*�อป็9องก�น Q1-Q4 เชิ่�นเดั#ยวิก�บฮาล ฟบร์�ดัจ่ คอนเวิอร์ เตอร์

วิงจ่ร์ควิบค,ม่ เน*�องจ่ากคอนเวิอร์ เตอร์ เก*อบท2กแบบจ่ะคงค�าแร์งดั�น

เอาต พ2ตไดั(ดั(วิยการ์ควิบค2มชิ่�วิงเวิลาน)ากร์ะแส (tON) ของ เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์

ดั�งน�-นวิงจ่ร์ควิบค2มการ์ท)างานของคอนเวิอร์ เตอร์ โดัยท��วิไป็จ่�งม�กน�ยมใชิ่(เทคน�คพ�ลส วิ�ดัท มอดั&เลชิ่��น (Pulse Width Modulation - PWM) เป็�นหล�ก การ์ใชิ่( PWM เพ*�อควิบค2มชิ่�วิงเวิลาน)ากร์ะแสของเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ในคอนเวิอร์ เตอร์ สามาร์ถท)าไดั(สองล�กษณะ ค*อ ควิบค2มจ่ากแร์งดั�น และ ควิบค2มจ่ากกร์ะแส

วิงจ่ร์ควิบค,ม่ในโหม่ด้ควิบค,ม่จ่ากัแร์งด้�น

การ์ท)างานของวิงจ่ร์ควิบค2มในโหมดัแร์งดั�น (Voltage Mode Control)

จ่ะอาศ�ยการ์ตร์วิจ่จ่�บการ์เป็ล#�ยนแป็ลงค�าของแร์งดั�นท#�เอาต พ2ตมาควิบค2มชิ่�วิงเวิลาน)ากร์ะแสของเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์

เพ*�อการ์คงค�าแร์งดั�นเอาต พ2ตเป็�นหล�ก

วิงจ่ร์ควิบค,ม่ในโหม่ด้ควิบค,ม่จ่ากัแร์งด้�น

วิงจ่ร์ควิบค2มจ่ะอาศ�ยการ์ป็9อนกล�บค�าแร์งดั�นท#�เอาต พ2ตและเป็ร์#ยบเท#ยบก�บแร์งดั�นอ(างอ�ง Vref ของวิงจ่ร์

เพ*�อตร์วิจ่จ่�บการ์เป็ล#�ยนแป็ลงของแร์งดั�นท#�เอาต พ2ต ค�าควิามแตกต�างท#�ไดั(จ่ะถ&กขยายโดัยวิงจ่ร์ขยายควิามแตกต�าง E/A ก�อนท#�จ่ะส�งต�อไป็ย�งวิงจ่ร์ PWM

โดัยค�าแร์งดั�นท#�ไดั(จ่ากวิงจ่ร์ขยายควิามแตกต�าง E/A ท#�ต)าแหน�ง A จ่ะถ2กเป็ร์#ยบเท#ยบก�บแร์งดั�นร์&ป็ฟ1นเล*�อยท#�ต)าแหน�ง B ของ PWM อ#กคร์�-งหน��ง

เอาต พ2ตท#�ไดั(จ่ากวิงจ่ร์ PWM จ่ะม#ล�กษณะเป็�นพ�ลส ส#�เหล#�ยม ซั��งม#คาบเวิลาคงท#�เท�าก�บคาบเวิลาของแร์งดั�นร์&ป็ฟ1นเล*�อย

และม#ควิามกวิ(างของพ�ลส ซั��งเป็ล#�ยนแป็ลงไป็ตามผู้ลมอดั&แลชิ่��นของค�าแร์งดั�นท#�ต)าแหน�ง A และ B ค�าควิามกวิ(างของพ�ลส น#-เองท#�จ่ะเป็�นต�วิก)าหนดัชิ่�วิงเวิลาน)ากร์ะแสของเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ ในคอนเวิอร์ เตอร์

วิงจ่ร์ควิบค,ม่ในโหม่ด้ควิบค,ม่จ่ากัแร์งด้�น

เน*�องจ่ากค�าแร์งดั�นป็9อนกล�บจ่ะถ&กส�งมาย�งวิงจ่ร์ขยายควิามแตกต�าง E/A ท#�ขาอ�นเวิอร์ ต�-ง ผู้ลต�างของแร์งดั�นเอาต พ2ต และแร์งดั�นอ(างอ�งท#�จ่2ดั A จ่�งม#ล�กษณะกล�บเฟสอย&� 180 องศา

กล�าวิค*อ เม*�อแร์งดั�นเอาต พ2ตม#ค�ามากข�-น แร์งดั�นท#�จ่2ดั A จ่ะม#ค�าลดัลง ควิามกวิ(างของพ�ลส ท#�เอาต พ2ตของวิงจ่ร์ PWM จ่�งม#ค�าลดัลงดั(วิย และชิ่�วิงเวิลาน)ากร์ะแสของเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ tON ก+จ่ะม#ค�าลดัลง

ถ(าแร์งดั�นเอาต พ2ตม#ค�าลดัลง แร์งดั�นท#�จ่2ดั A จ่ะม#ค�าเพ��มข�-น ควิามกวิ(างพ�ลส ท#�เอาต พ2ตของวิงจ่ร์ PWM จ่�งม#ค�าเพ��มข�-น tON ก+จ่ะม#ค�าเพ��มข�-น ท)าให(คอนเวิอร์ เตอร์ สามาร์ถคงค�าแร์งดั�นเอาต พ2ตไวิ(ไดั(

ล�กษณะร์&ป็คล*�นแร์งดั�นขณะวิงจ่ร์ท)างานจ่ะเป็�นดั�งร์&ป็

ต�วิอย�าง IC ท#�ใชิ่(ควิบค2มคอนเวิอร์ เตอร์ ในโหมดัควิบค2มจ่ากแร์งดั�นไดั(แก� MC34060, MC34166 และ TL494 เป็�นต(น

วิงจ่ร์ควิบค,ม่ในโหม่ด้ควิบค,ม่จ่ากักัร์ะแส

การ์คงค�าแร์งดั�นเอาต พ2ตของคอนเวิอร์ เตอร์ ดั(วิยวิงจ่ร์ควิบค2มในโหมดัควิบค2มจ่ากกร์ะแส (Current Mode Control) ม#ข(อดั#หลายป็ร์ะการ์ท#�เหน*อกวิ�าโหมดัควิบค2มจ่ากแร์งดั�น จ่�งเป็�นวิงจ่ร์ควิบค2มท#�น�ยมใชิ่(ก�นมาก วิงจ่ร์ควิบค2มในโหมดัควิบค2มจ่ากกร์ะแสน#-ย�งคงใชิ่(เทคน�คพ�ลส วิ�ดัท มอดั&เลชิ่��นเชิ่�นก�น

วิงจ่ร์ควิบค,ม่ในโหม่ด้ควิบค,ม่จ่ากักัร์ะแส

วิงจ่ร์ก)าเน�ดัส�ญ่ญ่าณนาฬิ�กา จ่ะให(ก)าเน�ดัส�ญ่ญ่าณนาฬิ�กาท#�ม#คาบเวิลาคงท#�ไป็กร์ะต2(นท#�ขา S ของ latch

ขา Q จ่�งม#สถานะเป็�น high เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ Q1 จ่ะเร์��มน)ากร์ะแส เม*�อ Q1 น)ากร์ะแสจ่ะม#กร์ะแสไหลผู้�านขดัไพร์มาร์#�และต�วิต(านทาน Rs ท#�ต�ออน2กร์มไวิ(ก�บ Q1 ท)าให(เก�ดัแร์งดั�น Vs ตกคร์�อมท#�ต�วิต(านทาน Rs ดั(วิย

แร์งดั�นตกคร์�อม  Rs  ท#�เก�ดัข�-นจ่ะถ&กเป็ร์#ยบเท#ยบก�บแร์งดั�นอ(างอ�ง Ver โดัยวิงจ่ร์เป็ร์#ยบเท#ยบ

ดั�งน�-นเม*�อค�าของ  Vs  เพ��มข�-นจ่นม#ค�ามากกวิ�าค�าของแร์งดั�นอ(างอ�ง Ver เอาต พ2ตของวิงจ่ร์เป็ร์#ยบเท#ยบจ่ะม#สถานะเป็�น High  และไป็กร์ะต2(นท#�ขา  R ของวิงจ่ร์ latch ท)าให(ขา  Q ม#สถานะเป็�น low  และเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ Q1 หย2ดัน)ากร์ะแส จ่นกวิ�าท#�ขา S ของวิงจ่ร์  latch  จ่ะไดั(ร์�บการ์กร์ะต2(นจ่ากส�ญ่ญ่าณนาฬิ�กาอ#กคร์�-ง

วิงจ่ร์ควิบค,ม่ในโหม่ด้ควิบค,ม่จ่ากักัร์ะแส

เม*�อวิงจ่ร์ท)างาน วิงจ่ร์ก)าเน�ดัส�ญ่ญ่าณนาฬิ�กา จ่ะให(ก)าเน�ดัส�ญ่ญ่าณนาฬิ�กาท#�ม#คาบเวิลาคงท#�ไป็กร์ะต2(นท#�ขา S ของ latch ขา Q จ่�งม#สถานะเป็�น high เพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ Q1 จ่ะเร์��มน)ากร์ะแส เม*�อ Q1 น)ากร์ะแสจ่ะม#กร์ะแสไหลผู้�านขดัไร์มาร์#�และต�วิต(านทาน Rs ท#�ต�ออน2กร์มไวิ(ก�บ Q1 ท)าให(เก�ดัแร์งดั�น Vs ตกคร์�อมท#�ต�วิต(านทาน Rs ดั(วิย

แร์งดั�นตกคร์�อม  Rs  ท#�เก�ดัข�-นจ่ะถ&กเป็ร์#ยบเท#ยบก�บแร์งดั�นอ(างอ�ง Ver โดัยวิงจ่ร์เป็ร์#ยบเท#ยบ ดั�งน�-นเม*�อค�าของ  Vs  เพ��มข�-นจ่นม#ค�ามากกวิ�าค�าของแร์งดั�นอ(างอ�ง Ver เอาต พ2ตของวิงจ่ร์เป็ร์#ยบเท#ยบจ่ะม#สถานะเป็�น High  และไป็กร์ะต2(นท#�ขา  R ของวิงจ่ร์ latch ท)าให(ขา  Q ม#สถานะเป็�น low  และเพาเวิอร์ ทร์านซั�สเตอร์ Q1 หย2ดัน)ากร์ะแส จ่นกวิ�าท#�ขา S ของวิงจ่ร์  latch  จ่ะไดั(ร์�บการ์กร์ะต2(นจ่ากส�ญ่ญ่าณนาฬิ�กาอ#กคร์�-ง

วิงจ่ร์ควิบค,ม่ในโหม่ด้ควิบค,ม่จ่ากักัร์ะแส จ่ากล�กษณะการ์ท)างานดั�งกล�าวิ ท)าให(วิงจ่ร์ควิบค2มในโหมดัควิบค2มจ่ากกร์ะแส

ม#ข(อดั#มากกวิ�าวิงจ่ร์ควิบค2มในโหมดัควิบค2มจ่ากแร์งดั�นดั�งน#- ตอบสนองการ์เป็ล#�ยนแป็ลงของแร์งดั�นอ�นพ2ตไดั(ร์วิดัเร์+วิกวิ�า ท)าให(ลดัป็1ญ่หา

การ์คงค�าแร์งดั�นท#�เอาต พ2ตเม*�อเก�ดัทร์านเซั#ยนส และการ์กร์ะเพ*�อมของแร์งดั�นส&งท#�แร์งดั�นอ�นพ2ต เพร์าะไม�ต(องร์อส�ญ่ญ่าณป็9อนกล�บจ่ากเอาต พ2ต

สามาร์ถป็9องก�นกร์ะแสโหลดัเก�นไดั( ดั(วิยการ์จ่)าก�ดัค�ากร์ะแสส&งส2ดัท#�ขดัไพร์มาร์#�ในล�กษณะพ�ลส ต�อพ�ลส อย�างร์วิดัเร์+วิ

ให(ค�าไลน เร์ก&เลชิ่��นท#�ดั#มาก โดัยการ์จ่)าก�ดักร์ะแสส&งส2ดัท#�ขดัไพร์มาร์#� ป็1ญ่หาการ์ไม�สมมาตร์ฟล�กซั แม�

เหล+กของพ2ชิ่-พ&ลคอนเวิอร์ เตอร์ จ่ะไม�เก�ดัข�-น สามาร์ถต�อขนานคอนเวิอร์ เตอร์ หลายชิ่2ดัเข(าดั(วิยก�นไดั( เพ*�อให(จ่�ายกร์ะแสไดั(

มากข�-น และกร์ะแสเฉล#�ยท#�คอนเวิอร์ เตอร์ แต�ละชิ่2ดัจ่ะม#ค�าเท�าก�น ต�วิอย�าง IC ท#�ใชิ่(ควิบค2มคอนเวิอร์ เตอร์ ในโหมดัควิบค2มจ่ากกร์ะแสไดั(แก�

UC3842/3/4/5, MC34023/5 และ MC34129 เป็�นต(น

Work

ค(นควิ(าเร์*�องต�อไป็น#- PWM ต�วิอย�างวิงจ่ร์ Switching Power Supply