การวิเคราะห์ความรู้เกี่ยวกับการสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลายอย่างละเอียดสุด ๆ จัดระเบียบสุด ๆ !

รูปที่ 1: แผนภาพการออกแบบแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นมาตรฐาน

รูปที่ 2: รูปคลื่นของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น

แม้ว่าแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจะเหมาะมากสำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ เช่น โทรศัพท์ไร้สาย PlayStation/Wii/Xbox และคอนโซลเกมอื่นๆ แต่สำหรับอุปกรณ์ที่มีกำลังไฟสูง แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจะไม่เพียงพอ

สำหรับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น ขนาดของความจุภายในและหม้อแปลงไฟฟ้าจะแปรผกผันกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟหลัก AC กล่าวคือ ถ้าความถี่ของแหล่งจ่ายไฟหลักอินพุตต่ำกว่า จำเป็นต้องใช้ความจุและหม้อแปลงที่ใหญ่กว่าสำหรับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น และ ในทางกลับกัน ปัจจุบันมีการใช้แหล่งจ่ายไฟหลักที่มีความถี่ 60Hz (50Hz ในบางประเทศ) เสมอ ซึ่งเป็นความถี่ที่ค่อนข้างต่ำ ดังนั้นขนาดของหม้อแปลงและตัวเก็บประจุจึงมักมีขนาดค่อนข้างใหญ่ นอกจากนี้ ยิ่งไฟกระชากของแหล่งจ่ายไฟหลัก AC มีขนาดใหญ่เท่าใด หม้อแปลงไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น

ดังนั้น สำหรับสาขาพีซีส่วนบุคคล การผลิตแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นจะเป็นการเคลื่อนไหวที่บ้าระห่ำ เนื่องจากปริมาณของมันจะใหญ่มากและน้ำหนักของมันจะหนักมาก ดังนั้นผู้ใช้พีซีส่วนบุคคลจึงไม่เหมาะสำหรับการแชร์แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น

● คุณมีความรู้เกี่ยวกับการสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลายมากแค่ไหน?

การสลับแหล่งจ่ายไฟสามารถแก้ปัญหานี้ได้ดีผ่านโหมดการสลับความถี่สูง สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งความถี่สูง แรงดันไฟฟ้าอินพุต AC สามารถเพิ่มได้ก่อนเข้าหม้อแปลง (ปกติคือ 50-60 KHz ก่อนที่จะเพิ่มกำลัง)ด้วยแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่เพิ่มขึ้น ขนาดของส่วนประกอบต่างๆ เช่น หม้อแปลงและตัวเก็บประจุจึงไม่จำเป็นต้องใหญ่เท่ากับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น

แหล่งจ่ายไฟสลับความถี่สูงนี้เป็นสิ่งที่พีซีส่วนบุคคลและอุปกรณ์อย่าง VCR ของเราต้องการควรสังเกตว่าสิ่งที่เรามักเรียกว่า "แหล่งจ่ายไฟสลับ" จริงๆแล้วเป็นตัวย่อของ "แหล่งจ่ายไฟสลับความถี่สูง" ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการปิดและเปิดแหล่งจ่ายไฟเองในความเป็นจริง แหล่งจ่ายไฟของพีซีของผู้ใช้ใช้รูปแบบที่เหมาะสมที่สุด: ระบบวงปิด - วงจรที่รับผิดชอบในการควบคุมท่อสวิตชิ่ง รับสัญญาณตอบรับจากเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟ จากนั้นเพิ่มหรือลดความถี่ของ แรงดันไฟฟ้าในช่วงระยะเวลาหนึ่งตามการใช้พลังงานของพีซีเพื่อปรับให้เข้ากับหม้อแปลงของแหล่งจ่ายไฟ (วิธีนี้เรียกว่า PWM, Pulse width Modulation, Pulse width Modulation)ดังนั้นจึงสามารถปรับเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งได้เองตามการใช้พลังงานของอุปกรณ์สิ้นเปลืองพลังงานที่เชื่อมต่อ เพื่อให้หม้อแปลงและส่วนประกอบอื่นๆ สามารถใช้พลังงานน้อยลงและลดค่าความร้อน

ในทางกลับกัน แนวคิดการออกแบบแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นคือกำลังเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง แม้ว่าวงจรโหลดจะไม่ต้องการกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ก็ตาม ผลที่ตามมาคือส่วนประกอบทั้งหมดทำงานเต็มพิกัดแม้ว่าจะไม่จำเป็นก็ตาม ส่งผลให้เกิดความร้อนที่สูงขึ้นมาก

รูปที่ 4: แหล่งจ่ายไฟพร้อมวงจร PFC

เมื่อเปรียบเทียบรูปที่ 3 กับรูปที่ 4 เราจะเห็นความแตกต่างระหว่างรูปทั้งสอง: อันหนึ่งมีวงจร PFC ที่ใช้งานอยู่และอีกอันไม่มี แบบแรกไม่มีตัวแปลง 110/220 V และไม่มีวงจรเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่า ต่อไปนี้จะเน้นที่คำอธิบายเกี่ยวกับแหล่งจ่ายไฟ PFC ที่ใช้งานอยู่เพื่อให้ผู้อ่านเข้าใจหลักการทำงานของแหล่งจ่ายไฟได้ดีขึ้น แผนภาพด้านบนนี้เป็นแผนภาพพื้นฐานซึ่งไม่รวมวงจรเพิ่มเติมอื่นๆ เช่น การป้องกันการลัดวงจร วงจรสแตนด์บาย และเครื่องกำเนิดสัญญาณ PG แน่นอน หากคุณต้องการทราบแผนภาพโดยละเอียด โปรดดูรูปที่ 5 ไม่สำคัญว่าคุณจะไม่เข้าใจมันหรือไม่ เพราะภาพนี้เดิมมีไว้สำหรับนักออกแบบด้านพลังงานมืออาชีพเหล่านั้น

รูปที่ 5: แผนผังการออกแบบทั่วไปของพาวเวอร์ซัพพลาย ATX ระดับล่าง (ภาพอาจไม่ชัดเจน ดังนั้นฉันขอแนะนำให้คุณลากออกมาดู)

คุณอาจถามว่าทำไมไม่มีวงจรเรียงกระแสแรงดันไฟฟ้าในแผนภาพการออกแบบรูปที่ 5? ในความเป็นจริงวงจร PWM ได้รองรับงานแก้ไขแรงดันไฟฟ้าแล้ว แรงดันไฟเข้าจะถูกแก้ไขอีกครั้งก่อนผ่านท่อสวิตซ์ และแรงดันไฟเข้าหม้อแปลงจะกลายเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม ดังนั้นรูปคลื่นของเอาท์พุตหม้อแปลงจึงเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมด้วย ไม่ใช่คลื่นไซน์ ขณะนี้รูปคลื่นเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ดังนั้นหม้อแปลงจึงสามารถแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงได้อย่างง่ายดาย

กล่าวคือ หลังจากที่แรงดันไฟฟ้าถูกปรับเทียบใหม่โดยหม้อแปลงไฟฟ้า แรงดันเอาต์พุตจะกลายเป็นแรงดันไฟฟ้า DC DC นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจึงมักเรียกว่าตัวแปลง DC-DCวงจรควบคุม PWM มีหน้าที่รับผิดชอบฟังก์ชันการควบคุมที่จำเป็นทั้งหมด หากแรงดันเอาต์พุตผิด วงจรควบคุม PWM จะเปลี่ยนสัญญาณควบคุมของรอบการทำงานเพื่อปรับให้เข้ากับหม้อแปลงและแก้ไขแรงดันเอาต์พุตในที่สุด สิ่งนี้มักเกิดขึ้นเมื่อการใช้พลังงานของ PC เพิ่มขึ้น และแรงดันไฟเอาท์พุตมีแนวโน้มลดลง หรือเมื่อการใช้พลังงานของ PC ลดลง แรงดันไฟเอาท์พุตก็มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อดูหน้าถัดไปเราจำเป็นต้องทราบข้อมูลต่อไปนี้:

★ วงจรและโมดูลทั้งหมดก่อนหม้อแปลงเรียกว่า "ด้านหลัก" และวงจรและโมดูลทั้งหมดหลังหม้อแปลงเรียกว่า "ด้านรอง"

★ แหล่งจ่ายไฟที่ออกแบบด้วย Active PFC ไม่มีตัวแปลง 110 V/ 220 V และตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้า★ สำหรับแหล่งจ่ายไฟที่ไม่มีวงจร PFC หากตั้งค่า 110 V/220 V เป็น 110 V ก่อนที่กระแสไฟฟ้าจะเข้าสู่บริดจ์วงจรเรียงกระแส ตัวแหล่งจ่ายไฟเองจะใช้ตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพื่อเพิ่ม 110 V เป็นประมาณ 220 V;

★ หลอดสวิตช์บนแหล่งจ่ายไฟของพีซีประกอบด้วยหลอดกำลัง MOSFET หนึ่งคู่ แน่นอนว่ายังมีการใช้ร่วมกันอื่นๆ ซึ่งเราจะอธิบายรายละเอียดในภายหลัง

★ รูปคลื่นที่ต้องการของหม้อแปลงไฟฟ้าคือคลื่นสี่เหลี่ยม ดังนั้นรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าหลังจากผ่านหม้อแปลงไฟฟ้าจึงเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม ไม่ใช่คลื่นไซน์

★กระแสควบคุม PWM มักเป็นวงจรรวม ซึ่งมักจะแยกออกจากด้านปฐมภูมิด้วยหม้อแปลงขนาดเล็ก แต่บางครั้งอาจถูกแยกออกจากด้านปฐมภูมิด้วยชิปคัปปลิ้ง (ชิป IC ขนาดเล็กที่มี LED และโฟโตทรานซิสเตอร์)

★วงจรควบคุม PWM ควบคุมการปิดท่อสวิตช์ของแหล่งจ่ายไฟตามโหลดเอาท์พุตของแหล่งจ่ายไฟ หากแรงดันเอาต์พุตสูงหรือต่ำเกินไป วงจรควบคุม PWM จะเปลี่ยนรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าเพื่อปรับให้เข้ากับท่อสวิตชิ่ง เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการแก้ไขแรงดันเอาต์พุตบวก

ในหน้าถัดไปเราจะศึกษาแต่ละโมดูลและวงจรของแหล่งจ่ายไฟผ่านรูปภาพและบอกคุณด้วยสายตาว่าจะหาได้จากที่ไหนในแหล่งจ่ายไฟผ่านรูปภาพทางกายภาพ

แยกแยะด้านหลักจากด้านรอง

ข้างต้น เราได้แนะนำแต่ละโมดูลภายในพาวเวอร์ซัพพลายโดยคร่าวจากมุมมองระดับมหภาค มาปรับแต่งและเปลี่ยนหัวข้อเป็นส่วนประกอบของแหล่งจ่ายไฟแต่ละโมดูล ...

04
การวิเคราะห์วงจรกรองชั่วคราว

หลังจากที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งของพีซีแล้ว พลังงานเชิงพาณิชย์จะเข้าสู่วงจรการกรองชั่วคราวก่อน ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าวงจร EMI รูปต่อไปนี้อธิบายแผนภาพวงจรของวงจรตัวกรองชั่วคราว "แนะนำ" ของแหล่งจ่ายไฟ PC

แผนภาพวงจรของวงจรกรองชั่วคราว

เหตุใดเราจึงควรเน้นย้ำว่า "แนะนำ"? เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟจำนวนมากในตลาด โดยเฉพาะแหล่งจ่ายไฟระดับล่าง มักจะละเว้นส่วนประกอบบางอย่างในรูปที่ 8 ดังนั้นคุณจึงสามารถตัดสินคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟของคุณได้โดยการตรวจสอบว่าวงจร EMI หดตัวหรือไม่

ส่วนประกอบหลักของวงจร EMI คือ MOV (Metal Oxide Varistor) หรือวาริสเตอร์ (RV1 ในรูปที่ 8) ซึ่งมีหน้าที่ในการระงับจุดสูงสุดชั่วคราวของพลังงานเชิงพาณิชย์ องค์ประกอบ MOV ยังใช้ในเครื่องป้องกันไฟกระชากอีกด้วย อย่างไรก็ตาม แหล่งจ่ายไฟระดับล่างจำนวนมากมักจะตัดส่วนประกอบ MOV ที่สำคัญออกเพื่อประหยัดค่าใช้จ่าย สำหรับแหล่งจ่ายไฟที่มีองค์ประกอบ MOV ไม่สำคัญว่าจะมีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหรือไม่ เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟมีหน้าที่ป้องกันไฟกระชากอยู่แล้ว

L1 และ L2 ในรูป 8 เป็นขดลวดเฟอร์ไรต์ C1 และ C2 เป็นตัวเก็บประจุแบบดิสก์ โดยทั่วไปจะเป็นสีน้ำเงิน และตัวเก็บประจุเหล่านี้มักเรียกว่าตัวเก็บประจุแบบ "Y" C3 เป็นตัวเก็บประจุโพลีเอสเตอร์แบบเคลือบโลหะ โดยปกติจะมีความจุ 100nF, 470nF หรือ 680nF หรือที่เรียกว่าตัวเก็บประจุ "X" แหล่งจ่ายไฟบางตัวมีตัวเก็บประจุ X สองตัว ซึ่งเชื่อมต่อแบบขนานกับแหล่งจ่ายไฟหลัก ดังแสดงในรูปที่ 8 RV1

ตัวเก็บประจุ X สามารถเป็นตัวเก็บประจุใดก็ได้ที่เชื่อมต่อแบบขนานกับแหล่งจ่ายไฟหลัก ตัวเก็บประจุ Y มักจะจับคู่กันเป็นคู่ ซึ่งจำเป็นต้องเชื่อมต่อแบบอนุกรมระหว่างไฟกับศูนย์ และจุดกึ่งกลางของตัวเก็บประจุทั้งสองควรต่อสายดินผ่านแชสซี กล่าวคือเชื่อมต่อแบบขนานกับแหล่งจ่ายไฟหลัก

วงจรกรองชั่วคราวไม่เพียงแต่สามารถกรองพลังงานเชิงพาณิชย์เท่านั้น แต่ยังป้องกันเสียงรบกวนที่เกิดจากท่อสวิตชิ่งจากการรบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ที่ใช้พลังงานเชิงพาณิชย์เดียวกัน

ลองมาดูตัวอย่างที่เป็นประโยชน์บ้าง ดังแสดงในรูปที่ 9 คุณเห็นสิ่งแปลก ๆ บ้างไหม? แหล่งจ่ายไฟนี้ไม่มีวงจรกรองชั่วคราว! นี่คือแหล่งจ่ายไฟ "กระท่อม" ราคาถูก โปรดทราบ โปรดดูที่เครื่องหมายบนแผงวงจร วงจรตัวกรองชั่วคราวควรจะอยู่ที่นั่น แต่ JS ที่ไร้หัวใจถูกนำออกสู่ตลาด

แหล่งจ่ายไฟ "กระท่อม" ราคาถูกนี้ไม่มีวงจรกรองชั่วคราว

ดังแสดงในรูปที่ 10 นี่เป็นแหล่งจ่ายไฟระดับล่างที่มีวงจรกรองชั่วคราว แต่อย่างที่เราเห็น วงจรกรองชั่วคราวของแหล่งจ่ายไฟนี้จะละเว้นวาริสเตอร์ MOV ที่สำคัญและมีเฉพาะขดลวดเฟอร์ไรต์เท่านั้น อย่างไรก็ตาม พาวเวอร์ซัพพลายนี้มาพร้อมกับตัวเก็บประจุ X พิเศษ

วงจร EMI ของแหล่งจ่ายไฟต่ำสุด

วงจรกรองชั่วคราวแบ่งออกเป็น EMI หลักและ EMI รอง EMI หลักของแหล่งจ่ายไฟจำนวนมากมักจะวางอยู่บน PCB อิสระ ใกล้กับอินเทอร์เฟซหลัก ในขณะที่ EMI รองจะวางอยู่บน PCB หลักของแหล่งจ่ายไฟ ดังแสดงในรูปที่ 11 และ 12 ต่อไปนี้Class I EMI ติดตั้งตัวเก็บประจุ X และตัวเหนี่ยวนำเฟอร์ไรต์

ดู EMI รองของแหล่งจ่ายไฟนี้ ที่นี่เราจะเห็นวาริสเตอร์ MOV แม้ว่าการวางตำแหน่งจะแปลกเล็กน้อย โดยอยู่ด้านหลังเฟอร์ไรต์ตัวที่สอง โดยรวมแล้วถือว่าวงจร EMI ของพาวเวอร์ซัพพลายตัวนี้สมบูรณ์มาก

ทำ EMI รองให้สมบูรณ์

เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่า MOV วาริสเตอร์ของแหล่งจ่ายไฟด้านบนนั้นเป็นสีเหลือง แต่จริงๆ แล้ว MOV ส่วนใหญ่เป็นสีน้ำเงินเข้ม

นอกจากนี้ วงจรกรองชั่วคราวของแหล่งจ่ายไฟนี้ยังมาพร้อมกับฟิวส์ (แสดงเป็น F1 ในรูปที่ 8) ควรสังเกตว่าหากคุณพบว่าฟิวส์ในหลอดฟิวส์ขาด แสดงว่าส่วนประกอบภายในแหล่งจ่ายไฟชำรุดบางส่วนหรือบางส่วน การเปลี่ยนฟิวส์ในตอนนี้ไม่มีประโยชน์ และฟิวส์อาจจะไหม้อีกครั้งหลังจากที่คุณเปิดเครื่อง

05

ตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและวงจรเรียงกระแสหลัก

● ตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและวงจรเรียงกระแสหลัก

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟ PFC ที่ใช้งานอยู่และแหล่งจ่ายไฟ PFC แบบพาสซีฟ หลังไม่มีวงจร PFC แต่มีตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่า ตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าขนาดใหญ่สองตัว กล่าวคือ หากคุณเห็นตัวเก็บประจุขนาดใหญ่สองตัวภายในแหล่งจ่ายไฟ ก็สามารถตัดสินได้ว่านี่คือตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าของแหล่งจ่ายไฟ ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น ตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีแรงดันไฟฟ้า 127V เท่านั้น

ตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสองเท่าประกอบด้วยตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าขนาดใหญ่สองตัว

เอามาลงให้ดูหน่อย

สามารถมองเห็นสะพานเรียงกระแสได้ที่ด้านหนึ่งของตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้า สะพานเรียงกระแสสามารถประกอบด้วยไดโอดสี่ตัวหรือส่วนประกอบเดียว ดังแสดงในรูปที่ 15 สะพานวงจรเรียงกระแสของแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์มักจะวางอยู่บนแผงระบายความร้อนแบบพิเศษ

สะพานเรียงกระแส

ในส่วนปฐมภูมิมักจะมีเทอร์มิสเตอร์ชนิด NTC ซึ่งสามารถเปลี่ยนค่าความต้านทานได้ตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เทอร์มิสเตอร์ NTC เป็นตัวย่อของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ หน้าที่หลักคือจับคู่แหล่งจ่ายไฟใหม่เมื่ออุณหภูมิต่ำหรือสูงมาก ซึ่งคล้ายกับตัวเก็บประจุแบบดิสก์เซรามิก ซึ่งมักจะเป็นมะกอก

06วงจร PFC ที่ใช้งานอยู่

● วงจร PFC ที่ใช้งานอยู่ไม่ต้องสงสัยเลยว่าวงจรประเภทนี้สามารถเห็นได้ในแหล่งจ่ายไฟที่ติดตั้งวงจร PFC ที่ใช้งานอยู่เท่านั้น

รูปที่ 16 แสดงวงจร PFC ทั่วไป:

แผนภาพวงจร PFC ที่ใช้งานอยู่

วงจร Active PFC มักจะใช้สวิตช์ MOSFET กำลังสองตัว ท่อสวิตช์เหล่านี้มักจะวางอยู่บนแผงระบายความร้อนของด้านหลัก เพื่อให้เข้าใจง่าย เราได้ทำเครื่องหมายแต่ละหลอดสวิตช์ MOSFET ด้วยตัวอักษร: S ย่อมาจาก Source, D ย่อมาจาก Drain และ G ย่อมาจาก Gate

ไดโอด PFC เป็นไดโอดกำลังซึ่งมักจะใช้เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกับทรานซิสเตอร์กำลัง มีความยาวใกล้เคียงกันและยังวางอยู่บนแผงระบายความร้อนของด้านหลักด้วย แต่ไดโอด PFC มีเพียงสองพินเท่านั้น

ตัวเหนี่ยวนำในวงจร PFC เป็นตัวเหนี่ยวนำที่ใหญ่ที่สุดในแหล่งจ่ายไฟ ตัวเก็บประจุตัวกรองที่ด้านหลักคือตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดที่ด้านปฐมภูมิของแหล่งจ่ายไฟ PFC แบบแอคทีฟ ตัวต้านทานในรูป 16 คือเทอร์มิสเตอร์ NTC ซึ่งสามารถเปลี่ยนค่าความต้านทานตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และมีฟังก์ชันเดียวกับเทอร์มิสเตอร์ NTC ของ EMI รองวงจรควบคุม Active PFC มักจะใช้วงจรรวมของ IC และบางครั้งวงจรรวมนี้ก็มีหน้าที่ควบคุมวงจร PWM ด้วย (ใช้เพื่อควบคุมการปิดของท่อสวิตช์) วงจรรวมประเภทนี้มักเรียกว่า "คอมโบ PFC/PWM"

ตามปกติให้ดูตัวอย่างก่อน ในรูปที่ 17 เราจะเห็นส่วนประกอบได้ดีขึ้นหลังจากถอดแผงระบายความร้อนที่ด้านหลักออก เป็นวงจร EMI รองของวงจรกรองชั่วคราวทางด้านซ้าย ซึ่งได้รับการแนะนำในรายละเอียดข้างต้น ดูทางด้านซ้ายทั้งหมดเป็นส่วนประกอบของวงจร Active PFC

เนื่องจากเราได้ถอดแผงระบายความร้อนออกแล้ว จึงมองไม่เห็นทรานซิสเตอร์ PFC และไดโอด PFC ในภาพ นอกจากนี้ หากคุณใส่ใจสักนิด คุณจะเห็นว่ามีตัวเก็บประจุ X (องค์ประกอบสีน้ำตาลที่ด้านล่างของแผงระบายความร้อนของบริดจ์ตัวเรียงกระแส) ระหว่างบริดจ์ตัวเรียงกระแสและวงจร PFC ที่ใช้งานอยู่ โดยปกติแล้วเทอร์มิสเตอร์โอลีฟซึ่งดูเหมือนตัวเก็บประจุแบบดิสก์เซรามิกจะถูกหุ้มด้วยยาง

ส่วนประกอบ PFC ที่ใช้งานอยู่

รูปที่ 18 เป็นองค์ประกอบบนแผงระบายความร้อนด้านข้างหลัก แหล่งจ่ายไฟนี้มาพร้อมกับสวิตช์ MOSFET สองตัวและไดโอดกำลังของวงจร PFC ที่ใช้งานอยู่:

สวิตช์, พาวเวอร์ไดโอด

ต่อไปเราจะเน้นไปที่ท่อสวิตซ์…

07
หลอดสวิตช์

● สวิตช์ท่อสวิตชิ่งอินเวอร์เตอร์ของแหล่งจ่ายไฟสามารถมีได้หลายโหมด เราได้สรุปสถานการณ์ต่อไปนี้:

แน่นอนว่าเราจะวิเคราะห์เฉพาะจำนวนส่วนประกอบที่จำเป็นในโหมดหนึ่งเท่านั้น ในความเป็นจริง วิศวกรจะถูกจำกัดด้วยปัจจัยหลายประการเมื่อพิจารณาว่าจะใช้โหมดใด

ปัจจุบันโหมดที่ได้รับความนิยมมากที่สุด 2 โหมดคือแบบทรานซิสเตอร์สองตัวไปข้างหน้าและแบบกดดึงซึ่งทั้งสองโหมดใช้สวิตช์ไฟสองตัว เราได้แนะนำหลอดเปล่งแสงเหล่านี้ซึ่งจัดเรียงไว้ที่แผงระบายความร้อนด้านหลักในหน้าก่อนแล้ว ดังนั้นฉันจะไม่พูดซ้ำที่นี่

นี่คือภาพวาดการออกแบบของโหมดทั้งห้านี้:

(การกำหนดค่าการส่งต่อทรานซิสเตอร์เดี่ยว)

(การกำหนดค่าการส่งต่อทรานซิสเตอร์สองตัว)

(การกำหนดค่าฮาล์ฟบริดจ์)

(การกำหนดค่าบริดจ์แบบเต็ม)

(การกำหนดค่าแบบกดดึง)

8,และวงจรควบคุมหม้อแปลง PWM

● วงจรควบคุมหม้อแปลงและ PWM

ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ โดยทั่วไปแล้ว แหล่งจ่ายไฟของพีซีจะประกอบด้วยหม้อแปลงสามตัว โดยหม้อแปลงที่ใหญ่ที่สุดคือหม้อแปลงหลักที่ระบุไว้ในรูปที่ 3, 4 และ 19-23 ก่อนหน้านี้ ด้านหลักเชื่อมต่อกับท่อสวิตช์ และด้านรองเชื่อมต่อกับวงจรเรียงกระแสและวงจรกรอง ซึ่งสามารถให้เอาต์พุต DC แรงดันต่ำ (+12V, +5V, +3.3V, -12V, -5V) ของ แหล่งจ่ายไฟ

หม้อแปลงที่เล็กที่สุดมีโหลดเอาต์พุต +5VSB ซึ่งโดยปกติจะกลายเป็นหม้อแปลงสแตนด์บาย และจะอยู่ใน "สถานะสแตนด์บาย" เสมอ เนื่องจากส่วนนี้ของเอาต์พุตจะเปิดตลอดเวลา แม้ว่าพีซีจะปิดอยู่ก็ตามหม้อแปลงตัวที่สามเป็นตัวแยกซึ่งเชื่อมต่อวงจรควบคุม PWM กับท่อสวิตช์ หม้อแปลงนี้ไม่ได้ติดตั้งอุปกรณ์จ่ายไฟทั้งหมดไว้ เนื่องจากอุปกรณ์จ่ายไฟบางตัวมักติดตั้งวงจรรวมออปโตคัปเปลอร์ซึ่งมีฟังก์ชันเดียวกัน

หม้อแปลงไฟฟ้า

แหล่งจ่ายไฟนี้ใช้วงจรรวมออปโตคัปเปลอร์แทนหม้อแปลง

วงจรควบคุม PWM นั้นใช้วงจรรวม โดยทั่วไป แหล่งจ่ายไฟที่ไม่มี PFC ที่ใช้งานอยู่จะใช้วงจรรวม TL494 (ชิปรวม DBL494 ที่เข้ากันได้ถูกนำมาใช้ในรูปที่ 26 ด้านล่าง) ในแหล่งจ่ายไฟที่มีวงจร PFC ที่ใช้งานอยู่ บางครั้งจะใช้ชิปที่ใช้แทนชิป PWM และวงจรควบคุม PFC ชิป CM6800 เป็นตัวอย่างที่ดี ซึ่งสามารถรวมฟังก์ชันทั้งหมดของชิป PWM และวงจรควบคุม PFC ได้

วงจรควบคุมพีเอ็มดับเบิลยู

08ด้านรอง (1)

● ด้านรอง

ในที่สุดก็มีการแนะนำด้านรอง ที่ด้านทุติยภูมิ เอาต์พุตของหม้อแปลงหลักจะถูกแก้ไขและกรอง จากนั้นแรงดันไฟฟ้าที่พีซีต้องการจะถูกเอาต์พุต การแก้ไข -5 V และ–-12 V สามารถทำได้ด้วยไดโอดธรรมดาเท่านั้น เนื่องจากไม่ต้องการพลังงานสูงและกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตาม งานแก้ไขแรงดันบวก เช่น +3.3 V, +5 V และ +12 V จำเป็นต้องใช้บริดจ์เรกติไฟเออร์ชอตกีกำลังสูง Schottky นี้มีพินสามพินซึ่งมีลักษณะคล้ายกับพาวเวอร์ไดโอด แต่มีไดโอดกำลังสูงสองตัวอยู่ภายใน การแก้ไขด้านทุติยภูมิสามารถทำได้หรือไม่นั้นจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างวงจรไฟฟ้า โดยทั่วไปอาจมีโครงสร้างวงจรเรียงกระแสอยู่ 27 แบบ ดังแสดงในรูปที่ XNUMX:

โหมดการแก้ไข

โหมด A จะถูกนำมาใช้มากขึ้นในแหล่งจ่ายไฟระดับเริ่มต้นระดับล่าง โหมดนี้ต้องใช้สามพินจากหม้อแปลง โหมด B ส่วนใหญ่จะใช้ในแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์ โดยทั่วไป โหมดนี้จะต้องติดตั้งหม้อแปลงสองตัวเท่านั้น แต่ตัวเหนี่ยวนำเฟอร์ไรต์จะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอ ดังนั้นโหมดนี้จึงมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า ซึ่งเป็นสาเหตุหลักว่าทำไมแหล่งจ่ายไฟระดับล่างจึงไม่ใช้โหมดนี้

นอกจากนี้ สำหรับแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์ เพื่อปรับปรุงความจุเอาต์พุตกระแสสูงสุด แหล่งจ่ายไฟเหล่านี้มักจะเพิ่มเอาต์พุตกระแสสูงสุดของวงจรเรียงกระแสเป็นสองเท่าโดยการเชื่อมต่อไดโอดสองตัวแบบขนาน

ไม่ว่าจะเป็นแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์หรือต่ำสุด เอาต์พุต +12 V และ +5 V ของมันจะมาพร้อมกับวงจรเรียงกระแสและวงจรกรองที่สมบูรณ์ ดังนั้นแหล่งจ่ายไฟทั้งหมดจึงจำเป็นต้องมีวงจรเรียงกระแสอย่างน้อยสองชุด ดังแสดงในรูปที่ 27 .

มีสามตัวเลือกให้เลือกสำหรับเอาต์พุต 3.3V:

☆ เพิ่มตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 3.3V ในส่วนเอาต์พุต +5 V ซึ่งใช้กับแหล่งจ่ายไฟระดับล่างจำนวนมาก

☆ เพิ่มวงจรเรียงกระแสที่สมบูรณ์และวงจรกรองดังแสดงในรูปที่ 27 สำหรับเอาต์พุต 3.3 V แต่ต้องใช้หม้อแปลงร่วมกับวงจรเรียงกระแส 5 V นี่เป็นรูปแบบการออกแบบทั่วไปของแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์

☆ ใช้วงจรเรียงกระแส 3.3V และวงจรกรองที่สมบูรณ์และเป็นอิสระ แผนการประเภทนี้หาได้ยากมาก และสามารถปรากฏในแหล่งพลังงานระดับบนสุดที่มีระดับไข้ได้ เช่น Galaxy 1000W ของ Annette

เนื่องจากเอาต์พุต 3.3V โดยปกติแล้วจะเป็นวงจรเรียงกระแส 5V ที่ใช้ร่วมกันอย่างสมบูรณ์ (ทั่วไปในแหล่งจ่ายไฟระดับล่าง) หรือใช้ร่วมกันบางส่วน (ทั่วไปในแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์) ว่ากันว่าเอาต์พุต 3.3V มักจะถูกจำกัดด้วยเอาต์พุต 5V นั่นเป็นสาเหตุที่แหล่งจ่ายไฟจำนวนมากควรตั้งชื่อว่า "เอาต์พุตรวม 3.3V และ 5V" บนแผ่นป้ายรูปที่ 28 ด้านล่างแสดงด้านรองของแหล่งจ่ายไฟระดับล่าง ที่นี่เราจะเห็นวงจรรวมที่รับผิดชอบในการสร้างสัญญาณ PG โดยทั่วไปแล้ว วงจรรวม LM339 จะใช้สำหรับแหล่งจ่ายไฟระดับต่ำ

ด้านรอง

นอกจากนี้เรายังสามารถเห็นตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าบางตัว (ขนาดของตัวเก็บประจุเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าขนาดของแรงดันไฟฟ้าทวีคูณหรือวงจร PFC ที่ใช้งานอยู่มาก) และตัวเหนี่ยวนำซึ่งส่วนใหญ่มีหน้าที่รับผิดชอบในการทำงานของตัวกรอง

เพื่อให้สังเกตแหล่งจ่ายไฟนี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เราได้ถอดลวดลอยและคอยล์กรองบนแหล่งจ่ายไฟออกทั้งหมด ดังแสดงในรูปที่ 29 ที่นี่เราจะเห็นไดโอดเล็กๆ บางตัว ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการแก้ไขที่ -12 V และ–5 V และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านพวกมันมีน้อยมาก (แหล่งจ่ายไฟนี้ต้องการเพียง 0.5A) กระแสไฟขาออกของแรงดันไฟฟ้าอื่นๆ ควรมีอย่างน้อย 1A ซึ่งกำหนดให้พาวเวอร์ไดโอดต้องรับผิดชอบในการแก้ไข

ไดโอดเรียงกระแสสำหรับวงจรแรงดันลบ 12 V และ 5 V

10. ด้านรอง (II)

● ด้านรอง
(2)รูปภาพต่อไปนี้อธิบายส่วนประกอบบนแผงระบายความร้อนด้านรองของแหล่งจ่ายไฟระดับล่าง:

ส่วนประกอบบนแผงระบายความร้อนสำรองจากซ้ายไปขวา:

☆ ชิป IC ของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า - แม้ว่าจะมีสามพินและดูคล้ายกับไตรโอดมาก แต่ก็เป็นชิป IC แหล่งจ่ายไฟนี้ใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 7805 (ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 5V) ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าที่ +5VSB ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ +5VSB ใช้วงจรเอาท์พุตอิสระ เนื่องจากยังคงจำเป็นต้องจ่ายเอาต์พุต +5 V ให้กับ +5VSB แม้ว่าพีซีจะปิดอยู่ก็ตาม นั่นคือสาเหตุที่เอาต์พุต +5VSB โดยทั่วไปเรียกอีกอย่างว่า "เอาต์พุตสแตนด์บาย" 805IC สามารถให้กระแสเอาต์พุตสูงสุด 1A

☆ ทรานซิสเตอร์กำลัง MOSFET ซึ่งส่วนใหญ่รับผิดชอบเอาต์พุต 3.3V รุ่น MOSFET ของพาวเวอร์ซัพพลายนี้คือ PHP45N03LT ซึ่งสามารถยอมให้กระแสสูงสุด 45A ผ่านได้ ดังที่เราได้กล่าวไว้ในหน้าก่อนหน้านี้ เฉพาะแหล่งจ่ายไฟระดับล่างเท่านั้นที่จะใช้ตัวควบคุม 3.3V ที่ใช้ร่วมกันกับ 5V

☆ Power Schottky Rectifier ซึ่งเกิดจากการรวมไดโอดสองตัวเข้าด้วยกัน รุ่น Schottky ของแหล่งจ่ายไฟนี้คือ STPR1620CT และไดโอดแต่ละตัวของแหล่งจ่ายไฟนี้สามารถจ่ายกระแสสูงสุดได้ 8A (รวมทั้งหมด 16A) วงจรเรียงกระแส Schottky กำลังชนิดนี้มักจะใช้สำหรับเอาต์พุต 12V

☆ วงจรเรียงกระแส Schottky กำลังอีกตัวหนึ่ง รูปแบบของแหล่งจ่ายไฟนี้คือ E83-004 และกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตคือ 60A วงจรเรียงกระแสกำลังนี้มักใช้กับเอาต์พุต +5 V และ +3.3 V เนื่องจากเอาต์พุต +5 V และ +3.3 V ใช้วงจรเรียงกระแสเดียวกัน ผลรวมของทั้งสองจึงไม่เกินขีดจำกัดกระแสของวงจรเรียงกระแส นี่คือสิ่งที่เรามักเรียกกันว่าแนวคิดเรื่องเอาท์พุตร่วม กล่าวอีกนัยหนึ่งเอาต์พุต 3.3V มาจากเอาต์พุต 5V หม้อแปลงไม่มีเอาต์พุต 3.3V ซึ่งแตกต่างจากเอาต์พุตอื่นๆ การออกแบบนี้มักใช้สำหรับแหล่งจ่ายไฟระดับต่ำ โดยทั่วไป เอาต์พุต +3.3 V และ +5 V อิสระจะถูกนำมาใช้ในแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์

มาดูส่วนประกอบหลักของด้านรองของแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์:

ส่วนประกอบด้านรองของแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์

ส่วนประกอบด้านรองของแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์

ที่นี่เราสามารถเห็น:

วงจรเรียงกระแส Schottky แบบขนานสองตัวสำหรับเอาต์พุต 12V แหล่งจ่ายไฟระดับล่างมักมีวงจรเรียงกระแสเพียงตัวเดียวเท่านั้น การออกแบบนี้จะเพิ่มเอาต์พุตกระแสสูงสุดของวงจรเรียงกระแสเป็นสองเท่าโดยธรรมชาติ แหล่งจ่ายไฟนี้ใช้วงจรเรียงกระแส Schottky STPS6045CW สองตัว ซึ่งแต่ละตัวสามารถจ่ายกระแสสูงสุดได้ 60A

☆ วงจรเรียงกระแส Schottky ที่รับผิดชอบเอาต์พุต 5V แหล่งจ่ายไฟนี้ใช้วงจรเรียงกระแส STPS60L30CW ซึ่งสามารถให้กระแสสูงสุด 60A ผ่านได้

☆ วงจรเรียงกระแส Schottky ที่รับผิดชอบเอาต์พุต 3.3V ซึ่งเป็นข้อแตกต่างหลักระหว่างแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์และแหล่งจ่ายไฟระดับล่าง (แหล่งจ่ายไฟระดับล่างมักไม่มีเอาต์พุต 3.3V แยกต่างหาก) แหล่งจ่ายไฟนี้ใช้ STPS30L30CT Schottky ซึ่งสามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าสูงสุด 30A ผ่านได้

☆ ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าของวงจรป้องกันไฟ นี่ยังเป็นสัญลักษณ์ของแหล่งจ่ายไฟระดับไฮเอนด์

ประเด็นหลักคือเอาต์พุตกระแสสูงสุดที่กล่าวถึงข้างต้นสัมพันธ์กับส่วนประกอบเดียวเท่านั้น จริงๆ แล้วกระแสเอาท์พุตสูงสุดของแหล่งจ่ายไฟนั้นขึ้นอยู่กับคุณภาพของส่วนประกอบต่างๆ ที่เชื่อมต่ออยู่ เช่น ตัวเหนี่ยวนำของคอยล์ หม้อแปลง ความหนาของสายไฟ ความกว้างของ PCB และอื่นๆ เราสามารถรับกำลังไฟฟ้าสูงสุดตามทฤษฎีของแหล่งจ่ายไฟได้โดยการคูณกระแสสูงสุดของวงจรเรียงกระแสและแรงดันเอาต์พุต ตัวอย่างเช่น กำลังไฟเอาต์พุตสูงสุดของแหล่งจ่ายไฟ 12V ในรูปสุดท้ายควรเป็น 16A*12V=192W

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: บทความนี้ทำซ้ำจาก "Power R&D Elite Circle" เพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาดั้งเดิมและผู้แต่งการพิมพ์ซ้ำ หากมีการละเมิดใด ๆ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก