| หน้าแรก | สารบัญ | โครงงาน | การประกอบ | การบัดกรี | เรียนอิเล็กทรอนิกส์ | อุปกรณ์ | 555 | สัญลักษณ์ | ถามบ่อยๆ | ลิ้งค์ที่น่าสนใจ | กลับไอซีอี |
Electronicsหากจะมีส่วนให้ความรู้ให้ประโยชน์ต่อท่านบ้าง ติชม เสนอแนะ ถามปัญหา ได้ที่ ice@icelectronic.com จะขอบคุณยิ่ง

แหล่งจ่ายไฟ(Power Supplies)

ชนิด | แหล่งจ่ายแบบคู่ | หม้อแปลง | วงจรเรียงกระแส | วงจรกรอง | วงจรคุมค่า์

หน้าต่อไป: ทรานสดิวเซอร์
ควรอ่าน: เอซี และ ดีซี | ไดโอด | ตัวเก็บประจุ ด้วย

ชนิดของแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟมีหลายชนิด ส่วนใหญ่ออกแบบเพื่อแปลงไฟบ้านซึ่งมีแรงดันสูง(เอ.ซี. 220โวลท์)ให้ได้แรงดันต่ำที่เหมาะสมใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์อื่นๆ แหล่งจ่ายไฟสามารถแบ่งเขียนเป็นบล็อกอนุกรม ซึ่งแต่ละบล็อกมีหน้าที่เฉพาะต่างกัน 

ตัวอย่างแหล่งจ่ายไฟตรงคุมค่า 5V :

Block Diagram of a Regulated Power Supply System

แต่ละบล็อกมีคำอธิบายรายละเอียดดังนี้:

 รายละเอียดคำอธิบายพร้อมทั้งวงจรแผนภาพและกราฟเอาท์พุทของแหล่งจ่ายไฟที่เกิดจากบล็อกดังนี้:

แหล่งจ่ายไฟคู่

Dual power supplyวงจรอิเล็กทรอนิกส์บางวงจรต้องการแหล่งจ่ายไฟ บวก ลบ และ 0 โวลท์ (0V) เราเรียกว่าแหล่งจ่ายไฟคู่  เพราะเหมือนกับมีแหล่งจ่ายไฟสองชุด ดังแผนภาพ 

แหล่งจ่ายไฟคู่มี 3 เอาท์พุท ตัวอย่างเช่น ±9V จะมีไฟออก +9V, 0V และ -9V 

เฉพาะหม้อแปลง

AC power supply, transformer only

เอาท์พุทของไฟกระแสสลับ(AC)แรงดันต่ำเหมาะสำหรับเลี้ยงหลอด, ใส้หลอด มอเตอร์ ACเล็กๆ ยังไม่เหมาะที่จะป้อนให้วงจรอิเล็กทรอนิกส์หากยังไม่ผ่านวงจรเรียงกระแสและวงจรกรอง

ข้อมูลเพิ่มเติม: หม้อแปลง

หม้อแปลง + วงจรเรียงกระแส

DC power supply, transformer + rectifier

เอาท์พุทของไฟกระแสตรง(DC)ที่ไม่เรียบ  เหมาะสำหรับเลี้ยงหลอด, ใส้หลอด มอเตอร์ DCเล็กๆ ยังไม่เหมาะที่จะป้อนให้วงจรอิเล็กทรอนิกส์หากยังไม่ผ่านวงจรกรอง

ข้อมูลเพิ่มเติม: หม้อแปลง | วงจรเรียงกระแส

หม้อแปลง + วงจรเรียงกระแส + วงจรกรอง

Smooth DC power supply, transformer + rectifier + smoothing

เอาท์พุทไฟกระแสตรง(DC)เรียบ มีพิ้วน้อยเหมาะสำหรับป้อนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่

ข้อมูลเพิ่มเติม: หม้อแปลง | วงจรเรียงกระแส | วงจรกรอง

หม้อแปลง + วงจรเรียงกระแส + วงจรกรอง + วงจรคุมค่า

Regulated DC power supply, transformer + rectifier + smoothing + regulator

เอาท์พุทไฟกระแสตรง(DC) คุมค่า ไฟเรียบมากไม่มีพริ้วเหมาะสำหรับป้อนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด

ข้อมูลเพิ่มเติม: หม้อแปลง | วงจรเรียงกระแส | วงจรกรอง | วงจรคุมค่า

หม้อแปลง(Transformer)

transformer symbol
สัญล้กษณ์หม้อแปลง
Transformer, photograph ? Rapid Electronics
หม้อแปลง
หม้อแปลงทำหน้าที่แปลงไฟฟ้ากระสลับจากแรงดันค่าหนึ่งเป็นอีกค่าหนึ่งโดยให้มีการสูญเสียกำลังงานน้อยที่สุด  หม้อแปลงทำงานเฉพาะกับไฟฟ้า กระแสสลับเท่านั้น และนั่นก็เป็นเหตุผลหนึ่งที่ว่าทำไมไฟฟ้าบ้านจึงเป็นไฟกระแสสลับ

หม้อแปลง แปลงขึ้น(step-up) เพิ่มแรงดัน ส่วนหม้อแปลง แปลงลง(step-down) ลดแรงดัน    แหล่งจ่ายไฟส่วนใหญ่ใช้หม้อแปลงลดแรงดัน เพื่อลดแรงดัน ไฟบ้านที่มีแรงดันสูง (220V)ซึ่งเป็นอันตรายให้ต่ำลงเพื่อความปลอดภัย 

ขดลวดทางเข้าเรียกว่าปฐมภูมิ(primary) และขดลวดทางออกเรียกว่าทุติยภูมิ(secondary) ระหว่างขดทั้งสองไม่มีการต่อกันทางไฟฟ้า  แต่ใช้การเชื่อมกัน โดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับที่เกิดขึ้นในแกนเหล็กของหม้อแปลง ขีดสองเส้นระหว่างขดลวดในรูปสัญลักษณ์แทนแกนเหล็ก 

หม้อแปลงเสียพลังงานน้อย  จึงถือว่ากำลังงานเข้าเท่ากับกำลังงานออก และสังเกตว่าเมื่อแรงดันแปลงลง กระแสก็จะแปลงขึ้น

อัตราส่วนจำนวนรอบของแต่ละขดลวดเรียกว่า อัตราส่วนรอบ(turns ratio) เป็นตัวกำหนดอัตราส่วนแรงดัน หม้อแปลงลดแรงดัน(step-down) มีขดลวด จำนวนรอบมากคือขดปฐมภูมิต่อกับแรงดันไฟบ้านเป็นอินพุท  และทางด้านเอาท์พุทเป็นขดทุติยภูมมีิจำนวนรอบน้อยให้แรงดันออกต่ำ

 
  อัตราส่วนรอบ =  Vp  =  Np    และ    กำลังออก = กำลังเข้า   
Vs Ns Vs × Is = Vp × Ip
Vp = แรงดันปฐมภูมิ(อินพุท) 
Np = จำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ
Ip  = กระแสปฐมภูมิ(อินพุท)		     Vs = แรงดันทุติยภูมิ (เอาท์พุท) 
Ns = จำนวนรอบของขดลวดทุึติยภูมิ
Is  = กระแสทุติยภูมิ (เอาท์พุท)

วงจรเรียงกระแส(Rectifier)

มีหลายวิธีในการต่อไดโอดของวงจรเรียงกระแสเพื่อแปลงไฟกระแสสลับเป็นไฟกระแสตรง   วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ เป็นวิธีที่สำคัญที่สุดสามารถเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น(full-wave) และการ เรียงกระแสแบบเต็มคลื่นมีอีกวิธีหนึ่งคือใช้ไดโอดเพียงสองตัวแต่ต้องต่อกับหม้อแปลงแบบเซนเตอร์แทป แต่ปัจจุบันไม่นิยมใช้วิธีนี้เพราะไดโอดไม่ได้แพงอะไรมาก   ไดโอดตัวเดียว ก็สามารถ ต่อเป็นวงจรเรียงกระแสได้  โดยเรียงได้เฉพาะคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับทางด้านบวกได้เป็นไฟกระแสตรงครึ่งคลื่น

วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์(Bridge rectifier)

การเรียงกระแสแบบบริดจ์สามารถใช้ไดโอดเดี่ยวสี่ตัวมาต่อกันหรือสามารถใช้ไดโอดบริดจ์แบบแพคเกจสำเร็จรูปก็ได้  เรียกว่าการเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นเพราะใช้คลื่นไฟฟ้ากระแสสลับทั้งหมด
(ทั้งด้านบวกและด้านลบ) ตัวเรียงกระแสแบบบริดจ์จะเกิดแรงดันตกคร่อม1.4Vเพราะไดโอดแต่ละตัวจะตกคร่อมเท่ากับ 0.7Vขณะนำกระแส  และบริดจ์มีการนำกระแสสองตัวพร้อมกัน,  ดังแสดงใน แผนภาพด้านล่าง  ตัวเรียงกระแสแบบบริดจ์จัดแบ่งตามกระแสสูงสุดที่สามารถผ่านได้และแรงดันกลับสูงสุดที่ทนได้ (ในการเลือกใช้งานอย่างน้อยต้องสูงเป็นสามเท่าของแรงดันแหล่งจ่าย RMS   นั้นคือวงจรเรียงกระแสจะสามารถทนแรงดันยอดได้)  กรุณาดูรายละเอียดที่หน้า ไดโอด  รวมทั้งรูปของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์
Operation of a Bridge Rectifier Full-wave Varying DC
วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์
ไดโอดสลับคู่กันนำกระแส, เปลี่ยนกลับตลอดการต่อ
 ดังนั้นทิศทางสลับกันของไฟฟ้ากระแสสลับจึงถูกแปลง
เป็นไฟกระแสตรงทิศทางเดียว 		 เอาท์พุท: ไฟกระแสตรงเต็มคลื่น
(ใช้คลื่นไฟฟ้ากระแสสลับทั้งหมด)

วงจรเรียงกระแสแบบไดโอดตัวเดียว

ไดโอดตัวเดียวสามารถใช้เป็นตัวเรียงกระแส ได้ไฟกระแสตรงแบบครึ่งคลื่น ซึ่งจะมีช่องว่างตอนไฟกระแสสลับช่วงลบ จึงยากในการกรองให้เหมาะที่จะใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์  นอกจากใช้กับวงจรที่กินกระแสน้อยๆ ซึ่งคาปาซิเตอร์กรองยังคลายประจุไม่ทันหมดในระหว่างช่อง  กรุณาดูหน้า ไดโอด สำหรับตัวอย่างของไดโอดเรียงกระแส
Single diode rectifier Half-wave Varying DC
วงจรเรียงกระแสแบบไดโอดตัวเดียว เอาท์พุท: ไฟกระแสตรงครึงคลื่น
(ใช้เฉพาะครึ่งหนึ่งของคลื่นไฟกระแสสลับ)

วงจรกรอง(Smoothing)

การกรองเกิดขึ้นโดยการต่อ อิเล็กโตรไลติก คาปาซิเตอร์ ค่าสูงคร่อมไฟกระแสตรง ทำหน้าที่เหมือนบ่อเก็บน้ำ, ป้อนกระแสให้เอาท์พุทเมื่อแรงดันกระแสสลับจากวงจรกรองกระแสตกลง  แผนภาพ
แสดงให้เห็นไฟกระแสตรงที่ยังไม่กรอง(เส้นประ) และไฟกระแสตรงที่กรองแล้ว(เส้นทึบ)   คาปาซิเตอร์ประจุเร็วที่ใกล้ยอดของไฟกระแสตรงและคลายประจุป้อนกระแสให้เอาท์พุท

Smoothing

โปรดสังเกตว่าการกรองทำให้แรงดันกระแสตรงเพิ่มขึ้นถึงค่ายอด(1.4 × RMS )   ตัวอย่างเช่นไฟกระแสสลับ 6V RMS เมื่อถูกเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นจะได้ไฟกระแสตรงประมาณ 4.6V RMS (สูญเสียที่ไดโอดบริดจ์เรียงกระแส1.4V), เมื่อผ่านวงจรกรองจะเพิ่มเป็นค่ายอดเท่ากับ 1.4 × 4.6 = 6.4V (DC)

การกรองไม่เรียบสมบูรณ์เพราะแรงดันของตัวเก็บประจุตกเล็กน้อยตอนคลายประจุ จึงเกิดแรงดันพริ้ว(ripple)เล็กน้อย  สำหรับวงจรโดยส่วนมากแหล่งจ่ายไฟที่มีแรงดันพริ้ว10% ก็ใช้ได้แล้ว ค่าของตัวเก็บประจุสำหรับการกรองหาได้จากสมการข้างล่าง  หากตัวเก็บประจุใหญ่พริ้วก็จะน้อย สำหรับไฟกระแสตรงแบบครึ่งคลื่นตัวกรองต้องใช้ตัวเก็บประจุค่าสูงเป็นสองเท่า 
 ตัวเก็บประจุสำหรับกรองพริ้ว 10%, C = 5 × Io   
Vs × f
Io  = กระแสออกจากแหล่งจ่ายไฟ
Vs = แรงดันแหล่งจ่าย (ค่ายอดของไฟDCที่ยังไม่กรอง)
f    = ความถี่ของไฟ AC แหล่งจ่าย (50Hz)

วงจรคุมค่า(Regulator)

Voltage regulator Voltage regulator, photograph ? Rapid Electronics
  ไอซีคุมค่าแรงดัน
ไอซีคุมค่าแรงดันมีชนิดค่าแรงดันคงที่ (เป็นต้นว่า 5, 12 และ 15V) หรือ แรงดันเอาท์พุทปรับได้  มันถูกเรียกตามกระแสสูงสุดที่สามารถผ่านได้ ไอซีคุมค่าแรงดันลบก็มี เหมาะสำหรับใช้กับแหล่งจายไฟแบบคู่  ไอซีคุมค่าส่วนใหญ่จะมีวงจรการป้องกันอัตโนมัติจาก กระแสเกิน (overload protection) และ ความร้อนเกิน (thermal protection)

ไอซีคุมค่าแบบคงที่ส่วนมากมี 3 ขา และมองดูเหมือนเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์, เช่นไอซีคุมค่าเบอร์ 7805 +5V 1A แสดงทางขวามือ   ด้านบนมีรูสำหรับยึดติด แผ่นระบายความร้อน หากจำเป็น


Zener diode
ซีเนอร์ไดโอด
a = แอโหนด(anode), 
k = แคโถด(cathode)
Zener diode circuit

ซีเนอร์ไดโอด(Zener diode)คุมค่า

สำหับแหล่งจ่ายไฟกระแสต่ำ  สามารถใช้วงจรแรงดันคุมค่าแบบง่ายๆ ใช้ตัวต้านทานและซีเนอร์ไดโอดต่อกลับ(reverse) ดังแสดงในแผนภาพ เราลำดับ ซีเนอร์ไดโอดตามแรงดันทะลุ(breakdown voltage) Vz และกำลังสูงสุด Pz (เช่น 400mW หรือ 1.3W).

ตัวต้านทานทำหน้าที่จำกัดกระแส (เหมือนตัวต้านทานที่ต่อกับ LED) กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานจะคงที่ ดังนั้นเมื่อไม่มีกระแสเอาท์พุท กระแสทั้งหมดจะไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด ดังนั้นกำลัง Pz ของซีเนอร์ไดโอดต้องมากพอและทนได้

โปรดดูที่หน้า ไดโอด สำหรับข้อมูลเกี่ยวกับซีเนอร์ไดโอด

การเลือกซีเนอร์ไดโอดและตัวต้านทาน:

  1. แรงดันของซีเนอร์ Vz คือแรงดันเอาท์พุทที่ต้องการ
  2. แรงดันอินพุท Vs ต้องมากกว่า Vz สองสามโวลท์
    (ทั้งนี้เพื่อให้Vsมีการผนผวนน้อยอันเนื่องจากพริ้ว)
  3. กระแสสูงสุด Imax คือกระแสที่ต้องการบวก 10%
  4. ขนาดกำลัง Pz ของซีเนอร์เป็นตัวกำหนดกระแสสูงสุด:  Pz > Vz × Imax
  5. ค่าของตัวต้านทาน:  R = (Vs - Vz) / Imax
  6. วัตต์ของตัวต้านทาน:  P > (Vs - Vz) × Imax
ตัวอย่าง: แรงดันเอาท์พุทที่ต้องการคือ 5V, กระแสเอาท์พุทที่ต้องการคือ 60mA
  1. Vz = 4.7V (ค่าใกล้ที่สุดที่หาได้)
  2. Vs = 8V (จะต้องสูงกว่า Vz สองสามโวลท์)
  3. Imax = 66mA (กระแสเอาท์พุทบวก 10%)
  4. Pz > 4.7V × 66mA = 310mW, เลือก Pz = 400mW
  5. R = (8V - 4.7V) / 66mA = 0.05kohm = 50ohm, เลือก R = 47ohm
  6. ขนาดวัตต์ของตัวต้านทาน P > (8V - 4.7V) × 66mA = 218mW, เลือก P = 0.5W

หน้าต่อไป: ทรานสดิวเซอร์ | เรียนรู้อิเล็กทรอนิกส์
ไอซีอีแปลและเรียบเรียง เพื่อเผยแพร่สำหรับคนไทย ผู้ที่มีอิเล็กทรอนิกส์ในหัวใจ ขอขอบคุณ Mr. James Hewes