‍เชิงนามธรรม

ไม่มีแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดใดที่แม่นยำสมบูรณ์แบบ มีค่าความคลาดเคลื่อนต่างๆ ที่ส่งผลต่อความแม่นยำในการควบคุมแรงดันเอาต์พุต บทความนี้จะอธิบายถึงแหล่งที่มาของความไม่แม่นยำต่างๆ และแสดงให้เห็นว่าช่วงค่าความคลาดเคลื่อนทั้งหมดถูกกำหนดขึ้นอย่างไร

การแนะนำ

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดมีขาป้อนกลับที่สามารถตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตได้ แรงดันนี้จะถูกควบคุมโดยวงจรแหล่งจ่ายไฟ อย่างไรก็ตาม คำถามที่เกิดขึ้นคือ แรงดันนั้นถูกควบคุมอย่างแม่นยำเพียงใด

ภาพที่ 1 แสดงวงจรจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดตามหลักการลดแรงดัน

แรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่มีอยู่ ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่ได้รับการควบคุม จะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าขาออก ซึ่งจะได้รับการควบคุมให้มีความแม่นยำมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ความแม่นยำของแรงดันไฟฟ้าขาออกขึ้นอยู่กับปัจจัยและค่าความคลาดเคลื่อนหลายประการ

ความคลาดเคลื่อนของกระแสตรง

ความคลาดเคลื่อนของการควบคุมกระแสตรง (DC regulation deviation) รวมถึงความแม่นยำของแรงดันอ้างอิงที่อยู่ในตัวแปลงแรงดัน (รูปที่ 1) ซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยผู้ออกแบบวงจรรวม (integrated circuit) โดยมีความคลาดเคลื่อนเพียงเล็กน้อยภายในช่วงแรงดันไฟเลี้ยง ค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิตของวงจรรวม และอุณหภูมิในการทำงาน ค่าความคลาดเคลื่อนที่มีอยู่จะระบุไว้ในเอกสารข้อมูลของวงจรรวมตัวแปลงแรงดัน ค่านี้สามารถระบุได้หลายวิธี เช่น แรงดันอ้างอิงที่ควบคุมจากสายไฟ แรงดันเอาต์พุตที่ควบคุมจากโหลด และแรงดันป้อนกลับที่ควบคุมแล้ว นอกจากความแม่นยำของแรงดันอ้างอิงบริสุทธิ์แล้ว ค่าหลังนี้ยังรวมถึงค่าความคลาดเคลื่อนกระแสตรงเฉพาะของวงจรรวมที่ขาป้อนกลับด้วย

ค่าความคลาดเคลื่อนของกระแสตรง (DC tolerance) ยังรวมถึงค่าเบี่ยงเบนของค่าความต้านทานของตัวแบ่งแรงดันระหว่างแรงดันเอาต์พุตที่ควบคุมแล้วกับขาป้อนกลับ (Rfb1 และ Rfb2 ในรูปที่ 1) ตัวต้านทานเหล่านี้สามารถหาซื้อได้ในช่วงค่าความคลาดเคลื่อนที่แตกต่างกัน โดยปกติแล้ว ตัวต้านทานจะมีค่าความต้านทานใกล้เคียงกับค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่ระบุไว้ ตัวต้านทานที่ดีกว่า ซึ่งมีค่าความคลาดเคลื่อนน้อยกว่า จะถูกตรวจพบในระหว่างกระบวนการผลิตตัวต้านทานเหล่านี้ และโดยทั่วไปจะจำหน่ายเป็นตัวต้านทานที่มีความแม่นยำมากกว่า

แรงดันเอาต์พุตกระเพื่อม

ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด แรงดันเอาต์พุตที่ควบคุมแล้วจะมีแรงดันริปเปิลอยู่เสมอ แรงดันริปเปิลนี้ขึ้นอยู่กับการขึ้นลงของกระแสในตัวเหนี่ยวนำของวงจรบัคเรกูเลเตอร์ ค่าของตัวเก็บประจุเอาต์พุต และค่าความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) สามารถลดแรงดันริปเปิลได้โดยการใช้ค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดสูงและตัวเก็บประจุเอาต์พุตขนาดใหญ่ที่มีค่า ESR ต่ำ แต่ไม่สามารถป้องกันแรงดันริปเปิลในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดได้อย่างสมบูรณ์

การเปลี่ยนแปลงโหลด

ปัจจัยที่สามที่มีผลต่อความแม่นยำของแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นคือพฤติกรรมระหว่างการเปลี่ยนแปลงโหลด หากกระแสโหลดเปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นอาจเบี่ยงเบนขึ้นหรือลง ยิ่งแอมพลิจูดของการเปลี่ยนแปลงโหลดสูงและยิ่งเกิดขึ้นเร็วเท่าใด การเบี่ยงเบนในระยะสั้นของแรงดันไฟฟ้าขาออกจากค่าที่ตั้งไว้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เพื่อลดผลกระทบนี้ต่อความคลาดเคลื่อนของแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นให้เหลือน้อยที่สุด ความเร็วของวงจรควบคุมจะต้องสูง เครื่องมือหนึ่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพวงจรแปลงพลังงานคือLTpowerCAD ^®  จาก Analog Devices

รูปที่ 2 แสดงการเปลี่ยนแปลงโหลดของLT8642Sกระแสโหลดเพิ่มขึ้นจาก 100 mA เป็น 5 A ภายใน 500 ns และลดลงอย่างรวดเร็วอีกครั้งหลังจาก 250 μs แรงดันสูงสุดอยู่ที่ประมาณ 27.5 mV และแรงดันต่ำสุดอยู่ที่ประมาณ 26.4 mV

การวัดการเปลี่ยนแปลงโหลดชั่วขณะดำเนินการโดยใช้LTpowerAnalyzer  จาก Analog Devices ด้วยฮาร์ดแวร์นี้ สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงโหลดชั่วขณะได้อย่างง่ายดายสำหรับระดับกระแสไฟฟ้าต่างๆ และด้วยเวลาการเปลี่ยนผ่านที่แตกต่างกัน

รูปที่ 3 แสดงปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อค่าความคลาดเคลื่อนของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด

บทสรุป

ในการเลือกวงจรแหล่งจ่ายไฟ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องพิจารณาว่าต้องการความแม่นยำของแรงดันไฟฟ้าในระดับใดในแอปพลิเคชันนั้นๆ นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการเลือกส่วนประกอบต่างๆ เช่น ไอซีแปลงไฟและตัวแบ่งแรงดันสำหรับความแม่นยำของกระแสตรง รวมถึงขดลวดและตัวเก็บประจุเอาต์พุตสำหรับแรงดันไฟกระชากและอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงโหลด สุดท้ายนี้ วงจรควบคุมจะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงโหลดให้ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เช่น การใช้ค่าชดเชยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้