การเลือกใช่งานภาคจ่ายไฟ
แหล่งข้อมูลจาก : https://dronebotworkshop.com/powering-your-projects/
Regulators and Converters
Regardless as to whether your DC voltage was derived from AC or whether it is from a battery chances are that it won’t be the correct voltage for your application. You’ll need to change the voltage to the desired level (i.e. 5 volts) and you need to ensure it stays at that level even if the input voltage changes.
ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า (Voltage Converters)
ในโปรเจกต์ของคุณมีตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าหลายประเภทที่สามารถใช้ได้ ซึ่งมี 3 ประเภทหลักๆ ดังนี้:
- Buck Converters
ตัวแปลงแรงดันแบบ Buck ใช้สำหรับการลดแรงดันจากระดับที่สูงลงไปยังระดับที่ต่ำกว่า เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการลดแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานที่มีแรงดันสูง เช่น จาก 12 โวลต์ ลดลงเป็น 5 โวลต์ - Boost Converters
ตัวแปลงแรงดันแบบ Boost ใช้สำหรับการเพิ่มแรงดันจากระดับที่ต่ำขึ้นไปยังระดับที่สูงขึ้น เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการเพิ่มแรงดันจากแหล่งพลังงานที่มีแรงดันต่ำ เช่น จาก 5 โวลต์ เพิ่มเป็น 12 โวลต์ - Buck Boost Converters
ตัวแปลงแรงดันแบบ Buck-Boost สามารถทำงานทั้งการลดและเพิ่มแรงดันได้ ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันที่เข้ามา เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการควบคุมแรงดันที่คงที่ไม่ว่าจะเป็นแรงดันเข้าแบบสูงหรือต่ำ
Power Supply หรือแหล่งจ่ายไฟสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภทตามวิธีการแปลงพลังงานและลักษณะการใช้งาน โดยแบ่งออกเป็นหลักๆ ดังนี้:
1. Linear Power Supply (Regulated)
- LM317 เป็นตัวอย่างของ Linear Regulator ซึ่งเป็นแหล่งจ่ายไฟที่ใช้วิธีการควบคุมการไหลของกระแสไฟผ่านวงจรที่มีความต้านทานสูง เพื่อควบคุมแรงดันให้อยู่ในระดับที่ต้องการ
- ข้อดี: ให้แรงดันไฟที่สะอาด ไม่มีการรบกวนจากสัญญาณรบกวน (Noise) และการตอบสนองดี
- ข้อเสีย: ไม่ประหยัดพลังงาน เนื่องจากส่วนเกินของแรงดันจะถูกแปลงเป็นความร้อน
2. Switching Power Supply
- ใช้เทคนิคการสวิตชิ่ง (เปิด/ปิด) เพื่อแปลงพลังงานจากแรงดันสูงเป็นแรงดันต่ำ หรือจากแรงดันต่ำเป็นแรงดันสูง
- ประเภทต่างๆ ของ Switching Regulator:
- Buck Converter: ลดแรงดัน (Step-down)
- Boost Converter: เพิ่มแรงดัน (Step-up)
- Buck-Boost Converter: สามารถเพิ่มหรือลดแรงดันได้ตามต้องการ
- Inverter: ใช้สำหรับแปลงจาก DC เป็น AC
- ข้อดี: ประหยัดพลังงาน, มีความสามารถในการปรับแรงดันได้หลากหลาย
- ข้อเสีย: มีสัญญาณรบกวน (Noise) และการควบคุมที่ซับซ้อนกว่าระบบ Linear
Buck Converter
Buck Converters ทำงานโดยใช้วงจรที่เรียกว่า “Flywheel Circuit” ในการทำงาน, ทรานซิสเตอร์จะถูกเปิดและปิดสลับกัน และเอาท์พุตของมันจะถูกส่งผ่านตัวเหนี่ยวนำ (Inductor หรือ Coil) และไปยังตัวเก็บประจุ (Capacitor) เมื่อทรานซิสเตอร์ถูกเปิดและปิด ตัวเก็บประจุก็จะชาร์จและปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำ การสลับเปิดปิดในช่วงเวลา (หรือความถี่) ที่กำหนดจะส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าทางออก
โดยทั่วไปแล้ว ความถี่ที่การสวิตชิงเกิดขึ้นจะเป็นตัวกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ออกมา ซึ่งทำให้ Buck Converter สามารถลดแรงดันจากระดับที่สูงลงไปยังระดับที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เหมือนกับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบ Linear, Buck Converter จะถูกใช้งานในสถานการณ์ที่ต้องการให้แรงดันไฟฟ้าออกต่ำกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าเข้ามา ซึ่งการทำงานของมันสามารถลดแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายพลังงานที่มีแรงดันสูงลงไปยังระดับที่ต่ำกว่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการใช้วงจรสลับและตัวเหนี่ยวนำเพื่อควบคุมการลดแรงดันนี้
Boost Converter
Boost Converter ทำงานในลักษณะคล้ายกับ Buck Converter แต่จะแตกต่างกันในเรื่องของการจัดเรียงของตัวเหนี่ยวนำ (Coil), ไดโอด (Diode), และตัวเก็บประจุ (Capacitor) ที่ใช้ในการสร้างวงจร Flywheel ซึ่งจะช่วยให้สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้จากแหล่งพลังงานที่มีแรงดันต่ำขึ้นไปยังระดับที่สูงขึ้น
Boost Converter ยังถูกเรียกว่า “Switched Mode Power Supply” (SMPS) เนื่องจากมันใช้การสลับเปิด-ปิดของทรานซิสเตอร์เพื่อควบคุมการส่งพลังงานให้ได้ตามที่ต้องการ ซึ่งช่วยให้มีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูงและมีขนาดที่เล็กกว่าระบบที่ใช้วิธีการควบคุมแบบ Linear
ตามชื่อของมัน, Boost Converter จะให้แรงดันไฟฟ้าทางออกที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าเข้ามา โดยการทำงานจะเพิ่มแรงดันจากแหล่งพลังงานที่มีแรงดันต่ำ เช่น จาก 5 โวลต์ เพิ่มเป็น 12 โวลต์หรือสูงกว่านั้น ซึ่งทำให้ Boost Converter เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในระบบที่มีแหล่งพลังงานที่มีแรงดันต่ำ
Buck Boost Converter
เหมือนกับการผสมผสานที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก, Buck Boost Converter ใช้วงจรฟลายแบ็ค (flyback circuit) ที่ควบคุมด้วยทรานซิสเตอร์คู่ เพื่อทำการเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ขึ้นอยู่กับความต้องการของระบบ
ตัวแปลงแรงดันชนิดนี้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงาน โดยเฉพาะในกรณีที่ต้องการให้แรงดันไฟฟ้าออกคงที่ไม่ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าเข้า เช่น หากเรามีวงจรที่ต้องการแรงดัน 5 โวลต์ และใช้แบตเตอรี่ 7.2 โวลต์ เมื่อแบตเตอรี่เต็มการทำงานของตัวแปลงจะทำหน้าที่เหมือน Buck Converter โดยลดแรงดันไฟฟ้าออกให้เป็น 5 โวลต์ แต่เมื่อแบตเตอรี่เริ่มหมดและแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 5 โวลต์ ตัวแปลงจะทำหน้าที่เหมือน Boost Converter โดยเพิ่มแรงดันไฟฟ้าออกกลับไปที่ 5 โวลต์