Transformerless PWS

บทความนี้เป็นการนำเสนอวิธีการออกแบบแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกที่ไม่ใช้หม้อแปลง เพื่อใช้กับอุปกรณ์/เครื่องใช้ที่ไม่ได้มีแบตเตอรี่เป็นส่วนประกอบ ซึ่งโดยปกติแล้วการจะจ่ายไฟเลี้ยงให้กับอุปกรณ์ใด ๆ จะต้องประกอบไปด้วยหม้อแปลงแบบ step-down ไดโอดเร็กติไฟเออร์ วงจรกรอง และวงจรเรกูเลเตอร์ เป็นต้น แต่สำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กราคาถูกและต้องการลดค่าใช้จ่ายในการใช้หม้อแปลง จึงต้องมีการออกแบบแหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลง

จากรูปที่แสดง แหล่งจ่ายแรงดัน 5V DC จากไฟเอซี 220 โวลต์ เริ่มจากการแปลงแรงดันด้วยหม้อแปลง T1 จาก 220VAC ลงมาเหลือประมาณ 9VAC ผ่านไดโอดบริดจ์เพื่อแปลงให้เป็นไฟกระแสตรง ผ่านวงจรกรอง C1 C2 เพื่อลดแรงดันริบเปิล และใช้ไอซีเรกูเรเตอร์ 78L05 เพื่อควบคุมแรงดันให้คงที่

จุดเด่นของวงจรนี้คือ

■ แรงดันไฟสูง/ต่ำถูกแยกออกจากกันโดยสิ้นเชิง (T1)

■ สามารถจ่ายกระแสได้สูง (1A) ตามคุณสมบัติของ U2

■ แรงดันริบเปิลต่ำ

จุดด้อย

■ ราคาสูงกว่าการออกแบบโดยไม่ใช้หม้อแปลง

■ มีขนาดใหญ่โดยเฉพาะ T1

แหล่งจ่ายไฟแบบคาปาซิตีฟ (CAPACITIVE POWER SUPPLY)

จากรูปตัวอย่างการออกแบบแหล่งจ่ายไฟสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์จากไฟเมน 220VAC แบบไม่ใช้หม้อแปลง จะเห็นได้ว่าแรงดันเอาต์พุตคือแรงดันที่ตกคร่อมคาปาซิเตอร์ Cs กระแสอินพุตเฉลี่ย (Iin) จะต้องเท่ากับ กระแสเอาพุตเฉลี่ย (Iout) กระแสส่วนที่ไหลผ่าน Cs จะเฉพาะซีบวกของแรงดันส่วนกระแสจากแรงดันซีกลบจะไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด D1 ดังนั้นวงจรนี้จึงเป็นวงจรเร็กติไฟเออร์แบบครึ่งคลื่น กระแสเฉลี่ย Iin สามารถหาได้จากสมการ

แรงดันของ C1 ควรมากกว่าแรงดันพีค Vrmsx1.414 เช่น แรงดัน 220 จะมีค่าพีคเท่ากับ 220x1.414 ประมาณ 311 โวลต์ ดังนั้นจึงเลือกใช้ขนาด 400 โวลต์

พิจารณา R, Cs:

Cs จะถูกประจุไปจนถึงแรงดัน 5.6 V ดังนั้นจึงต้องทนแรงดันได้มากกว่า 5.6V คาปาซิเตอร์ตัวนี้ทำหน้าที่ลดแรงดันริบเปิล ซึ่งหากใช้ขนาดใหญ่ขึ้นก็จะช่วยลดริบเปิลได้เพิ่มมากขึ้น ซึ่งริบเปิลจะขึ้นกับกระแสที่โหลดต้องการด้วย

R ทำหน้าที่จำกัดกระแสที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด ค่า R หาได้จาก Vpeak/Iz เมื่อ Iz คือกระแสจำกัดของซีเนอร์ไดโอด

กระแสเอาต์พุตจะต้องเพียงพอแก่การจ่ายให้กับโหลด สามารถหาได้จากสมการ

สมการนี้ใช้สำหรับไฟเมน 220V 50Hz แต่ถ้าใช้กับแรงดัน 110V/60Hz ให้แทนค่า 200V และ 98Hz ด้วย 100V และ 118Hz ตามลำดับ

วงจรนี้มีจุดเด่นคือ:

■ ไม่มีการใช้หม้อแปลง จึงลดค่าใช้จ่ายลง

■ แหล่งจ่ายไฟมีขนาดเล็ก

■ กระแสเอาต์พุตขึ้นอยู่กับ Cs

เนื่องจากไม่มีการใช้หม้อแปลง ทำให้ MCU ได้รับแรงดันโดยตรงจากไฟเมน วงจรนี้ Cs จะเก็บพลังงานเฉพาะแรงดันในซีกบวก ส่วนแรงดันในซีกลบจะดิสชาร์ท การที่จะจ่ายกระแสได้มากขึ้นจะต้องเพิ่มค่า C ให้มากขึ้น ตามความสัมพันธ์จากสมการข้างต้น ค่า C จากตารางนี้เป็นการคำนวณจากแหล่งจ่าย 220V / 50Hz