แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่เสถียรเป็นแหล่งจ่ายไฟชนิดหนึ่งที่ทำงานโดยใช้ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกของแหล่งจ่ายไฟเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่เสถียร หลักการทำงานสามารถแบ่งได้เป็นประเด็นต่อไปนี้:
1、การจำแนกประเภทของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งแรงดันไฟคงที่
ก่อนที่จะเข้าใจหลักการทำงานของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด เราต้องทำความเข้าใจการจำแนกประเภทของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดก่อน โดยแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดสามารถแบ่งตามโหมดการทำงานที่แตกต่างกันได้เป็นแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด AC-DC และแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด DC-DC
แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง AC-DC: แรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็นไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งจะถูกแก้ไข กรอง และควบคุมด้วยสวิตช์ในวงจรอินพุตเพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงเอาต์พุต DC ที่เสถียร
แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง DC-DC: แรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็นกระแสตรงซึ่งจะได้รับการประมวลผลโดยการสวิตชิ่ง การกรอง และอื่นๆ ในวงจรอินพุต จากนั้นจึงจ่ายกระแสตรงที่เสถียรเพื่อจ่ายให้กับโหลด
2、หลักการทำงานของหลอดสวิตช์
ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด ทรานซิสเตอร์แบบสวิตช์เป็นสิ่งจำเป็น ทรานซิสเตอร์แบบสวิตช์มักหมายถึงส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตฉนวน เป็นต้น ทรานซิสเตอร์ชนิดนี้มีคุณลักษณะของการใช้พลังงานสถิตต่ำ ความเร็วในการสวิตช์สูง และการควบคุมที่แข็งแกร่ง
เมื่อเราต้องการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ขั้นตอนแรกคือการทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกของแหล่งจ่ายไฟสูงกว่าหรือเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ ในเวลานี้ หลอดสวิตช์จะเปิดขึ้น และกระแสไฟฟ้าจะเข้าสู่ตัวเหนี่ยวนำผ่านหลอดสวิตช์ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นและแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นบนสายไฟที่อยู่รอบ ๆ ตัวเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้านี้จะสร้างสิ่งที่เรียกว่าการสั่นแบบลูปบนตัวเก็บประจุ ซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้าเรโซแนนซ์เป็นระยะ เมื่อหลอดสวิตช์ถูกปิด กระแสไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำจะหยุดชะงักทันที และพลังงานแม่เหล็กที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำจะขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าให้ไหลต่อไป ซึ่งจะถูกโหลดใช้ผ่านขั้วเอาต์พุตและส่งแรงดันไฟฟ้าคงที่ เมื่อทำซ้ำกระบวนการนี้ ก็จะสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าขาออกที่เสถียรและควบคุมได้
3、 การนำวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบสวิตชิ่งมาใช้
เราทราบดีว่าความเร็วในการสลับของหลอดสวิตชิ่งนั้นรวดเร็วมาก ซึ่งสามารถทำการสลับความถี่สูงได้ และมีข้อดีคือประหยัดพลังงาน มีเสถียรภาพ และมีประสิทธิภาพสูง ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์ ขั้นตอนแรกคือการออกแบบวงจรสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์เพื่อควบคุมทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง จากนั้นจึงทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าขาออกที่เสถียรผ่านการกรอง ข้อเสนอแนะแบบลูป และวิธีการอื่นๆ
ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดที่มีความเสถียร วงจรสวิตช์โหมดที่มีความเสถียรที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ วงจรไดโอด วงจรเหนี่ยวนำ วงจรส่วนประกอบแม่เหล็ก เป็นต้น โดยวงจรเหนี่ยวนำเป็นวงจรที่มีความเสถียรมากที่สุด
วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำประกอบด้วยหลอดสวิตช์ ตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุ ไดโอด และวงจรเอาต์พุต หลักการทำงานเหมือนกับข้างต้น เมื่อหลอดสวิตช์เป็นตัวนำ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตสามารถคงตัวผ่านตัวเหนี่ยวนำแล้วจึงจ่ายให้กับโหลดผ่านวงจรเอาต์พุต เมื่อทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งถูกปิด พลังงานภายในตัวเหนี่ยวนำสามารถแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตผ่านไดโอดและทำให้เสถียรได้
แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่มีเสถียรภาพกำลังไฟขนาดเล็กและขนาดกลางสามารถขับเคลื่อนโดยวงจรทรานซิสเตอร์โดยตรง ในขณะที่แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่มีเสถียรภาพกำลังไฟสูงต้องใช้ชิปควบคุมหรือวงจรควบคุมแอนะล็อกเพื่อให้ควบคุมได้อย่างแม่นยำ