1 Mao - Unit 02 2.pdf · 2020-02-10 · (ง) หม้อแปลงแบบออโต (Autotransformer) เช่น ปรับแรงด ันได้ 40% – 115% 26

20

เอกสารประกอบการเรยนการสอน หนวยท 2 เรอง วงจรเพาเวอรซพพลาย รหสวชา 2105-2008

หลกสตรประกาศนยบตรวชาชพ พทธศกราช 2556 ชอวชา เครองเสยง

เอกสารประกอบการเรยนการสอน โดยนายเมาล กลนหอม สานกงานคณะกรรมการการอาชวศกษา กระทรวงศกษาธการ

สาระสาคญประจาหนวย การทางานของวงจรเพาเวอรซพพลายแบบตาง ๆ สวนประกอบของวงจรเพาเวอรซพพลาย

การทางานและการคานวณเบองตนของหมอแปลง วงจรเรกตไฟเออร วงจรฟลเตอร หลกการทางานและวงจรเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบอนกรมและแบบขนาน โครงสรางของแหลงจายไฟเดยวและแหลงจายไฟค การทางานของวงจรเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟา แบบอนกรมและแบบขนาน แหลงจาย ไฟเดยวแหลงจายไฟค

การสรางแผน PCB เพาเวอรซพพลาย การประกอบวงจรเพาเวอรซพพลาย และการวดและทดสอบวงจรเพาเวอรซพพลาย จดประสงคการสอน จดประสงคทวไป

1. เพอใหมความรเกยวกบการทางานของวงจรเพาเวอรซพพลายแบบตาง ๆ (ดานพทธพสย)

2. เพอใหมความรเกยวกบหมอแปลง (ดานพทธพสย) 3. เพอใหมความรเกยวกบวงจรเรกตไฟเออร (ดานพทธพสย) 4. เพอใหมความรเกยวกบวงจรฟลเตอร (ดานพทธพสย) 5. เพอใหมความรเกยวกบการทางานของวงจรเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟา (ดานพทธพสย) 6. เพอใหมความรเกยวกบแหลงจายไฟเดยวและแหลงจายไฟค (ดานพทธพสย) 7. เพอใหมความรเกยวกบการประกอบวงจรเพาเวอรซพพลาย (ดานพทธพสย) 8. เพอใหมความรเกยวกบวดและทดสอบวงจรเพาเวอรซพพลาย (ดานพทธพสย) 9. เพอใหมเจตคตทดในการจดเตรยม ใชงาน รกษาความสะอาด และจดเกบ เครองขยาย

เสยงและอปกรณประกอบเครองขยายเสยง การใชงานหองปฏบตการ (ดานจตพสย) จดประสงคเชงพฤตกรรม

1. อธบายการทางานของวงจรเพาเวอรซพพลายแบบตาง ๆ ได (ดานพทธพสย) 2. อธบายการทางานของหมอแปลง (ดานพทธพสย) 3. อธบายการทางานของวงจรเรกตไฟเออรได (ดานพทธพสย) 4. อธบายเกยวกบการทางานของวงจรฟลเตอรได (ดานพทธพสย) 5. อธบายการทางานของวงจรเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาได (ดานพทธพสย) 6. อธบายการทางานของแหลงจายไฟเดยวและแหลงจายไฟคได (ดานพทธพสย)

21




7. อธบายการประกอบวงจรเพาเวอรซพพลายได (ดานพทธพสย) 8. อธบายเกยวกบการวดและทดสอบวงจรเพาเวอรซพพลายได (ดานพทธพสย) 9. มเจตคตทดในการจดเตรยม ใชงาน รกษาความสะอาด และจดเกบ เครองขยายเสยง

และอปกรณประกอบเครองขยายเสยง อยางถกตอง เหมาะสม รอบครอบและปลอดภย (ดานจตพสย)

10. แตงกายในการปฏบตงานและใชเครองมออยางถกตอง ปลอดภย รกษาบรรยากาศทดในการปฏบตงาน และรกษาความสะอาดพนทปฏบตงาน ถกตองตามกฎระเบยบการใชหองปฏบตการได (ดานจตพสย)

สมรรถนะประจาหนวย 1. อธบายการสรางแผน PCB เพาเวอรซพพลายไดถกตอง 2. สรางแผน PCB เพาเวอรซพพลายไดถกตองตามแบบและตามสถานการณ 3. อธบายการประกอบวงจรเพาเวอรซพพลายไดถกตอง 4. ประกอบวงจรเพาเวอรซพพลายไดถกตองตามแบบและใชงานได 5. อธบายการวดและทดสอบวงจรเพาเวอรซพพลายไดถกตอง 6. วดและทดสอบวงจรเพาเวอรซพพลายไดถกตองตามแบบและตดสนสภาพการทางานได

หวขอเรองและงาน ทฤษฎ

หวขอเรอง หนวยท 2 สอนครงท 1. หมอแปลง 3 2. วงจรเรกตไฟเออร 3 3. วงจรฟลเตอร 3 4. เรกกเลเตอรแรงดนไฟฟา 4

4.1 แบบอนกรม 4 4.2 แบบขนาน 4

5. แหลงจายไฟเดยว แหลงจายไฟค 4 6. การประกอบวงจรเพาเวอรซพพลาย 4

22




ปฏบต ใบงาน หนวยท 2 สอนครงท

1. สรางแผน PCB เพาเวอรซพพลาย 3 2. ประกอบวงจรเพาเวอรซพพลาย 4 3. วดและทดสอบวงจรเพาเวอรซพพลาย 4

จตพสย คณธรรม จรยธรรม คานยม คณลกษณะอนพงประสงค และหลกปรชญาเศรษฐกจพอเพยง

23




บทนา เพาเวอรซพพลายหรอแหลงจายไฟ โดยทวไปหมายถงแหลงจายแรงดนไฟฟา (Voltage Power Supply) แบงออกเปน แหลงจายไฟสลบ (AC Supply) และแหลงจายไฟตรง (DC Supply) แหลงจายไฟทใชเลยงวงจรอเลกทรอนกสใหทางานไดมกเปนแหลงจายไฟตรง และแหลงจายไฟทใชสาหรบเลยงวงจรเครองเสยงกเปนแหลงจายไฟตรง หนวยการเรยนรนจงเนนเฉพาะแหลงจายไฟตรง

2.1 ชนดของเพาเวอรซพพลาย 1. เพาเวอรซพพลายไฟสลบแบบไมมระบบรกษาแรงดนใหคงท (Unregulated AC

Voltage Supply) หรอหมอแปลงไฟฟา (Transformer) 2. เพาเวอรซพพลายไฟสลบแบบรกษาแรงดนคงท (Regulated/Stabilized AC

Voltage Supply) หรอไลนสเตบไลเซอร (AC voltage/Line Stabilizer) 3. เพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบไมมตวกรอง (Unfiltered DC Voltage Supply) 4. เพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรอง (Capacitor Filtered DC

Voltage Supply) และไมมเรกกเลต (Unregulated DC Supply) 5. เพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรอง (Capacitor Filtered DC

Voltage Supply) พรอมเรกกเลต (Unregulated DC Supply)

2.2 หมอแปลง (Transformer) หมอแปลงมหนาทแปลงแรงดนเอซใหสงขนหรอตาลง (Step Up หรอ Step Down) ตามท

ตองการ และโดยทวไปจะทาหนาทแยกไฟ (Isolation) โดยแยกดานไฟอนตรายกบดานปลอดภย (ดานไฟฟาสาธารณะกบดานผใชงาน) ออกจากกนทางไฟฟาไปในตวดวย การสงผานพลงงานไฟฟาเกดจากผลสนามแมเหลกเหนยวนาซงกน (Mutual coupling effect) และระหวางขดลวดปฐมภม (Primary coil) ใชงานเปนดานอนพท กบขดลวดทตยภม (Secondary coil) ใชงานเปนดานเอาทพท โดยปกตภายในแหลงจายไฟตรงของวงจรเครองเสยงจะใชหมอแปลงเปนอปกรณหลก ทาหนาทแปลงแรงดนเอซใหตาลงตามทตองการ และทาหนาทแยกไฟ (Isolation) อกดวย

2.2.1 โครงสรางหมอแปลง หมอแปลงสรางจากขดลวดตวนาอาบนายาฉนวน จานวน 2 ขด ขนไปพนอยบนแกนวสด

แมเหลกเดยวกน หากมขดลวดเดยวจะเปนตวเหนยวนา / อนดกเตอร / คอยล (Inductor / Coil)

24




(ข) (ค) (ง)

พนลว

ดN รอ

บ

เสนแร

งแมเห

ลก,

แกนแ

มเหลก

(Mag

netic

core)

(ก) (จ) (ฉ) (ช) ทมา: www.pinterest.com/ pin/63261569737776585

ทมา: www.audio.nl

รปท 2.1 ตวเหนยวนา (ก) หลกการของตวเหนยวนา (ข) และ (ค) ตวเหนยวนาชนดแกนอากาศ (ง) สญลกษณตวเหนยวนาชนดแกนอากาศ (จ) และ (ฉ) ตวเหนยวนาชนดแกนแมเหลก (ช) สญลกษณตวเหนยวนาชนดแกนแมเหลก

แกนอากาศ(Air core)

(ค)

PI

PV

SV

SI

แกนแมเหลก

(Magnetic core) (ก) (ข) (ง)

ทมา: en.wikipedia.org/ wiki/Transformer

รปท 2.2 หมอแปลง (ก) หลกการของหมอแปลง (ข) หมอแปลง (ใชในใบงาน วชาเครองเสยง) (ค) สญลกษณหมอแปลงชนดแกนอากาศ (ง) สญลกษณหมอแปลงชนดแกนแมเหลก

25




2.2.2 หมอแปลงอดมคตและการคานวณ หมอแปลงแรงดน มคณสมบตเบองตนคอ อตราสวนของแรงดนแตละขดเทากบอตราสวนของจานวนรอบพนลวดของขดนน

PI

PV SV

SIขด

ลวดท

ตยภม

พนล

วดN S

รอบ

ขดลว

ดปฐม

ภมพน

ลวดN

Pรอ

บ

+ +

− −

(ก)

PI

PV

S1V

+

−

PN

S2V

S3V

S1N

S2N

S3N

(ข)

PI

PV

S1V

S1I

+ +

−

−

PNS2V

S2S1

NN

=S1

S2N

N=

+

−

S2I

(ค)

PI

PV

−

PN

S2V

+

S1V

S3V

S4V

S5V

SV

+

−

(ง)

รปท 2.3 หมอแปลงอดมคต (ก) หมอแปลง 2 ขดลวด แบบแยกไฟ (Isolation) ทวไป (ข) หมอแปลงแบบมแทป (Tapped Transformer) ตวอยางเชน 0 – 6 – 9 – 12 V (ค) หมอแปลงแบบมเซนเตอรแทป (Centre Tapped Transformer) เชน 12–0–12 V (ง) หมอแปลงแบบออโต (Autotransformer) เชน ปรบแรงดนได 40% – 115%

26




สตร อตราสวนแรงดน; P

S

P

S

NN

VV

= (2.1)

ตวอยาง เชน P

S3

P

S3

NN

VV

= (2.2)

หรออกตวอยาง เชน p

321

np

n3n2n1

nnnn

VVVV ++

=++ (2.3)

การเขยนขอมลหมอแปลงเพอสงผลต PRI: 0 – 110 – 220 – 240 V 50Hz / 60Hz SEC: 22 – 0 – 22 V 4A 15 – 0 – 15 V 200mA 0 – 12V 500mA จากตวอยางขอมล จะเหนวาดานปฐมภมมแทปใหเลอกแรงดน 110V, 220V, 240V และดานทตยภม 2 ชดแรกมเซนเตอรแทปคอ 22 – 0 – 22 V 4A, 15 – 0 – 15 V 200mA ชดสดทายไมมเซนเตอรแทป 0 – 12V 500mA ขนาดหมอแปลงระบเปน VA หาไดจากผลรวม VA ทขดทตยภม ขนาดหมอแปลงตามตวอยางน คอ (44 x 4) + (30 x 0.2) + (12 x 0.5) = 188 VA นอกจากนยงมคาสงเพมเตมอนๆ เชน เปนหมอแปลงชนด EI / UI / C – Core ใชขวสายหรอสายตอ มหมชลดสนามแมเหลกหรอไม และมชลดสนามไฟฟาหรอไม หรอเปนหมอแปลงแบบแกนทอรอยด (Toroidal transformer) หรอเปนแบบขาลงปรน (PCB Transformer) เปนตน

2.3 เพาเวอรซพพลายไฟตรง (DC Supply) 2.3.1 เพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบไมมตวกรอง

ทาหนาทเปลยนแรงดนไฟสลบใหเปนไฟตรง โดยใชหมอแปลง (Transformer) ปรบคาแรงดนใหไดตามตองการ และใชวงจรวงจรเรคตไฟเออร (Rectifier) ทาหนาทเปลยนไฟสลบใหเปนไฟตรง คณสมบตของวงจร คอไดแรงดนดซทเอาทพทไมเรยบหรอมแรงดนรปเปลสง แตแรงดนคอนขางคงทแปรคาไปตามโหลดนอย

รปท 2.4 บลอกไดอะแกรมเพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบไมมตวกรอง

27




รปท 2.5 บลอกไดอะแกรมเพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบไมมตวกรองพรอมสญลกษณ

2.3.2 เพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรองและไมมเรกกเลต ทาหนาทเปลยนแรงดนไฟสลบใหเปนไฟตรง โดยใชหมอแปลง (Transformer)

ปรบคาแรงดนใหไดตามตองการ และใชวงจรวงจรเรคตไฟเออร (Rectifier) ทาหนาทเปลยนไฟสลบใหเปนไฟตรง และมตวคาปาซเตอรขนาดใหญทาหนาทเปนตวกรองแรงดนใหเรยบ คณสมบตของวงจร คอไดแรงดนดซทเอาทพทคอนขางเรยบหรอมแรงดนรปเปลตา แตแรงดนดซจะเปลยนแปลงคาไปตามโหลดดวย

รปท 2.6 บลอกไดอะแกรมเพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรอง

รปท 2.7 บลอกไดอะแกรมแหลงจายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรองพรอมสญลกษณ

2.3.3 เพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรองพรอมเรกกเลต ทาหนาทเปลยนแรงดนไฟสลบใหเปนไฟตรง โดยใชหมอแปลง (Transformer)

ปรบคาแรงดนใหไดตามตองการ และใชวงจรวงจรเรคตไฟเออร (Rectifier) ทาหนาทเปลยนไฟสลบใหเปนไฟตรง และมตวคาปาซเตอรขนาดใหญทาหนาทเปนตวกรองแรงดนใหเรยบ และเพมเตมตอทายดวยวงจรเรกกเลเตอรแรงดน คณสมบตของวงจร คอไดแรงดนดซทเอาทพททเรยบสนทหรอมแรงดนรปเปลตาทสด และแรงดนดซมคาคงทไมเปลยนแปลงคาไปตามแรงดนอนพทและ/หรอตามโหลดอกดวย

28




รปท 2.8 บลอกไดอะแกรมเพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรองพรอมเรกกเลต

รปท 2.9 บลอกไดอะแกรมเพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรอง พรอมเรกกเลท และสญลกษณ

2.4 ชนดของวงจรเพาเวอรซพพลายไฟตรง

2.4.1 วงจรเพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบไมมตวกรอง 1) วงจรเรคตไฟเออรแบบครงคลน (Half – Wave Rectifier)

หมอแปลง T1 ทาหนาทแยกไฟ และแปลงแรงดนใหไดตามทตองการ วงจรเรคตไฟเออร ไดโอด D1 ทางานทกครงซกบวกของ sec(ac)V หรอทกครงซกบวกของ line(ac)V ไมมการนากระแสซกทเหลอมาใชงาน สรปไดเปน “วงจรเรคตไฟเออรแบบครงคลน” วงจรนมไดโอดนากระแสครงละ 1 ตว แรงดนดรอป: n = 1, จากเรคตไฟเออรแบบครงคลนจงไดความถเอาทพทเทากบความถอนพท; inout ff =

+

−line(ac)V

+

−sec(ac)V

+

−out(dc)V

+ −FV out(dc)I

รปท 2.10 วงจรเรคตไฟเออรแบบครงคลน

29




2) วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลนแบบใชหมอแปลงมเซนเตอรแทป (Full – Wave Rectifier with Center – Tapped Transformer)

หมอแปลง T1 ทาหนาทแยกไฟ และแปลงแรงดนใหไดตามทตองการ และทางานเปนตวแยกเฟส (Phase splitter) แรงดนเอาทพทของหมอแปลง sec2(ac)V จะกลบเฟสกบ sec1(ac)V (±180°) เมอเทยบกบขวเซนเตอรแทป (GND) วงจรเรคตไฟเออร ไดโอด D1 ทางานทกครงซกบวกของ sec1(ac)V และไดโอด D2 ทางานทกครงซกบวกของ sec2(ac)V ดงนน ไดโอด D1 ทางานทกครงซกบวกของ line(ac)V และไดโอด D2 ทางานทกครงซกลบของ line(ac)V นนคอกระแสเอาทพทเกดจากกระแสอนพทของหมอแปลงทงครงซกบวกและครงซกลบ สรปไดเปน “วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลน” วงจรนมไดโอดนากระแสครงละ 1 ตว แรงดนดรอป: n = 1, จากเรคตไฟเออรแบบเตมคลน จงไดความถเอาทพทเปนสองเทาของความถอนพท; inout f2f ×=

+

−line(ac)V

+

−out(dc)V

+ −FV out(dc)I

+ −FV

sec1(ac)V

sec2(ac)V

รปท 2.11 วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลนแบบใชหมอแปลงมเซนเตอรแทป

3) วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลนแบบใชไดโอดบรดจ (Full – Wave Rectifier with Bridge rectifier)

หมอแปลง T1 ทาหนาทแยกไฟ และแปลงแรงดนใหไดตามทตองการ โดยชวงครงบวกของไฟ AC แรงดนเอาทพทของหมอแปลง sec(ac)V หรอ line(ac)V จะเปนบวกเมอเทยบกบขว 0V และชวงครงลบของไฟ AC แรงดนเอาทพทของหมอแปลง sec(ac)V จะเปนลบเมอเทยบกบขว 0V ของหมอแปลง การทางานของวงจรเรคตไฟเออร ชวงครงบวกของไฟ AC ไดโอด D1 และ D4 จะทางานนากระแสพรอมกน และชวงครงลบของไฟ AC ไดโอด D2 และ D3 จะทางานนากระแสพรอมกน นนคอกระแสเอาทพทเกดจากกระแสอนพทของหมอแปลงทงครงซกบวกและครงซกลบของ line(ac)V สรป ไดเปน “วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลน” วงจรนมไดโอดนากระแสครงละ

30




2 ตว แรงดนดรอป: n = 2, จากเรคตไฟเออรแบบเตมคลน จงไดความถเอาทพทเปนสองเทาของความถอนพท; inout f2f ×=

+

−line(ac)V

+

−

out(dc)V+

−sec(ac)V

+

−

out(dc)I

รปท 2.12 วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลนแบบใชไดโอดบรดจ

สตรคานวณ วงจรเรคตไฟเออรแบบไมใชฟลเตอรคาปาซเตอร แรงดนเอาทพทพค; Fsecout(pk) VnV2V ×−×= (2.4)

แรงดนเอาทพทดซ; ( )Fsecout(dc) VnV21V ×−××=π

(2.5)

โดยทวไปในการคานวณจะกาหนดให secV คงท และแรงดนดรอปของไดโอด V0.7VF =

2.4.2 วงจรเพาเวอรซพพลายไฟตรงแบบใชคาปาซเตอรเปนตวกรองและไมมเรกกเลต 1) วงจรเรคตไฟเออรแบบครงคลนพรอมฟลเตอรคาปาซเตอร (Half – Wave Rectifier with Filter Capacitor)

ฟลเตอรคาปาซเตอร C1 จะชารจทกครงทวงจรเรคตไฟเออรไบอสตรง ไดโอด D1 นากระแสและจะดสชารจตลอดชวงเวลาทไดโอด D1 ไมไดนากระแส วงจรนมไดโอดนากระแสครงละ 1 ตว แรงดนดรอป: n = 1, จากเรคตไฟเออรแบบครงคลนจงไดความถเอาทพทเทากบความถอนพท; inout ff =

31




0V

220V Vsec

0V

T1

+

−line(ac)V

+

−sec(ac)V

+

−out(dc)V

D1+ −FV out(dc)I

RL

Isolator and step – Up/Down

Transformer

Rectifier(Half – Wave

Rectifier)

Load(DC Load)

+C1

Filter(Capacitor)

รปท 2.13 วงจรเรคตไฟเออรแบบครงคลนพรอมฟลเตอรคาปาซเตอร

2) วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลนแบบใชหมอแปลงมเซนเตอรแทปพรอมฟลเตอรคาปาซเตอร (Full – Wave Rectifier with Center – Tapped Transformer and Filter Capacitor)

ฟลเตอรคาปาซเตอร C1 จะชารจทกครงทวงจรเรคตไฟเออรไบอสตรง ไดโอด D1 หรอ D2 นากระแส และจะดสชารจตลอดชวงเวลาทไมมไดโอดตวใดนากระแส วงจรนมไดโอดนากระแสครงละ 1 ตว แรงดนดรอป: n = 1, จากเรคตไฟเออรแบบเตมคลน จงไดความถเอาทพทเปนสองเทาของความถอนพท; inout f2f ×=

0V

220V Vsec1

Vsec2

T1

+

−line(ac)V

+

−out(dc)V

D1+ −FV out(dc)I

RL

Isolator and step – Up/Down

Transformer

Rectifier(Full – Wave Rectifier)

Load(DC Load)

0V

+ −FV

D2

sec1(ac)V

sec2(ac)V

+C1

Filter(Capacitor)

รปท 2.14 วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลนแบบใชหมอแปลงมเซนเตอรแทปพรอมฟลเตอรคาปาซเตอร

32




2.4.3 วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลนแบบใชไดโอดบรดจพรอมฟลเตอร คาปาซเตอร (Full – Wave Rectifier with Bridge rectifier and Filter Capacitor)

ฟลเตอรคาปาซเตอร C1 จะชารจทกครงทวงจรเรคตไฟเออรไบอสตรง คไดโอด D1 และ D4 หรอ คไดโอด D2 และ D3 นากระแส และจะดสชารจตลอดชวงเวลาทไมมไดโอดตวใดนากระแส วงจรนมไดโอดนากระครงละ 2 ตว แรงดนดรอป: n = 2, จากเรคตไฟเออรแบบเตมคลน จงไดความถเอาทพทเปนสองเทาของความถอนพท; inout f2f ×= วงจรนมไดโอดนากระแสครงละ 2 ตว แรงดนดรอป: n = 2, จากเรคตไฟเออรแบบเตมคลน จงไดความถเอาทพทเปนสองเทาของความถอนพท; inout f2f ×=

+

−line(ac)V

+

−

out(dc)V+

−sec(ac)V

+

−

out(dc)I

+

รปท 2.15 วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลนแบบใชไดโอดบรดจพรอมฟลเตอรคาปาซเตอร สตรคานวณ วงจรเรคตไฟเออรแบบมฟลเตอรคาปาซเตอร แรงดนเอาทพทพค; Fsecout(pk) VnV2V ×−×= (2.6)

แรงดนเอาทพทดซ; 2

VVnV2V p)r(p

Fsecout(dc)−−×−×= (2.7)

แรงดนเอาทพทดซ; out

out(dc)Fsecout(dc) fC2

IVnV2V

××−×−×= (2.8)

เมอแรงดนรปเปล; out

out(dc)p)r(p fC

IV

×=− (2.9)

โดยทวไปในการคานวณจะกาหนดให secV คงท และแรงดนดรอปของไดโอด V0.7VF = คงท

33




2.5 ไดโอดเรกตไฟเออร (Rectifier Diode) ศกษาผลการทางานของไดโอด จากวงจรตาม รปท 2.15 วงจรเรคตไฟเออรแบบเตมคลน

แบบใชไดโอดบรดจพรอมฟลเตอรคาปาซเตอร หรอรปท 2.27 วงจรแหลงจายไฟค (มฟลเตอรคาปาซเตอร) ซงเปนวงจรทเปนโครงสรางและคาใชงานของวงจรเพาเวอรซพพลาย ทจะใชงานจรงสาหรบงานตามใบงานวชาเตรองเสยงน ผลการจาลองการทางานของไดโอดในวงจร ทเงอนไข V22Vsec = ,

V552.29Vout(dc) = , A642.1Iout(dc) = หรอ W.52484Pout = เปนดงรปท 2.16

รปท 2.16 กระแสของเรคตไฟเออรไดโอดในวงจรเพาเวอรซพพลาย

ผลการทางานของเรคตไฟเออรไดโอด 1. กระแสเฉลย/กระแสไฟตรง ของไดโอด; A642.1IF(AV) = 2. กระแสอารเอมเอส (RMS) ของไดโอด; A645.5IF(RMS) = 3. แรงดนยอนกลบสงสด (Peak Inverse Voltage)

3.1 บรดจไดโอด หรอ ครงคลน PIV; V11.31V2V secPIV =×= 3.2. แหลงจายไฟเดยว/ค เซนเตอรแทป PIV; V22.62V22V secPIV =××=

ผลการเลอกใชเรคตไฟเออรไดโอด เบอร BY550-100 (5A 100V Diode) มคาพกดดงน 1. กระแสเฉลย/กระแสไฟตรง ของไดโอด; A5IF(AV) = 2. กระแสอารเอมเอส (RMS) ของไดโอด; AIF(RMS) −= (ไมระบคา ด F(AV)I ) 3. แรงดนยอนกลบสงสด (Peak Inverse Voltage: PIV); V100VRRM =

34




หมายเหต ไดโอดกาลง เบอร KD208D (8A 1200V Diode) ยหอ Littefuse มคาพกดไวครบถวนดงน

1. กระแสเฉลย/กระแสไฟตรง ของไดโอด; A8IF(AV) = 2. กระแสอารเอมเอส (RMS) ของไดโอด; A6.12IF(RMS) = (มคาสงกวาคากระแสเฉลย)

ไดโอดกาลง เบอร 25F(10) (25A 100V Diode) ยหอ IR มคาพกดไวครบถวนดงน 1. กระแสเฉลย/กระแสไฟตรง ของไดโอด; A25IF(AV) = 2. กระแสอารเอมเอส (RMS) ของไดโอด; A40IF(RMS) = (มคาสงกวาคากระแสเฉลย)

2.6 คาปาซเตอรฟลเตอร (Filter Capacitor) คาปาซเตอรฟลเตอรในวงจรเพาเวอรซพพลายตอคลอมกบเอาทพท จงไดรบแรงดนเทากบ

แรงดนทเอาทพท แรงดนเอาทพทสงสดจะเกดขณะทสภาวะไมมโหลด (No Load) ดงนนตองเลอกคาแรงดนทางาน (Working Voltage: WV) ใหสงกวาหรอเทากบคาน ขณะททางานมกระแสไหลเขา (พนทสแดง) และไหลออก (พนทสฟา) ผานคาปาซเตอรฟลเตอรตลอดเวลา เปนกระแสรปเปล RMS

สตรคานวณ คาแรงดนทางาน (Working Voltage: WV) ของคาปาซเตอรฟลเตอร แรงดน No Load สงสด; secLoad)-out(No V2V ×= (2.10)

Working Voltage ของคาปาซเตอร; secLoad)-out(No V2VWV ×== (2.11)

รปท 2.17 แรงดนและกระแสของคาปาซเตอรฟลเตอรในวงจรเพาเวอรซพพลาย

35




ผลการทางานของคาปาซเตอรฟลเตอรในวงจรเพาเวอรซพพลาย เมอ V22Vsec = 1. แรงดนทางาน (Working Voltage); V11.31V2WV sec =×=

2. กระแสรปเปลอารเอมเอส (RMS) ของคาปาซเตอร; A419.5I )Ripple(RMSCap, =

ผลการเลอกใชคาปาซเตอรฟลเตอร ความจ 10,000 uF ชนด Electrolytic Capacitor มคาพกดดงน 1. ยหอ Nichicon รน LGU1V103MELA ขนาดตวถง DxL = 25x45 (mm), 10,000uF,

WV = 35V, Rated ripple = 3050 mA (rms) 2. ยหอ Nichicon รน LGU1V103MELB ขนาดตวถง DxL = 30x35 (mm), 10,000uF,

WV = 35V, Rated ripple = 3050 mA (rms) 3. ยหอ Nichicon รน LGU1H103MELB ขนาดตวถง DxL = 30x50 (mm), 10,000uF,

WV = 50V, Rated ripple = 4090 mA (rms) 4. ยหอ Nichicon รน LGU1H103MELC ขนาดตวถง DxL = 35x40 (mm), 10,000uF,

WV = 50V, Rated ripple = 4070 mA (rms) 5. ยหอ Nichicon รน LGU1H103MELB ขนาดตวถง DxL = 35x50 (mm), 10,000uF,

WV = 63V, Rated ripple = 4690 mA (rms) หมายเหต ขอสงเกต คาปาซเตอรทคาความจเดยวกน หากคา WV เพมขน ขนาดตวถงมกใหญขน และจะใหคากระแสรปเปลพกด (Rated ripple current) เพมขนอกดวย

รปท 2.18 ตวอยางคาปาซเตอรฟลเตอรทใชในวงจรเพาเวอรซพพลาย 2.7 เรกกเลเตอรแรงดนไฟฟา

ทาหนาทควบคมแรงดนไฟฟาทโหลดใหคงท มสญญาณรบกวนตา รวมทงอาจจะมระบบปองกนความเสยหายทจะเกดกบโหลดและ/หรอวงจรเพาเวอรซพพลาย เมอเกดขอผดพลาดขน

36




2.7.1 เรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบอนกรม อปกรณแอกทป (Active Device) ภาคกาลง ทางานเพอควบคมแรงดนเอาทพท

ตออนกรมอยระหวางอนพทกบเอาทพท ดงรปท 2.19 การทางานเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาอาศยหลกการของวงจรแบงแรงดน (Voltage divider) โดยอปกรณแอกทปจะคอยปรบคาเพอรกษาคาแรงดนเอาทพท out(dc)V ใหคงทตามทตองการ แมวาคาแรงดนอนพท in(dc)V หรอคาความตานทานโหลด LR จะมคาเปลยนแปลง ตามสมการท (2.12) ขอจากดแรกของวงจรแบบนคอ พกดคาความตานทานโหลดสงสดหรอกระแสโหลดตาสดทวงจรจะทางานเรกกเลทรกษาแรงดนทเอาทพทใหคงทได

แรงดนเอาทพท; in(dc)out(dc) VV ×

+

=LS

L

RRR (2.12)

DC Load

Active Device

DC Source+

−in(dc)V

+

−out(dc)V

out(dc)Iin(dc)I

LR

รปท 2.19 หลกการทางานของเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบอนกรม

DC Load

Active Device: Tr

DC Source+

−in(dc)V

+

−out(dc)V

out(dc)Iin(dc)I

LR

refV

รปท 2.20 วงจรหลกการเบองตนของเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบอนกรม จากรปท 2.20 วงจรหลกการเบองตนของเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบอนกรม การทางาน

ของวงจรเรกกเลทแรงดนไฟฟาอาศยวงจรขยายความคลาดเคลอน (Error amplifier) ขยายสญญาณผลตางของ out(dc)V ทผานวงจรแบงแรงดน (Voltage divider) มาเทยบกบแรงดนอางอง refV แลว

37




นาสญญาณผลตางนมาขยายสาหรบใชขบอปกรณแอกทปทรานซสเตอร (Power transistor) เพอใหไดแรงดนความคลาดเคลอน (Error voltage) ของวงจรขยายความคลาดเคลอน เปนศนย

ไอซเรกกเลเตอรแรงดนคงท ชนดเรกกเลเตอรแบบอนกรม ไอซยอดนยมทจายกระแสไดสงสด 1 แอมป สาหรบจายไฟซกบวกคอตระกล 78xx โดยทเลข “xx” เปนคาแรงดนเอาทพทบวก และสาหรบจายไฟซกลบคอตระกล 79xx โดยทเลข “xx” เปนคาแรงดนเอาทพทลบ โดยคาแรงดนทมผผลตโดยทวไป ดงตารางท 2.1

ตารางท 2.1 ไอซเรกกเลเตอรตระกล 78xx และ 79xx คาแรงดนทมผผลตโดยทวไป ตระกล 78xx ตระกล 79xx

เบอรไอซเรกกเลเตอร แรงดนเอาทพท เบอรไอซเรกกเลเตอร แรงดนเอาทพท 7805 5V 7905 -5V 7806 6V 7906 -6V 7808 8V 7908 -8V 7809 9V 7909 -9V 7810 10V 7910 -10V 7812 12V 7912 -12V 7815 15V 7915 -15V 7818 18V 7918 -18V 7824 24V 7924 -24V

+

−in(dc)V

+

−out(dc)V

out(dc)Iin(dc)I

LR

รปท 2.21 วงจรเรกกเลเตอรแรงดนคงท สาหรบจายไฟซกบวก ตระกล 78xx

38




in(dc)V out(dc)V

out(dc)Iin(dc)I

LR

รปท 2.22 วงจรเรกกเลเตอรแรงดนคงท สาหรบจายไฟซกลบ ตระกล 79xx ทงสองตระกลน หากไอซเรกกเลเตอรอยหางจากฟลเตอรคาซเตอรตวใหญระยะเกน 3 นว ตองตองม C1 เพอเสถยรภาพทางความถ (Frequency stability) และทางดานเอาทพทม C2 ตระกล 78xx จะไมมกได แตหากตองการผลตอบสนองทรานเซยนทดใหใส C2 สวนตระกล 79xx ตองใส C2 เนองจากมความจาเปนสาหรบเสถยรภาพทางความถ

(ก) เรยงขา IN – GND – OUT (ข) เรยงขา GND – IN – OUT

รปท 2.23 ตวถงและการจดขาเรกกเลเตอรแรงดนคงท (ก) ตระกล 78xx (ข) ตระกล 79xx

2.7.2 เรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบขนาน อปกรณแอกทป (Active Device) ภาคกาลง ทางานเพอควบคมแรงดนเอาทพท

ตอครอม (ขนาน) กบเอาทพทหรอโหลด และมตวตานทานหรอแหลงจายกระแสคงท ตออนกรมอยระหวางอนพทกบเอาทพทดงรปท 2.24 การทางานเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาอาศยหลกการของวงจรแบงแรงดน (Voltage divider) ระหวางตวตานทานอนกรม SR กบโหลดทตอขนานอยกบอปกรณแอกทปควบคม โดยอปกรณแอกทปจะทางานแบบวงจรแบงกระแสกบโหลดทมาจาก SR ดวยวธการ

39




ปรบคาปรมาณกระแสไหลผานอปกรณแอกทปเพอรกษาคาแรงดนเอาทพท out(dc)V ใหคงทตามทตองการ โดยหากกระแสโหลดเพมขนกระแสอปกรณแอกทปควบคมจะลดลง และในทางกลบกนหากกระแสโหลดลดลงกระแสอปกรณแอกทปควบคมจะเพมขนเพอชดเชยพอด หรอกรณทแรงดนอนพท

in(dc)V เปลยนแปลง ทาใหกระแสไหลผาน SR เปลยนแปลง โดยทหากคาแรงดนอนพท in(dc)V เพมขนทาใหกระแสไหลผาน SR เพมขน กระแสอปกรณแอกทปควบคมจะเพมขนเพอรกษาคาแรงดนเอาทพท out(dc)V ใหคงทตามทตองการ

DC Source DC Load

Series Resistor+

−in(dc)V

+

−out(dc)V

out(dc)Iin(dc)I

Active Device

SR

controlsh,I LR

รปท 2.24 หลกการทางานของเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบขนาน จากรปท 2.1.2 วงจรเบองตนของเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบขนาน ใชซเนอรไดโอดเปน

อปกรณแอกทป ทางานรกษาคาแรงดนเอาทพทใหคงท โดยทแรงดนเอาทพทเทากบแรงดนซเนอร Zout(dc) VV = และกระแสควบคมคอกระแสซเนอร ZI ตามสมการท (2.13) และ (2.14)

DC Source DC Load

Series Resistor+

−in(dc)V

+

−out(dc)V

out(dc)Iin(dc)I

Active Device

SR

ZI LRZV+

−

รปท 2.25 วงจรเบองตนของเรกกเลเตอรแรงดนไฟฟาแบบขนาน

ผลการแบงกระแส; out(dc)Zin(dc) III += (2.13)

แรงดนเอาทพท; ( )out(dc)ZSin(dc)out(dc) IIRVV +×−= (2.14)

40




2.8 แหลงจายไฟเดยว แหลงจายไฟค (Single and Dual Power Supply) แหลงจายไฟเดยว (Single Power Supply) จายแรงดนบวกหรอลบเพยงซกเดยว สวนแหลงจายไฟค (Dual Power Supply) จายแรงดนซกบวกและลบพรอมกน โดยแรงดนซกบวกและลบปกตทวไปมกจะมขนาดเทากน ดงรปท 2.27 เปนแหลงจายไฟคทใชสาหรบการปฏบตงานในวชาเครองเสยงน ประกอบดวยแหลงจายไฟคแบบไมเรกกเลท V29± และแบบเรกกเลท V51±

CCI

+

−V12VCC +=

S1V

LR

+

−V12VEE −=

EEI

S2VLR

(ก) แหลงจายไฟเดยวบวก (ข) แหลงจายไฟเดยวลบ

S1V

EEI

S2V

CCI V12VCC +=

V12VEE −=

GND L1R

L2R

L3R

(ค) แหลงจายไฟค

รปท 2.26 โครงสรางวงจรเสมอนของแหลงจายไฟ

STAR GND

21V (22V), 4A (3A)

21V (22V), 4A (3A)

C.T. (0V)

220V

0V

L

N

Rectifier5A (3A) 100V

Diode 7815

7915

I

C

O

I

C

O

Reg IC1

Reg IC2 R6

R5

Power Monitor

5mm Red LED

10uF 25V

10,000uF 50V/63VLow ESR, 105°C, Radial

VCC (+29V/+24V)

VEE (-29V/-24V)

VCC1 (+15V)

VEE1 (-15V)

C3

C4

C1

C2

100uF 50VElectrolytic

100uF 50VElectrolytic

C5

C610uF 25V

1.5kΩ

4.3kΩD1, D2, D3, D4

LED1

Transformer, T1 PRI: 0 – 220V 50/60Hz SEC: 21V – 0 – 21V 4A (3A) SEC: 22V – 0 – 22V 4A (3A)SEC: 18V – 0 – 18V 3A (2.5A)

T1 18V, 3A (2.5A) Option!

18V, 3A (2.5A) Option!

R120kΩR220kΩ

10,000uF 50V/63VLow ESR, 105°C, Radial

R4 39Ω 1/2W

R3 39Ω 1/2W

รปท 2.27 วงจรแหลงจายไฟค แบบไมเรกกเลท V29± และแบบเรกกเลท V51±

41




ความรเชงปฏบตการ แผนปรนทหรอแผนพมพวงจรไฟฟา (Printed circuit board: PCB) คอแผนฉนวนเคลอบ

ทองแดง (Copper Clad Laminate) ใชแผนฉนวนไฟฟาทาหนาทเปนฐานรอง ยดตดดวยแผนตวนาทองแดงดานเดยวหรอทงสองดาน

ลายวงจรบนแผนปรนทหรอแผนพมพวงจรไฟฟา สวนทเปนทองแดงหรอโลหะตวนาอน ๆ ทาหนาทเปนตวนาไฟฟาใหขา (Pin) ทตองการของอปกรณตอเขาดวยกน และแผนฉนวนไฟฟาทาหนาทเปนฐานรองยดลายวงจรตวนาไฟฟาและอปกรณตาง ๆ บน PCB เขาดวยกน ความหนาของแผนทองแดงบน PCB วดเทยบนาหนกหนวยเปนออนซ (oz) ทถกกดใหแบนและกระจายลงในพนท 1 ตารางฟต และนาหนก 1 ออนซ เทยบเทากบแผนทองแดงหนา 1.37 mils (หรอเทากบ 0.00137 inch, 0.0347 mm, 34.79 µm) ผลความกวางของลายวงจรดงตารางท 2.2 ตารางท 2.2 ผลความกวางของลายวงจรจากแผนทองแดงบน PCB นาหนก 1 และ 2 ออนซ ความกวางของแทรก (เมอเพมอณหภม 10°C) ความกวางของแทรกใชหนวย 1 ในพนนว (mils) กระแส (แอมป) หนก 1 ออนซ (oz) หนก 2 ออนซ (oz) ค.ต.ท. มลลโอหม/นว

1 10 mils 5 mils 52 2 30 mils 15 mils 17.2 3 50 mils 25 mils 10.3 4 80 mils 40 mils 6.4 5 110 mils 55 mils 4.7 6 150 mils 75 mils 3.4 7 180 mils 90 mils 2.9 8 220 mils 130 mils 2.3 9 260 mils 130 mils 2.0 10 300 mils 150 mils 1.7

ทมา: PCB Design Tutorial by David L. Jones (Revision A - June 29th 2004) Page 7

ระยะหางของเสนลายวงจรตามมาตราฐาน IPC สาหรบไมใชไฟเมนส กรณเสนลายวงจรอยภายใน (internal layers) และดานนอก (external surface) ทระดบความสงจากระดบนาทะเลนอยกวาและมากกวา 3050m ดงตาราง

42




ตารางท 2.3 ระยะหางของเสนลายวงจรตามมาตราฐาน IPC สาหรบไมใชไฟเมนส ระยะหาง (Clearances) ระหวางตวนาไฟฟา (เสนลายวงจร)

Voltage (DC or Peak AC) Internal External (<3050m) External (>3050m) 0 – 15 V 0.05 mm 0.1 mm 0.1 mm 16 – 30 V 0.05 mm 0.1 mm 0.1 mm 31 – 50 V 0.1 mm 0.6 mm 0.6 mm 51 – 100 V 0.1 mm 0.6 mm 1.5 mm 101 – 150 V 0.2 mm 0.6 mm 3.2 mm 151 – 170 V 0.2 mm 1.25 mm 3.2 mm 171 – 250 V 0.2 mm 1.25 mm 6.4 mm 251 – 300 V 0.2 mm 1.25 mm 12.5 mm 301 – 500 V 0.25 mm 2.5 mm 12,5 mm ทมา: PCB Design Tutorial by David L. Jones (Revision A - June 29th 2004) Page 9

แผนปรนทแบงตามชนดของฉนวนไดคราวๆ คอ ชนดฟนอลค (Phenolic) และชนดอพอกซ

(Epoxy) และแผนปรนททนยมใชกนโดยทวไปมรายละเอยดดงน

ตารางท 2.4 แผนปรนทชนดทนยมใชงานกนโดยทวไป ชนด PCB รปประกอบ โครงสราง คณสมบตและการใชงาน

FR-1 PCB (Phenolic)

ฉนวนกระดาษพอลเมอรฟนอล สนาตาล ทองแดงหนาเดยว

ใชงานทวไป อณหภม 265 °C ในเวลา 15 นาท ทนความชนไดไมด ความตานทานตา ราคาถก

CEM-1 PCB (Epoxy)

ฉนวนใยแกวทอยดดวยอพอกซเรซน สขาวและ สเหลอง ทองแดงหนาเดยว

ตดเจาะไดงาย อณหภม 288 °C ในเวลา 30 นาท ทนความชนไดตากวา FR-4 ราคาแพงกวา FR-1

43




ชนด PCB รปประกอบ โครงสราง คณสมบตและการใชงาน FR-4 PCB (FR4 PCB) (Epoxy)

ฉนวนผาทอใยแกวยดดวยอพอกซเรซน สฟาออนและสเหลอง ทองแดงหนาเดยวและสองหนา

ทนเปลวไฟ (ดบเพลง) แขงแรง เหนยว ทนตอความชน ทนความรอนไดสง และทนแรงดนไฟฟาไดสง อณหภม 288 °C ในเวลา 30 นาท ใชในงานคณภาพสงกวา

Flexible FPC

แผนทองแดงออน บนฉนวนวสดประเภท Kapton

ออนตวไดสง ใชแทนสายแพรในงานเคลอนทตาง ๆ เชนหนาจอ LCD พบได จดหมนของแขนกล สายแพรหวพรนเตอรองคเจท

Aluminium Base PCB (AL CCL)

โครงสราง 3 ชน คอแผนทองแดงหนาเดยว วางบนแผนอลมเนยม โดยมฉนวนไดอเลกตรกคนอยตรงกลาง

อลมเนยม PCB ระบายความรอนไดด และมฉนวนไดอเลกตรกคนอยตรงกลางทาใหไมนาไฟฟา นยมใชในงานโคมไฟ LED และอปกรณไฟฟากาลงสง

ทมา: MMC GLOBAL, http://www.mmc-glob.com/finishing-th.html ตะกวบดกรเสน (Solder wire) แบบมฟลกซในตวสาหรบงานอเลกทรอนกส ปกตใชชนด 60/40 (โลหะสวนผสมชองดบก 60% และตะกว 40%) ไสฟลกซชนดไมกดกรอนอยภายในเสนตะกว บดกรเสรจไมตองลางออก เกดเปนฟลมปดผวงาน ปองกนออกไซดและชวยใหงานบดกรเปนเงาสวยงาม ไมตองใชฟลกซเสรมในงานบดกร ตะกวบดกรเสนทนยมใชกนมขนาด 0.4mm, 0.6mm, 0.8mm, 1.0mm และ 1.2mm งานบดกรเครองเสยงขนาดพอเหมาะคอ 0.8mm หรอ 1.0mm ตวประสานหรอฟลกซ (Soldering Flux) หรอยางสน (Rosin) เปนตวประสานสาหรบงานบดกรอปกรณอเลกทรอนกสดวยตะกว ตวประสานแบงเปนชนดไมกดกรอน ชนดกดกรอนอยางออน และชนดกดกรอนอยางสง ในงานอเลกทรอนกสใชเฉพาะชนดไมกดกรอนโดยไมตองลางออกเมอใชงานเสรจหรอลางออกไดดวยนา และชนดกดกรอนอยางออนเมอใชงานเสรจลางออกดวยนา ลางออกดวยนายาลางฟลกซหรอแอลกอฮอล มทงชนดเหลว (Liquid Flux) และชนดครมทา (Rosin flux paste) ฟลกซชนดเหลวมบรรจ แบบปากกา แบบหลอดฉดยา และแบบกระปอง สวนชนดครมทามบรรจ แบบหลอดฉดยา แบบตลบ และแบบกระปอง

Documents

1 Mao - Unit 02 2.pdf · 2020-02-10 · (ง) หม้อแปลงแบบออโต (Autotransformer) เช่น ปรับแรงด ันได้ 40% – 115% 26