|
แรงดันทางตรง (Forward Voltage)
รูปที่ 8 แสดงวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบทางตรง
 รูปที่
8 เป็นวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบทางตรง หม้อแปลงมีขดลวด 3 ขดคือ ขดปฐมภูมิ ขดทุติยภูมิ
และขดลวดเสริม (tertiary) เมื่อทรานซิสเตอร์ Q1 ทำงานจะมีกระแสไหลผ่านขดปฐมภูมิ
เนื่องจากขดปฐมภูมิและขดทุติยภูมิมีขั้ว (dot) เหมือนกัน พลังงานจึงถูกส่งผ่านไปยังขดทุติยภูมิ
เกิดกระแสไหลผ่านไดโอด D2 ผ่านโช้ก L1 ไปยังเอาต์พุต
พอ
Q1 กลับมาอยู่สภาวะที่ไม่ทำงาน จะเกิดแรงดันย้อนกลับที่ขดทุติยภูมิทำให้ไดโอด
D2 ได้รับไบแอสกลับทางแต่ฟลายวีลไดโอด (flywheel diode) D3ได้รับไบแอสตรง
เพราะเกิดแรงดันกลับขั้วที่โช้ก L1 ไดโอด D3 นำกระแสผ่าน L1 ไปยังเอาต์พุต
สำหรับขดลวดเสริม
และไดโอด D1 ทำงานในช่วงที่ทรานซิสเตอร์ Q1 ไม่ทำงาน โดยกระแสที่ผ่านไดโอด
D1 จะทำให้หม้อแปลงหมดสภาพจากการเป็นแม่เหล็ก เพราะทิศทางขดลวดกลับทางกัน
รูปที่ 9 แสดงรูปคลื่นแรงดันและกระแส
รูปที่
9 แสดงรูปคลื่นแรงดันและการแสในวงจร เนื่องจากกระแสที่ไหลผ่านโช้ก L1 จะผ่านไดโอด
D2 และ D3 เท่านั้น ถ้าไดโอดทั้งสองเหมือนกันจะได้แรงดันที่เอาต์พุต
Vo
= Vs - Vf
(1)
เมื่อ
Vf คือแรงดันตกคร่อมไดโอด (D2 และ D3) ขณะไบแอสตรง
เดลต้า
คือดิวตี้ไซเกิล (dutycycle :เวลาที่ทรานซิสเตอร์นำกระแสต่อคาบเวลา) กำลังสูญเสียเนื่องจาก
Vf คือ
Ploss
= Vf Io
(2)
เมื่อ
Io คือ กระแสที่เอาต์พุต
การลดการสูญเสียก็คือ
การเพิ่มประสิทธิภาพนั่นเอง ดังนั้นแรงดันตกคร่อมทางตรงของไดโอด D2 และ D3
จะต้องต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ฟาสต์-รีคัฟเวอรี่ไดโอดชนิดเอปปิตาเชียล
ดีกว่าชนิดดับเบิล-ดิฟฟิวส์เพราะความลาดชันลดต่ำกว่า หรือความต้านทานที่ต่ออนุกรมต่ำกว่า
ทำให้กำลังการสูญเสียน้อยกว่า ซึ่งทำให้ต้องการฮีตซิงค์ หรือแผ่นระบายความร้อนที่เล็กกว่า
ประจุสะสมในไดโอดสามารถหาได้ขณะที่ทรานซิสเตอร์สวิตช์
เพราะจะเกิดการเปลี่ยนแปลงกระแสอย่างรวดเร็ว (QS ขึ้นอยู่กับ DIF /dt) เมื่อทรานซิสเตอร์
Q1 ทำงานไดโอด D2 นำกระแสไดโอด D3 หยุดนำกระแส แต่หากทรานซิสเตอร์ไม่ทำงาน
กระแสในไดโอด D2 เริ่มตกและแรงดันตกคร่อมโช้ก L1 กลับทางและเพิ่มขึ้นจนกระทั่งไดโอด
D3 ได้รับไบแอสตรง กระแสเริ่มไหลผ่าน D3 ขณะที่กระแสใน D2 ลดลง กระแสที่ผ่านโช้ก
L1 คงที่ กระแสแม่เหล็กเนื่องจากเส้นแรงแม่เหล็กยุบตัว ไหลผ่าน D2 และD3
ลดประจุที่สะสมในไดโอด D2 จนกระทั่ง D2 หยุดนำกระแส แรงดันขดทุติยภูมิกลับขั้ว
กระแสแม่เหล็กไหลผ่านขดลวดเสริมผ่านไดโอด D1 เข้าไปยังแหล่งจ่ายไฟ
ช่วงที่ไดโอด
D2 กลับสู่สภาวะรีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่ แรงดันขดทุติยภูมิเป็นศูนย์ และเส้นแรงแม่เหล็กในหม้อแปลงยังคงที่
จำเป็นที่จะต้องให้เวลากลับสู่สภาวะรีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่ของไดโอด D2 เร็ว
เมื่อเปรี่ยบเทียบกับช่วงเวลาที่ทรานซิสเตอร์อยู่ในสภาวะไม่ทำงาน เพื่อให้แน่ใจว่ามีเวลาเพียงพอ
ที่จะทำให้ขดลวดหมดสภาพการเป็นแม่เหล็ก ลดเส้นแรงแม่เหล็กให้เป็นศูนย์ก่อนที่ทรานซิสเตอร์
Q1 จะกลับมาทำงานอีกครั้ง ถ้าเวลากลับสู่สภาพเดิมช้าจะเป็นการจำกัดความถี่การทำงาน
และค่าสูงสุดของดิวตี้ไซเกิล (ลดประสิทธิภาพนั่นเอง)
สำหรับพฤติกรรมรีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่ของไดโอด
D3 จะแตกต่างจาก D2 เพราะเกิดในช่วงที่ทรานซิสเตอร์ ทำงาน
จากรูปที่
9 เมื่อทรานซิสเตอร์ Q1 ทำงานกระแสไหลผ่านไดโอด D2 สูงขึ้น กระแสในไดโอด
D3 ลดลง ช่วงที่ไดโอดทั้งสองได้ไบแอสตรงแรงดันขดทุติยภูมิเป็นศูนย์ อัตราเพิ่มของกระแสผ่านความเหนี่ยวนำรั่วไหล
ของหม้อแปลง
ซึ่งอาจจะพิจารณาเป็นค่าเหนี่ยวนำอนุกรมกับขดปฐมภูมิ
หาได้โดยแรงดันตกคร่อมอินพุตของหม้อแปลง เนื่องมาจากแรงดันคอลเล็กเตอร์-อีมิตเตอร์
(Vce) ของทรานซิสเตอร์ กระแสที่ไหลผ่านความเหนี่ยวนำรั่วไหลก็คือ กระแสคอลเล็กเตอร์ดังนั้น
Vce จึงหาได้จากอัตราการเพิ่มของกระแสคอลเล็กเตอร์ (Ic)
อัตราการเพิ่มของกระแส
Ic ขึ้นอยู่กับกระแสเบส โดยปกติกระแสเบสมีค่าประมาณ 0.1-0.2 เท่าของกระแส
Ic การเปลี่ยนแปลงกระแส Ic (20-50 แอมป์/ไมโครวินาที) ไม่เพียงพอที่ทำให้แรงดันเนื่องจากค่าเหนี่ยวนำรั่วไหล
มีค่าเท่าแรงดันอินพุตของหม้อแปลง ดังนั้นทรานซิสเตอร์จะไม่อิ่มตัวในช่วงกลับสู่สภาพรีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่ของ
D3
รูปที่ 11 แสดงการเปรียบเทียบเวลารีเวิร์สรีคัฟเวอรี่ของไดโอด
D3
ก. ไดโอดชนิดเอปปิตาเชียลเบอร์
BYW31
ข. ไดโอดชนิดดับเบิล-ดิฟฟิวส์
การสูญเสียในทรานซิสเตอร์ส่วนมากจะเกิดในช่วงที่ทรานซิสเตอร์ทำงานการสูญเสียนี้
ขึ้นอยู่กับกระแสคอลเล็กเตอร์สูงสุดซึ่งขึ้นอยู่กับกระแสที่เอาต์พุตและค่าสูงสุด
ของกระแสรีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่และ ช่วงเวลารีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่ของไดโอดD3
ด้วย การที่จะลดค่าสูญเสียนั้นจำเป็นต้องให้ประจุสะสมในไดโอด D3 น้อยมากดังรูปที่
10 และสำหรับรูปที่ 11 เป็นการเปรียบเทียบสภาวะรีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่ของไดโอด
ชนิดเอปปิตาเชียลรูป ก. และชนิดดับเบิลดิฟฟิวส์ รูป ข.
ข้อเสียอีกอย่างของกระแสรีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่ของไดโอด
D3 คือ ถ้ารวมกับกระแสใน D2 จะทำให้เกิดกระแสกระชาก ช่วงเริ่มต้นของการทำงานจะเกิดกระแส
กระชากปรากฏบนกระแสขดปฐมภูมิ ซึ่งอาจจะสูงกว่ากระแสรวมช่วงตอนปลายของการทำงาน
มันอาจมีผลต่อการทำงานของวงจรจำกัด กระแสในกระแสคอลเล็กเตอร์ ดังนั้น การให้วงจรนี้ทำงานได้ดีต้องทำให้กระแสกระชากหมดไป
ซึ่งต้องใช้วงจรยุ่งยากซับซ้อน
รูปที่ 12 ก. รูปคลื่นแรงดัน
กระแสและกำลังไฟในไดโอด D2 ขณะทรานซิสเตอร์ไม่ทำงาน
ข. แสดงรูปคลื่นแรงดัน
กระแสและกำลังไฟในไดโอด D3 ขณะทรานซิสเตอต์ ทำงาน
กระแสรีเวิร์ส-รีคัฟเวอรี่
(Ir) มีการสูญเสียในตัวไดโอดน้อยมาก เพราะการสูญเสียเกิดในช่วง Ir ตกเป็นศูนย์เท่านั้น
ดังในรูปที่ 12 ก. และ 12 ข. ช่วงเวลาตกของกระแส Ir สั้นมากกำลังสูญเสียเฉลี่ยจึงตัดทิ้งได้
วงจรคอนเวอร์เตอร์แบบพุช-พูลสามารถพิจารณาได้เหมือนกับแบบทางตรง เว้นแต่ว่าไดโอดทั้งคู่หยุดนำกระแสเหมือนกับไดโอด
D3 ในคอนเวอร์เตอร์แบบทางตรง
รูปที่ 13 แสดงวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบพุชพูล
รูปที่
13 แสดงวงจร พุช-พูล ส่วนความสัมพันธ์ของแรงดันและกระแสแสดงในรูปที่ 14 กระแสจะมีค่าเพียงครึ่งหนึ่งของกระแสเอาต์พุตเท่านั้น
ดังนั้นประจุสะสม จึงน้อยกว่าแบบแรก (ค่าดิวตี้ไซเกิลเท่ากัน)
รูปที่ 14 แสดงรูปคลื่นแรงดันที่ขดทุติยภูมิและกระแสที่ผ่านไดโอด
D1, D2
|
