การสร้าง และคำนวนวงจรจ่ายไฟไม่ใช้หม้อแปลง

สวัสดีครับ สำหรับบล็อกนี้ก็เกิดขึ้นจากผมจะเริ่มเปลี่ยนบ้านตัวเองให้กลายเป็นบ้านไฮเทคซักที เริ่มจากอะไรง่ายๆ เปิดไฟกลางคืนอัตโนมัติ ซึ่งตอนนี้กำลังรออุปกรณ์จากเว็บ ES.CO.TH จัดส่งมาถึง จะได้เริ่มทดสอบอุปกรณ์ลงโฟโต้บอร์ด ทำลงบอร์ดไข่ปลา แล้วจึงออกแบบ PCB ให้มีขนาดเล็กที่สุด ส่วนกล่องใส่ยังหาไม่ได้เลยครับ ว่าจะลองไปเดินดูร้านทุกอย่าง 20 บาท น่าจะได้กล่องใสติดมือมาบ้างครับ 😀

เนื่องจากผมเลือกที่จะใช้รีเลย์ เป็นสวิซต์เปิด-ปิดอัตโนมัติ ซึ่งต้องใช้ไฟเลี้ยงประมาณ 12V แต่สามารถนำมาลดค่า R ใช้กับ 5V ก็ได้เช่นกัน เท่าที่ลองหาชุดคิตดูแล้ว มีแต่แบบไม่มีแหล่งจ่ายไฟมาให้ แถมใช้อุปกรณ์เปลือง ราคาก็ค่อนข้างแพง การทำเองเลยเป็นตัวเลือกที่น่าจะดีกว่า จากที่ลองทดสอบ ออกแบบวงจรดูแล้ว ใช้อุปกรณ์เพียง 6 ตัวเท่านั้น ในส่วนชุดเซ็นเซอร์แสง และชุดจ่ายไฟ กำลังคิดอยู่ว่าจะทำอย่างไรดี ใช้สวิชชิ่งเลยดีไหม? ซึ่งก็ไม่ตอบโจทร์เรื่องราคาอยู่ดี แถมวงจรใช้ไฟแค่ประมาณ 40mA เอง การใช้สวิชชิ่งจะทำให้มีไฟเหลือมากเกินไป ต่อมาเลยคิดว่าจะใช้ตัวต้านทานมาแบ่งแรงดันดีไหม? คำนวนแล้วออกมาที่ R1 = 10K , R2 = 1K ลองเสียบปลัก . . . OK ใช้ได้ ลองต่อซีเนอร์ไดโอดแล้ว ลองกับหลอด LED ใช้ได้ประมาณ 10 วินาที จากนั้นควันก็ขึ้นมาจาก R1 คิดว่าเป็นเพราะกระแสไหลมาเกินไป ลองคำนวนออกมา พบว่าต้องใช้ R ประมาณ 16W! ซึ่งมันจะทำให้วงจรใหญ่มาก สรุปได้ว่า R แบ่งแรงดันก็ไม่เวิค ระหว่างนั่งรถเมล์กลับบ้านอยู่ดีๆก็นึกถึง C ขึ้นมา และนึกขึ้นได้ว่า C นี่ละ จะมาช่วยแบ่งแรงดันแทน R และใช้งานได้แน่นอน จึงเป็นที่มาของบล็อกนี้ ที่จะมาสอนวิธีการคำนวน และออกแบบวงจรจ่ายไฟไม่ใช้หม้อแปลงกันครับ

มาดูรูปแบบวงจรกันก่อน

วงจรจ่ายไฟไม่ใช้หม้อแปลง

ถ้าพิจารณาดีๆ จะพบว่ามันคือวงจรแบ่งแรงดันแบบพื้นฐานนี่เองครับ เหตุผลที่เป็นวงจรแบ่งแรงดันก็ง่ายๆครับ เพราะ C เมื่ออยู่ในแรงดันไฟฟ้า AC จะมีค่าความต้านทาน หรือ XC เกิดขึ้น สามารถจ่ายกระแสได้มากกว่า R และทำให้ขนาดโดยรวมของวงจรลดลงมาก

มาคำนวนกันเถอะๆๆๆ

ก่อนอื่นเราต้องกำหนดก่อน ว่าต้องการกระแสและแรงดัน OUTPUT ประมาณเท่าใด จึงจะสามารถคำนวนหาค่า C ที่ต้องใช้ออกมาได้

ตัวอย่างนี้ ผมต้องการแรงดัน OUTPUT ประมาณ 12V และกระแสประมาณ 40mA เพื่อจ่ายให้กับวงจรเปิด-ปิดไฟกลางคืนอัตโนมัติ สาเหตุที่ต้องใช้กระแสถึง 40mA นั่นเพราะรีเลย์กินกระแสมากนั่นเอง (และเกิดจากการทดสอบใช้แหล่งจ่ายไฟอื่นจ่าย แล้ววัดกระแสที่ใช้ขณะทำงาน)

เริ่มคำนวน

คุณสมบัติวงจรอนุกรม กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรจะมีค่าเท่ากันหมด ดังนั้นควรจะใช้ค่าความต้านเท่าไหร่ หากต้องการใช้ C มีแรงดันตกคร่อมที่ 200V (เผื่อไฟตก)

จากสูตร

R = E/I

จะได้เป็น

R = (200V)/(40mA)
R = 5KΩ

จากคุณสมบัติของ C ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ สูตรคือ

XC = 1/(2πfc)

เมื่อใช้กฏการสลับที่ จะได้สูตรว่า

C = 1/(2πfxc)

เมื่อไฟบ้านมีความถี่ (f) อยู่ที่ 50Hz และต้องการ C ที่มีความต้านทาน 5KΩ

C = 1/(2π(50Hz)(5KΩ))
C = 636.61nF

เนื่องจาก C ค่า 0.63uF ไม่มีขายในท้องตลาด จึงเลือกค่า 0.68uF แทน

สรุปว่า ในวงจรจ่ายไฟไม่ใช้หม้อแปลง C1 มีค่า 0.68uF ทนแรงดัน 275V ขึ้นไป

ต่อมาหาค่า R1 ซึ่ง R1 นี้ใช้งานเพื่อป้องกันกระแสไหลผ่าน ZD มากเกินไป ซึ่งจะทำให้ ZD เสียหายได้
จากสูตรหาแรงดันตกคร่อม R

Erz = 20V - 12V
Erz = 8V
หาค่า Rz
Rz = Vz/Iz

แทนค่า

Rz = Erz/Irz
Rz = 8V / 40mA
Rz = 200Ω

สรุปว่า R1 มีค่า 200Ω และ ZD ใช้เป็น 12V

จะได้วงจรออกมาเป็นดังนี้

ส่งท้าย

ค่า C1 ไม่จำเป็นว่าต้องเป็นค่าที่คำนวนได้ การคำนวนให้แรงดันตกคร่อม C ควรเผื่อไฟตกไฟเกินไว้ด้วย ตัว ZD แนะนำให้ใช้แรงดัน INPUT ที่ประมาณ 20V ถึง 40V และวงจรจ่ายไฟไม่ใช้หม้อแปลงนี้ สามารถจ่ายกระแสได้อยู่ระดับ mA และหากต้องการกระแสมาก จะต้องใช้ค่า C มายิ่งขึ้นไปอีกด้วย

 

14 comments

  1. ผมมีข้อสงสัยครับ
    1. ตรงสมการ Erz = 20V – 12V : 20V นี้คิดมาจากไหนหรอครับ ?
    2. ตัวที่ทำการลดแรงดังคือ ZD ใช้หรือไม่ครับ ?

    1. 1. แรงดันที่ไปตกคร่อม C ที่กำหนดคือ 200V ครับ แรงดันที่ไหลเข้า ZD คือ 220 (แรงดันไฟบ้าน) – 200 (แรงดันที่ตกคร่อม C) = 20V (แรงดันที่เหลือจากการดรอปแรงดันจาก C เข้า ZD) ครับ
      2. ใช่ครับ

      1. ถ้าให้แรงดันตกคร่อม C เป็น 208V ก็จะมาตกคร่อม ZD เป็น 12 V ใช่มั๊ยครับ ? แต่ที่คำนวณให้มาตกคร่อมที่ ZD 20 V คือเผื่อไฟตกใช่มั๊ยคับ ?

  2. รบกวนสอบถามค่ะ อยากทราบว่าควรใช้วงจรอะไรที่แทนหม้อแปลงได้ ต้องการแรงดัน 50 โวลล์ กระแส 80 แอมป์ รบกวนด้วยน่ะค่ะ

    1. สวิทชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายครับ วงจรอาจจะพิเศษหน่อยเพราะกำลังวัตต์สูงถึง 50V * 80A = 4000W ถ้าไม่อยากทำเองลองดูในเว็บ http://www.un-soundsales.com/ ครับ ร้านในเว็บนี้หลายร้านรับทำสวิตซ์ชิ่ง

    1. เบอร์อะไรก็ได้ครับ ไปที่ร้านก็บอกว่าเอาไดโอดบริดจ์ แล้วเลือกได้เลยว่าจะเอาตัวเล็กหรือตัวใหญ่ครับ พอเลือกได้แล้วก็ลองเอาเบอร์มาค้นหาในเน็ตดูว่ามันทนแรงดันได้เกิน 220V หรือเปล่าครับ (ส่วนจะใหญ่จะเกินอยู่แล้ว อาจจะ 400 600 800 1000 ครับ)

  3. สำหรับวงจรแหล่งจ่ายกระแสแบบใช้ทั้งวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ข้างต้น และ มีการใช้หม้อแปลงด้วยในวงจร จะคิดอย่างไร

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องที่ต้องการถูกทำเครื่องหมาย *