CONVERTER | Buck Converter

เนื่องจากในปัจจุบันอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้ากระแสตรงมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบาและ ประสิทธิภาพสูง เพื่อตอบสนองความสะดวกสบายแก่ผู้ใช้งาน เช่น ที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ เพาว์เวอร์แบงค์ ล้วนแล้วแต่เป็นระบบแปลงไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง หรือที่เรียกว่า CONVERTER 

DC to DC Buck Converter

               วงจรบัคคอนเวอร์เตอร์คือวงจรที่ทำให้ระดับแรงดันไฟฟ้าด้านออกมีค่าต่ำว่าแรงดันไฟฟ้าด้าน ขาเข้า และเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าด้านออกที่มีความเป็นกระแสตรง นิยมใช้วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน     (Low Pass Filter โดยส่วนใหญ่จะเลือกใช้วงจรกรองแบบ ) LC เพราะมีอัตราการลดทอนสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการ

วงจรบัคคอนเวอร์เตอร์อย่างง่าย

การทำงาน

          ทรานซิสเตอร์ทําหนาที่ตัดตอวงจร ไดโอด ทําหนาที่เปนทางไหลของกระแสในชวงสวิตชเปด วงจร ตัวเก็บประจุ ทําหนาที่กรองแรงดันเอาตพุตใหเรียบขึ้น และตัวเหนี่ยวนําทําหนาที่สะสมพลังงานและจายพลังงาน ในชวงที่สวิตชปดและเปดวงจรตามลําดับ

การทำงานแบ่งเป็น 2 ช่วงคือช่วงที่ทรานซิสเตอร์ทำงาน และตอนที่ทรานซิสเตอร์ไม่ทำงาน

           

ทรานซิสเตอร์ทำงาน

                     เมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานกระแสจะไหลผ่านไปโหลดซิึ่งจะเกิดการสะสมพลังงานที่ขดลวดและสะสมพลังงานในคาปาซิเตอร์ แต่กระแสจะไม่ไหลผ่านไดโอด

           

ทรานซิสเตอร์หยุดทำงาน

                     เมื่อทรานซิสเตอร์หยุดทำงานช่วงนี้จะเป็นช่วงที่พลังงานที่เก็บสะสมในขดลวดและคาปาซิสเตอร์จะถูกใช้งาน คือ ไดโอดจะได้รับการ Forward bias กระแสจะสามารถไหลผ่านโหลดได้อย่างต่อเนื่อง นั้นเป็นผลจาก LC low pass filter ทำให้ลดการกระเพื่อมที่แรงดันเอาท์พุต

                     

สามารถดูแอนนิเมชั่นการทำงานได้ตามลิ้งค์นี้ animation

กราฟของกระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์แต่ละตัว

          จากกราฟพิจารณาจากกระแสของขดลวดเหนี่ยวนำและไดโอด เมื่อทรานซิสเตอร์สวิตช์กกระแส กระแสขาเข้ากระกระแสที่ขดลวดจะเหมือนกัน พอทรานซิสเตอร์ตัด จะเห็นว่ากระแสขาเข้าไม่มีแล้วแต่ กระแสที่ขดลวดยังมีอยู่ และจะเห็นกระแสไหลผ่านไดโอดด้วยแสดงว่าเกิดจากการคายพลังงานที่สะสมภายในขดลวดเหนี่ยวนำ และกลับขั้วทำให้กระแสสามารถไหลผ่านไดโอดได้นั้นเอง 

คุณสมบัติ

- ประสิทธิภาพสูง  การสูญเสียพลังงานต่ำความร้อนที่ตัวอุปกรณ์ก็จะน้อยลง
- ขนาดเล็ก           เมื่อระบบมีประสิทธิภาพสูง วงจรก็จะขนาดเล็กลงเมื่อเทียบกับกำลังไฟฟ้าที่เท่ากัน
***  วงจรสามารถชดเชยแรงดันเอาท์พุตให้คงที่ได้เมื่อแรงดันอินพุตท์ไม่คงที่

อ้างอิง
http://www.academia.edu/9099986/Power_Electronics_unit_7_
http://ceemankorn.blogspot.com/2015/11/buck-converter.html
https://www.cpe.ku.ac.th/~yuen/204471/power/converter/
kb.psu.ac.th/psukb/bitstream/2553/2495/8/296526_ch2.pdf
http://www.learnabout-electronics.org/PSU/psu31.php
http://www.radio-electronics.com/info/power-management/switching-mode-power-supply/step-down-buck-regulator-converter-basics.php