สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย

สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย
 

     เพาเวอร์ซัพพลาย หรือเรียกว่า Swiching Power Supply เป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญอย่างมากต่ออุปกรณ์เกือบทุกตัวในระบบคอมพิวเตอร์
เพราะถ้าไม่มีแหล่งจ่ายพลังงานให้อุปกรณ์ต่างๆ ก็จะไม่สามารถทำงานได้ ที่สำคัญในหลักปฏิบัติพื้นฐานของช่างคอมพิวเตอร์, ช่างซ่อมอุปกรณ์ไฟฟ้า
และอิเล็กทรอนิกส์ ส่วนใหญ่จะเริ่มต้นตรวจสอบที่ภาคจ่ายไฟ หรือเพาเวอร์ซัพพลายนี้ก่อนเป็นอันดับแรก ก่อนที่จะไปตรวจเช็ตในส่วนอื่นๆ ต่อไป
      สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ ทั่วๆไปนั้นจะใช้วงจรคล้ายๆกันแต่จะใช้อุปกรณ์ต่างคุณภาพกันตามแต่ราคา
เราจะมาเปิดดูวงจรภายในกันว่าเป็นอย่างไร แต่ต้องขอออกตัวไว้ก่อนว่าไม่สามารถอธิบายวงจรแนวอ้างอิงทางวิชาการได้ เนื่องจากข้าน้อยด้อยด้วยปัญญา
แต่จะใช้วิธีชี้จุดเสียแบบแนวบ้านๆ นะครับ.


ดูตำแหน่งขาของคอนเน็คเตอร์ ATX Power Supply Pinout
อ่านเรื่อง สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายเบื้องต้นที่นี่ http://www.cpe.ku.ac.th/~yuen/204471/power/switching_regulator/

Block Diagram ของ สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย




ตัวอย่างวงจร สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย




      จากวงจรก็เริ่มจาก AC INPUT กันล่ะครับ บ้านเราก็ 220 โวลต์ เป็นกระแสสลับ ผ่านฟิวส์ F1 ผ่านวงจรฟิลเตอร์
วงจรฟิลเตอร์ ก็ประกอบด้วย C1,R1,T1,C4,T5,C2,C3 จากนั้นจะเข้าสู่วงจรเรียงกระแสแบบบริดส์ (Bridge Rectifier)
ซึ่งอาจจะอยู่ในรูปของตัว IC หรือแบบที่นำไดโอด 4 ตัวมาต่อกันให้เป็นวจรบริดจ์เรคติไฟเออร์ ซึ่งวงจรนี้ใช้ไดโอด 4 ตัวมาต่อกัน
ประกอบด้วย D21,D22,D23,D24 มีใช้กันหลายเบอร์เช่น 1N5408 ออกมาเป็นไฟกระแสตรงกรองให้เรียบด้วย C5,C6
C5,C6 จะเป็น C อีเล็คโตรไลต์ ตัวสูงๆใหญ่ๆน่ะแหละครับ จะมีใช้กันตั้งแต่ 220uF 200V ไปจนถึง 1000uF 200V ยิ่งมากก็ยิ่งดี

Vdc=1.414 x Vrms
Vdc=1.414 x 220
Vdc=311 V.
แต่ในวงจรใช้ C5,C6 แบ่งคนละครึ่ง ได้แรงดันตกคร่อม C5,C6 ตัวละ 311 /2 ประมาณ 155 โวลต์ C5,C6 จึงใช้แค่ 200V

     ส่วนปัญหาที่มักจะเกิดกับวงจรส่วนนี้ก็เป็นที่รู้กันล่ะครับ ว่าฟิวส์ขาด ฟิวส์ระเบิด สาเหตุก็ไฟตก ไฟกระชาก ฟ้าผ่า
หรือวงจรในส่วนอื่นช็อต และบางครั้งเกิดจากความโง่ของตัวเราเองโดยปรับ SW1 ไปอยู่ที่ตำแหน่ง 115V
บางคนเห็นว่าฟิวส์ขาดคิดว่ากินหมูใส่ฟิวส์ตัวใหม่เข้าไปปราดุกว่าระเบิดอีกครั้งครับ สมน่ำหน้า
การเช็ควงจรในส่วนนี้ต้องเช็คให้หมด ไดโอดบริดส์อาจจะช็อตได้ ส่วนมากมักไปเป็นคู่ D21กับ D23 หรือ D22 กับ D24
SW1 ไปอยู่ที่ตำแหน่งที่ถูกต้อง C5,C6 ต้องไม่มีลักษณะระเบิดหรือบวมปูด เรืองของ C5,C6 หากบวมปูด เปลี่ยนตัวใหม่แล้ว
เปิดได้สักพักหากบวมอีกแม้ปรับ SW1 ไปอยู่ที่ตำแหน่งที่ถูกต้องแล้วก็ตามนั้นต้องเช็คอะไรดีครับ ดูจากวงจรเองล่ะกัน อิอิ.
R2,R3 จะมีใช้กันหลายค่า เช่น 150K ,220K ,330K,560K


<<< - - - - - - - 14 กันยายน 2551 วันนี้คงต้องจบแค่นี้ก่อน ไว้ตอนหน้าจะพาไปดูวงจรในส่วนอื่นกัน โปรดติดตามตอนต่อไป. - - - - - - -->>>


26 กันยายน 2551
เรื่อง สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายในคอมพิวเตอร์ ตอนที่ 2

     วงจรสร้างไฟแสตนด์บาย วงจรในส่วนนี้มีความสำคัญมากเช่นกัน วงจรนี้สร้างไฟไปเลี้ยงวงจรทางด้านเอ้าพุตของตัวเองแล้ว ยังไปกลี้ยงวงจรแสตนด์บายของเมนบอร์ดอีกด้วย คือขา 5VSB และ /PS_ON

ตัวอย่างวงจรสร้างไฟแสตนด์บาย




     จากวงจรตัวอย่าง R55 เป็น R สตาร์ต ชอบขาดกันนักกันหนา 220K W มีใช้กัน จนถึง 2MW
Q12 เบอร์ C3457 สามารถใช้ เบอร์ อื่นแทนได้หลาย เบอร์ เลือกที่มีขายและราคาไม่แพงมาก เช่น 2SC5027
บางวงจรอาจใช้มอสเฟต 2N60 หากวงจรในส่วนนี้เสียก็จะไม่มีไฟ 5VSB และ /PS_ON
สงสัยก็ดูจากนี่นะ ดูตำแหน่งขาของคอนเน็คเตอร์ ATX Power Supply Pinout
Q12 เสียส่วนใหญ่ก็มีกตายหมู่มีตัวอื่นร่วมด้วยเช่น ZD2 9V มีใช้กันจนถึง 18V ในกรณีที่มีการระเบิดรุนแรงอาจมีวงจรทางฝั่งขาออกร่วมด้วย
เช่น D28 D30 เปลี่ยนตัวเสียหมดแล้วเปิดแล้วเสียอีกเป็นไปได้ที่หม้อแปลง T6 จะเสียแล้วก็เป็นได้
หากไม่ใช้คอมพิวเตอร์ก็ควรปิดสวิตซ์หรือดังปลั๊กออกเพราะวงจรส่วนนี้จะทำงานตลอดเวลาแม้ไม่ได้เปิดคอมพิวเตอร์
ทั้งนี้ก็เพื่อการประหยัดพลังงานลดภาวะโลกร้อน (ร้อนกันมากก็อยากร้อนด้วย) และป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับ
เพาเวอร์ซัพพลายและเมนบอร์ดจ้า
     แต่วงจรนี้จะไม่เห็นกันในเพาเวอร์ซัพพลายทั่วๆไป เพราะส่วนใหญ่จะมีวงจรควบคุมแรงดัน ไอซี431 และ Photocoupler
มาร่วมด้วยดังตัวอย่างรูปด้านล่างนี้เลยครับ.


 
 คุณสมบัติของ PSX-1200
แรงดันอินพุต ......................................................180V-240VAC 50/60Hz
กำลังเอาต์พุต.......................................................1100W
กำลังเอาต์พุตชั่วขณะ (Peak)...................................1800W
แรงดันเอาต์พุตหลัก..............................................+/-45 ถึง +/-85V (ตามสั่ง)
แรงดันไฟย่อยชุดที่ 1............................................12VDC 1A แยกจากกราวด์หลัก
แรงดันไฟย่อยชุดที่ 2..............................................+/-15VDC 250mA กราวด์เดียวกันกับเอาต์พุตหลัก
ระบบป้องกัน......................................................... Over Current Protection
ขนาด กว้าง*ยาว*สูง ..............................................4 * 7 * 2 นิ้ว


จากคุณสมบัติของ PSX-1200 สามารถการจ่ายกำลังเอาต์พุตได้ถึง 1100 วัตต์ (การทดสอบจริงทำได้มากกว่านี้) นับว่าเพียงพอต่อการนำไปใช้กับเพาเวอร์แอมป์กำลังระดับ 300-400 วัตต์ต่อข้าง ส่วนกำลังเอาต์พุตค่า Peak นั้นเป็นกำลังสูงสุดของเครื่องก่อนที่ภาค Protection จะทำงานตั้งไว้สูงถึง 1800 วัตต์และมีการหน่วงเวลาอีกสักระยะก่อนที่จะหยุดการทำงานของเครื่อง เพราะว่าการใช้งานจริง กับเพาเวอร์แอมป์โหลดที่เป็นสัญญาณดนตรีนั้นมีการเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่รวด เร็วและใช้กำลังงานสูงในระยะเวลาสั้นๆ ดังนั้นการออกแบบภาค Protection จึงต้องมีการเผื่อในเรื่องนี้ด้วยไม่เช่นนั้นแล้วเพาเวอร์ซัพพลายจะตัดบ่อย จนเกินไปทั้งที่ยังสามารถจ่ายกำลังเอาต์พุตต่อไปได้ ระบบป้องกันของ PSX-1200 จะไม่ตัดบ่อยจนทำให้เกิดความรำคาญ นอกจากการนำไปใช้งานเกินกำลังงานเกินขีดความสามารถที่เครื่องจ่ายได้จริงๆ ที่สำคัญอีกอย่างก็คือ เมื่อระบบป้องกันหยุดการทำงานแล้วต้อง Start-Up ขึ้นมาใหม่ได้ด้วย PSX-1200 จะเริ่มต้นStart-Upใหม่ภายในระยะเวลา 1-2 วินาที หลังจากที่ระบบ Protection ทำงาน แรงดันไฟย่อยมีให้ใช้งานถึง 2 ชุดชุดแรกคือ +12VDC 1A โดยกราวด์ของแรงดันชุดนี้จะลอยไว้อิสระไว้ หากนำแรงดันชุดนี้ใช้งานกับวงจรป้องกันลำโพงต้องต่อกราวด์ของแรงดันชุดนี้ กับกราวด์ของแหล่งจ่ายไฟหลักด้วย แรงดันเอาต์พุตชุดที่ 2 คือแรงดัน +/-15Vdc โดยใช้ไอซี Regulator รักษาแรงดันให้คงที่ระบบกราวด์ของแหล่งจ่ายไฟชุดนี้จะต่ออยู่กับกราวด์หลัก แล้ว เหมาะที่จะใช้งานร่วมกับวงจรบาลานซ์อินพุต

การออกแบบที่แตกต่าง
PSX-1200 เป็นสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายที่ออกแบบมาด้วยความเป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวไม่ ซ้ำกับที่มีในท้องตลาด เราเลือกใช้ ไอซีกำเนิดสัญญาณ PWM คุณภาพสูงจาก On Semiconductor เพื่อให้ได้ค่าความถี่สวิตชิ่งที่เที่ยงตรงและสัญญาณ PWM ที่มีคุณภาพใช้ความถี่สวิตชิ่งสูงถึง 100Khz ในส่วนของ Converter เลือกใช้แบบ Full Bridge ทำให้จ่ายกำลังงานได้สูง วิธีการStart-Up ที่ไม่ต้องอาศัยแหล่งจ่ายไฟชุดเล็กและระบบป้องกัน เราออกแบบด้วยเทคโนโลยีและวิธีการที่คิดค้นขึ้นมาเองทำให้ใช้อุปกรณ์ลดลง โอกาสการทำงานผิดพลาดหรือเกิดความเสียหายจึงลดน้อยลงด้วย ขนาดของ PSX-1200 มีเพียง 7*4 นิ้ว สามารถใช้ PSX-1200 จำนวน 2 เครื่อง บรรจุลงในแท่นเครื่องเดียวกันได้โดยไม่ทำให้สูญเสียพื้นที่


รูปที่2 วงจรควบคุมอยู่ด้านล่างหม้อแปลงสวิตชิ่ง

ค่าแรงดันที่เหมาะสมกับกำลังเอาต์พุตของเพาเวอร์แอมป์
เรื่องของแรงดันไฟเลี้ยงและกำลังเอาต์พุตของเพาเวอร์แอมป์จะมีความสัมพันธ์ กันอย่างแนบแน่น โดยปกติวิธีคำนวณที่เป็นทฤษฎีจะคิดที่แหล่งจ่ายไฟแบบอุดมคติ คือแรงดันไม่มีการกระเพื่อมหรือตก ซึ่งในทางปฏิบัติไม่ได้เป็นเช่นนั้น เพราะยิ่งแหล่งจ่ายไฟจ่ากำลังเอาต์พุตไปมากเท่าไหร่แรงดันเอาต์พุตก็จะตกมาก เป็นเงาตามตัว จากตารางที่1เป็นแนวทางการกำหนดแรงดันแหล่งจ่ายไฟในทางปฏิบัติสำหรับ PSX-1200 เพื่อให้ได้กำลังเอาต์พุตของเพาเวอร์แอมป์ตามต้องการ ตัวเลขกำลังเอาต์พุตจะเป็นค่าโดยประมาณ


ตารางที่1 ค่าแรงดันที่เหมาะสมกับกำลังเอาต์พุตโดยประมาณ เมื่อใช้งานร่วมกับ PSX-1200

หมายเหตุ
* ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานแบบ Stereo 2 ข้างพร้อมกัน แต่ใช้งานแบบ Monoได้
** ไม่เหมาะสมที่จะใช้ PSX-1200 เพราะกำลังเอาต์พุตสูงเกินไป

การทดสอบ
มาถึงการทดสอบที่หลายคนอยากจะเห็นกันขออนุญาตทำการทดสอบแบบลูกทุ่งๆ เพื่อหากำลังเอาต์พุต และ ทดสอบระบบป้องกัน เครื่องไม้เครื่องมือที่ใช้ก็เป็นเครื่องมือพื้นฐานทั่วๆไปรูปด้านล่างเป็น บล็อกไดอะแกรมการทดสอบเพื่อหากำลังเอาต์พุตของ PSX-1200


รูปที่ 3 บล็อกไดอะแกรมการทดสอบหากำลังเอาต์พุต


ในรูปที่4 ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ด้านซ้ายมือ (ตัวสีเหลือง)ใช้สำหรับวัดค่ากระแส และมัลติมิเตอร์ด้านขวา (ตัวสีเทา) สำหรับวัดแรงดันเอาต์พุต ดังรูปที่4 ขณะทดสอบโดยยังไม่มีการจ่ายแรงดันให้กับโหลดแรงดันเอาต์พุตจะอยู่ที่ 171.6V หรือเป็นค่าแรงดันเอาต์พุตของสวิตชิ่งตัวนี้ประมาณ +/-85V


รูปที่ 4 แรงดันเอาต์พุตขณะไม่มีโหลด

การทดสอบหากำลังเอาต์พุต
ในขั้นตอนทดสอบหากำลังเอาต์พุตจะใช้โหลดเท่าที่พอหาได้ง่ายที่เห็นนิยมกันก็ เช่นเตารีด-กระทะไฟฟ้า ที่เหมาะสมก็คือเป็นอุปกรณ์ทำความร้อน และหลอดไฟแบบไส้ ผมก็ขอยืมเทคนิคนี้มาใช้ด้วยแล้วกันนะครับ เอาเป็นว่ามีอะไรก็จับมาต่อขนานกันเพิ่มขึ้นเรื่อยๆให้ค่าความต้านทานลดลง เพื่อดูขีดความสามารถของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายตัวนี้ ในรูปที่5 จากการทดลองต่อโหลดจนทำให้ได้กระแสที่ 8.57Aแรงดันจะตกเหลือเพียง 138.1V หรือ +/-69V หากคิดเป็นกำลังเอาต์พุตได้ถึง 1183.5W การทดสอบโหลดต่อเนื่องแบบนี้เป็นอันตรายต่อสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายและมี ความร้อนสูงจึงต้องมีพัดลมระบายอากาศ แต่การนำไปใช้งานกับเครื่องขยายเสียงนั้นการดึงกระแสของโหลดเป็นสัญญาณดนตรี จะไม่ต่อเนื่องเหมือนการทดลองโหลดแบบนี้ การระบายความร้อนหากมีอากาศไหลผ่านแผ่นระบายความร้อนอยู่แล้วอาจไม่จำเป็น ต้องติดพัดลมเพิ่มก็ได้


รูปที่5 กระแสและแรงดันเอาต์พุต

การทดสอบระบบป้องกัน
จากรูปที่ 6 การทดสอบจะใช้ปากคีบลัดวงจรที่เอาต์พุตหลักแล้วทำการเสียบปลั๊กจ่ายไฟ 220VAC เข้าไป เครื่องจะพยาม Start-Up แต่ไม่สามารถทำงานได้ จะสังเกตเห็น LED แสดง สถานะ การทำงานกระพริบเป็นจังหวะ เมื่อถอดปากคีบออกมาเครื่องจะ Start-Up กลับมาทำงานจ่ายแรงดันเอาต์พุตได้ตามปกติดังรูปที่ 7


รูปที่6 ทดสอบลัดวงจรที่เอาต์พุต