โดยทั่วไประบบจำหน่ายสมัยใหม่ต้องใช้ตัวแปลงไฟ AC/DC และ DC/DC แบบแยกและไม่แยกที่ซับซ้อน ตัวแปลงแบบแยกส่วนส่วนใหญ่จะใช้เพื่อปกป้องระบบและผู้ใช้ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดเพียงครั้งเดียวหรือหลายจุด นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องจ่ายไฟให้กับฟังก์ชันย่อยที่แยกออกมาเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ
โดยหลักการแล้ว การใช้ไอซีขั้นสูงสามารถออกแบบตัวแปลงพลังงานระดับต่ำถึงปานกลางที่มีกำลังประมาณ 1,000 วัตต์ได้อย่างง่ายดาย และการแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพที่แตกต่างกันสามารถทำได้ผ่านสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริงแล้ว การพัฒนาและการตรวจสอบความถูกต้องของคอนเวอร์เตอร์นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย คุณต้องมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการทำงานพื้นฐานอย่างน้อยหนึ่งชุด รวมถึงแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเอาต์พุตที่ได้รับการจัดอันดับ ประสิทธิภาพ การตอบสนองชั่วคราว ขนาดทางกายภาพ และการป้องกันข้อผิดพลาดสำหรับวงจร โหลด และอุปกรณ์จ่ายไฟ
ความท้าทายด้านการออกแบบไม่ได้จำกัดอยู่เพียงความรู้พื้นฐานเท่านั้น ในปัจจุบัน จำเป็นต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบบังคับหลายชุด ครอบคลุมประสิทธิภาพด้านความปลอดภัย ประสิทธิภาพที่ระดับโหลดที่แตกต่างกัน ประสิทธิภาพการปิดเครื่อง ประสิทธิภาพเชิงความร้อน การปล่อยคลื่นรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และภูมิคุ้มกัน คุณลักษณะเหล่านี้ต้องได้รับการตรวจสอบโดยห้องปฏิบัติการทดสอบที่ได้รับการรับรอง ซึ่งจะช่วยเพิ่มเวลาในการออกแบบได้อย่างมาก แผนการวิจัยและพัฒนาอิสระที่เรียบง่ายสามารถนำไปสู่ความเสี่ยงที่สูงมากได้อย่างรวดเร็ว และคุณจะพบว่าเมื่อต้องเลือกระหว่างการวิจัยอิสระและการพัฒนาหรือการจ้างภายนอก คุณจะเอนเอียงไปทางสิ่งหลังอย่างรวดเร็ว
หากคุณยังมีข้อสงสัย คุณอาจพิจารณาว่าตัวแปลงจะต้องมีฟังก์ชันการแยกทางไฟฟ้าด้วย แม้ว่านี่จะเป็นข้อกำหนดทั่วไปสำหรับตัวแปลง AC/DC เกือบทั้งหมด แต่ตัวแปลง DC/DC บางตัวยังจำเป็นต้องมีการแยกทางไฟฟ้าด้วย ข้อกำหนดนี้นำเสนอกฎระเบียบใหม่ มาตรฐานความปลอดภัยและการรับรองที่บังคับ ทำให้การตัดสินใจของการพัฒนาตนเองและการจัดจ้างภายนอกมีแนวโน้มที่จะจัดซื้อเพิ่มเติม โดยไม่คำนึงถึงข้อกำหนดของแหล่งจ่ายไฟ
ข่าวดีก็คือว่าแผงวงจรที่ติดตั้งตัวแปลงพลังงานแบบแยกและไม่แยกมีแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าหลายระดับให้เลือก ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ทำให้การออกแบบผลิตภัณฑ์และการปรับใช้ในพื้นที่การใช้งานต่างๆ เช่น การป้องกัน การสื่อสาร การทดสอบและการวัด (แยกส่วน) ง่ายขึ้นอย่างมาก และหุ่นยนต์เคลื่อนที่ (ไม่แยกส่วน) และสามารถนำมารวมกันเพื่อให้บรรลุฟังก์ชันการกระจายพลังงานได้
ตัวแปลงชนิดนี้ใช้งานได้แบบพลักแอนด์เพลย์ สามารถเสียบเข้ากับแผงวงจรพิมพ์หลัก (บอร์ด PC) และตำแหน่งเฉพาะได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับรางกระจาย นอกจากนี้ ตัวแปลงประเภทนี้ไม่จำเป็นต้องมีการสนับสนุนหรือตัวยึดแยกกัน พูดง่ายๆ ก็คือ ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้สามารถทำหน้าที่เป็นโซลูชันปลั๊กแอนด์เพลย์แบบปิดและสมบูรณ์ที่รับฟังก์ชันด้านพลังงานโดยตรง
ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการแยกไฟฟ้า
การแยกทางไฟฟ้าคือสิ่งกีดขวางทางไฟฟ้าที่ใช้เพื่อป้องกันการก่อตัวของเส้นทางนำไฟฟ้า ("โอห์มมิก") ระหว่างปลายทั้งสองด้านของเส้นทางสัญญาณหรือกำลัง อย่างไรก็ตาม อุปสรรคนี้ยังคงต้องยอมให้พลังงานและไฟฟ้าสามารถส่งผ่านวิธีส่งสัญญาณอื่นได้ จำเป็นต้องแยกสัญญาณ แหล่งจ่ายไฟ หรือทั้งสองอย่างออก แต่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบ เทคโนโลยีการแยกที่ใช้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของกระแสไฟฟ้าที่แยกได้
มีสาเหตุหลายประการที่จำเป็นต้องแยกไฟฟ้า สำหรับสัญญาณ การแยกสัญญาณทางไฟฟ้าสามารถปรับปรุงความสมบูรณ์ของเซ็นเซอร์ กำจัดลูปการต่อสายดิน หรือปกป้องผู้ใช้และวงจรในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไหลเข้าสู่เส้นทางสัญญาณ
ในแง่ของการจ่ายไฟ วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อความปลอดภัยของผู้ใช้และป้องกันไฟฟ้าช็อตที่เกิดจากการสัมผัสกับสายไฟ AC หรือแหล่งจ่ายไฟ DC ไฟฟ้าแรงสูงโดยไม่ตั้งใจ การแยกสัญญาณทางไฟฟ้ายังเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับวงจร "ลอย" ที่ใช้กับสัญญาณที่ไม่ใช่กำลังไฟ กล่าวคือ ไม่ได้เชื่อมต่อกับกราวด์ของวงจร
โดยทั่วไป การแยกไฟฟ้าเป็นวิธีหนึ่งในการกำหนดทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าตามกฎปัจจุบันของ Kirchhoff (KCL) การไหลของกระแสใดๆ จะต้องมีเส้นทางกลับไปยังแหล่งกำเนิด และหน้าที่ของการแยกทางไฟฟ้าคือการตัดเส้นทางนี้ ในกรณีที่เกิดไฟฟ้าช็อต หม้อแปลงแยกในแหล่งจ่ายไฟ (รูปที่ 1 ขวา) จะตัดเส้นทางกระแสไฟฟ้าลัดผ่านผู้ใช้และกลับสู่กราวด์ (รูปที่ 1 ซ้าย)
รูปที่ 1: เพื่อป้องกันไฟฟ้าช็อต หม้อแปลงแยก (ขวา) ในแหล่งจ่ายไฟจะตัดเส้นทางกระแสไฟฟ้าฟอลต์ที่ผ่านผู้ใช้และกลับสู่กราวด์ (ซ้าย) (แหล่งรูปภาพ: การเรียนรู้ของ Lumen)
ในสถานการณ์ทั่วไปที่เกิดไฟฟ้าช็อต เมื่อชั้นฉนวนเสื่อมสภาพ สายไฟที่มีกระแสไฟ/ให้ความร้อนจะสัมผัสโดยตรงกับปลอกโลหะของอุปกรณ์ แม้ว่าอุปกรณ์จะยังคงทำงานได้ตามปกติ แต่หากการเชื่อมต่อสายดิน/สายดินถูกตัดการเชื่อมต่อ (ซึ่งเป็นสถานการณ์ทั่วไป) กระแสไฟฟ้าขัดข้องจะไหลผ่านผู้ใช้ไปยังสายดิน แทนที่จะผ่านสายดินอย่างปลอดภัย และผู้ใช้อาจได้รับไฟฟ้าช็อตในเวลานี้
เพื่อควบคุมความเสี่ยงนี้ ฟังก์ชันแยกในแหล่งจ่ายไฟจะตัดเส้นทางกระแสระหว่างแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเดิมและอุปกรณ์ ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถป้องกันการก่อตัวของวงจรระหว่างกัน และแม้ว่าจะมีข้อผิดพลาดของสาย ก็สามารถลดความเสี่ยงที่จะเกิดไฟฟ้าช็อตได้
โปรดทราบว่าแรงดันไฟฟ้าเสี่ยงนั้นรวมถึงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่เทียบเท่า เช่น แรงดันไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่แบบมัลติคอร์ มาตรฐานการควบคุมส่วนใหญ่กำหนดแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 60 โวลต์ ขึ้นอยู่กับสถานการณ์จริงและประเภทของแรงดันไฟฟ้า
การแยกกำลังทำได้เกือบทุกครั้งผ่านการมีเพศสัมพันธ์แบบแม่เหล็กของหม้อแปลง คัปปลิ้งแบบแม่เหล็กมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ใช้งานได้จริงทางเทคนิคที่แข็งแกร่ง การประยุกต์ใช้งานที่ยืดหยุ่น มีความน่าเชื่อถือสูง ปรับแต่งได้ง่าย และสามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านกฎระเบียบและวงจรไปพร้อมๆ กัน
เหตุผลในการเลือกโซลูชันคุณภาพสูงมากมาย
เนื่องจากการใช้รางส่งกำลังหลายตัวในระบบสมัยใหม่ จึงมีทางเลือกทางสถาปัตยกรรมมากมายในการวางแผนการกระจายสินค้า อย่างไรก็ตาม เมื่อบางส่วนของวงจรต้องถูกแยกออก ในขณะที่ส่วนอื่น ๆ ไม่ต้องการหรือห้ามการแยก การเลือกตัวแปลงไฟที่เหมาะสมจะกลายเป็นเรื่องท้าทายอย่างยิ่ง
ในบางกรณี รางไฟฟ้าแรงสูง AC/DC หรือ DC/DC ไม่ต้องการการแยกส่วน แต่จำเป็นต้องทำการแยกส่วนเพิ่มเติมที่ปลายน้ำในจุดเชื่อมต่อการกระจาย การตัดสินใจที่นักออกแบบต้องทำ ได้แก่: ว่าจะใช้แหล่งจ่ายไฟแยกความจุขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียว หรือแหล่งจ่ายไฟแยกความจุขนาดเล็กหลายเครื่อง และจะใช้เฉพาะแหล่งพลังงานแยกเฉพาะในตำแหน่งที่ต้องการ และใช้แหล่งพลังงานที่ไม่แยกส่วนในสถานที่อื่นหรือไม่ (รูปที่ 2)
รูปที่ 2: สถาปัตยกรรมการกระจายระดับระบบที่สมบูรณ์โดยทั่วไปต้องใช้ตัวแปลงไฟ AC/DC และ DC/DC แบบแยกและไม่แยก (แหล่งรูปภาพ: TDK Lambda)
เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้ TDK Lambda ขอนำเสนอตัวแปลงไฟ AC/DC และ DC/DC แบบบั๊ก/บูสต์ (บั๊ก/บูสต์) แบบออนบอร์ดและแบบไม่แยกแบบออนบอร์ดที่หลากหลาย โดยให้แรงดันไฟฟ้าพิกัดอินพุต/เอาท์พุตหลายรายการและตัวเลือกกระแสพิกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะรวมถึง:
AC/DC แบบแยก: PFE500F-28/T เป็นตัวแปลง 28 โวลต์/18 แอมแปร์ (A) เอาต์พุตเดี่ยว ซึ่งใช้สำหรับอินพุตกระแสสลับ (VAC) 85 ถึง 265 โวลต์ ตัวแปลงนี้ใช้โมดูลอิฐแบบปิดทั้งหมดขนาด 122 × 70 × 12.7 มม. พร้อมความสามารถในการแยกอินพุตและเอาต์พุต VAC 3000 โวลต์ เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่ไม่สามารถพาความร้อนหรือระบายความร้อนด้วยอากาศได้
โมดูลที่แนบมา AC/DC แบบไม่แยก: PF1500B-360 มีขนาดเต็มอิฐเช่นกัน และสามารถแปลงอินพุต AC เป็นเอาต์พุตควบคุม 360 VDC เหมาะสำหรับระบบไฟฟ้าแบบกระจายที่ติดตั้งตัวแปลง DC/DC แรงดันสูงแบบแยกส่วน หรือโหลดที่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟแรงดันสูง ที่แรงดันไฟฟ้าอินพุต 170 ถึง 265 VAC กำลังพิกัดคือ 1512 วัตต์ ที่แรงดันไฟฟ้าอินพุต 85 ถึง 265 VAC กำลังพิกัดคือ 1008 วัตต์ ตัวประกอบกำลังของโมดูลนี้คือ 0.98 โดยมีประสิทธิภาพสูงถึง 96.5%
DC/DC แบบแยก: GQA2W024A050V-007-R ตัวแปลง DC/DC แบบแยกมีขนาดกะทัดรัด บรรจุในอิฐก้อนเดียว และมีประสิทธิภาพดีเยี่ยม สามารถส่งออกพลังงานได้ 120 วัตต์ และมีแรงดันไฟฟ้าแยกอินพุตและเอาต์พุตสูงถึง 3000 VDC ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ใช้งานของคอนเวอร์เตอร์นี้คือ 9 V ถึง 36 V และสามารถส่งออกกระแสไฟ 5 V ที่ 24 A บรรจุภัณฑ์เชิงกลมีการกำหนดค่าโครงสร้างที่หลากหลาย เช่น แผ่นด้านล่าง ปิดผนึก และห่อหุ้ม (ดูรูปที่ 3) ซึ่งสามารถระบายความร้อนได้โดยการพาความร้อนและการนำผ่านแผ่นเย็นภายนอกหรือตัวระบายความร้อน
รูปที่ 3: คอนเวอร์เตอร์ GQA2W024A050V-007-R มีตัวเลือกการกำหนดค่าบรรจุภัณฑ์ที่หลากหลาย ช่วยให้นักออกแบบมีความยืดหยุ่นสูงในการออกแบบบรรจุภัณฑ์โดยรวมและการระบายความร้อนของคอนเวอร์เตอร์ (แหล่งรูปภาพ: TDK Lambda)
DC/DC แบบไม่แยก: I6A24014A033V-003-R จุดโหลด (PoL) แบบไม่แยกส่วน ตัวแปลง DC/DC เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างรางแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตกระแสสูงจากแหล่งพลังงาน 12 VDC หรือ 24 VDC ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตของตัวแปลงนี้คือ 9 V ถึง 40 V โดยมีกระแสเอาต์พุตสูงถึง 14 A และช่วงการควบคุมเอาต์พุตที่ 3.3 V ถึง 24 V มันถูกบรรจุในดีไซน์อิฐขนาดกะทัดรัด 1/16