SMPS250 Switching Power Supply for Power Amp หลังจากเงียบหายไปนานโครงงานสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายตามคำร้องขอก็ได้เวลาอัปเสียทีหลังจากที่เรียบเรียงเนื้อหาอยู่นาน รายละเอียดเนื้อหาอาจมีข้อบกพร่องอยู่บ้างยังไงก็สอบถามเพิ่มเติมได้นะครับ คงปฏิเสธไม่ได้ว่าสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย เข้ามามีบทบาทกับชีวิตเรามากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นเครื่องชาร์จแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ หรือแหล่งจ่าไฟ ของเครื่องคอมพิวเตอร์ และเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆอีกมากมาย ล้วนมีแหล่งจ่ายไฟเป็นแบบสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายทั้งนั้น และที่ขาดไม่ได้ก็คือเครื่องขยายเสียงก็หันมาใช้สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายกันมากขึ้นโดยเฉพาะเครื่องขยายเสียงสำหรับงานนอกสถานที่หรืองาน PA ที่ต้องการให้มีประสิทธิภาพสูง และ น้ำหนักเบา แต่ในวงการเครื่องเสียง Hi-End สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพลายถือว่ายังไม่ได้รับการยอมรับเท่าที่ควรเนื่องจากถูกกล่าวหาว่าเป็นบ่อเกิดแห่งสัญญาณรวกวน แต่ในงาน PA มองว่าสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายคือเทคโนโลยีที่จะมาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องขยายเสียง สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายยังมีข้อได้เปรียกว่าแหล่งจ่ายไฟแบบลิเนียร์หลายๆด้านจึงมีแนวโน้มที่จะมาแทนที่ลิเนียร์เพาเวอร์ซัพพลายในไม่ช้า หากท่านอยากทราบคำตอบ และอยากรู้ถึงศักยภาพ ของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายก็ต้องสร้างโครงงานนี้ไปทดสอบเทียบกับแหล่งจ่ายไฟหม้อแปลงแบบเดิมแล้วจะค้นพบคำตอบด้วยตัวของท่านเอง คุณสมบัติของ SMPS250 Input Voltage...................220VAC 50/60Hz Output Power..................250W Continues Output Voltage.................+/-45VDC to +/-58VDC of setting Output Ripple Voltage........< 1Vp-p at 250W Efficiency..........................> 90% at Full Load Switching Frequency...........36KHz โครงงานนี้เหมาะสำหรับผู้ที่เริ่มต้นทำสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย โดยวงจรออกแบบให้ลดความยุ่งยากในการพันหม้อแปลง และมีอุปกรณ์น้อย SMPS250 เป็นการพัฒนาวงจรต่อยอดจากสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายของเครื่องคอมพิวเตอร์ เพื่อนำมาใช้ในเครื่องขยายเสียง รูปที่1 วงจรสบูรณ์ของ SMPS250 การทำงานของวงจร จากรูปที่ 1 เป็นวงจรสมบูรณ์ของ สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย SMPS250 ซึ่งวงจรเป็นแบบ Half Bridge Converter มีการป้อนกลับควบคุมรักษาระดับแรงดันเอาต์พุตให้คงที่เสมอดังนั้น SMPS250 จึงเป็นแหล่งจ่ายไฟแบบ Switching Regulator โดยแรงดันเอาต์พุตจะคงที่ไม่ตกตามสภาวะการดึงกระแสของโหลดเหมือนกับแหล่งจ่ายไฟที่ใช้หม้อแปลงทั่วๆไป การทำงานของวงจร เริ่มจากวงจรฟิลเตอร์และ Rectifier สำหรับ AC220V ประกอบไปด้วย F1, R25 เป็นวงจรป้องกันกระแสเกินด้วยฟิวส์ F1 ใช้ฟิวส์ขนาด 3A R25 ซึ่งเป็นชนิด NTC ทำหน้าที่เป็นวงจร Soft Start ป้องกันการกระชากจากการชาร์ตตัวเก็บประจุในตอนเปิดเครื่อง ในส่วนของภาค EMI, RFI Filter ประกอบด้วย C20, C21, C22, C23, R20 และ T3 ทำหน้าที่ป้องกันสัญญาณรบกวนจากสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายไม่ให้ออกไปรบกวนระบบเอซีไลน์ภายนอก ซึ่งมีความจำเป็นต้องมีในสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายทุกเครื่อง ส่วน D11, C24, C25, R18, R19 เป็นวงจร Rectifier ต่อเป็นแท็ป แบ่งแรงดันให้มีค่าครึ่งหนึ่งของแรงดันสูงสุด แหล่งจ่ายไฟสำหรับวงจรควบคุมใช้หม้อแปลง ลดแรงดันจาก 220 โวลต์ ให้เหลือ 18โวลต์เอซี จะถูกไดโอดบริดจ์เร็กติไฟร์ เบอร์ 1N4004 ทั้ง 4 ตัว ให้เป็นแรงดันไฟตรงจะฟิลเตอร์ด้วยตัวเก็บประจุ C26 และถูก Regulator ให้มีแรงดัน 15 โวลต์ ด้วยไอซี 78L15 อีกครั้งเพื่อจ่ายเป็นไฟเลี้ยงให้กับวงจรควบคุม ในส่วนของวงจรควบคุมพระเอกของงานนี้ก็คือ ไอซี TL494 ซึ่งกำหนดความถี่สวิตชิ่งของวงจรไว้ที่ประมาณ 36KHz โดยค่าของ R8 และ C12 ต่อมาเป็นส่วนของวงจร Soft Start และวงจรกำหนดค่า Death Time ประกอบด้วย C2,R7 และ R6 ส่วน R5,R3 ทำหน้าที่แบ่งแรงดันจากแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงภายในไอซีให้เป็น 2.5โวลต์ เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบแรงดันเอาต์พุต โดยมี C1,R4 เป็นวงจรชดเชยลูป การป้อนกลับจะอาศัยการแบ่งแรงดันเอาต์พุตโดย R1,R2,R21 โดยปกติหากโหลดมีค่าคงที่แรงดันตกคร่อม R2 จะมีค่าเท่ากับแรงดันอ้างอิงที่ขา2 ของ TL494 แต่เมื่อหากโหลดมีการเปลี่ยนแปลงดึงกระแสมากขึ้นแรงดันจุดนี้จะลดลง ไอซีจะทำการเพิ่มความกว้างของ พัลส์ให้มีความกว้างมากขึ้นเป็นการทำให้แรงดันเอาต์พุตคงที่เสมอ แต่การทำงานจะรวดเร็วหรือมีเสถียรภาพที่ดีนั้นขึ้นอยู่กับวงจรชดเชยลูปหรือค่าของ C1 และ R4 นั่นเอง เอาต์พุตของวงจรควบคุมจะถูกส่งออกไปยังขา 8 และ ขา 11 ของ TL494 เพื่อจ่ายสัญญาณพัลส์ ให้กับทรานซิสเตอร์ Q1 และ Q2 ต่อเป็นวงจรแบบ Plush-Pull ขยายสัญญาณเพื่อขับหม้อแปลง สำหรับขับเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ D2, D3, C14 ทำหน้าที่เป็นไบอัส ยกระดับแรงดันที่ขา อีมิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ Q1, Q2 ขึ้นเพื่อให้ทรานซิสเตอร์ภายในไอซี TL494 มีแรงดันสูงพอให้สามารถทำงานได้ D1, D4 ทำหน้าที่ป้องกันแรงดันย้อนกลับจากหม้อแปลงขับในตอนสนามแม่เหล็กยุบตัว เพื่อไม่ให้ Q1, Q2 เสียหาย ในส่วนของภาคคอนเวอร์เตอร์ สัญญาณพัลส์จะถูกส่งออกมายังหม้อแปลง T1 ทำหน้าที่ขับเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์เอาต์พุต Q3, Q4 เบอร์ 2SC2625 ซึ่งต่อเป็นแบบ Half Bridge Converter โดยมีการจัดวงจรภาคขับเพื่อให้การขับทรานซิสเตอร์สวิตซ์ให้มีความเร็วสูงซึ่งประกอบไปด้วย R12, R13, R14, R15, R16, R17, C16, C17, D6 และ D7 สัญญาณพัลส์ที่ออกมาจากคอนเวอรเตอร์จะถูกป้อนกลับแบบเสริม เข้ามายังหม้อแปลงขับอีครั้งเพื่อเป็นการชดเชยกระแสและเพิ่มความเร็วของวงจรขับ จากนั้นจึงส่งต่อไปยังขด Primary ของหม้อแปลงสวิตชิ่งC19 ต่อเข้าขดPrimary อีกฝั่ง C19ต่อไว้เพื่อเป็นการป้องกันการไม่สมมาตรของสัญญาณพัลส์ C18, R24 เป็นวงจร Snubber ทำหน้าที่กำจัดสัญญาณรบกวน และแรงดันสไปค์สูงๆ D9, D10 ทำหน้าที่ป้องกันแรงดันไหลย้อนกลับจากการยุบตัวของสนามแม่เหล็กของหม้อแปลงสวิตชิ่ง ป้องกันไม่ให้ Q3, Q4 เสียหาย ต่อมาเป็นฝั่งของเอาต์พุตสัญญาณพัลส์ซึ่งมีขนาดใหญ่จะถูกส่งออกมายังขด Secondary ของหม้อแปลงสวิตชิ่งซึ่งยอดแรงดันของพัลส์จะถูกกำหนดจากจำนวนรอบ อัดตราส่วนของขด Primary และ Secondary ของหม้อแปลงสวิตชิ่ง แรงดันที่ออกมาจะมีความถี่สูงจึงต้องใช้ ไดโอดเร็กติไฟร์ ชนิด Ultra Fast Diode หรือ D8 ในโครงงานเลือกใช้ไดโอดชนิด Dual เบอร์ F16C20A และ F16C20C ในส่วนของ L1, C3, C4, C5, C6, C7 และ C8 เป็นวงจรฟิลเตอร์ทำหน้าที่สะสมพลังงานเพื่อจ่ายให้กับโหลด โดยมี R22, R23 ทำหน้าที่เป็นโหลดขั้นต่ำเพื่อรักษาเสถียรภาพของวงจร การสร้าง จากรูปที่2 และรูปที่3 คือลายปรินท์ขนาดเท่าของจริง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางตัวที่ใช้ในโครงงานนี้อาจแกะมาจากเครื่องสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายเครื่องคอมพิวเตอร์ก็ได้เช่น หม้อแปลงสวิตชิ่ง ไอซี TL494 แผ่นระบายความร้อน และหม้อแปลงขับเป็นต้น เมื่อได้แผ่นวงจรพิมพ์มาเรียบร้อยแล้วก็ถึงเวลาลงอุปกรณ์ ก็เหมือนกับโครงงานอื่นๆให้ลงอุปกรณ์เตี้ยๆก่อนเช่น จัมพ์เปอร์ ตัวต้านทาน ไดโอด ขั้วต่อต่างๆ ทรานซิสเตอร์ ตัวเก็บประจุ ขดลวด และสุดท้ายคือ หม้อแปลงสวิตชิ่ง ซึ่งรายละเอียดการพันหม้อแปลง จะกล่าวในหัวข้อถัดไป รูปที่2 ลายทองแดงด้านลงอุปกรณ์ รูปที่3 ลายทองแดงสำหรับดรายฟิมล์ด้านล่าง ขนาดเท่าของจริง หม้อแปลงสวิตชิ่ง การพันหม้อแปลงสวิตชิ่งถือว่าเป็นส่วนที่ยากสำหรับผู้ที่เริ่มต้นสร้างสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายการพันหม้อแปลงสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจะแตกต่างจากการพันหม้อแปลงธรรมดาอยู่บ้าง คือจะมีการแบ่งชั้นของลวดทองแดงออกเป็นเพอร์ชั่น และแต่ในเพอร์ชั่นไม่นิยมพันลวดทองแดงเกิน 1 ชั้น เพราะการพันลวดทองแดงทับซ้อนกันหลายๆชั้นไม่เป็นผลดี ทำให้เกิดกระแสไหลวนในเส้นลวดทำให้ลวดทองแดงร้อน รูปที่4 โครงสร้างการแบ่งเพอร์ชั่นการพันหม้อแปลงสวิตชิ่งสำหรับ SMPS250 หม้อแปลงขับ ในส่วนของหม้อแปลงขับ T1 ในเครื่องต้นแบบใช้หม้อแปลงขับเดิมที่มีอยู่ในสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายของเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งในบางเครื่องตำแหน่งขาอาจไม่ตรงกับลาย PCB ที่ให้ไป สามารถใช้คัตเตอร์กรีดลายทองแดงแล้วเดินสายใหม่ได้ ขดลวด LO ขดลวด LO ในโครงงานนี้เลือกใช้แกนทอร์รอยด์ เป็นแกนชนิด Iron-Powder ของบริษัท Micrometals เบอร์แกนคือ T130-8 วิธีพันขดลวดใช้ลวดทองแดงเบอร์ 18SWG พันเรียงกันให้เต็มพื้นที่ของแกน จะได้จำนวนรอบ 28 รอบ เมื่อพันเสร็จแล้วต้องกลับเฟสเส้นลวดเส้นใดเส้นหนึ่งก่อนที่จะบัดกรีลง PCB รูปที่5 SMPS250 ต้นแบบ การนำไปใช้งาน SMPS250 เหมาะสำหรับเครื่องขยายเสียงกำลังขนาด 100+100 วัตต์ โดยประมาณ หรือในกรณีที่ต้องการนำไปใช้กับวงจรอื่นที่ต้องการไฟเลี้ยงที่ต่ำหรือสูงกว่านี้ก็สามารถปรับแรงดันเอาต์พุตให้เหมาะสมกับวงจรได้ แต่กำลังเอาต์พุตสูงสุดจะอยู่ที่ 250วัตต์ไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นสามารถนำ SMPS250 ไปใช้กับวงจรเครื่องขยายเสียงขนาดไม่ควรเกิน 200วัตต์ ในแบบโมโน ถือว่าเหมาะสมเพราะแหล่งจ่ายไฟควรมีกำลังสำรองเผื่อไว้ด้วย SMPS250 เป็นแหล่งจ่ายไฟแบบ Switching Regulator เมื่อนำไปใช้กับวงจรเครื่องขยายเสียงจึงสามารถลดแรงดันของแหล่งจ่ายไฟลงได้โดยไม่ทำให้กำลังเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงลดลงแต่อย่างใด เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตของ SMPS250 มีค่าคงที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามสภาพของโหลด เช่นปกติเครื่องขยายเสียงขนาด 100 วัตต์ ที่โหลด 8โอห์ม กรณีที่เป็นแบบหม้อแปลงธรรมดา ต้องการแรงดันไฟเลี้ยง หลังจากฟิลเตอร์ด้วยตัวเก็บประจุเรียบร้อยแล้วประมาณ+/-50โวลต์ แต่เมื่อเปลี่ยนเป็นแหล่งจ่ายไฟเป็น SMPS250 แล้วสามารถลดแรงดันลงมาที่ +/-45 โวลต์ได้ โดยกำลังเอาต์พุตที่ได้จะอยู่ที่ประมาณ 100วัตต์ ที่โหลด 8โอห์ม เท่าเดิม และยังเป็นผลดีทำให้กำลังงานสูญเสียที่ตกคร่อมทรานซิสเตอร์ภาคสุดท้ายของเครื่องขยายเสียงลดลงได้อีกด้วย ในทางกลับกันหากปรับแรงดันของ SMPS250 ให้เท่ากับแหล่งจ่ายไฟชุดเดิม เครื่องขยายเสียงจะมีกำลังเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยด้วย เช่น หากปรับแรงดันของ SMPS250 ไว้ที่ +/-50 โวลต์เครื่องขยายเสียงจะมีกำลังเพิ่มขึ้นไปเป็น 120 วัตต์ ที่โหลด 8โอห์มโดยประมาณ SMPS250 ไม่ได้ออกแบบระบบป้องกันการลัดวงจรที่เอาต์พุต การใช้งานควรระมัดระวังไม่ให้เอาต์พุตลัดวงจรกันอย่างเด็ดขาดเพราะจะทำให้เครื่องเกิดความเสียหายได้ หากต้องการนำ SMPS250 ไปใช้ใช้งานหนักต่อเนื่องเป็นเวลานานควรเพิ่มพัดลมระบายอากาศให้กับเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ด้วย ไม่แนะนำให้ใช้แรงดันจากหม้อแปลงที่ใช้เลี้ยงวงจรควบคุมนะครับเพราะหม้อแปลงภายในวงจรจ่ายกระแสไม่พอ ให้เพิ่มหม้อแปลงสำหรับพัดลมแยกออกต่างหากจะดีที่สุด เมื่อปรับแรงดันที่ต้องการได้แล้วแนะนำให้หาตัวต้านทานค่าคงที่มาใส่แทนตัวต้านทานปรับค่าเพื่อป้องกันค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงจากสภาพการใช้งานต่างๆ รายการอุปกรณ์ ตัวต้านทาน R1 39KΩ +/- 1% 1/2W - R2 1KΩ+/- 1% 1/4W - R3 4.7KΩ+/- 1% 1/4W - R4 27KΩ+/- 1% 1/4W - R5 4.7KΩ+/- 1% 1/4W - R6 10KΩ+/- 1% 1/4W - R7 510KΩ+/- 1% 1/4W - R8 18KΩ+/- 1% 1/4W - R9 1KΩ+/- 1% 1/4W - R10 1KΩ+/- 1% 1/4W - R11 1.5KΩ+/- 5% 1/4W - R12 39Ω+/- 5% 1/4W - R13 39Ω+/- 5% 1/4W - R14 2.7KΩ+/- 5% 1/4W - R15 2.7KΩ+/- 5% 1/4W - R16 2.2Ω+/- 5% 1/4W - R17 2.2Ω+/- 5% 1/4W - R18 150KΩ+/- 5% 1/2W - R19 150KΩ+/- 5% 1/2W - R20 330KΩ+/- 5% 1/2W - R21 10KΩ POT R22 4.7KΩ+/- 5% 2W - R23 4.7KΩ+/- 5% 2W - R24 47Ω+/- 5% 2W - R25 5Ω 5A NTC Thermistor ตัวเก็บประจุ C1 33nF 50V Polyester - C2 2.2uF 50V Electrolyte - C3 470uF 63V Electrolyte - C4 470uF 63V Electrolyte - C5 470uF 63V Electrolyte - C6 470uF 63V Electrolyte - C7 470uF 63V Electrolyte - C8 470uF 63V Electrolyte - C9 100nF 63V Polyester - C10 100nF 63V Polyester - C11 100nF 63V Polyester - C12 1nF 63V Polyester - C13 100nF 63V Polyester - C14 1uF 50V Electrolyte - C15 47uF 25V Electrolyte - C16 1uF 50V Electrolyte - C17 1uF 50V Electrolyte - C18 2.2nF 1kV Ceramic - C19 1uF 250V Polyester - C20 100nF 250V CX Grad C21 4.7nF 1kV CY Grad C22 4.7nF 1kV CY Grad C23 100nF 250V CX Grad C24 470uF 200V Electrolyte - C25 470uF 200V Electrolyte - ตัวเหนี่ยวนำ L1* 22uH T130-8 Micrometals ดูรายละเอียดในเนื้อหา L2 EMI Filter - หม้อแปลง T1* EE-16 ดูรายละเอียดในเนื้อหา T2* ETD 42/35/12 ดูรายละเอียดในเนื้อหา T3 18V 50mA (000031-1) Transformer (Bangkok Transtack) อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ D1 1N4148 - D2 1N4148 - D3 1N4148 - D4 1N4148 - D5 1N4148 - D6 1N4148 - D7 1N4148 - D8 F16C20A & F16C20C Dual Ultra fast Diode D9 1N4937 - D10 1N4937 - D11 KBL404 4A400V Bridge Diode D12 1N4004*4 Bridge Diode Q1 2N3904 - Q2 2N3904 - Q3 2SC2625 - Q4 2SC2625 - U1 TL494N - U2 LM78L15 - อื่นๆ F1 Fuse 3A - - Fuse Socket - - Heat Sink - - PCB Terminal - - ลวดทองแดงอาบน้ำยา - - Ect. หากมีข้อเสนอเนะใดๆเพิ่มเติมยินดีให้คำปรึกษาในการสร้างโครงงาน หากต้องการไฟล์ PDF วงจรหรือลาย PCB กรุณาติดต่อมาที่ E-Mail:evenscompany@gmail.com   Create Date : 26 กันยายน 2552 Last Update : 10 พฤศจิกายน 2552 1:07:08 น. 5 comments Counter : Pageviews.

สวัดดีครับผมเปิดblogใหม่ว่างๆก็เข้าไปว่ะกันบ้างนะครับ และสามารถติดตามblogอื่นของผมได้ดังงนี้ครับ skypream @bloggang skypream free blogโปรโมทเว็บโปรโมทเว็บอีกเช่นกันครับ   โดย: preampcc 26 กันยายน 2552 13:46:22 น.

นายผนงานน่าสนใจดี เรากำลังศักษาเรื่องนี้พอดี กำลังอยากได้คำปรึกษาพอดี   โดย: boyarmy IP: 124.122.200.112 9 ตุลาคม 2552 15:53:49 น.

วงจรนี้เพิ่มวัตต์ได้อีกใหมครับ ถ้าเอาไปใช้กับกลาง แหลม 15นิ้ว   โดย: saree IP: 114.128.119.157 17 ตุลาคม 2552 21:11:52 น.

ตอบ คุณ saree คงไม่ได้แล้วล่ะครับ หม้อแปลงขนาดเล็กนิดเดียวเอง อีกอย่างวงจรนี้สวิตที่ความถี่สูงไม่ได้มากนักเพราะใช้ BJT เป็นอุปกรณ์สวิตซ์ หากอยากได้กำลังวัตต์สูงแนะนำให้ทำวงจรอื่นดีกว่าครับ วงจรนี้ใช้เป็นกรณีศึกษาครับ   โดย: K_evens 29 ตุลาคม 2552 14:56:02 น.

i am from turkey. güzel olmuş ( very nice)   โดย: teşekkür IP: 78.160.128.253 7 พฤศจิกายน 2552 0:27:05 น.