วงจรแปลงไปข้างหน้า

มีวงจรหรือวิธีการต่างๆสำหรับการสร้างSwitched Mode Power Supply (SMPS) SMPS ใช้สำหรับสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ควบคุมและแยกจากแหล่งจ่ายไฟ DC ที่ไม่มีการควบคุม วงจรแปลงไปข้างหน้าคล้ายกับวงจรฟลายแบ็คคอนเวอร์เตอร์ แต่มีประสิทธิภาพมากกว่าวงจรฟลายแบ็คคอนเวอร์เตอร์ ตัวแปลงไปข้างหน้าส่วนใหญ่จะใช้สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการกำลังขับที่สูงขึ้น (ในช่วง 100 ถึง 200 วัตต์)

ตัวแปลงไปข้างหน้านั้นเป็นตัวแปลงบั๊ก DC-to-DC ที่มีการรวมหม้อแปลงเข้าด้วยกัน หากหม้อแปลงมีขดลวดเอาต์พุตหลายตัวคุณสามารถเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าขาออกได้ นอกจากนี้ยังมีการแยกไฟฟ้าสำหรับโหลด

วงจรแปลงไปข้างหน้าประกอบด้วยวงจรควบคุมซึ่งมีอุปกรณ์สวิตชิ่งความเร็วสูงหม้อแปลงที่ด้านหลักเชื่อมต่อกับวงจรควบคุมและด้านรองเชื่อมต่อกับวงจรกรอง เอาต์พุตที่แก้ไขแล้วจากขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงเชื่อมต่อกับโหลด

ตามแผนภาพบล็อกด้านบนเมื่อเปิดสวิตช์อินพุตจะถูกนำไปใช้กับขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงและแรงดันไฟฟ้าจะปรากฏที่ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง ดังนั้นขั้วจุดของขดลวดของหม้อแปลงจึงเป็นบวกเนื่องจากสิ่งนี้ไดโอด D1 จึงเอนเอียงไปข้างหน้า จากนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกของหม้อแปลงจะถูกป้อนเข้ากับวงจรกรองความถี่ต่ำซึ่งเชื่อมต่อกับโหลด เมื่อปิดสวิตช์กระแสไฟฟ้าในขดลวดของหม้อแปลงจะลดลงเป็นศูนย์ (สมมติว่าหม้อแปลงอยู่ในอุดมคติ)

ความแตกต่างระหว่าง Forward และ Fly-back Converter

ส. เลขที่	แปลงไปข้างหน้า	Fly-back Converter
1.	หม้อแปลงแยก Buck Converter	โดยพื้นฐานแล้วโทโพโลยี Buck-Boost
2.	ต้องการตัวเหนี่ยวนำเอาต์พุตเพิ่มเติมอีกหนึ่งตัว	ไม่จำเป็นต้องใช้
3.	จำเป็นต้องรีเซ็ตวงจร	ไม่จำเป็นต้องใช้
4.	ไม่มีข้อกำหนดสำหรับตัวเก็บประจุเอาต์พุต	จำเป็น
5.	ประหยัดพลังงานมากขึ้น	ต่ำกว่าตัวแปลงไปข้างหน้า
6.	แพงกว่าตัวแปลงฟลายแบ็ค	ราคาถูกกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับตัวแปลงไปข้างหน้า
7.	เก็บพลังงานในตัวเหนี่ยวนำเมื่อทรานซิสเตอร์เปิดและถ่ายโอนพลังงานที่เก็บไว้เมื่อทรานซิสเตอร์ปิด	หม้อแปลงของตัวแปลงไปข้างหน้าไม่เก็บพลังงาน

แผนภาพวงจรสำหรับตัวแปลงไปข้างหน้า

การทำงานของวงจรแปลงไปข้างหน้า

Mode-I: โหมดเปิดเครื่อง

ตัวแปลงไปข้างหน้าบอกว่าอยู่ในโหมดเปิดเครื่องเมื่อทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะเปิด ในสภาพนี้แรงดันไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกับขดลวดด้านหลักของหม้อแปลงและไดโอด D1 จะเอนเอียงไปข้างหน้าในสภาพนี้ ไดโอด D2 จะไม่ทำงานในสภาพนี้เนื่องจากจะยังคงเอนเอียง ขดลวดทั้งสองเริ่มดำเนินการพร้อมกันเมื่อทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะเปิด เอาต์พุตที่ด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการหมุน (Np / Ns) ของหม้อแปลง และแรงดันเอาต์พุตนี้จะใช้กับวงจรทุติยภูมิซึ่งประกอบด้วยตัวกรอง LC แรงดันขาออกสูงสุดที่ได้รับในกรณีของหม้อแปลงในอุดมคติที่โหลดจะเป็น:

(Ns / Np) * Edc

โดยที่ Edc คือแรงดันไฟฟ้าอินพุต

Np คือไม่ ของขดลวดปฐมภูมิ

Ns คือไม่ ของขดลวดทุติยภูมิ

Mode-II: โหมด Freewheeling

ตัวแปลงไปข้างหน้าบอกว่าอยู่ในโหมด Freewheeling เมื่อทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะปิด เมื่อทรานซิสเตอร์ดับลงกระแสของขดลวดของหม้อแปลงจะลดลงเหลือศูนย์ (ตามหลักการแล้ว) D1 จะกลับด้านเอนเอียงในเงื่อนไขนี้ดังนั้นจึงแยกส่วนเอาต์พุตของวงจรออกจากหม้อแปลงและอินพุต อย่างไรก็ตามตัวเหนี่ยวนำที่ด้านทุติยภูมิจะรักษาการไหลของกระแสอย่างต่อเนื่องผ่านไดโอดฟรีฮีลลิ่ง D2 เนื่องจากอินพุตถูกแยกออกจะไม่มีการไหลของพลังงานจากอินพุต แต่ยังคงรักษาแรงดันไฟฟ้าของโหลดไว้เกือบคงที่โดยตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำที่มีประจุ พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุจะค่อยๆกระจายไปในโหลด ก่อนที่มันจะสลายไปอย่างสมบูรณ์ทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้นอีกครั้งเพื่อสิ้นสุดโหมดอิสระและเพื่อรักษาขนาดของแรงดันโหลดให้อยู่ในช่วงความคลาดเคลื่อนที่กำหนดหลังจากจำลองวงจรข้างต้นเราจะได้รูปคลื่นเอาต์พุตดังที่แสดงด้านล่าง:

ความถี่ในการเปลี่ยนของตัวแปลงไปข้างหน้าอยู่ในช่วง 100 kHz ขึ้นไป