ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า (50Hz หรือ 60Hz)
หลักการการทำงานและลักษณะโครงสร้าง
ตัวควบคุมความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับใช้สำหรับระบบไฟฟ้าที่มีความถี่ 50Hz (ความถี่ของไฟฟ้าในประเทศส่วนใหญ่ เช่น จีน) หรือ 60Hz (บางประเทศ เช่น สหรัฐอเมริกา) ตัวควบคุมประเภทนี้มักจะทำงานตามหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และได้แก่ตัวควบคุมแบบเหนี่ยวนำและการปรับเปลี่ยนวงจรแปลงแรงดันแบบออโต้ทรานซิสเตอร์ ตัวควบคุมแบบเหนี่ยวนำปรับแรงดันเอาต์พุตโดยการเปลี่ยนอัตราส่วนของจำนวนรอบของหม้อแปลง การปรับเปลี่ยนวงจรแปลงแรงดันแบบออโต้ทรานซิสเตอร์ใช้วิธีการเปลี่ยนแท็ปของวงจรแปลงแรงดันเพื่อทำการปรับแรงดัน
เนื่องจากออกแบบมาสำหรับความถี่ไฟฟ้าที่กำหนดไว้แล้ว ดังนั้นการออกแบบและพารามิเตอร์ของแกนกลาง ขดลวด และส่วนประกอบอื่น ๆ ภายในจะถูกปรับให้เหมาะสมกับคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่นั้น ๆ ตัวอย่างเช่น การเลือกวัสดุและขนาดของแกนกลางของหม้อแปลงความถี่ไฟฟ้าควรคำนึงถึงการสูญเสียจากการกลับทิศทางและความสูญเสียจากกระแสน้ำวนที่ 50Hz หรือ 60Hz เพื่อให้มั่นใจว่ามีการแปลงพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและแรงดันเอาต์พุตที่มั่นคง
ความสามารถในการปรับตัวและข้อจำกัดของความถี่
ตัวควบคุมความถี่ของไฟฟ้ามีความต้องการที่เข้มงวดมากเกี่ยวกับความถี่และสามารถทำงานได้ปกติเฉพาะในกรณีที่ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟใกล้เคียงกับความถี่ที่ออกแบบไว้ (50Hz หรือ 60Hz) หากความถี่ของแหล่งจ่ายไฟมีการเบี่ยงเบนอย่างมาก ความสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายในตัวควบคุมจะถูกทำลาย ทำให้ความสามารถในการปรับแรงดันลดลง ตัวอย่างเช่น เมื่อความถี่ของแหล่งจ่ายไฟเบี่ยงเบนไปเป็น 40Hz หรือ 70Hz ตัวควบคุมอาจไม่สามารถปรับแรงดันได้อย่างถูกต้องและอาจทำให้เกิดความร้อนสูง หรือเสียหายได้
ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่สูง (ช่วง kHz-MHz)
หลักการการทำงานและลักษณะโครงสร้าง
ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงใช้สำหรับอุปกรณ์เช่น แหล่งจ่ายไฟสวิตชิงความถี่สูง โดยความถี่การทำงานของตัวควบคุมเหล่านี้มักจะอยู่ในช่วงหลายพันเฮิรตซ์ถึงหลายเมกะเฮิรตซ์ ตัวควบคุมเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีแหล่งจ่ายไฟสวิตชิงเพื่อแปลงและปรับแรงดันผ่านการเปิด-ปิดอย่างรวดเร็วของทรานซิสเตอร์สวิตชิงความถี่สูง (เช่น MOSFET เป็นต้น) ตัวอย่างเช่น ในตัวควบคุมแหล่งจ่ายไฟสวิตชิงความถี่สูงที่พบทั่วไป ความถี่สวิตชิงอาจเป็น 100kHz และทรานซิสเตอร์สวิตชิงจะทำงานอย่างรวดเร็วที่ความถี่นี้ แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่เข้ามาจากแหล่งจ่ายไฟเป็นแรงดันไฟฟ้าแบบพัลส์ความถี่สูง แล้วแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มั่นคงผ่านหม้อแปลงความถี่สูง วงจรแปลงและกรอง
โครงสร้างวงจรของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงค่อนข้างซับซ้อน รวมถึงหม้อแปลงความถี่สูง วงจรขับทรานซิสเตอร์สวิตชิง และวงจรควบคุมป้อนกลับ หม้อแปลงความถี่สูงทำงานที่ความถี่สูงและมีขนาดเล็กกว่าหม้อแปลงความถี่ไฟฟ้าเนื่องจากคุณสมบัติการทำงานของแกนกลางที่ความถี่สูงทำให้สามารถใช้ขนาดแกนกลางที่เล็กกว่าเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเท่ากัน
ความสามารถในการปรับตัวและข้อจำกัดของความถี่
ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงมีความสามารถในการปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงของความถี่ในระดับหนึ่ง แต่ก็มีขอบเขตจำกัด ภายในช่วงความถี่ที่ออกแบบไว้ ตัวควบคุมสามารถปรับความถี่สวิตชิง อัตราส่วนการเปิด-ปิด และพารามิเตอร์อื่น ๆ เพื่อปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่เข้ามา ทำให้สามารถปรับแรงดันได้ อย่างไรก็ตาม หากความถี่อยู่นอกขอบเขตที่ออกแบบ เช่น ในตัวควบคุมที่ออกแบบให้ทำงานที่ความถี่ 100kHz ความถี่เพิ่มขึ้นเป็น 1MHz อย่างฉับพลัน อาจทำให้การสูญเสียจากการสวิตชิงของทรานซิสเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างมาก รบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และวงจรควบคุมไม่มั่นคง ทำให้ความสามารถในการปรับแรงดันลดลงและอุปกรณ์ทำงานไม่ปกติ
ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่กว้าง
หลักการการทำงานและลักษณะโครงสร้าง
ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่กว้างออกแบบมาเพื่อปรับแรงดันในช่วงความถี่ที่กว้าง ตัวควบคุมเหล่านี้มักใช้เทคโนโลยีผสมผสานระหว่างคุณสมบัติของตัวควบคุมความถี่ไฟฟ้าและตัวควบคุมความถี่สูง ตัวอย่างเช่น อาจใช้เทคโนโลยีแหล่งจ่ายไฟสวิตชิงความถี่แปรผัน และเพิ่มวงจรกรองและจับคู่สำหรับช่วงความถี่ที่แตกต่างกันที่ขั้วขาเข้าและออก ในช่วงความถี่ต่ำ อาจใช้หลักการคล้ายกับตัวควบคุมความถี่ไฟฟ้าเพื่อรักษาความมั่นคงของแรงดันพื้นฐาน ในช่วงความถี่สูง ตัวควบคุมจะพึ่งพาความสามารถในการปรับตัวอย่างรวดเร็วของแหล่งจ่ายไฟสวิตชิง
โครงสร้างวงจรภายในของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่กว้างค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นจำเป็นต้องพิจารณาและปรับปรุงคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าและวงจรในช่วงความถี่ที่แตกต่างกัน เช่น วงจรกรองต้องสามารถกรองสัญญาณรบกวนได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงความถี่กว้าง และวงจรควบคุมต้องสามารถปรับกลยุทธ์ในการปรับแรงดันได้อย่างถูกต้องตามความถี่ที่เข้ามา
ความสามารถในการปรับตัวและข้อจำกัดของความถี่
แม้ว่าตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่กว้างจะสามารถทำงานได้ในช่วงความถี่ที่กว้าง แต่ก็ไม่เหมาะกับทุกความถี่ โดยทั่วไป ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าความถี่กว้างสามารถครอบคลุมช่วงความถี่ตั้งแต่สิบเฮิรตซ์ถึงหลายแสนเฮิรตซ์ แต่อาจเผชิญกับปัญหาทางเทคนิคที่ความถี่ต่ำมาก (เช่น ต่ำกว่าสิบเฮิรตซ์) และความถี่สูงมาก (เช่น มากกว่าสิบเมกะเฮิรตซ์) ที่ความถี่ต่ำมาก อาจมีปัญหาที่คล้ายกับตัวควบคุมความถี่ไฟฟ้า เช่น ความแม่นยำในการปรับแรงดันลดลง ที่ความถี่สูงมาก อาจเผชิญกับปัญหาเช่น ข้อจำกัดของประสิทธิภาพของส่วนประกอบความถี่สูงและปัญหาความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า