// บทที่ 15.19 · อิเล็กทรอนิกส์กำลัง · Switching Power Supply (SMPS)

แหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่ง (SMPS): Flyback Forward Bridge LLC PFC และมาตรฐานความปลอดภัย

โครงสร้างแหล่งจ่ายต่อไฟบ้าน EMI filter PFC ตระกูลวงจรแยกฉนวน ขั้นตอนออกแบบ flyback 7 ขั้น มาตรฐาน IEC 62368-1 และ CISPR 32

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 13 ต.ค. 2569

โครงสร้างแหล่งจ่ายต่อไฟบ้าน ตระกูลวงจรแยกฉนวน ขั้นตอนออกแบบ Flyback ความปลอดภัยและมาตรฐาน หัวข้อที่จะเพิ่ม

สรุปใน 30 วินาที

Flyback = buck-boost + หม้อแปลง: $\frac{N_s}{N_p}\frac{D}{1-D}$
Forward = buck + หม้อแปลง ต้อง reset แกน
เกิน ~75 W ต้องมี PFC
ทดลอง off-line ต้องมีหม้อแปลงแยกขดและ differential probe

โครงสร้างแหล่งจ่ายต่อไฟบ้าน (off-line)

AC 220 V → ฟิวส์/MOV → EMI filter (CM choke, X/Y cap) → บริดจ์ → [PFC boost ~400 V] → bulk C
        → DC-DC แยกฉนวน (flyback / forward / LLC) → rectifier + filter → Vout
                       ↑ ป้อนกลับผ่าน TL431 + optocoupler

PFC บังคับตามมาตรฐานฮาร์มอนิก (IEC 61000-3-2) เมื่อกำลังเกิน ~75 W

ตระกูลวงจรแยกฉนวน

วงจร	ได้มาจาก	$V_o/V_{in}$	กำลังเหมาะสม	ข้อสังเกต
Flyback	Buck-boost	$\dfrac{N_s}{N_p}\dfrac{D}{1-D}$	≤ 100–150 W	ชิ้นส่วนน้อย, หม้อแปลงเก็บพลังงาน (มี gap), leakage → ต้อง clamp/snubber
Forward	Buck	$\dfrac{N_s}{N_p}D$	100–500 W	ต้อง reset แกน, $D \le 0.5$ (ขด reset 1:1)
Push-pull	Buck ×2	$2\dfrac{N_s}{N_p}D$	แรงดันต่ำ กระแสสูง	ระวัง flux walking
Half/Full-bridge	Buck	$\dfrac{N_s}{N_p}D$ (HB: ×½)	300 W – หลาย kW	ใช้แกนเต็ม 2 ทิศ
LLC resonant	Bridge + tank	ขึ้นกับ $f_s/f_r$	100 W – หลาย kW	ZVS ฝั่งปฐม, ZCS ฝั่งทุติย, ประสิทธิภาพ 95%+

ขั้นตอนออกแบบ Flyback (CCM/DCM)

กำหนด $V_{in,min}$ (bulk ต่ำสุด), $V_o$ , $P_o$ , $f_s$ , $D_{max}$ ≈ 0.45
แรงดันสะท้อน $V_{OR} = \dfrac{N_p}{N_s}(V_o+V_F)$ เลือกให้ $V_{in,max}+V_{OR}+V_{spike} \lt$ 0.8 × $V_{DS,max}$
อัตราส่วนรอบ $n = N_p/N_s$ จาก $D_{max} = \dfrac{V_{OR}}{V_{OR}+V_{in,min}}$
$L_p$ จากโหมดที่ต้องการ (DCM: $L_p \le \dfrac{(V_{in,min}D_{max})^2}{2P_{in}f_s}$ )
เลือกแกน/ช่องอากาศ/จำนวนรอบ (เหมือน ออกแบบตัวเหนี่ยวนำ) + ฉนวนตามมาตรฐาน (creepage/clearance, ลวด triple-insulated)
Clamp RCD: $V_{clamp} \approx 1.5V_{OR}$ , $P = \tfrac12 L_{lk}I_{pk}^2f_s\dfrac{V_{clamp}}{V_{clamp}-V_{OR}}$
ลูปป้อนกลับ: current mode (UC384x หรือ IC รุ่นใหม่) + TL431/opto — ระวัง RHP zero ใน CCM flyback

ความปลอดภัยและมาตรฐาน

IEC 62368-1 (ความปลอดภัยอุปกรณ์ ICT/AV), ฉนวนแบบ reinforced ระหว่างปฐม-ทุติย
EMI: CISPR 32 (conducted 150 kHz–30 MHz, radiated)
กระแสรั่วผ่าน Y-cap จำกัด (สำคัญกับเครื่องมือแพทย์)
ทดลอง off-line ต้องใช้ isolation transformer + variac + differential probe — ดู แหล่งจ่ายทดสอบ

หัวข้อที่จะเพิ่ม (ระดับ ป.โท)

PFC แบบ totem-pole (GaN/SiC), LLC: First Harmonic Approximation และการออกแบบ tank, Active clamp flyback, Phase-shift full-bridge, DAB สำหรับ EV/ESS, synchronous rectification ฝั่งทุติยภูมิ

คำถามที่พบบ่อย

flyback เหมาะกับกำลังเท่าไร?

เหมาะประมาณไม่เกิน 100–150 W เพราะหม้อแปลงต้องเก็บพลังงานทั้งหมดในช่องอากาศและ leakage inductance สร้างแรงดันกระชากที่ต้องดูดซับ กำลังสูงกว่านี้นิยม forward, half/full-bridge หรือ LLC

อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ
อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์