ลองชุดจ่ายไฟแบบไม่ง้อหม้อแปลง

หากจะสร้างวงจรจ่ายไฟตรงขนาดเล็กสักชุดหนึ่ง เพื่อต้องการประหยัดงบประมาณและลดขนาดโครงงานลงให้เหมาะสมที่สุด แต่ท่านคงพบปัญหาน่ารำคาญที่หลีกเหลี่ยงยาก คือ หม้อแปลงไฟฟ้า ไม่สามารถหาแบบราคาถูกและขนาดเล็กได้ เช่น ผมต้องการสร้างวงจรจ่ายไฟตรงขนาด 12V 0.1A ควรใช้หม้อแปลงขนาด 0.1A-0.2A แต่เมื่อไปดูที่ร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พบว่า มีขนาดเล็กสุด คือ 0.5A โดยมีราคาแพงประมาณ 50-55บาท ตั้งงบประมาณไว้แค่ 60 บาท แบบนี้คงเกินงบแน่ แถมยังมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก ดูไม่เหมาะสมเลยครับ


หาอุปกรณ์แทนหม้อแปลง

หม้อแปลง ทำหน้าที่ลดไฟจากไฟบ้าน 220V 50Hz ลงเหลือตามต้องการ เช่น ลดไฟลงเหลือ 12V เพื่อใช้ประกอบในวงจรจ่ายไฟตรง 12V เป็นต้น


ตัวต้านทานลดไฟบ้านได้ด้วย

นอกจากการใช้หม้อแปลงลดไฟบ้านให้ต่ำลงแล้ว เรายังสามารถใช้ตัวต้านทานลดไฟบ้านได้อีกด้วย ผมก็ชอบใช้ตัวต้านทานลดไฟบ้านให้ต่ำลงเพื่อจ่ายไฟให้กับหลอด LED ขนาดเล็กๆ ได้ ตามภาพที่ 1 จะเห็นว่า อุปกรณ์ ชิ้น ก็สามารถแสดงผลไฟบ้านได้แล้ว สะดวกและประหยัดดี(งบประมาณ ไม่เกิน บาท)


ภาพ  ต่อหลอด LED กับไฟบ้าน


โดย R1 ทำหน้าลดไฟบ้านลงเหลือประมาณ 1.8V 15mA เพื่อจ่ายไฟให้หลอด LED1 สว่างได้(พอประมาณส่วน D1 ทำหน้าที่ป้องกันไฟลบไม่ให้ไหลผ่าน LED1 ได้ ถึงแม้ว่า LED1


##ลองคิดวงจรจ่ายไฟตรงด้วยต้วต้านทานกัน

หากท่านต้องการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้แรงดันและกระแสต่างไปจากนี้ ก็สามารถหาค่าตัวต้านทานและอุปกรณ์อื่นๆ ได้ไม่ยากครับ




ภาพ  วงจรจ่ายไฟตรง(เรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น12V 0.03A


เราลองมาคิดสร้างวงจรจ่ายไฟตรง ขนาด 12V 0.03A กันดีกว่า ตามภาพที่ 2 โดยใช้ตัวต้านทานแทนหม้อแปลงได้ การทำงานของวงจรนี้ ก็ไม่มีอะไรมาก

เริ่มต้น จากไฟบ้านไหลผ่าน R1 ทำให้ไฟลดลงเหลือประมาณ 12V จากนั้นไฟก็ไหลผ่าน D1 ทำให้ไฟถูกเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น จากไฟกระแสสลับเป็นไฟกระแสตรง แล้วไฟกระแสตรงที่ได้ก็ไหลผ่านต่อมายัง C1 ทำให้ไฟเรียบขึ้น ในขณะเดียวกันมี ZD1 ที่ต่อขนานกับ C1 ช่วยรักษาระดับแรงดันให้มีค่า 12V คงที่ด้วยครับ

##หาค่า R1 กันหน่อยนะ

ลำดับต่อไปเราลองหาค่า R1 กัน แม้ว่าหลายท่านเบื่อคำนวณ แต่ผมคิดว่า รู้ไว้ก็มีประโยชน์นะครับ เพราะนอกจากค่าแรงดันออก 12V (Vo) ตามตัวอย่างแล้ว ยังสามารถกำหนดให้จ่ายแรงดันค่าอื่นๆ ได้อีกด้วยครับ จากวงจรตามภาพที่ 2 สามารถหาค่า R1 ได้ดังนี้

R1 = (154V – Vo) / ( I x 1.414)

กำหนดให้ Vo = 12V , I = 0.03A

แทนค่า

R1 = (154V – 12V) / (0.03A x 1.4)

= 142V / 0.042A

= 3,380W

แต่ค่านี้ไม่มีขาย ผมจึงเลือกค่า 3.3K แทนครับ

สำหรับขนาดของ R1 กี่วัตต์ดีนั้น ควรเลือกขนาดมากกว่ากำลังไฟฟ้าที่ไหลผ่าน R1 ประมาณ เท่าขึ้นไป (แต่ขนาดใหญ่เกินไปก็ไม่เหมาะสมนักดังนี้

PR1 = [(154V – Vo) x I] x 2

(คือ เรานำ 154V บวกกับ Vo ก่อนแล้วนำค่าที่ได้มาคูณ จากนั้นก็นำค่าที่ได้มาคูณกับ ก็จะได้ค่ากำลังวัตต์ของ R1 คงไม่งงนะครับ)

แทนค่า

PR1 = [(154V – 12V) x 0.03A] x 2

= (142V x 0.03A) x 2

= 8.5W

แต่ตัวต้านทานขนาดนี้ไม่มีขาย ผมจึงเลือกขนาด 10W แทนครับ

##ใช้ตัวต้านทานก็มีจุดอ่อน

แม้ว่าเราใช้ตัวต้านทานแทนหม้อแปลงได้ดีระดับหนึ่ง แต่จากที่ลองคำนวณหาค่า R1 ก็จะเห็นค่าเมื่อเรากำหนดกระแสใช้งานสูงขึ้น ย่อมต้องใช้ขนาด R1 ใหญ่ขึ้นด้วย และมีผลเรื่องความร้อนสูงขึ้นด้วยครับ ดังนั้นการใช้ตัวต้านทานแทนหม้อแปลงจึงเหมาะสำหรับวงจรจ่ายไฟตรงที่จ่ายแรงดันและกระแสต่ำๆ ครับ


ลองใช้ตัวเก็บประจุแทนหม้อแปลงดีกว่า

จากจุดอ่อนของตัวต้านทานที่ใช้แทนหม้อแปลงนั้น เรามาคิดหาทางแก้ปัญหากันดีกว่า อุปกรณ์อะไรอีกบ้างที่ช่วยลดไฟบ้านได้ดี ตอนแรกๆ ก็งงพอสมควรครับ แต่เมื่อดูคุณสมบัติของไฟบ้านนอกจากจะมีแรงดันประมาณ 220V แล้ว ยังเป็นไฟกระแสสลับที่มีความถี่ 50Hz ด้วย แล้วจะมีอุปกรณ์อะไรหนอที่ทำงานได้ดีเมื่อใช้กับไฟบ้านแบบนี้ครับ

คงหาคำตอบไม่ยาก อุปกรณ์ตัวนั้นก็คือ “ตัวเก็บประจุ” ไง โดยไฟกระแสสลับจะไหลผ่านตัวเก็บประจุได้มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับค่าความจุของตัวเก็บประจุตัวนั้น เมื่อมีค่าความจุสูงย่อมทำให้ไฟกระแสสลับไหลผ่านได้มาก แต่ในทางกลับกันหากมีค่าความจุต่ำก็จะทำให้ไฟกระแสสลับไหลผ่านได้น้อยครับ

ดังนั้น หากเราเลือกตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุเหมาะสม ก็จะสามารถลดไฟบ้านลงตามต้องการได้ครับ

##วงจรจ่ายไฟตรง

เราลองมาคิดวงจรจ่ายไฟตรง โดยใช้ตัวเก็บประจุแทนหม้อแปลงกันบ้างนะครับ ตามภาพที่ 3 เป็นวงจรจ่ายไฟตรงขนาด 12V 0.05A ซึ่งมีการทำงานไม่ซับซ้อนเท่าไหร่นัก

เริ่มต้นจากไฟบ้านไหลผ่าน R1 เพื่อลดความกระชากของไฟบ้าน จากนั้นไฟบ้านก็จะไหลผ่าน C1 ทำให้ไฟลดลงจาก 220V เหลือประมาณ 12V ส่วน R2 ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ C1 ด้วย ลำดับต่อมาไฟก็ไหลผ่านชุดเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น ซึ่งประกอบไดโอด D1 และ D2 ทำให้จากไฟกระแสสลับกลายเป็นไฟกระแสตรงได้ แล้วไฟกระแสตรงไหลผ่าน C1 ทำให้ไฟเรียบขึ้น และมี ZD1 ทำหน้าที่รักษาแรงดัน 12V คงที่ครับ

สำหรับวงจรจ่ายไฟตรงชุดนี้ เราสามารถปรับให้จ่ายแรงดันออกมาได้ตามต้องการ โดยเปลี่ยนค่า C1 ให้เหมาะสม ซึ่งหากท่านลองใส่ค่าความจุไปเรื่อยๆ คงไม่สะดวกแน่ เราลองมาดูวิธีคำนวณค่า C1 แบบง่ายๆ เพื่อเป็นแนวทางในการเลือกค่าความจุให้เหมาะสมครับ


ภาพ  วงจรจ่ายไฟตรง 12V 0.05A


ก่อนอื่นควรทำความเข้าใจพื้นฐานตัวเก็บประจุกัน โดยมีค่าทางไฟฟ้าที่น่าสนใจ อย่าง คือ

[[**]] ค่าความจุ (สิ่งที่เราต้องการปกติมีหน่วยเป็น m(ไมโครฟารัดแทนค่าว่า C

[[**]] ค่าความต้านทานแฝงทางไฟฟ้า หรือมีชื่อเรียกทางวิชาการว่า คาปาซีตีฟ รีแอคแตนซ์ (Capacitive reactance) หรือเรียกสั้นๆ ว่า Xc

เมื่อใช้ในความถี่ไฟบ้าน (50Hz) เราสามารถหาความสัมพันธ์ทางไฟฟ้าได้ดังนี้

Xc = 1/(314 x C)

หรือแปลงสูตรใหม่เป็น

C = (1/Xc) / 314 ________(ก.)

ดังนั้น เราต้องทราบค่า Xc ก่อนจึงจะหาค่า ได้ครับ

เรากลับมาดูวงจรตามภาพที่ 3 อีกครั้ง เราสามารถหาค่า Xc ได้ดังนี้

Xc = [(220V – Vo) / 2] / I

ลองแทนค่า

Xc = [(220V – 12V) / 2] / 0.05A

(เริ่มด้วย 220V – 12V ก่อน แล้วนำ มาหาร จากนั้นนำ 0.05A มาหารอีกครั้ง ก็จะได้ค่า Xc ครับ)

= (208V / 2) / 0.05A

= 104V / 0.05A

= 2,080 ohms

นำค่า Xc ในสูตร (.)

C = (1 / 2080 ) / 314

= 1.5uF

ดังนั้น จึงใช้ค่า C1 เท่ากับ 1.5uF 400V แบบไม่มีขั้วครับ