Power Management
Power management allows for improved management of energy expenditures, increased safety and environmental effect mitigation.
It provides a highly integrated, high-performance architecture for a broad range of application categories, such as storage computing, networking, telecommunications, automotive, and consumer electronics. Today's systems require power supply design to be integrated with the system design in order to maintain high efficiency.
Power management ICs (PMIC) are employed for voltage conversion, voltage regulation and battery management. They are essentially a system-in-a-package solution. A single PMIC can manage multiple external power sources, supply power to multiple loads, and shield against unsupported overvoltage & under-voltage conditions, over-currents, and thermal faults. Less power consumption under varied load circumstances, less space, excellent dependability and a wide input voltage are some of the major needs of today's power management systems. In a wide range of applications, these criteria are driving the demand for highly efficient, wide VIN, low quiescent current (IQ) switching regulators.
อัปเดตข่าวสาร
ติดตามทุกข้อมูลข่าวสารล่าสุดและข้อเสนอสุดพิเศษ!
สมัครเลย
ขอบคุณสำหรับการสมัคร
เรียบร้อย! ตอนนี้คุณได้เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มพิเศษที่จะได้รับข้อมูลล่าสุดเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ เทคโนโลยี และแอปพลิเคชันส่งตรงถึงกล่องข้อความของคุณ
Building blocks of Power Management & Power Supply Design
Roll over the icon titles below for more information
Surge Protectors
Transformers
Test & Measurement
Power Supplies
Connectors-cables
Power Management
Battery management solutions
แหล่งจ่ายไฟ
แหล่งจ่ายไฟเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่จ่ายไฟไปยังโหลด ซึ่งหมายถึงการผลิตและการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับใช้งานระบบอิเล็กทรอนิกส์ คุณสมบัติการทำงานหลักขอ งแหล่งจ่ายไฟคือการแปลงกระแสไฟฟ้าจากแหล่งต้นทางไปเป็นแรงดัน กระแส และความถี่ไฟฟ้าที่ถูกต้องเพื่อจ่ายไปยังโหลด แหล่งจ่ายไฟอาจประกอบไปด้วยชิ้นส่วน IC ต่าง ๆ เช่น สวิตช์ชิ่งเร็กกูเลเตอร์, ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบเชิงเส้น, ตัวแปลงแรงดันคาปาซิเตอร์แบบสลับ, ตัวแปลง DC-DC, โซลูชัน AC เป็น DC, IC การจัดการพลังงานแบบ PMIC, การจัดการแบตเตอรี่, การจ่ายไฟผ่านสายอีเทอร์เน็ต (PoE) และอุปกรณ์อ้างอิงแรงดัน
แหล่งจ่ายไฟบางรุ่นมาในแบบสแตนด์อโลน ขณะที่บางรุ่นจะอยู่ภายในอุปกรณ์โหลดที่จ่ายไฟให้ แหล่งจ่ายไฟจะต้องมีความเสถียรสูงและมีการป้องกันเพื่อความปลอดภัย โดยมีการนำไปใช้งานในผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภท ตั้งแต่เครื่องใช้ไฟฟ้าไปจนถึงเครื่องมือในอุตสาหกรรม กำลังไฟตั้งแต่มิลลิวัตต์ถึงเมกะวัตต์ และใช้ในเครื่องมือพกพาไปจนถึงการสื่อสารผ่านดาวเทียม แหล่งจ่ายไฟทางอุตสาหกรรมมีกำลังไฟตั้งแต่ไม่กี่วัตต์ไปจนถึงหลายกิโลวัตต์ และสามารถผลิตให้ตรงตามเกณฑ์ที่ซับซ้อนได้ เช่น ระบบการพาความร้อน/ไม่มีพัดลม การเพิ่มความทนทาน การเคลือบฉนวน หรือระดับ IP สำหรับสภาพแวดล้อมรุนแรง
แหล่งจ่ายไฟสามารถจำกัดกระแสไฟที่มาจากโหลดให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยและปิดกระแสไฟเมื่อเกิดการขัดข้องทางไฟฟ้าได้ แหล่งจ่ายไฟยังสามารถปรับสภาพไฟฟ้าเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนไฟฟ้าหรือไฟกระชากที่อินพุตไม่ให้ไปถึงโหลดได้ ทั้งยังปรับแก้พาวเวอร์แฟกเตอร์และกักเก็บพลังงานเพื่อจ่ายไฟให้โหลดอย่างต่อเนื่องในกรณีที่แหล่งพลังงานเกิดการขัดข้องชั่วคราว เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายอย่างต้องใช้ระดับแรงดันไฟ DC ที่แตกต่างกัน นักออกแบบจึงต้องคิดค้นวิธีแปลงกำลังไฟจากแหล่งพลังงานดั้งเดิมให้เป็นแรงดันไฟฟ้าที่โหลดกำหนดไว้ได้ การแปลงแรงดันไฟฟ้าต้องมีความยืดหยุ่น ทรงประสิทธิภาพ และน่าเชื่อถือ
แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์มักถูกนำมาใช้งานในการจ่ายไฟฟ้าเอาต์พุต DC ระดับต่าง ๆ ตามข้อกำหนดในการใช้งานปัจจุบัน และยังเป็นส่วนสำคัญในการสร้างระบบแปลงไฟฟ้า DC-DC ที่ทรงประสิทธิภาพสูงและน่าเชื่อถือ แหล่งจ่ายไฟชนิดที่ได้รับความนิยมมากที่สุดมีทั้งแบบบั๊ก บูสต์ บั๊ก-บูสต์ อินเวอร์ติ้ง และรางแยก เป็นต้น
เทคโนโลยีการจ่ายไฟเลี้ยงผ่านสายอีเทอร์เน็ตเป็นเทคโนโลยีที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลาย ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเครือข่าย เช่น โทรศัพท์ IP, อุปกรณ์กระจายสัญญาณ LAN แบบไร้สาย, กล้องวงจรปิด และเทอร์มินัลอื่น ๆ ที่ใช้ IP ได้รับพลังงานควบคู่ไปกับข้อมูลจากโครงสร้างอีเทอร์เน็ตพื้นฐาน CAT-5 ที่ใช้งานอยู่ โดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟแยกต่างหากเพิ่มเติม จึงช่วยลดความซับซ้อนและความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการผลิตไฟฟ้า AC มาตรฐาน PoE ที่ปรับปรุงใหม่ล่าสุดคือ มาตรฐาน IEEE 802.3at ซึ่งมักรู้จักกันในชื่อ PoE+ อุปกรณ์เหล่านี้จ่ายไฟเอาต์พุตได้สูงสุด 30 วัตต์ต่อพอร์ต
การชาร์จแบบไร้สายช่วยให้ไม่ต้องใช้สายเคเบิลเพื่อชาร์จโทรศัพท์มือถือ เครื่องใช้ไฟฟ้าไร้สาย และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่อื่น ๆ ระบบชาร์จแบบไร้สายประกอบไปด้วยทรานสมิตเตอร์และชุดชิปตัวรับที่สามารถปรับให้ตรงตามความต้องการในการใช้งานที่หลากหลายได้ และสอดคล้องกับมาตรฐานหลักของการชาร์จแบบไร้สาย ซึ่งรวมถึงมาตรฐาน Wireless Power Consortium's Qi (WPC) แบตเตอรี่ในอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่สามารถชาร์จโดยใช้ที่ชาร์จแบบไร้สายได้ โดยเพียงแค่วางอุปกรณ์ไว้ใกล้กับทรานสมิตเตอร์จ่ายไฟแบบไร้สายหรือแท่นชาร์จที่ผ่านการรับรอง กฎของฟาราเดย์เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่รู้จักกันดีเป็นแนวคิดพื้นฐานที่ใช้ในเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย
AC – DC
พลังงานไฟฟ้าอินพุตอาจเป็นกระแสสลับ (AC) หรือกระแสตรง (DC) กระแสไฟ AC จะเปลี่ยนทิศทางอยู่เป็นระยะ ๆ ขณะที่กระแสไฟ DC จะเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียวกันอย่างคงที่ DC เป็นกระแสไฟที่นิยมใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวแปลง AC เป็น DC เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ไฟฟ้า เนื่องจากมีการนำไปใช้งานจริงหลากหลายรูปแบบที่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นแบบ AC (คลื่นไซน์ 50Hz/60Hz) ที่ต้องแปลงไฟเป็นเอาต์พุตแบบ DC
ตัวแปลง AC-DC อาจมีเอาต์พุตได้หลายช่องและคุณสมบัติต่าง ๆ เช่น ป้องกันกระแสเกิน แรงดันเกิน และไฟฟ้าลัดวงจร ในการแปลง AC ที่ได้รับเป็น DC เพียงอย่างเดียว ตัวแปลง AC เป็น DC โดยทั่วไปจะต้องใช้ 4 ขั้นตอนหลัก ได้แก่ ลดระดับแรงดันที่จ่ายมา แปลงคลื่นแบบไซน์ ทำให้คลื่นนิ่งไม่กระเพื่อม และควบคุมแรงดันให้สร้าง DC เอาต์พุตในขั้นสุดท้าย
กระบวนการแปลงกระแสสลับไปเป็นกระแสตรงมีชื่อเรียกว่าการเรียงกระแส วงจรเรียงกระแสสร้างขึ้นจากอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวโดยเฉพาะ เช่น ไดโอด ไทริสเตอร์เป็นวงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์ที่ล้ำหน้าที่สุด วงจรเรียงกระแสแบ่งหมวดหมู่ตามปัจจัยต่าง ๆ เช่น ประเภทการจ่ายไฟ การกำหนดค่าบริดจ์ และชิ้นส่วนที่ใช้ โดยสามารถแบ่งประเภทได้เป็นแบบเฟสเดี่ยวและสามเฟสตามจำนวนไดโอดที่ใช้ หรืออาจแบ่งเป็นวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น เต็มคลื่น หรือแบบบริดจ์ และประเภทควบคุมได้หรือควบคุมไม่ได้ วงจรเรียงกระแสแบบควบคุมไม่ได้จะจ่ายแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุต DC ในอัตราคงที่เมื่อได้รับกระแส AC ตามที่กำหนด วงจรเรียงกระแสแบบควบคุมได้จะใช้ไทริสเตอร์และไดโอด ซึ่งทำให้ปรับแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุต DC ที่จ่ายออกได้โดยควบคุมเฟสที่เปิดอุปกรณ์
การแปลง AC เป็น DC ทำได้โดยใช้โทโพโลยีแบบเชิงเส้นหรือสวิตช์ชิ่ง ตัวแปลง AC-DC แบบเชิงเส้นใช้งานง่ายและราคาไม่สูง แต่ก็มีขนาดเทอะทะและประสิทธิภาพไม่เพียงพอ พลังงานส่วนเกินจะแปลงเป็นความร้อน ซ ึ่งอาจไม่เหมาะสำหรับการใช้งานบางประเภทที่ไวต่ออุณหภูมิ แต่ก็มีข้อดีตรงที่สร้างสัญญาณรบกวนน้อย ตัวแปลง AC-DC แบบสวิตช์ชิ่งใช้เทคนิคการแปลงพลังงานโหมดสวิตช์ จึงมีความซับซ้อนกว่าแบบเชิงเส้น เหตุผลทั่วไปที่ต้องใช้โทโพโลยีที่ซับซ้อนกว่าก็เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน ลดสัญญาณรบกวน หรือใช้งานในการควบคุมไฟฟ้ากำลังสูงขึ้น
ตัวแปลง AC/DC มักจะต้องมีประสิทธิภาพในการสวิตช์ที่เยี่ยมยอดเพื่อใช้พลังงานอย่างให้ได้ประสิทธิภาพสูง ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้เทคนิคและเทคโนโลยีล้ำสมัยต่าง ๆ เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) หรือ MOSFET ตัวแปลงแบบสวิตช์ชิ่งบางแบบจะมีการปรับแก้พาวเวอร์แฟกเตอร์แบบแอ็คทีฟหรือพาสซีฟเพื่อลดการเบี่ยงเบนและเพิ่มพาวเวอร์แฟกเตอร์ด้วย สวิตช์ชิ่งเร็กกูเลเตอร์จะสับเปลี่ยนระหว่างสถานะเปิดและปิดเต็มพิกัดได้ค่อนข้างรวดเร็ว จึงช่วยลดการสูญเสียพลังงาน ตัวแปลงแบบสวิตช์ชิ่งมีประสิทธิภาพมากกว่า ขนาดเล็กกว่า และน้ำหนักเบากว่าตัวแปลงแบบเชิงเส้น แต่ก็มีความซับซ้อนมากกว่า หากไม่มีการควบคุมที่ดีเพียงพอ ตัวแปลงก็อาจก่อให้เกิดปัญหาสัญญาณรบกวนไฟฟ้า และการออกแบบที่เรียบง่ายเกินไปก็อาจทำให้มีพาวเวอร์แฟกเตอร์ต่ำ
แหล่งจ่ายไฟตัวแปลง AC-DC วางจำหน่ายในหลากหลายประเภทบรรจุภัณฑ์ โดยอาจเป็นประเภทหุ้มปิดหรือแบบเปลือยโครง ทั้งยังมีตัวเลือกต่าง ๆ เช่น แบบยึดติดกับ PCB, ยึดติดกับชั้นวาง, ราง DIN, ใช้ภายนอก เป็นต้น และยังมีให้เลือกสรรตามกำลังไฟสูงสุด หรือการควบคุมกระแสไฟคงที่อย่างง่าย
DC – DC
ตัวแปลง DC-DC เป็นแหล่งจ่ายไฟที่แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ไปเป็นแรงดันไฟฟ้า DC หลากหลายระดับ ตัวแปลงนี้เป็นชิ้นส่วนสำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกแบบที่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าในระดับต่าง ๆ เพื่อจ่ายไฟให้ชิ้นส่วนที่แตกต่างกันในวงจร ไฟอินพุตที่จ่ายไปยังตัวแปลง DC-DC จะเป็นแรงดันไฟฟ้า DC ที่ไม่มีการควบคุม ซึ่งจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุต DC ที่มีการควบคุม
โดยจะทำงานภายในพารามิเตอร์ DC ที่กำหนด เช่น ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุต ช่วงแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุต และกระแสเอาต์พุตสูงสุดที่จำเป็นต่อการใช้งานบางประเภท ประสิทธิภาพ การกระเพื่อมของกระแสเอาต์พุต การควบคุมโหลด การตอบสนองต่อไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ อัตราอุณหภูมิ ขนาด และน้ำหนักเป็นลักษณะประสิทธิภาพเพิ่มเติมบางส่วนที่ควรพิจารณา องค์ประกอบสำคัญอีกข้อหนึ่งที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและสัญญาณรบกวนก็คือความถี่การสวิตช์ ความถี่การสวิตช์ที่สูงจะทำให้องค์ประกอบภายนอกมีขนาดเล็กลง กระแสไฟสูงสุดที่ต่ำลง และสูญเสีย I2R น้อยลง แต่ก็จะเพิ่มการสูญเสียที่แกน กระแสไฟที่เกตชาร์จ และการสูญเสียในการสวิตช์
ตัวแปลง DC-DC แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ แบบเชิงเส้นและแบบสวิตช์ เมื่อตัวแปลง DC/DC เชิงเส้นสร้างและควบคุมแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตปริมาณหนึ่งผ่านการลดแรงดันต้านทาน โหมดสวิตช์จะแปลงแรงดันนั้นโดยกักเก็บพลังงานอินพุตเป็นระยะ ๆ แล้วปล่อยไปยังเอาต์พุตในระดับแรงดันที่ต่างกัน การกักเก็บอาจอยู่ในชิ้นส่วนสนามแม่เหล็ก (ตัวเหนี่ยวนำ, หม้อแปลงไฟฟ้า) หรือชิ้นส่วนสนามไฟฟ้า (คาปาซิเตอร์) วิธีการแปลงนี้สามารถเพิ่มหรือลดระดับแรงดันไฟฟ้าได้ เร็กกูเลเตอร์เชิงเส้นสร้างสัญญาณรบกวนน้อยกว่าและมีแบนด์วิดท์สูงกว่า
DC-DC โหมดสวิตช์ยังสามารถแบ่งออกได้เป็นตัวแปลงแบบแยกและไม่แยก ตัวแปลงแบบแยกจะมีแบริเออร์แยกอินพุตไปยังเอาต์พุตพร้อมใช้หม้อแปลงไฟฟ้าและออปโตคัปเปลอร์ช่วย ทำให้แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตเป็นแบบลอยและใช้เป็นได้ทั้งขั้วบวกและขั้วลบตามระบบ 0V ตัวแปลงแบบแยกมีประโยชน์ในการแยกกราวด์ลูป จึงทำให้สามารถแยกชิ้นส่วนวงจรที่ไวต่อสัญญาณรบกวนออกไปได้ ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยเป็นเหตุผลโดยทั่วไปที่ทำให้เลือกใช้ตัวแปลงไฟ DC-DC แบบแยก เนื่องจากจะแยกเอาต์พุตออกจากแรงดันไฟฟ้าอันตรายในอินพุต ทั้งยังป้องกันไม่ให้ไฟฟ้าช็อตหรือลัดวงจร ตัวแปลง DC/DC แบบแยกมักติดตั้งในการใช้งานที่มีความเร็วสูงและใช้พลังงานเยอะ
เมื่อแรงดันมีการเปลี่ยนแปลงน้อย ก็มักจะเลือกใช้ตัวแปลงแบบไม่แยก ในวงจรนี้ เทอร์มินัลอินพุตและเอาต์พุตจะใช้กราวด์ร่วมกัน ลูปป้อนกลับแบบปิดจะใช้เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตค งที่ที่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตและโหลดเอาต์พุตที่หลากหลาย
ตัวแปลง DC/DC สวิตช์ชิ่งหรือที่เรียกกันว่าเร็กกูเลเตอร์ เป็นวงจรที่ถ่ายโอนพลังงานจากอินพุตไปยังเอาต์พุตโดยใช้พาวเวอร์สวิตช์ ตัวเหนี่ยวนำ ไดโอด และคาปาซิเตอร์ ซึ่งสามารถใช้ร่วมกันได้หลายวิธีเพื่อให้กลายเป็นประเภทบั๊ก บูสต์ หรือบั๊ก-บูสต์ ตัวแปลงแบบบั๊กสร้างแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตได้ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต และมีชื่อเรียกว่าตัวแปลง “ลดแรงดัน” โทโพโลยีตัวแปลงแบบบูสต์สร้างแรงดันไฟฟ้าได้สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต และมีชื่อเรียกว่าตัวแปลง “เพิ่มแรงดัน” ตัวแปลงแบบบั๊ก-บูสต์เป็นการรวมวงจรแบบบั๊กและบูสต์เข้าด้วยกัน แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตจากตัวแปลงจึงอาจสูงหรือต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต
ตัวแปลงแบบสวิตช์ชิ่งที่มีกำลังไฟต่ำและสูงสามารถนำไปใช้งานได้หลากหลายด้าน รวมถึงในแหล่งจ่ายไฟ ระบบกักเก็บพลังงาน ระบบส่งพลังงาน ยานพาหนะไฟฟ้า ระบบขับเคลื่อนเรือและรถไฟ การใช้พลังงานหมุนเวียน และไดรฟ์มอเตอร์ DC
การชาร์จ
พลังงานไฟฟ้าที่มาจากกริดจะเป็นกระแสสลับ (AC) เสมอ เมื่อชาร์จอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพา (เช่น โทรศัพท์มือถือและรถยนต์ไฟฟ้า) กระแสไฟจะถูกแปลงจาก AC ไปเป็นกระแสตรง (DC) ระบบชาร์จเป็นอุปกรณ์ที่ถ่ายโอนพลังงานจากเครือข่ายจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่พร้อมความถี่คงที่ไปเป็นกระแสตรงเพื่อชาร์จแบตเตอรี่และขับเคลื่อนระบบไฟฟ้าต่าง ๆ เมื่อเชื่อมต่อ
ในระบบที่ใช้แบตเตอรี่ คุณภาพของวงจรการชาร์จส่งผลสำคัญต่ออายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่ เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ที่ดีต้องช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ และคอยติดตามกระบวนการชาร์จ เมื่อเกิดปัญหาในการแปลงไฟแบบพกพา จะต้องมีการใช้โซลูชันการจัดการแบตเตอรี่หลากหลายรูปแบบที่รองรับสารเคมีในแบตเตอรี่หลายตัว ตัวควบคุมการจัดการการชาร์จแบตเตอรี่เป็นระบบควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง ราคาถูก และเชื่อถือได้ ซึ่งต้องใช้ชิ้นส่วนภายนอกเพียงเล็กน้อย ทำให้มีลักษณะที่ดูดีกว่าในราคาที่ต่ำกว่าและขนาดที่เล็กกว่า
การใช้งานแบบพกพาจำเป็นต้องใช้ประสิทธิภาพการแปลงไฟในระดับสูงและการสิ้นเปลืองกำลังไฟระหว่างสแตนด์บายในระดับต่ำเพื่อรักษาอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ เพื่อรักษากำลังไฟให้อยู่ในระดับคงที่เมื่อแบตเตอรี่หมด ชุดแบตเตอรี่หลายเซลล์อาจต้องใช้การแปลงแบบลดแรงดัน (บั๊ก) ขณะที่แบตเตอรี่เซลล์เดียวอาจต้องใช้การแปลงแบบเพิ่มแรงดัน (บูสต์) การชาร์จแบตเตอรี่ต้องใช้กระแสไฟคงที่และการควบคุมแรงดัน อุปกรณ์ชาร์จแบตเตอรี่เหล่านี้มีฟีเจอร์ต่าง ๆ เช่น การปรับสภาพแบตเตอรี่ล่วงหน้า กระแสการชาร์จที่ตั้งโปรแกรมได้ เกณฑ์การสิ้นสุดการชาร์จ และตัวจับเวลาที่ผ่านไป ทั้งยังช่วยเพิ่มความจุเชื้อเพลิงสูงสุดและลดเวลาการชาร์จให้เหลือน้อยที่สุด พร้อมรักษาอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ด้วยวงจรขนาดเล็กที่ใช้ชิ้นส่วนน้อยซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานแบบพกพา
การชาร์จสามารถทำได้โดยการชาร์จแบบนำไฟฟ้า/ใช้สาย การชาร์จแบบเหนี่ยวนำไฟฟ้า/ไร้สาย หรือการเปลี่ยนแบตเตอรี่ (การสับเปลี่ยน) ระบบชาร์จที่ใช้เทคนิคนำไฟฟ้า/ใช้สายมีการเชื่อมต่อแบบสัมผัสโดยตรงระหว่างคอนเนคเตอร์และช่องชาร์จ ช่องเสียบไฟหรือแท่นชาร์จตามปกติจะสามารถจ่ายไฟฟ้าทางสายไฟได้ การชาร์จแบบนำไฟฟ้าเป็นที่นิยมเพราะมีราคาถูกกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า
การชาร์จแบบเหนี่ยวนำไฟฟ้า/ไร้สายใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อส่งพลังงานระหว่างวัตถุ 2 ชิ้น ซึ่งมักจะต้องใช้แท่นชาร์จช่วย พลังงานจะถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าผ่านคัปปลิ้งเหนี่ยวนำไฟฟ้า ซึ่งจะสามารถใช้พลังงานนั้นไปชาร์จแบตเตอรี่หรือจ่ายไฟให้อุปกรณ์ต่อได้ เครื่องชาร์จแบบเหนี่ยวนำไฟฟ้าใช้คอยล์เหนี่ยวนำภายในฐานชาร์จเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ และคอยล์เหนี่ยวนำตัวที่สองในอุปกรณ์พกพาจะแปลงพลังงานไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากลับไปเป็นกระแสไฟฟ้าเพื่อชาร์จแบตเตอรี่
ยานพาหนะไฟฟ้า (EV) ใช้ก้อนแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ โดยประกอบไปด้วยแบตเตอรี่หลายก้อนที่เชื่อมต่อกัน ชุดแบตเตอรี่เป็นชุดแบตเตอรี่แยกหลายก้อนที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งเชื้อเพลิงหลักของยานพาหนะ เครื่องชาร์จ EV จะแยกความแตกต่างกันที่ความเร็วในการชาร์จแบตเตอรี่ EV การใช้งานแบตเตอรี่เหล่านี้ให้ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากที่สุดต้องใช้ BMS ซึ่งมีระบบติดตามแบตเตอรี่และกักเก็บพลังงานสำหรับการควบคุม ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเซลล์แบตเตอรี่จะยังคงทำงานได้ดีและจ่ายไฟให้ระบบของยานพาหนะ โดยมาพร้อมคอนเนคเตอร์เครื่องชาร์จแรงดันสูงที่เชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ในยานพาหนะ
คอนเนคเตอร์การชาร์จ, โมดูลการจัดการพลังงาน, IC จ่ายไฟ และตัวควบคุมการชาร์จมีให้เลือกหลายประเภท ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานวิธีชาร์จแบบนำไฟฟ้าและเหนี่ยวนำไฟฟ้าหลากหลายประเภท
การจัดการแบตเตอรี่
การเติบโตของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ชาร์จได้ขับเคลื่อนโดยการเพิ่มขึ้นของอุปกรณ์พกพาที่ใช้แบตเตอรี่ ยานพาหนะไฟฟ้า การกักเก็บพลังงาน และการใช้งานทางอุตสาหกรรม สารเคมีหลายตัวในแบตเตอรี่มีทั้งตะกั่ว-กรด นิกเกิลแคดเมียม นิเกิล-เมทัล-ไฮไดร์ และลิเธียมไอออน และสารเหล่านี้ต้องใช้กระแสการชาร์จและแรงดันเอาต์พุตที่แม่นยำอย่างยิ่งยวดเพื่อให้ตรงตามมาตรฐาน เพื่อรักษาสภาพของเซลล์เหล่านี้ในชุดแบตเตอรี่และจ่ายไฟได้ตามที่ต้องการ จึงต้องมีการใช้ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) กลุ่มผลิตภัณฑ์การจัดการแบตเตอรี่มีทั้ง IC การตรวจสอบแบตเตอรี่, IC เครื่องชาร์จแบตเตอรี่, IC เกจวัดเชื้อเพลิงแบตเตอรี่, IC ตัวป้องกันแบตเตอรี่ และ IC การควบคุมและการติดตามแบตเตอรี่ ที่สามารถใช้งานได้ในหลากหลายด้าน
BMS เป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่จัดการการชาร์จ ควบคุมการหยุดชาร์จ และมีคุณสมบัติขั้นสูงต่าง ๆ ให้ใช้งาน เช่น การปกป้องเซลล์ การติดตามและรักษาสมดุลเซลล์ การคำนวณอายุการใช้งานแบตเตอรี่ การควบคุมสภาพการใช้งานของระบบ เป็นต้น ฟังก์ชันการใช้งานหลักของ BMS คือการปกป้องแบตเตอรี่และป้องกันการทำงานที่เกินขีดจำกัดความปลอดภัย ระบบมีบล็อกการทำงานมากมาย เช่น FET ตัดไฟ, เครื่องติดตามเกจวัดเชื้อเพลง, เครื่องติดตามแรงดันไฟฟ้าในเซลล์, สมดุลแรงดันไฟฟ้าในเซลล์, นาฬิกาแบบเรียลไทม์, เครื่องติดตามอุณหภูมิ และเครื่องบ่งบอกสถานะ
วงจรที่ผสานรวมการจัดการแบตเตอรี่มีวางจำหน่ายในหลากหลายประเภท ชิ้นส่วนการทำงานมีการจัดเรียงในหลากหลายแบบ ตั้งแต่แบบแอนะล็อกฟรอนต์เอนด์ (AFE) ที่เรียบง่ายซึ่งสามารถรักษาสมดุลและติดตามระบบได้ และต้องใช้ตัวควบคุมแบบแอ็คทีฟซึ่งเป็นระบบผสานการทำงานในตัวขั้นสูงที่ทำงานโดยอิสระ ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ใน BMS จะวัดแรงดันและกระแสไฟฟ้าในเซลล์แบบเรียลไทม์ และสับเปลี่ยน MOSFET ตามค่าที่วัดได้
ในแง่ของโครงสร้างฮาร์ดแวร์ สถาปัตยกรรมแบบรวมศูนย์ กระจาย และโมดูลเป็นโทโพโลยี 3 ประเภทที่ใช้ใน BMS มีการใช้เซ็นเซอร์หลายตัวในชุดแบตเตอรี่เพื่อเก็บรวบรวมข้อมูลตามเลเยอร์การติดตามข้อมูล ข้อมูลที่ได้มาแบบเรียลไทม์จะใช้เพื่อตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบปลอดภัยและประเมินสถานะของแบตเตอรี่
การปกป้องเซลล์มีทั้งการรับข้อมูลแรงดันไฟฟ้าในเซลล์ อุณหภูมิ และกระแสไฟฟ้า การวิเคราะห์ข้อมูลจะประเมินสภานะการชาร์จ (SoC) และสถานะการทำงาน (SoH) ของชุดแบตเตอรี่ ระบบจะตรวจสอบการควบคุมชิ้นส่วนภายนอกเพื่อให้เซลล์อยู่ในสภาพที่ผู้ผลิตแนะนำ (เช่น พัดลม เครื่องทำความร้อน) และควบคุมชิ้นส่วนเพื่อแยกชุดแบตเตอรี่ออกเมื่อเซลล์ทำงานล้มเหลว (คอนแทคเตอร์)
การรักษาสมดุลเซลล์เป็นวิธีชดเชยเซลล์ที่พลังงานอ่อนด้วยการจัดสมดุลการชาร์จเซลล์ทั้งหมดในชุดแบตเตอรี่ให้เท่ากันเพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ วิธี 2 แบบในการรักษาสมดุลเซลล์มักจะใช้การรักษาสมดุลเซลล์แบบพาสซีฟและแอ็คทีฟ แบบพาสซีฟจะใช้ตัวต้านทานบายพาสเพื่อหยุดชาร์จแรงดันไฟฟ้าเกินและจัดสมดุลให้ทุกเซลล์เท่ากัน ส่วนการรักษาสมดุลเซลล์แบบแอ็คทีฟจะถ่ายโอนการชาร์จเกินในเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์ที่มีการชาร์จน้อย โดยใช้คาปาซิเตอร์กักเก็บการชาร์จและตัวเหนี่ยวนำ
ยานพาหนะไฟฟ้าใช้ก้อนแบตเตอรี่ขนาดใหญ่จากแบตเตอรี่หลายแถวที่เชื่อมต่อกัน การใช้งานแบตเตอรี่เหล่านี้ให้ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากที่สุดจำเป็นต้องใช้ BMS ซึ่งมีความสามารถในการติดตามและควบคุมระบบกักเก็บพลังงาน รวมถึงตรวจสอบว่าเซลล์แบตเตอรี่จะยังคงทำงานได้ดีและจ่ายไฟให้ระบบของยานพาหนะ
การป้องกันวงจร
การป้องกันวงจรมีจุดประสงค์ในการใช้งานกับอุปกรณ์ที่ล้มเหลวด้านความปลอดภัยซึ่งก่อให้เกิดการขัดขวางวงจรไฟฟ้าเมื่อตรวจพบโหลดไฟฟ้าที่สูงเกินและไม่ปลอดภัยในวงจร (ไม่ว่าจะในกรณีกระแสไฟฟ้าเกินหรือแรงดันไฟฟ้าเกิน) สภาพโหลดเกินหมายถึงกรณีที่อุปกรณ์ทำงานเกินกว่าอัตราโหลดเต็มตามปกติ หรือทำงานด้วยกำลังไฟที่มีอัตราสูงเกินที่รับได้ กระแสลัดวงจร (กระแสผิดพลาด) มักเกิดขึ้นเมื่อมีการไหลของกระแสไฟฟ้าสูงเกินจนผิดปกติเนื่องจากฉนวนตัวนำทำงานล้มเหลว
ฟิวส์เป็นอุปกรณ์ที่ไวต่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งออกแบบโดยใช้สายไฟเส้นหนึ่งที่พร้อมจะละลายเมื่อการไหลของกระแสไฟฟ้าสูงเกินไปและตัดวงจร ประเภทของฟิวส์มีทั้งฟิวส์แบบตั้งค่าใหม่ได้ ฟิวส์ชนิดหลอด และฟิวส์พิกัดการตัดกระแสสูง
ฟิวส์เป็นอุปกรณ์ป้องกันวงจรที่มีวางจำหน่ายให้เลือกหลากหลายแบบมาก กลุ่มผลิตภัณฑ์นี้ประกอบไปด้วยอุปกรณ์ป้องกันวงจรและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องหลายประเภท ฟิวส์ คลิปฟิวส์ ตัวยึดฟิวส์ บล็อกฟิวส์ เซอร์กิตเบรกเกอร์ และอุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลเกินค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก (PTC) เป็นตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ป้องกันกระแสไฟฟ้าเกิน วาริสเตอร์โลหะออกไซด์ (MOV), ไดโอดป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะแบบแยกส่วน (ไดโอด TVS), ไทริสเตอร์, อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESD) และท่อจ่ายแก๊ส (GDT) เป็นตัวอย่างผลิตภัณฑ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
ซีเนอร์ไดโอดเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ป้องกันวงจรที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายที่สุด หากใช้ในโหมดไบแอสตรง ไดโอดจะจำกัดแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ราว 0.6 V เหมือนกับไดโอดซิลิคอนชนิดอื่น ๆ แต่เมื่อใช้ในโหมดไบแอสกลับ ไดโอดจะจำกัดแรงดันไฟฟ้าไว้ตามค่าที่กำหนด
วาริสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้า ซึ่งใช้เพื่อป้องกันวงจรไม่ให้เกิดไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ วาริสเตอร์หลายชั้น (MLV) มักเป็นอุปกรณ์ที่ยึดติดกับพื้นผิวที่มีโครงสร้างเซรามิกหลายชั้นซ้อนกัน โดยมีจุดประสงค์เพื่อป้องกันแผงวงจรที่มีระบบอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กจากแรงดันกระชากสูงชั่วขณะ ซึ่งเกิดจากการปล่อยไฟฟ้าสถิต (ESD), โหลดเหนี่ยวนำ, การสวิตช์ชิ่ง และไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะจากฟ้าผ่า MOV เป็นแผ่นดิสก์ซิงค์ออกไซด์ที่ห่อหุ้มด้วยอีพ็อกซี่ และอาจมีขั้วสายด้านเดียวหรือสองด้าน MOV เป็นอุปกรณ์ระดับกลางที่ใช้ป้องกันเครื่องจักร แหล่งจ่ายไฟ และชิ้นส่วนขนาดเล็ก
ไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะเป็นเหตุการณ์ที่การไหลของไฟฟ้าเพิ่มขึ้นสูงอย่างกะทันหัน (ใช้เวลาน้อยกว่ามิลลิวินาที) ไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะเกิดได้จากหลายสาเหตุ ที่พบได้บ่อยที่สุดคือสาเหตุจากภายใน เช่น การเปลี่ยนตัดโหลดหรือแม้แต่การใช้งานอุปกรณ์ทั่วไป ไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะจะสร้างความเสียหาย ลดประสิทธิภาพ หรือทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) เป็นชิ้นส่วนที่ลดปริมาณไฟฟ้าที่เป็นอันตรายที่ไหลเข้าไปยังระบบ SPD เป็นอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินประเภทที่ใช้งานแพร่หลายมากที่สุดและจัดการได้ดีที่สุด ในวงจรจ่ายไฟ อุปกรณ์ SPD มักจะติดตั้งขนานไปกับรางจ่ายไฟ และสามารถใช้งานได้ในทุกระยะของแหล่งจ่ายไฟ SPD ส่วนใหญ่ผลิตจากเทคโนโลยีประเภทเหล่านี้อย่างน้อย 1 รายการ: สปาร์คแก็ปหรือท่อจ่ายแก๊ส, MOV, ซีเนอร์ไดโอด หรือไดโอดอะวาลานซ์ซิลิคอน
เซอร์กิตเบรกเกอร์หรือที่เรียกกันอีกชื่อว่า MCB ใช้การทำงานแบบกลไกเป็นหลัก โดยทำหน้าที่เป็นสวิตช์ไฟฟ้าที่เปิดเมื่อมีการไหลของกระแสไฟฟ้าสูงเกินทั่วทั้งวงจร เบรกเกอร์สามารถรีเซ็ตได้โดยไม่เกิดความเสียหาย และกลไกแลทชิ่งจะคอยปิดการเชื่อมต่อหลักไว้ ทำให้การใช้ไฟฟ้าในชีวิตประจำวันปลอดภัยยิ่งขึ้น
เนื้อหาที่น่าสนใจ
Article
Optimising Backup Power with Supercapacitor Voltage Balancing
Discover the cutting-edge methods to stay ahead in the race for the most robust backup power solutions.
Article
Boosting Energy Storage with Silicon Carbide MOSFETs
Uncover the game-changing potential of silicon carbide MOSFETs in boosting the efficiency and performance of BESSs.
Article
Powerful Possibilities with Microchip SiC
Delve into the world of cutting-edge SiC MOSFET technology to reveal crucial insights into device performance and behavior.
eTechjournal
eTechJournal: Fuelling the Future
Discover the Future of Electric Vehicle (EV) Charging with Cutting-Edge Technology. A Journey Towards Sustainable Mobility!
