ຕົວປ່ຽນແປງ DC ເຖິງ DC ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ເຮັດໃຫ້ຄ່າເຄື່ອນໄຫວຂຶ້ນສູງ - ວິທີແກ້ໄຂດ້ານພະລັງງານຂັ້ນສູງສຳລັບປະສິດທິພາບສູງສຸດ

ຕົວປ່ຽນແປງໄຟຟ້າ DC-DC ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ມີອັດຕາການຍົກຂຶ້ນສູງ ປະກອບດ້ວຍເຕັກໂນໂລຊີການປ່ຽນແປງທີ່ປະຫວັດສາດ ເຊິ່ງປ່ຽນແປງຢ່າງເລິກເຊິ່ງຕໍ່ວິທີການທີ່ລະບົບໄຟຟ້າຈັດການຄວາມຕ້ອງການໃນການປ່ຽນແປງພະລັງງານ. ກົກໄດ້ປ່ຽນແປງທີ່ທັນສະໄໝໃຊ້ອຸປະກອນເຊມີຄອນດັກເຕີທີ່ສຸກເສີນ ເຊັ່ນ: ຕົວຕ້ານທີ່ເຮັດຈາກ silicon carbide (SiC) ແລະ gallium nitride (GaN) ທີ່ເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ຄວາມຖີ່ສູງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແຕ່ຍັງຮັກສາການສູນເສຍໃນການປ່ຽນແປງໃຫ້ຕ່ຳກວ່າເທືອບທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນທຳມະດາ. ການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີນີ້ເຮັດໃຫ້ຕົວປ່ຽນແປງໄຟຟ້າ DC-DC ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ມີອັດຕາການຍົກຂຶ້ນສູງ ສາມາດບັນລຸປະສິດທິພາບໃນການປ່ຽນແປງທີ່ດີເລີດເຖິງ 96% ຫຼືຫຼາຍກວ່ານັ້ນໃນສະພາບການທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດ, ເຊິ່ງເປັນການປັບປຸງທີ່ສຳຄັນຫຼາຍເທືອບທີ່ອອກແບບທຳມະດາ. ຄວາມສາມາດໃນການປ່ຽນແປງທີ່ຄວາມຖີ່ສູງເຮັດໃຫ້ສ່ວນປະກອບທີ່ເປັນແມ່ເຫຼັກ (magnetic components) ເຊັ່ນ: ຕົວຕ້ານ (inductors) ແລະ ໂຕເຮັດວຽກ (transformers) ມີຂະໜາດຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໂດຍກົງໃຫ້ຕົວປ່ຽນແປງທັງໝົດມີຂະໜາດເລັກລົງ. ລະບົບຄວບຄຸມເວລາທີ່ມີຄວາມຖືກຕ້ອງສູງທີ່ຝັງຢູ່ໃນຕົວປ່ຽນແປງເຫຼົ່ານີ້ຮັບປະກັນວ່າການປ່ຽນແປງຈະເກີດຂຶ້ນຕາມລຳດັບທີ່ດີທີ່ສຸດ, ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍເວລາທີ່ບໍ່ເຮັດວຽກ (dead time losses) ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນການປ່ອຍຄື່ນໄຟຟ້າ (electromagnetic emissions) ທີ່ອາດຈະຮີນຮາງອຸປະກອນໄຟຟ້າທີ່ອ່ອນໄຫວ. ວົງຈອນຄວບຄຸມການເປີດ-ປິດ (gate drive circuits) ທີ່ທັນສະໄໝໃຫ້ການຄວບຄຸມທີ່ຖືກຕ້ອງສູງຕໍ່ການປ່ຽນແປງ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ສາມາດນຳໃຊ້ເຕັກນິກ zero-voltage switching (ZVS) ແລະ zero-current switching (ZCS) ໄດ້, ເພື່ອກຳຈັດການສູນເສຍໃນການປ່ຽນແປງໃຫ້ຫຼຸດລົງເຖິງຂັ້ນເກືອບເປັນສູນໃນໄລຍະທີ່ການປ່ຽນແປງເກີດຂຶ້ນ. ການປັບປຸງເຕັກໂນໂລຊີເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ຕົວປ່ຽນແປງເກີດຄວາມຮ້ອນໜ້ອຍລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນເວລາເຮັດວຽກ, ຊຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເຄັ່ງຕຶງທາງຄວາມຮ້ອນຕໍ່ອຸປະກອນ ແລະ ຍືດເວລາຄວາມເຊື່ອຖືໄດ້ຂອງລະບົບທັງໝົດ. ອັລກົຣິດທຶມຄວບຄຸມທີ່ສຸກເສີນຈະຕິດຕາມສະພາບການເຮັດວຽກຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ ແລະ ປັບປຸງພາລາມິເຕີການປ່ຽນແປງອັດຕະໂນມັດເພື່ອຮັກສາປະສິດທິພາບສູງສຸດໃນທຸກສະພາບການຂອງການໃຊ້ງານ ແລະ ຊ່ວງຄ່າຂອງຄ່າໄຟຟ້າເຂົ້າ. ຄວາມສາມາດໃນການປັບຕົວຢ່າງເປັນປືນນີ້ຮັບປະກັນວ່າລະບົບຈະມີປະສິດທິພາບທີ່ສົມໆເທົ່າກັນ ໂດຍບໍ່ຂຶ້ນກັບປັດໄຈດ້ານສິ່ງແວດລ້ອມ ຫຼື ຄວາມຕ້ອງການທີ່ເປັນເອກະລັກຕໍ່ການນຳໃຊ້. ເຕັກໂນໂລຊີການປ່ຽນແປງທີ່ດີຂຶ້ນນີ້ຍັງເຮັດໃຫ້ວົງຈອນຄວບຄຸມມີຄວາມກວ້າງຂອງຄວາມຖີ່ (bandwidth) ທີ່ກວ້າງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງໃຫ້ຄຸນສົມບັດໃນການຕອບສະຫນອງຕໍ່ການປ່ຽນແປງທີ່ໄວ (transient response) ທີ່ດີເລີດ, ເຮັດໃຫ້ລະບົບສາມາດຮັກສາຄ່າໄຟຟ້າອອກທີ່ຄົງທີ່ໄດ້ເຖິງແມ່ນວ່າຈະມີການປ່ຽນແປງໄວຂອງການໃຊ້ງານ ຫຼື ການປ່ຽນແປງຂອງຄ່າໄຟຟ້າເຂົ້າທີ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ລະບົບຕົວປ່ຽນແປງທີ່ດີເລີດນ້ອຍກວ່ານີ້ເກີດຄວາມບໍ່ສະຖຽນ.

ຄວາມສາມາດໃນການເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງ»ຂອງຕົວປ່ຽນແປງໄຟຟ້າ DC-DC ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າສູງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແມ່ນເປັນການຄົ້ນພົບທີ່ສຳຄັນໃນດ້ານວິສະວະກຳພະລັງງານໄຟຟ້າ ເຊິ່ງແກ້ໄຂບັນຫາທີ່ສຳຄັນຢ່າງຮຸນແຮງໃນລະບົບໄຟຟ້າທີ່ທັນສະໄໝ ທີ່ຕ້ອງການການເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຕົວປ່ຽນແປງເຫຼົ່ານີ້ສາມາດບັນລຸອັດຕາການເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າທີ່ສູງຢ່າງເຫຼືອເຊື່ອ ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວເກີນ 20:1 ແລະຍັງຮັກສາການເຮັດວຽກທີ່ສະຖຽນ ແລະ ມີປະສິດທິພາບໃນການປ່ຽນແປງທີ່ສູງຢ່າງຕໍ່เนື່ອງທົ່ວທັງຫມົດຂອງໄລຍະການເຮັດວຽກ. ຮູບແບບຂອງວົງຈອນທີ່ປະດິດສ້າງຂຶ້ນຢ່າງໜ້າທີ່ງາມໃນຕົວປ່ຽນແປງໄຟຟ້າ DC-DC ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າສູງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ໃຊ້ຕົວບ່ອນເກັບພະລັງງານທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນ (coupled inductors), ວົງຈອນຄູນຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າ (voltage multiplier circuits), ແລະ ຂັ້ນຕອນຂອງຕົວປ່ຽນແປງທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນຕໍ່ເນື່ອງ (cascaded converter stages) ເຊິ່ງເຮັດວຽກຮ່ວມກັນຢ່າງເປັນເອກະລາດເພື່ອສະເໜີຄວາມເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າທີ່ດີເລີດ ໂດຍໃຊ້ສ່ວນປະກອບທີ່ມີຈຳນວນໜ້ອຍຢ່າງເຫຼືອເຊື່ອ. ວິທີການນີ້ທີ່ໃຊ້ສ່ວນປະກອບທີ່ໜ້ອຍບໍ່ພຽງແຕ່ຈະຫຼຸດຜ່ອນຕົ້ນທຶນທັງໝົດຂອງລະບົບເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງປັບປຸງຄວາມເຊື່ອຖືໄດ້ຂອງລະບົບອີກດ້ວຍ ໂດຍການກຳຈັດຈຸດທີ່ອາດຈະເກີດຄວາມລົ້ມເຫຼວທີ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ການເຮັດວຽກຂອງລະບົບເສື່ອມເສຍ. ເຕັກນິກການເຊື່ອມຕໍ່ທາງແມ່ເຫຼັກ (magnetic coupling techniques) ທີ່ໃຊ້ໃນຕົວປ່ຽນແປງເຫຼົ່ານີ້ ສາມາດເຮັດໃຫ້ອັດຕາການຖ່າຍໂອນພະລັງງານທີ່ບໍ່ສາມາດບັນລຸໄດ້ດ້ວຍຮູບແບບຂອງຕົວປ່ຽນແປງປະເພດ boost ເຊິ່ງເປັນທີ່ນິຍົມໃຊ້ທົ່ວໄປ, ຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ນັກອອກແບບສາມາດບັນລຸລະດັບຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າເປົ້າໝາຍໄດ້ໂດຍບໍ່ຕ້ອງຫັນໄປໃຊ້ລະບົບການປ່ຽນແປງຫຼາຍຂັ້ນຕອນທີ່ສັບຊ້ອນ. ວົງຈອນຄູນຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າທີ່ຖືກປະກອບເຂົ້າໃນຕົວປ່ຽນແປງເຫຼົ່ານີ້ ສາມາດເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າເບື້ອງຕົ້ນຂຶ້ນເປັນສອງເທົ່າ ຫຼື ສາມເທົ່າ ໂດຍບໍ່ຕ້ອງໃຊ້ອຸປະກອນປ່ຽນແປງເພີ່ມເຕີມ ຫຼື ລະບົບຄວບຄຸມທີ່ສັບຊ້ອນ, ຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ການນຳໃຊ້ງ່າຍຂຶ້ນ ແລະ ຍັງຮັກສາລັກສະນະການເຮັດວຽກທີ່ດີເລີດໄວ້ໄດ້. ວັດສະດຸເຄື່ອງໃຊ້ທາງແມ່ເຫຼັກທີ່ທັນສະໄໝ ແລະ ການຈັດຮຽງຂອງຂົດລວມທີ່ຖືກອອກແບບຢ່າງເໝາະສົມ ຊ່ວຍໃຫ້ການຖ່າຍໂອນພະລັງງານມີປະສິດທິພາບສູງສຸດ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍທີ່ເກີດຂຶ້ນເປັນປົກກະຕິໃນການນຳໃຊ້ຕົວປ່ຽນແປງທີ່ມີອັດຕາການເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າສູງ. ຄວາມສາມາດໃນການເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າທີ່ດີເລີດນີ້ ຊ່ວຍໃຫ້ນັກອອກແບບລະບົບສາມາດກຳຈັດຂັ້ນຕອນການປ່ຽນແປງກາງທີ່ຈະຕ້ອງໃຊ້ເພື່ອບັນລຸລະດັບຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າທີ່ຕ້ອງການ ຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຈຳນວນສ່ວນປະກອບ ແລະ ປັບປຸງປະສິດທິພາບທັງໝົດຂອງລະບົບ. ວິທີການປ່ຽນແປງໂດຍກົງນີ້ ຈະຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍທີ່ເກີດຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງເມື່ອຂັ້ນຕອນການປ່ຽນແປງຫຼາຍຂັ້ນຕອນເຮັດວຽກຕໍ່ເນື່ອງກັນ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີປະສິດທິພາບທັງໝົດຕັ້ງແຕ່ຕົ້ນຈົນສິ້ນສຸດທີ່ດີເລີດ ແລະ ຕ້ອງການການຈັດການຄວາມຮ້ອນທີ່ໜ້ອຍລົງ. ການເຮັດວຽກທີ່ສະຖຽນຢູ່ທົ່ວທັງໄລຍະການເພີ່ມຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າທີ່ກວ້າງຂວາງ ສາມາດຮັບປະກັນການເຮັດວຽກທີ່ສົມໆເທົ່າກັນ ໂດຍບໍ່ຂຶ້ນກັບການປ່ຽນແປງຂອງຄ່າຄວາມຕ່າງໄຟຟ້າເຂົ້າ ຫຼື ການປ່ຽນແປງຂອງໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ (load changes) ທີ່ເກີດຂຶ້ນເປັນປົກກະຕິໃນການນຳໃຊ້ຈິງ.

ລະບົບການຈັດການຄວາມຮ້ອນຢ່າງເປັນສະຕິ ແລະ ລະບົບການປ້ອງກັນຢ່າງຮຽບຮ້ອຍທີ່ຖືກບໍລິການເຂົ້າໃນຕົວແປງໄຟຟ້າ DC-DC ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ມີອັດຕາການຍົກຂຶ້ນສູງ ໃຫ້ຄວາມເຊື່ອຖືໄດ້ ແລະ ຄວາມປອດໄພທີ່ບໍ່ເຄີຍມີມາກ່ອນສຳລັບການນຳໃຊ້ທີ່ສຳຄັນ ໂດຍທີ່ການລົ້ມເຫຼວຂອງລະບົບອາດຈະນຳໄປສູ່ຜົນກະທົບທີ່ຮ້າຍແຮງ. ລະບົບການຈັດການຄວາມຮ້ອນຂັ້ນສູງເຫຼົ່ານີ້ໃຊ້ເຄືອຂ່າຍການຕິດຕາມອຸນຫະພູມິທີ່ສຸກເສີນ ເຊິ່ງຕິດຕາມອຸນຫະພູມິຂອງຊິ້ນສ່ວນຕ່າງໆຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນຫຼາຍໆຈຸດພາຍໃນການປະກອບຕົວແປງ ເພື່ອໃຫ້ສາມາດຄວບຄຸມຄວາມຮ້ອນແບບເປັນການກ່ອນເວລາ ກ່ອນທີ່ອຸນຫະພູມິຈະເຖີງລະດັບອັນຕະລາຍ. ອັລກົຣິດທຶມການຈັດການຄວາມຮ້ອນທີ່ເປັນສະຕິຈະປັບຄ່າຄວາມຖີ່ການປ່ຽນສະຖານະ (switching frequencies), ຫຼຸດລະດັບພະລັງງານ, ຫຼື ເປີດລະບົບການເຢັນເມື່ອອຸນຫະພູມິເຂົ້າໃກ້ກັບຂອບເຂດທີ່ກຳນົດໄວ້ລ່ວງໆ ເພື່ອປ້ອງກັນຊິ້ນສ່ວນຈາກຄວາມເສຍຫາຍທີ່ເກີດຈາກຄວາມຮ້ອນ ໃນຂະນະທີ່ຍັງຮັກສາພະລັງງານສູງສຸດທີ່ເປັນໄປໄດ້. ເຕັກນິກການແຈກຢາຍຄວາມຮ້ອນຂັ້ນສູງ ເຊັ່ນ: ການຈັດແຈງບໍລິເວນ PCB ຢ່າງເໝາະສົມ, ຮູ່ຄວາມຮ້ອນ (thermal vias), ແລະ ຕົວແຈກຢາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ຖືກບໍລິການເຂົ້າໃນຕົວແປງ ຈະເຮັດວຽກຮ່ວມກັນເພື່ອແຈກຢາຍຄວາມຮ້ອນຢ່າງເທົ່າທຽມກັນທົ່ວທັງໂຄງສ້າງຂອງຕົວແປງ ເພື່ອປ້ອງກັນບໍລິເວນທີ່ມີຄວາມຮ້ອນສູງເກີນໄປ (hot spots) ທີ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ຄວາມເຊື່ອຖືໄດ້ຂອງລະບົບຕໍ່າລົງ. ລະບົບການປ້ອງກັນຢ່າງຮຽບຮ້ອຍທີ່ຖືກບໍລິກາρິດເຂົ້າໃນຕົວແປງໄຟຟ້າ DC-DC ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ມີອັດຕາການຍົກຂຶ້ນສູງ ຈະຕິດຕາມພາລາມິເຕີການດຳເນີນງານຈຳນວນຫຼາຍຢ່າງພ້ອມກັນ ເຊັ່ນ: ຄ່າຄວາມດັນເຂົ້າ, ຄ່າຄວາມດັນອອກ, ລະດັບປະຈຸລີແລະຄ່າອຸນຫະພູມິ ເພື່ອໃຫ້ມີການປ້ອງກັນຫຼາຍຊັ້ນຕໍ່ສະພາບການທີ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍ. ລະບົບປ້ອງກັນການໄຫຼຜ່ານຫຼາຍເກີນໄປ (overcurrent protection) ຈະຕອບສະຫນອງພາຍໃນເວລາເປັນໄມໂຄວິນາທີ (microseconds) ຕໍ່ການເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງທັນທີຂອງການໄຫຼຜ່ານທີ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ຊິ້ນສ່ວນການປ່ຽນສະຖານະ ຫຼື ອຸປະກອນທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ຢູ່ດ້ານລຸ່ມເສຍຫາຍ; ໃນຂະນະທີ່ລະບົບປ້ອງກັນຄວາມດັນສູງເກີນໄປ (overvoltage protection) ຈະປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ຄວາມດັນທີ່ອັນຕະລາຍເຂົ້າໄປຫາອຸປະກອນທີ່ອ່ອນໄຫວ. ລະບົບປ້ອງກັນການລົ້ມເຫຼວເຊື່ອມຕໍ່ສັ້ນ (short-circuit protection) ຈະປິດການເຮັດວຽກຂອງຕົວແປງທັນທີທີ່ເກີດຂໍ້ບົກຂາດທີ່ອອກ ເພື່ອປ້ອງກັນຄວາມເສຍຫາຍທັງຕໍ່ຕົວແປງ ແລະ ອຸປະກອນທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ ແລະ ສາມາດຟື້ນຟູການເຮັດວຽກອັດຕະໂນມັດໄດ້ເມື່ອສະພາບການຂໍ້ບົກຂາດດີຂຶ້ນ. ອັລກົຣິດທຶມການປ້ອງກັນທີ່ເປັນສະຕິສາມາດແຍກແຍະລະຫວ່າງເຫດການທີ່ເກີດຂຶ້ນຊົ່ວຄາວ (transient events) ແລະ ສະພາບການຂໍ້ບົກຂາດທີ່ເກີດຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ (persistent fault conditions) ເພື່ອໃຫ້ສາມາດເລີ່ມຕົ້ນໃໝ່ອັດຕະໂນມັດຫຼັງຈາກການຂັດຂວາງສັ້ນໆ ແຕ່ຍັງຮັກສາການປິດລະບົບເພື່ອປ້ອງກັນໃນເຫດການທີ່ຮ້າຍແຮງທີ່ຕ້ອງການການເຂົ້າໄປຈັດການດ້ວຍມື. ຄວາມສາມາດດ້ານການວິເຄາະບໍ່ປົກກະຕິ (diagnostic capabilities) ຂັ້ນສູງໃຫ້ຂໍ້ມູນລະອຽດກ່ຽວກັບຂໍ້ບົກຂາດຜ່ານອິນເຕີເຟດການສື່ສານ ເພື່ອໃຫ້ການແກ້ໄຂບໍ່ປົກກະຕິ ແລະ ການຈັດຕັ້ງເວລາບໍາລຸງຮັກສາເຮັດໄດ້ຢ່າງວ່ອງໄວ ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນເວລາທີ່ລະບົບບໍ່ສາມາດໃຊ້ງານໄດ້ໃຫ້້ນ້ອຍທີ່ສຸດ. ລະບົບການປ້ອງກັນເຫຼົ່ານີ້ຍັງປະກອບດ້ວຍຄວາມສາມາດເລີ່ມຕົ້ນຢ່າງເບົາບາງ (soft-start functionality) ທີ່ຈະເພີ່ມຄ່າຄວາມດັນອອກຢ່າງຊ້າໆ ໃນເວລາເລີ່ມຕົ້ນການເຮັດວຽກ ເພື່ອປ້ອງກັນການເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງທັນທີຂອງການໄຫຼຜ່ານ (inrush current spikes) ທີ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ຊິ້ນສ່ວນເສຍຫາຍ ຫຼື ເຮັດໃຫ້ລະບົບປ້ອງກັນເຮັດວຽກຢ່າງບໍ່ຈຳເປັນ.