ตั้งขีดจำกัดกระแสต่ำไม่ได้หมายความว่ากระแสทุกช่วงเวลาที่ออกจากขั้วแหล่งจ่ายจะไม่มีวันสูงกว่าค่านั้น เอาต์พุตอาจมีตัวเก็บประจุซึ่งชาร์จอยู่แล้ว และระบบควบคุมต้องใช้เวลาตอบสนอง เมื่อเปลี่ยนโหลดอย่างรวดเร็ว พลังงานที่สะสมสามารถไหลออกก่อนที่วงจรควบคุมจะปรับตัว บทนี้อธิบายด้วยวงจรสมมติแรงดันต่ำเพื่อให้เข้าใจขอบเขต ไม่ใช่ชวนทดลองลัดวงจรหรือใช้ชิ้นส่วนจริงเป็นตัวทดสอบความเสียหาย
แยกกระแสผ่านวงจรควบคุมจากกระแสถึงโหลด
พิจารณาตัวเก็บประจุที่ขนานกับเอาต์พุต ระหว่างแรงดันลด ตัวเก็บประจุจ่ายกระแสออกสู่โหลดได้ จึงมีความสัมพันธ์ ณ จุดต่อว่า กระแสโหลดเท่ากับกระแสจากภาคจ่ายบวกกระแสที่ตัวเก็บประจุปล่อยออก ค่าจำกัดของภาคควบคุมไม่ได้สั่งให้ประจุที่สะสมไว้ก่อนหน้าหายไปทันที ต้องดูว่าเครื่องตรวจจับกระแสตรงไหนและมีองค์ประกอบจำกัดหรือสวิตช์เอาต์พุตแบบใด
พลังงานของตัวเก็บประจุอุดมคติคือ E = ½CV² โดย C ใช้ฟารัดและ V ใช้โวลต์ ผลได้เป็นจูล ความสัมพันธ์กำลังสองหมายความว่าเพิ่มแรงดันสองเท่าทำให้พลังงานเพิ่มสี่เท่าเมื่อ C เท่าเดิม จึงไม่ควรดูเฉพาะค่ากระแสที่ตั้งแล้วคิดว่าทดลองที่แรงดันต่างกันมีความเสี่ยงเท่ากัน ความจุรวมต้องนับทั้งภายในแหล่งจ่ายและส่วนที่ต่อเพิ่มหากมันสามารถปล่อยพลังงานเข้าจุดเดียวกันได้
- ภาคจ่าย
ปรับกระแสผ่านวงจรควบคุม
- ประจุสะสม
แรงดันลดจึงปล่อยกระแส
- กระแสโหลด
รวมกระแสจากทั้งสองทาง
- ขอบเขต
ค่าจำกัดไม่ลบพลังงานที่สะสม
วงจรควบคุมและประจุสะสมอาจจ่ายพร้อมกันในช่วงสั้น
ตัวอย่างสมมติของพลังงานที่เหลืออยู่
สมมติเอาต์พุตมีความจุรวม 1,000 µF หรือ 0.001 F ชาร์จอยู่ที่ 12 V พลังงานสะสมเป็น 0.5 × 0.001 × 12² = 0.072 J ถ้าตั้งแรงดัน 6 V พลังงานจะเป็น 0.018 J ตัวเลขต่างกันสี่เท่าทั้งที่ค่าความจุเท่าเดิม ค่านี้คือพลังงานสะสมเริ่มต้นของแบบจำลอง ไม่ใช่คำรับรองว่าชิ้นส่วนใดจะทนได้หรือเสียหาย เพราะการกระจายพลังงานและเวลาเกิดเหตุมีบทบาทด้วย
สมมติเพิ่มทางคายประจุที่มีความต้านทานรวม 2 Ω ในวงจรจำลองที่ตัดภาคจ่ายออกแล้ว กระแสเริ่มต้นอุดมคติคือ 12/2 = 6 A และค่าคงตัวเวลา RC = 2 × 0.001 = 2 ms กระแสจะค่อยลดตามการคายประจุ ไม่ได้คง 6 A ตลอดเวลา ตัวอย่างนี้ชี้ว่าตัวเก็บประจุที่ชาร์จอยู่สามารถให้ยอดเริ่มต้นสูงกว่าค่าจำกัดภาคจ่ายสมมติ 0.10 A ได้โดยไม่ขัดกับสมการของตัวเก็บประจุ
เมื่อแรงดันลดจาก 12 V เหลือ 4 V พลังงานที่ออกจากตัวเก็บประจุเป็น ½ × 0.001 × (12² − 4²) = 0.064 J และยังเหลือพลังงาน 0.008 J อยู่ภายใน การเห็นแรงดันลดลงจึงไม่เท่ากับหมดพลังงานแล้ว สำหรับวงจรจริงความต้านทานภายใน สาย และความเหนี่ยวนำทำให้รูปกระแสต่างจากแบบจำลอง และภาคจ่ายอาจยังเติมพลังงานอยู่ด้วย จึงห้ามใช้ 0.072 J เป็นขอบเขตพลังงานรวมของทุกเหตุการณ์
วัดอย่างไรจึงเห็นช่วงที่หน้าปัดไม่แสดง
หน้าปัดที่อัปเดตช้าหรือแสดงค่าเฉลี่ยอาจมองไม่เห็นยอดสั้น ต้องเลือกระบบวัดกระแสและแรงดันที่ตอบสนองต่อช่วงเวลาที่สนใจ และตั้งให้บันทึกก่อนเริ่มเหตุการณ์เพื่อเห็นแรงดันตั้งต้น ถ้าหัววัดอิ่มตัวหรือข้อมูลห่างเกินไป ยอดที่รายงานอาจต่ำกว่าจริง การคำนวณพลังงานจากรูปคลื่นต้องใช้แรงดันและกระแสที่สอดคล้องทางเวลา ไม่ใช่คูณยอดสองค่าที่เกิดคนละช่วง
วิธีตรวจพฤติกรรมควรใช้โหลดทดลองที่กำหนดพิกัดพัลส์และการระบายความร้อนเหมาะสมภายใต้แผนที่ได้รับอนุญาต อย่านำ LED หรือวงจรสำคัญมาต่อเพื่อดูว่าจะเสียหรือไม่ ก่อนเปลี่ยนการต่อให้ปิดเอาต์พุตและตรวจแรงดันที่ค้างตามวิธีของเครื่อง เพราะปุ่มปิดเอาต์พุตบางแบบไม่ได้ตัดตัวเก็บประจุออกจากขั้วทันที และเวลาคายอาจขึ้นกับโหลดที่ต่ออยู่
- เริ่ม 12 V
½ × 0.001 × 144 = 0.072 J
- เหลือ 4 V
½ × 0.001 × 16 = 0.008 J
- พลังงานออก
0.072 − 0.008 = 0.064 J
- ข้อจำกัด
ยังไม่รวมพลังงานเติมจากภาคจ่าย
แบบจำลองสมมติ 1,000 µF ไม่ใช่สเปกแหล่งจ่าย
ใช้ข้อมูลพลังงานในการออกแบบแผนทดลอง
ถ้างานต้องจำกัดพลังงานเริ่มต้นอย่างเข้มงวด ให้ตรวจข้อมูลความจุ การตอบสนองการจำกัด และพฤติกรรมเมื่อปิดเอาต์พุตจากผู้ผลิต เลือกวิธีต่อที่ควบคุมการเริ่มจ่ายได้ตามความต้องการ เช่น อุปกรณ์จำกัดเพิ่มเติมที่ออกแบบและตรวจพิกัดแล้ว ไม่ควรแนะนำค่าตัวต้านทานอนุกรมเดียวให้กับทุกโหลด เพราะมันเปลี่ยนแรงดันและพลวัตของวงจร รวมทั้งต้องทนพลังงานที่เกิดขึ้นจริง
รายงานควรระบุแรงดันก่อนต่อโหลด ความจุที่ทราบหรือประมาณ แหล่งที่มาของค่า และว่ามีภาคจ่ายเติมพลังงานระหว่างเหตุการณ์หรือไม่ ถ้ายังไม่ทราบความจุภายใน ควรบอกว่าการคำนวณใช้เฉพาะส่วนภายนอกที่ทราบและไม่ได้ครอบคลุมทั้งระบบ หลักสำคัญคือขีดจำกัดกระแสเป็นคุณสมบัติการควบคุมที่มีเงื่อนไขเวลา ส่วนพลังงานสะสมเป็นสถานะของวงจรก่อนเหตุการณ์ ต้องพิจารณาคู่กันจึงจะวางการทดลองได้เหมาะสม
หากคำนวณจากความจุที่ระบุบนชิ้นส่วนภายนอก ให้คงขอบเขตความคลาดเคลื่อนของค่าความจุไว้ด้วย พลังงานแปรตาม C โดยตรง แต่แปรตามแรงดันยกกำลังสอง ความผิดพลาดแรงดันตั้งต้นจึงอาจมีผลเด่นกว่าที่คาด การเก็บแรงดันจริงก่อนเหตุการณ์ช่วยให้ประมาณพลังงานได้ดีกว่าใช้เฉพาะค่าตั้งหน้าปัด
