SG3524 Control DC-DC Push-Pull Converter Topology [EP3]

โครงงงานนี้เป็นตอนที่ 3 ซึ่งเป็นการพัฒนาต่อจากตอนที่ 1 และตอนที่ 2 โดยจะนำบอร์ดควบคุมด้วยไอซี SG3524 มาควบคุมวงจรดีซี ทู ดีซี แบบพุช-พูชคอนเวอร์เตอร์ (Push-pull Converter) ซึ่งจะเป็นวงจรต้นแบบขนาด 60 วัตต์ โดยรับแรงดันอินพุตที่ 40VDC และกำหนดแรงดันเอาต์พุตที่ 12V ใช้แกนเฟอร์ไรท์แบบ EI-40 ที่สามารถซื้อได้ทั้วไป ทั้งนี้วงจรจะเป็นแนวทางเบื้องต้นสำหรับให้ผู้อ่านสามารถนำไปพัฒนาเพิ่มเติมในรูปแบบต่างๆ ตามที่ต้องการต่อไป

ในรูปที่ 1 และรูปที่ 2 เป็นการเตรียมอุปกรณ์สำหรับประกอบโครงงานและเริ่มต้นพันหม้อแปลงสวิตชิ่งโดยใช้แกนเฟอร์ไรท์แบบ EI-40 ลวดทองแดงเบอร์ 21SWG พันขดลวดปฐมภูม (Primary winding) จำนวน 8 รอบและขดลวดทุติยภูมิ (Secondary winding) จำนวน 5 รอบแบบคู่ โดยระหว่างขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะพันเทปคั่นก่อนประมาณ 3-4 รอบ จากนั้นพันเทปรอบแกนหม้อแปลงโดยไม่ต้องเว้นช่องอากาศ (Air gap) ประมาณ 4-5 รอบ

รูปที่ 4 แสดงลักษณะของการสร้างแผ่นวงจรพิมพ์ด้วยการร่างการวางตำแหน่งของตัวอุปกรณ์ และจากนั้นจะใช้เครื่องเซาะให้เป็นร่องสำหรับวงจรพุชพูลคอนเวอร์เตอร์ ซึ่งวิธีการนี้จะใช้เวลาในการทำแผ่นวงจรพิมพ์น้อย สามารถปรับเปลี่ยนอุปกรณ์ได้ง่ายในการทดลองและเป็นงานสำหรับทดลองบอร์ดต้นแบบ

สำหรับรูปที่ 5 และรูปที่ 6 เป็นบอร์ดที่ประกอบเสร็จเรียบร้อยและนำมาเชื่อมต่อกับบอร์ดควบคุม SG3524 โดยตัวบอร์ดควบคุมจะทำหน้าที่ส่งสัญญาขับพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น (PWM Signal) ให้กับเพาเวอร์มอสเฟต และรับสัญญาณป้อนกลับ (Feedback signal) กระแสการทำงานของวงจร (Isc) และแรงดันเอาต์พุต (VFB) เพื่อปรับชดเชยการทำงานให้เหมาะสม

รูปที่ 7 และรูปที่ 8 แสดงแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงอินพุตสำหรับทดลองวงจร โดยจะใช้ที่แรงดัน 40V/5A จากนั้นจะวัดสัญญาณขับที่ขาเกตทั้ง 2 ช่อง (CH1, CH2) สำหรับในส่วนของวงจรอินเวอร์เตอร์ และความถี่สวิตชิ่ง จะใช้ค่าเดิมจากตอนที่ 1 คือประมาณ 37kHz

สำหรับรูปที่ 9 ถึงรูปที่ 11 แสดงการใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดค่าแรงดันเอาต์พุตในขณะทำการทดลองต่างๆ การใช้แคล้มมิเตอร์ในการวัดกระแสเอาต์พุตและตัวต้านทานโหลดขนาด 2.2 โอห์ม 60 วัตต์ เพื่อทดสอบการจ่ายกระแสและการควบคุมการทำงานภายในวงจรทั้งหมด

ในรูปที่ 12 ถึงรูปที่ 14 เป็นการทดลองที่ 1 โดยให้วงจรจ่ายกระแสโหลดที่ 2.51A ด้วยตัวต้านทานโหลดขนาด 5 โอห์มก่อน จากนั้นสังเกตสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นที่ตอบสนองการทำงานเพื่อปรับชดเชยให้ถูกต้อง รวมค่าความเปลี่ยนแปลงแรงดันเอาต์พุต

สำหรับในรูปที่ 15 ถึงรูปที่ 17 เป็นการทดลองที่ 2 โดยให้วงจรจ่ายกระแสโหลดเพิ่มขึ้นที่ 5.19A ซึ่งจะใช้ตัวต้านทานโหลดขนาด 2.2 โอห์ม จากนั้นสังเกตสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นที่ตอบสนองการทำงานอีกครั้ง และค่าความเปลี่ยนแปลงแรงดันเอาต์พุตที่เกิดขึ้น

ในรูปที่ 18 ถึงรูปที่ 20 เป็นการทดลองที่ 3 โดยให้วงจรช๊อตเซอร์กิตที่เอาต์พุต ทั้งนี้เพื่อเป็นการป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้นในกรณีช๊อตเซอร์กิตที่เอาต์พุตโดยไม่ตั้งใจ ซึ่งวงจรจะยังกลับมาทำงานได้เป็นปกติและเป็นการทดสอบการควบคุมกระแสเกิน (Current limit circuit) ภายในวงจรอีกด้วย

สำหรับโครงงานวงจรดีซี ทู ดีซี สวิตชิ่งโหมดแบบพุช-พูชคอนเวอร์เตอร์ และบอร์ดควบคุมด้วยไอซี SG3524 นี้เป็นอีกแบบหนึ่งของการนำไอซี SG3524 มาประยุกต์การใช้งาน ซึ่งเป็นโครงงานขนาดเล็กและคิดว่าน่าจะเป็นประโยชน์สำหรับผู้อ่าน สำหรับในตอนถัดไปจะเป็นการนำบอร์ดควบคุมด้วยไอซี SG3524 ไปควบคุมแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสวิตชิ่งกันต่อ ซึ่งจะต้องใช้แรงดันอินพุตที่สูงขึ้น (310VDC) และจะทดลองออกแบบวงจรในลักษณะของฮาร์ฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ (Half Bridge Switching Power Supply) เป็นตอนถัดไปครับ.

Reference

1. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sg2524.pdf?ts=1670174378355&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
2. https://www.st.com/resource/en/datasheet/sg3524.pdf
3. https://th.rs-online.com/web/p/pwm/6200492
4. https://th.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/UC3524AN?qs=fZz%252BEhgUXdhTxUI5sHCCyw%3D%3D
5. https://www.mdpi.com/2079-9292/11/17/2713/pdf
6. https://www.ti.com/lit/an/snva553/snva553.pdf?ts=1672842251239&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
7. https://www.onsemi.com/pub/collateral/an-7004.pdf
8. https://www.ti.com/lit/ml/slup079/slup079.pdf?ts=1672842493591&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
9. https://www.microchip.com/content/dam/mchp/documents/OTH/ApplicationNotes/ApplicationNotes/01207B.pdf