Switching mode power supply Flyback Converter Input 125-250Vac Output 15V@300mA 3CH

โครงงานนนี้เป็นการทดลองสร้างแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย แบบฟายแบกคอนเวอร์เตอร์ (Flyback Converter) โดยรับแรงดันอินพุตกระแสสลับช่วง 125-220Vac โดยต้องการแรงดันเอาต์พุตที่ 15V และจ่ายกระแสได้ 300mA จำนวน 3 ช่องที่แยกอิสระจากกัน (Isolation) ทั้งนี้เพื่อให้สามารถนำไปใช้งานเฉพาะอย่างได้ตามที่ต้องการ และทดลองใช้ไอซีควบคุมแบบโหมดกระแส (Current Mode Control) เบอร์ UC3845 ซึ่งสามารถหาซื้อได้ง่ายและหาข้อมูลในการศึกษาเพิ่มเติมได้มาก

รูปที่ 1 การทดลองวางตำแหน่งของอุปกรณ์

รูปที่ 1 ข้างบนเป็นการทดลองวางตำแหน่งของอุปกรณ์บนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) โดยหลักที่ใช้ในวงจร เพื่อให้ง่ายต่อการวางอุปกรณ์รวมทั้งส่วนอิ่นๆ เพิ่มเติมได้อย่างเหมาะสมรวมถึงการทสอบสำหรับวัดสัญญาณที่จุดต่างๆ

รูปที่ 2 การต่อวงจรกับอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกัน

ในรูปที่ 2 ลักษณะการต่อวงจรกับอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันสำหรับทดสอบการทำงาน การวัดสัญญาณ และปรับแต่งค่าอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อให้ได้วงจรที่สามารถทำงานได้มีประสิทธิภาพมากที่สุด (จะสังเกตเห็นสายไฟโยงเข้ากันระหว่างตัวอุปกรณ์และบนแผ่นวงจรพิมพ์)

รูปที่ 3 หม้อแปลงสวิตชิ่งที่ทดลองพันขึ้น

รูปที่ 3 เป็นลักษณะของหม้อแปลงสวิตชิ่งที่ทดลองพันขึ้นเอง โดยค่าความเหนี่ยวนำขดลวดไพมารี่ (Lp) ประมาณ 20mH ชุดขดลวดสำหรับจ่ายไฟเลี้ยง (Laux) วงจรประมาณ 500uH และชุดขดลวดจ่ายไฟ (Ls) 15V ที่เอาต์พุต 3 ขดจะใช้ค่าความเหนี่ยวนำที่ 500uH เช่นกัน โดยการเร็กติไฟร์ทางด้านเอาต์พุตจะเป็นแบบฮาร์เวฟเร็กติไฟร์ทั้งหมด

รูปที่ 4 การวางบอร์ดควบคุมการทำงานของวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ ซัพพลาย

รูปที่ 4 การวางบอร์ดควบคุมการทำงานของวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ ซัพพลาย จะเป็นลักษณะของโมดูลสำเร็จที่เราสามารถนำมาใช้ได้เลย โดยการป้อนไฟเลี้ยงให้กับโมดูลแล้วรับสัญญาณแรงดันที่เอาต์พุตและกระแสที่ไหลผ่านตัวหม้อแปลงสวิตชิ่งเข้า จากนั้นตัวโมดูลก็จะส่งสัญญาณขับพัลซ์ (PWM driver signal) เพื่อขับมอสเฟตให้ทำงานได้อย่างเหมาะสม

รูปที่ 5 สัญญาณที่เกิดขึ้นของวงจรโดยการวัดที่สัญญาณขับที่ขาเกต

รูปที่ 5 ลักษณะของสัญญาณที่เกิดขึ้นของวงจรโดยการวัดที่สัญญาณขับที่ขา G ของเพาเวอร์มอสเฟต และตำแหน่งตัวต้านทานตรวจจับกระแสของหม้อแปลงสวิตชิ่ง

รูปที่ 6 การต่ออุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันทั้งหมด

รูปที่ 6 แสดงการต่ออุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันทั้งหมดแล้ว และทดสอบการทำงานด้วยกันทั้งหมดอีกครั้ง โดยในวงจรนี้จะต่อแอลอีดีที่เอาต์พุตทุกช่องเพื่อให้ง่ายต่อการสังเกตการทำงานของไฟเลี้ยงที่เกิดขึ้นและการนำไปใช้งานต่างๆ

รูปที่ 7 การเลือกใช้โมดูลควบคุมการทำงาน

สำหรับรูปที่ 7 สุดท้ายจะเป็นการเลือกใช้โมดูลซึ่งออกแบบใหม่ขึ้นมาเพิ่มเติม อีก 1 ส่วนเพื่อให้ง่ายต่อการทดลอง โดยในโมดูลนี้จะใช้ไอซีเบอร์ UC3845 สำหรับควบคุมการทำงานและออปโต้คัปเปิ้ลเบอร์ TLP250 ใช้ในการขับเพาเวอร์มอสเฟต ส่วนด้านซ้ายมือสุดจะเป็นตัวต้านทานปรับค่า (สีฟ้า) เพื่อรับค่าแรงดันเอาต์พุตและกระแสที่เกิดขึ้น โดยเราสามารถปรับให้แรงดันเอาต์พุตเป็นค่าที่ต้องการได้ รวมทั้งการกำหนดปริมาณกระแสที่จะไหลผ่านหม้อแปลงสวิตชิ่งให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมนั้นเอง

Reference

  1. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/UC3844-D.PDF
  2. https://www.onsemi.cn/PowerSolutions/document/AN-4137.pdf.pdf
  3. http://www.ti.com/lit/an/slua086/slua086.pdf?ts=1588740444422
  4. https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00004040-design-equations-of-highpowerfactor-flyback-converters-based-on-the-l6561-stmicroelectronics.pdf
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Flyback_converter