Basic Gate Drive Transformer for Half-bridge Converter based on SG3525A (EP2)

โครงงานนี้เป็นตอนต่อเนื่องจากที่ได้นำเสนอในส่วนของตัวบอร์ดควบคุมและขับสัญญาณ (อ่านตอนที่ 1) ทั้งนี้ตัวโครงงานเริ่มต้นจากการทดลองใช้หม้อแปลงขับสัญญาณ (Gate Drive Transformer หรือเรียก Pulse Transformer) แทนการใช้ออปโต้คัปเปิ้ล (TLP250) หรือไอซีสำเร็จเบอร์ IR2111PBF, IR2110PBF ในอีกแบบหนึ่งรวมทั้งเป็นการเรียนรู้เพิ่มเติม และในตอนที่ 2 นี้แอดมินได้ทดลองสร้างส่วนของวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบฮาร์ฟบริดจ์ (Half-bridge Converter) จากนั้นนำสัญญาณที่ได้จากตัวหม้อแปลงขับสัญญาณมาใช้กับตัวคอนเวอร์เตอร์จริงขนาดประมาณ 72 วัตต์ต่อเนื่อง (Continuous Power (COP) เพื่อศึกษาผลที่เกิดขึ้นต่างๆ ต่อไป

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 เป็นการเตรียมอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับประกอบโครงงาน รวมทั้งการทดลองวางตำแหน่งของตัวอุปกรณ์ต่างๆ บนแผ่นวงจรพิมพ์ก่อน เพื่อให้วงจรเป็นภาคการทำงานในแต่ละส่วน เข้าใจง่ายและเป็นระเบียบเรียบร้อย

รูปที่ 3 เป็นการทำแผ่นวงจรด้วยการใช้เครื่องเจียรเซาะร่องขนาดเล็ก สำหรับหรับบอร์ดขับกำลังคอนเวอร์เตอร์แบบฮาร์ฟบริดจ์ ที่ใช้เวลาในการทำน้อยและรวดเร็ว

รูปที่ 4 ประกอบอุปกรณ์หลักๆ ก่อนที่มีขนาดใหญ่ เพื่อให้ได้ระยะการวางที่เหมาะสม เช่น เพาเวอร์มอสเฟต 2 ตัว ทางด้านบน (MOSFET High side) และทางด้านบน (MOSFET Low side) ไดโอดเร็กติไฟร์ทางด้านเอาต์พุต, ตัวเหนี่ยวนำเอาต์พุตและตัวเก็บประจุฟิลเตอร์ เป็นต้น

รูปที่ 5 และรูปที่ 6 แสดงการพันตัวหม้อแปลงสวิตชิ่งที่นำมาใช้ในโครงงาน (PM-EER-42E) โดยการพันจะใช้ลวดทองแดงเบอร์ 21SWG พันขดลวดปฐมภูม (Primary winding) จำนวน 16 รอบและขดลวดทุติยภูมิ (Secondary winding) จำนวน 6 รอบแบบคู่ ระหว่างขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะพันเทปคั่นประมาณ 3-4 รอบ จากนั้นพันเทปรอบแกนหม้อแปลงโดยไม่ต้องเว้นช่องอากาศ (Air gap) ประมาณ 4-5 รอบก็ใช้ได้

รูปที่ 8 เป็นการเชื่อมต่อสายไฟต่างๆ สำหรับการทดลองวงจรทั้งหมด โดยจะมีในส่วนของสายไฟรับแหล่งจ่ายกำลังทางด้านอินพุตและเอาต์พุต, สัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น, สัญญาณป้อนกลับแรงดันเอาต์พุตและสัญญาณตรวจจับกระแสเกินของตัวหม้อแปลงสวิตชิ่ง

ในรูปที่ 9 ถึงรูปที่ 11 แสดงลักษณะของบอร์ดต้นแบบที่ประกอบเสร็จแล้ว โดยจะถ่ายรูปในด้านต่างๆ เพื่อให้เห็นลักษณะของการประกอบบอร์ดคอนเวอร์เตอร์ที่ชัดเจนขึ้น รวมทั้งการบัดกรีและวางอุปกรณ์บนแผ่นวงจรพิมพ์แบบง่าย

สำหรับในตอนที่ 2 นี้ แอดมินนำเสนอในส่วนของบอร์ดต้นแบบฮาร์ฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ก่อนครับ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการทดลองหรือปรับแต่งวงจรในรูปแบบใหม่ตามที่ต้องการ และในตอนต่อไปจะเป็นการนำส่วนของบอร์ดควบคุมที่นำเสนอมาต่อร่วมกับตัวบอร์ดขับกำลังนี้ ซึ่งจะต้องมีการปรับเพิ่มส่วนของการรับค่าแรงดันและการควบคุมกระแสเอาต์พุตด้วยสัญญาณป้อนกลับ (Feedback signal) อีกเล็กน้อยและจะทดสอบการทำงานของตัววงจรทั้งหมดเพื่อให้การทำงานทั้งสองส่วนถูกต้องตามที่กำหนดไว้.

Reference

1. https://electronics.stackexchange.com/questions/92016/mosfet-gate-transformer-noise-issue
2. https://www.st.com/resource/en/datasheet/sg3525.pdf
3. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/sg3525a-d.pdf
4. https://www.schaffner.com/fileadmin/user_upload/pim/products/datasheets/IT-Series-double.pdf
5. https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/app-notes/3/3465.html
6. https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/implementing-an-isolated-half-bridge-gate-driver.html
7. https://www.analog.com/en/technical-articles/powering-the-isolated-side-of-your-half-bridge-configuration.html
8. https://www.analog.com/en/technical-articles/reducing-the-size-and-complexity-of-an-isolated-synchronous-gate-driver.html
9. https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/posts/gate-drive-transformer-vs-high-low-side-driver-a-close-look-of-detailed-implementation