DC to DC Push-Pull Converter for Power Audio amplifier in 12V out (+24V) GND (-24V)

ในบทความนี้เป็นการเรียนรู้การทำงานของวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ ในวงจรขยายสัญญาณเสียงในรถยนต์ (Power amplifier car audio) ด้วยการทดลองซ่อม วัดสัญญาณ และทดลองการจ่ายกระแสให้กับโหลด ซึ่งตัวบอร์ดของของวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ นี้เป็นบอร์ดเก่าที่ชำรุดและไม่ได้ใช้งานแล้ว โดยในการทดลองหลังจากซ่อมเสร็จแล้ว ตัวบอร์ดจะรับไฟเลี้ยงกระแสตรงที่แรงดัน 11V-14V (ไฟจากแบตเตอรี่รถยนต์) และจ่ายไฟออกที่ (+24V) GND (-24V) สำหรับจ่ายให้กับเพาเวอร์ออดิโอแอมป์ต่อไป

ในรูปที่ 1 และรูปที่ 2 เป็นลักษณะของบอร์ด ดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ ที่นำมาทดลอง ซึ่งเป็นบอร์ดเก่าที่ซื้อมาจากร้านขายของเก่า แต่ยังพอมีอุปกรณ์ต่างๆ อยู่บนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) บ้างโดย แอดมินต้องลองนำมาเดาๆ ถึงรูปแบบการทำงานเล็กน้อยเพื่อทดลองซ่อมและนำมาเสนอเป็นเนื้อหา (แต่ในกรณีที่ซ่อมไม่ไหวคงทิ้งเช่นกันครับ)

รูปที่ 3 แสดงการซ่อมบอร์ดบางส่วน ซึ่งในเบื้องต้นได้ปรับปรุงในส่วนของวงจรขับขาเกต (Driver signal) ในส่วนนี้ทรานซิสเตอร์หลวมและตะกั่วร่อน, วงจรรับสัญญาณควบคุม (Remote) พบตัวทรานซิสเตอร์ซ๊อต 1 ตัว ในส่วนอื่นอุปกรณ์จะถูกทับแบนและต้องบัดกรีใหม่

รูปที่ 5 และรูปที่ 6 เป็นโหลดตัวต้านทานขนาด 20 โอห์มและ 30 โอห์ม 20 วัตต์ ที่ใช้ในการทดสอบการทำงานของตัวบอร์ดโดยรวม เพื่อให้วงจรสามารถทำงานได้เป็นปกติอีกครั้ง

สำหรับในรูปที่ 7 ถึงรูปที่ 9 เป็นการทดลองเบื้องต้นในโหมดการทำงานสแตนบาย โดยปกติในโหมดนี้ตัวอุปกรณ์จะทำงานน้อยมากและไม่มีความร้อนที่ตัวอุปกรณ์ใดๆ เกิดขึ้น ซึ่งค่าแรงดันเอาต์พุตที่วัดได้ประมาณ 46.5V หรือเท่ากับ (+24V) GND (-24V)

รูปที่ 10 ถึงรูปที่ 13 เป็นการทดลองที่ 1 ด้วยการต่อโหลดขนาด 30 โอห์มที่เอาต์พุตระหว่าง +24V และ GND จากนั้นวัดค่าแรงดันเอาต์พุตที่ได้ตามในรูปที่ 11 และการใช้กำลังไฟฟ้าทางด้านอินพุตดูรูปที่ 12 ซึ่งในรูปที่ 13 จะเป็นลักษณะของสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นที่ตอบสนองต่อโหลดขนาด 30 โอห์ม

รูปที่ 14 ถึงรูปที่ 17 การทดลองที่ 2 ในลักษณะเดียงกับการทดลองที่ 1 โดยจะใช้การต่อโหลดขนาด 20 โอห์มที่เอาต์พุตระหว่าง +24V และ GND เช่นกัน วัดค่าแรงดันเอาต์พุตที่ดังในรูปที่ 15 สำหรับการใช้กำลังไฟฟ้าทางด้านอินพุตเพิ่มมากขึ้นมาที่ประมาณ 3 แอมป์ ในรูปที่ 17 แสดงสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นที่เกิดขึ้นที่โหลดขนาด 20 โอห์ม

รูปที่ 18 แสดงลักษณะของการวัดสัญญาณที่ขาขับเกตสำหรับเพาเวอร์มอสเฟต เพื่อสังเกตการทำงานในช่วงการทำงานต่างๆ โดยเฉพาะปริมาณของการปรับขนาดสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น ที่ตอบสนองต่อโหลดนั้นๆ

ในบทความนี้เน้นในเรื่องของการทำงานวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ ซึ่งอยู่ในเครื่องขยายสัญญาณเสียงในรถยนต์ โดยตัววงจรจะทำหน้าที่เป็นตัวแปลงไฟเลี้ยงจากแบตเตอรี่ขนาด 12V ให้เป็นไฟเลี้ยงคู่ขนาดแรงดัน (+24)GND(-24) สำหรับจ่ายให้ส่วนของการขยายสัญญาณเสียง นอกจากนี้ยังได้ทำการซ่อมตัวบอร์ดที่นำมาทดลองซึ่งเดิมจะยังชำรุดอยู่ รวมทั้งการวัดสัญญาณในขณะที่วงจรทำงานและทดสอบการทำงานด้วยโหลดในเบื้องต้น ซึ่งจะเป็นการเรียนรู้การทำงานของวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ ในลักษณะนี้อีกรูปแบบหนึ่งครับ.

Reference

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Push%E2%80%93pull_converter
2. https://www.ti.com/lit/an/slyt790b/slyt790b.pdf?ts=1650199885012&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
3. https://www.analog.com/en/technical-articles/high-frequency-push-pull-dc-dc-converter.html
4. https://www.ti.com/lit/an/snva553/snva553.pdf?ts=1650199944443&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
5. https://www.ti.com/seclit/ml/slup117/slup117.pdf
6. https://www.eng.auburn.edu/~agrawvd/COURSE/READING/LOWP/Erikson_DC_2_DC.pdf
7. https://www.onsemi.cn/pub/collateral/tnd352-d.pdf
8. https://www.mdpi.com/2071-1050/12/24/10464/pdf