Flyback Converter for Power Switching Panel TV

บทความนี้เป็นการนำเสนอเกี่ยวกับการทำงานของวงจรภายในบอร์ดสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายสำหรับทีวี (Flyback Converter for Power Switching Panel TV) ซึ่งเราสามารถนำมาเปลี่ยนแทนวงจรเดิมที่ชำรุดได้ ซึ่งปัจจุบันราคาบอร์ดค่อนข้างถูกมาก และช่วยให้งานซ่อมสะดวกมากยิ่งขึ้น จากการดูลักษณะของบอร์ด อุปกรณ์ที่ใช้ การจัดวางอุปกรณ์ และการต่อวงจรต่างๆ ภายในบอร์ดนั้นจะมีลักษณะดังในรูปที่ 1 ซึ่งเป็นลักษณะคอนเวอร์เตอร์แบบฟายแบก และเราจะมาลองวิเคราะห์การทำงานแบบคร่าวๆ ด้วยกันครับ

รูปที่ 1 แสดงวงจรของบอร์ด Power Switching Panel TV ที่เขียนขึ้นมาจากบอร์ดใช้งาน โดยลักษณะทั่วไปวงจรจะใช้ไอซีเบอร์ UC3842 เป็นตัวควบคุมการทำงานหลัก ใช้เพาเวอร์มอสเฟตเป็นตัวสวิตชิ่งขับกำลังให้กับขดลวดปฐมภูมิ (Primary-side) ส่วนทางด้านเอาต์พุตจะเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น (Half wave rectifier) เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโหลด

รูปที่ 2 จะแบ่งกลุ่มของวงจรออกเป็น 4 กลุ่มใหญ่ๆ ตามกรอบสี่เหลี่ยมเพื่อให้ง่ายสำหรับการอธิบายและทำความเข้าใจคือ

กลุ่มที่ 1 เป็นกลุ่มของการรับไฟเลี้ยงอินพุตโดยอินพุตจะเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ 220V/50-60Hz (ที่จุดต่อ L และ N) จากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านฟิวส์ (F1) ซึ่งจะทำหน้าที่ป้องกันกระแสเกินให้กับวงจร รวมทั้งลดอันตรายที่เกิดขึ้นเมื่อวงจรทำงานผิดพลาดในกรณีต่างๆ และเมื่อกระแสไหลผ่านฟิวส์มาแล้วจะเข้ามายังฟิลเตอร์ (Line Common Mode Choke) ซึ่งจะทำหน้าที่ป้องกันสัญญาณรบกวนเข้ามายังวงจร และป้องกันสัญญาณรบกวนที่จะเกิดขึ้นภายในวงจรแพร่กระจายออกไปให้กับแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า จากนั้นกระแสไฟฟ้าก็จะถูกนำมาเรียงกระแสให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงด้วยไดโอดบริดจ์ D1 และฟิลเตอร์อีกครั้งด้วยตัวเก็บประจุ C1

กลุ่มที่ 2 เป็นกลุ่มของไอซีควบคุมการทำงานของวงจรทั้งหมด โดยใช้เบอร์ UC3842 ซึ่งทำงานในโหมดกระแส (Current mode) และรับไฟเลี้ยงเข้าที่ขา 7 และกราว์ดที่ขา 5 จากในรูปไฟเลี้ยงจะมี 2 ส่วนคือ ไฟเลี้ยงจาก +VBUS ผ่าน R1 (หรือเรียก R1 ว่า R-Start) และ +Vs เป็นแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงช่วย (Vaux) เมื่อวงจรเริ่มทำงานแล้วและไอซีทำงานต่อเนื่อง ที่ขา 6 จะทำหน้าที่จ่ายสัญญาณพัลซ์เพื่อขับเพาเวอร์มอสเฟต ที่ขา 3 จะรับสัญญาณกระแสที่เกิดขึ้นจากการไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ และใช้ในการปรับและการควบคุมสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลต ที่ขา 8 จะทำหน้าที่สร้างไฟเลี้ยงคงที่ 5V สำหรับเป็นแรงดันอ้างอิง (Vref) และจ่ายให้ R6 และ C6 เพื่อกำหนดความถี่ออสซิลเลต (ความถี่สวิตชิ่ง) เข้าที่ 4 สำหรับในส่วนขา 1 (Compensation : COMP) ต่อกับอุปกรณ์ภายนอกเช่น R และ C จะทำหน้าที่ปรับชดเชยการทำงานของระบบให้มีเสถียรภาพ โดยจะต่อร่วมกับขา 2 ซึ่งขา 2 จะทำหน้าที่รับสัญญาณป้อนกลับ (Feedback Signal) เพื่อควบคุมการทำงานให้เป็นไปตามค่าที่กำหนด (Setpoint)

กลุ่มที่ 3 จะเป็นกลุ่มของตัวขับกำลังสวิตชิ่งด้วยเพาเวอร์มอสเฟต (Q1) วงจรจำกัดขนาดสัญญาณขับกำลังเกินด้วยซีเนอร์ไดโอด (D9) โดยจะกำหนดไว้ที่ Vz=20V และที่ตำแหน่ง R3 จะทำหน้าที่ตรวจจับกระแสให้กับเพาเวอร์มอสเฟตและส่งไปยังไอซีควบคุมอีกครั้ง

กลุ่มที่ 4 จะเป็นหม้อแปลงสวิตชิ่งความถี่สูง โดยค่าความเหนี่ยวนำขดลวดปฐมภูมิที่วัดไปประมาณ 1.46mH (L3) ขดลวดที่แรงดันเอาต์พุต 110V วัดค่าได้ 700uH (L7), ขดลวดที่แรงดันเอาต์พุต 24V วัดค่าได้ 34uH (L5), ขดลวดที่แรงดันเอาต์พุต 16V วัดค่าได้ 16uH (L6) และขดลวดที่ชุดไฟเลี้ยงช่วยแรงดันเอาต์พุต 16V วัดค่าได้ 16uH (L4) โดยกระแสไฟฟ้าที่ได้จากขดลวดทางด้านทุติยภูมิจะนำมาเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นอีกครั้งและฟิลเตอร์ด้วยตัวเก็บประจุอีกครั้ง

รูปที่ 4 เป็นการทดลองการทำงานของบอร์ดสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายตัวนี้ โดยการใช้ตัวต้านทานขนาด 20 โอห์ม 20 วัตต์ มาต่อที่เอาต์พุต 16V จากนั้นสังเกตการทำงานของวงจรและการตอบสนองต่อโหลดในครั้งที่ 1

รูปที่ 5 แสดงผลที่ได้จากการทดลองครั้งที่ 1 โดยรูปสัญญาณที่ช่อง 1 (CH1) จะเป็นสัญญาณขับที่ขาเกตของเพาเวอร์มอสเฟต ส่วนที่ช่องที่ 2 (CH2) จะเป็นลักษณะของสัญญาณกระแสที่เกิดขึ้นกับตัวต้านทาน R3 โดยสัญญาณพัลซ์จะมีความถี่สวิตชิ่ง (fs) ที่ประมาณ 25kHz

รูปที่ 6 เป็นการทดลองครั้งที่ 2 การทำงานบอร์ดสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย โดยใช้ตัวต้านทานขนาด 10 โอห์ม 20 วัตต์ ต่อที่เอาต์พุต 16V จากนั้นสังเกตการทำงานของวงจรและการตอบสนองต่อโหลดครั้งที่ 2 เพื่อสังเกตความแตกต่างจากครั้งที่ 1

รูปที่ 7 แสดงผลที่ได้จากการทดลองครั้งที่ 2 โดยรูปสัญญาณที่ช่อง 1 (CH1) จะมีขนาดกว้างขึ้นเพื่อตอบสนองต่อโหลดค่าต่ำกว่า ส่วนที่ช่องที่ 2 (CH2) ลักษณะของสัญญาณกระแสก็มีขนาดเพิ่มขึ้นเช่นกัน

สำหรับบทความเนื้อเกี่ยวกับบอร์ดสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายสำหรับทีวี (Flyback Converter for Power Switching Panel TV) นี้คงพอจะเป็นแนวคิดเบื้องต้นให้ผู้อ่านได้บ้างนะครับ รวมทั้งผลการทดลองแบบง่ายๆ เพื่อให้เห็นลักษณะการทำงานของไอซีควบคุมและการตอบสนองต่อโหลดที่นำมาต่อเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้า และสำหรับท่านที่ต้องการศึกษาเนื้อหาเกี่ยวกับเรื่องนี้เพิ่มเติมสามารถเข้าไปที่เว็บไซต์ตามลิ้งก์ที่ได้อ้างอิงข้างล่างนี้ครับ.

Reference

1. https://www.ti.com/lit/ml/slup072/slup072.pdf?ts=1623464319352&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
2. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN1327-D.PDF
3. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/SMPSRM-D.PDF
4. http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/01114a.pdf
5. https://www.microchip.com/content/dam/mchp/documents/OTH/ApplicationNotes/ApplicationNotes/00002122B.pdf
6. https://www.ti.com/lit/an/slua143/slua143.pdf?ts=1623464672735&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F