Flyback Converter Switching Mode Power Supply by Using TOP224YN

สำหรับโครงงานนี้จะเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ซัพพลาย (Switching Mode Power Supply) โดยใช้ตัวควบคุม TOP224YN ด้วยโครงสร้างวจรแบบฟายแบกคอนเวอร์เตอร์ ทั้งนี้ตัวควบคุมการทำงานในตระกูล (TOPSwitch-II Family) สามารถนำมาออกแบบแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงขนาดเล็กได้ไม่ยากนัก ด้วยขาที่ต่อใช้งานเพียง 3 ขา (Three-Terminal Off-Line PWM Switch) ช่วยให้ออกแบบวงจรได้รวดเร็ว ใช้อุปกรณ์ต่อร่วมน้อยและประหยัดต้นทุนอีกด้วย โดยในโครงงานนี้จะนำไอซีเบอร์ TOP224YN มาทดลองสร้างแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงที่สามารถรับแรงดันอินพุตในช่วง 150VAC-220VAC/50Hz และจ่ายแรงดันเอาต์พุตที่ 16VDC/500mA ต่อเนื่อง

Click, Datasheet for TOPSwitch-II Family (Three-Terminal Off-Line PWM Switch)

ในรูปที่ 1 ถึงรูปที่ 3 เป็นตัวถังของตัวไอซี การต่อใช้งานและโครงสร้างภายในตัวไอซีตระกูล TOPSwitch-II Family ซึ่งช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจคุณสมบัติของตัวไอซีได้ในเบื้องต้น และในส่วนของรายละเอียดของตัวไอซีสามารถคลิกที่ลิ้งก์ Datasheet ข้างบนหรือที่อ้างอิงท้ายเนื้อหา เพื่อเป็นข้อมูลในการออกแบบตามที่ต้องการครับ

รูปที่ 5 แสดงลักษณะของตัวหม้อแปลงสวิตชิ่งที่นำมาใช้ในการทดลอง โดยสามารถนำมาใช้งานได้ทันทีหรือสามารถดูสเปกของตัวหม้อแปลง (Datasheet) ข้างล่างนี้ เพื่อพันหม้อแปลงเองให้ใช้งานได้ตามที่ต้องการ เช่น การเพิ่มกำลังของการจ่ายไฟทางด้านเอาต์พุต การปรับค่าแรงดันเอาต์พุต หรือการเพิ่มจำนวนของการจ่ายไฟเลี้ยงมากกว่า 2 ช่อง เป็นต้น

Click, Datasheet for Switching Transformer EF-20

รูปที่ 7 แสดงลักษณะของการทดลองวงจรสวิตชิ่งโดยใช้ไอซี TOP224YN เป็นตัวควบคุม ซึ่งในการทดสอบการทดงานจะใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ทั่วไป เช่น มัลติมิเตอร์ แคล้มวัดกระแสทางด้านเอาต์พต โหลดตัวต้านทาน สำหรับทดลองการจ่ายกระแสทางด้านเอาต์พุต และสังเกตความร้อนที่เกิดขึ้นในขณะตัวไอซีทำงานเพื่อการประเมินประสิทธิภาพของวงจรโดยรวมในข้างต้น

รูปที่ 8 ถึงรูปที่ 11 เป็นการทดลองที่ 1 โดยจะทดลองจ่ายแรงดันอินพุตที่ 150VDC และให้วงจรต่อโหลดทางด้านเอาต์พุต 20 โอห์ม และวัดค่ากระแสที่ได้โดยค่าแรงดันเอาต์พุตจะกำหนดไว้ที่ประมาณ 16V และตัววงจรสามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าทางด้านเอาต์พุตได้ประมาณ 8 วัตต์ ต่อเนื่อง

สำหรับรูปที่ 12 ถึงรูปที่ 14 เป็นการทดลองที่ 2 เป็นการทดลองอีกครั้งด้วยการปรับแรงดันอินพุตสูงขึ้นมาที่ประมาณ 310VDC (หรือ 220VAC) เพื่อสังเกตการทำงานของวงจรอีกครั้ง โดยการทดลองทั้ง 2 ครั้ง จะเป็นการประเมินในเรื่องค่า Line regulation เบื้องต้น สำหรับนำวงจรต้นแบบไปใช้งานต่อไป

รูปที่ 15 เป็นวงจรที่ออกแบบและใช้ในการทดลอง ซึ่งโดยรวมใช้อุปกรณ์ไม่มากนัก ทั้งนี้ตัวควบคุม TOP224YN เป็นไอซีที่ใช้งานได้ไม่ยากเช่นกัน และในส่วนของการป้อนกลับสัญญาณ (Feedback signal) จะใช้ออปโต้ไอโซเลเตอร์ (PC817) ซึ่งจะช่วยให้การจ่ายกำลังทางด้านเอาต์พุตแยกกันอิสระ (Isolation) กับแหล่งจ่ายทางด้านอินพุตที่แรงดันสูง (+300VDC)

กับโครงงานแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ซัพพลาย โดยใช้ตัวควบคุม TOP224YN ด้วยโครงสร้างวงจรแบบฟายแบกคอนเวอร์เตอร์นี้ ส่วนหนึ่งสำหรับแอดมินเองต้องการทดลองใช้งานตัวควบคุม TOP224YN ซึ่งจะต่างจากไอซีควบคุมทั่วไปที่เคยต่อใช้งาน จึงนำเนื้อหาเกี่ยวกับการทดลองด้วยไอซีเบอร์นี้มาแชร์ให้กับผู้อ่านและคิดว่าคงจะเป็นแนวทางนำไปประยุกต์ใช้งานในรูปแบบต่างๆ สำหรับโอกาสต่อไป

Reference

1. https://www.power.com/products/topswitch
2. https://datasheetspdf.com/pdf/1090723/PowerIntegrations/TOP224YN/1
3. https://www.mouser.com/datasheet/2/328/top221-227-1512604.pdf
4. https://www.ti.com/lit/ml/slup072/slup072.pdf?ts=1660621429607&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
5. https://www.ti.com/lit/ml/slup254/slup254.pdf?ts=1660621451459&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
6. https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00004040-design-equations-of-highpowerfactor-flyback-converters-based-on-the-l6561-stmicroelectronics.pdf
7. https://www.st.com/content/ccc/resource/sales_and_marketing/promotional_material/newsletter/group0/16/b8/12/bb/99/68/41/a7/ST_Wurth_Seminar_Munchen_2018/files/ST_Wurth_Seminar_Munchen_2018.pdf/jcr:content/translations/en.ST_Wurth_Seminar_Munchen_2018.pdf
8. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/Smpsrm-D.PDF