Interface Board Arduino with Two-switch for Switching Mode Power Supply

สำหรับโครงงานบอร์ดอินเตอร์เฟสระหว่างวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสวิตชิ่งแบบใช้ตัวขับกำลัง 2 ตัวร่วมกับบอร์ดควบคุม Arduino UNO นี้ เป็นอีกหนึ่งโครงงานที่ออกแบบมาเพื่อลดขั้นตอน สามารถใช้ได้ง่ายและสะดวก สำหรับการต่อใช้งานให้กับวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสวิตชิ่งที่ต้องการทดลองต่างๆ ซึ่งบางครั้งจะต้องใช้วงจรลักษณะเดียวกันซ้ำๆ นั้นเอง โดยวงจรในโครงงานสามารถนำไปทดลองได้หลายโครงสร้างของการทำงาน (Topology) กับวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย เช่น ฟายแบกคอนเวอร์เตอร์ (Flyback converte), ฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์ (Forward converter), พุช-พูลคอนเวอร์เตอร์ (Push-Pull converte) และฮาฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ (Half-Bridge  converter) เป็นต้น

รูปที่ 1 เป็นการเตรียมอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ในการประกอบโครงงาน ซึ่งโครงงานงานนี้จะใช้อุปกรณ์ทั่วไป สามารถหาซื้ออุปกรณ์ผ่านช่องทางออนไลน์ต่างๆ และใช้อุปกรณ์ไม่มากนัก

รุปที่ 2 แสดงการวางตำแหน่งอุปกรณ์ต่างๆ บนแผ่นวงจรพิมพ์อเนกประสงค์และวางอุปกรณ์เป็นส่วนของภาคการทำงาน เพื่อให้เข้าใจการทำงานได้ง่าย โดยส่วนของวงจรจะประกอบด้วย วงจรขับสัญญาณด้วยออปโต้คัปเปิ้ล 2 ช่อง (Optocoupler driver), วงจรรับค่าแรงดันเอาต์พุตป้อนกลับ (Voltage feedback) และวงจรป้อนกลับกระแส (Current feedback)

รูปที่ 3 แสดงลักษณะของการต่อสายแพรสำหรับเชื่อมต่อกับบอร์ดควบคุม Arduino UNO ทั้งนี้เราสามารถเชื่อมต่อได้โดยตรงสำหรับควบคุมและรับค่าสัญญาณป้อนกลับต่างๆ

รูปที่ 4 รูปแสดงการต่อสายไฟเลี้ยงและสัญญาณต่างๆ ให้กับบอร์ดเสร็จเรียบร้อย โดยจะสามารถเชื่อมต่อเข้ากับบอร์ดควบคุมและวงจรสวิตชิ่งสำหรับการทดลองหรือวงจรที่ต้องการออกแบบในลักษณะต่างๆ

รูปที่ 5 แสดงการเตรียมแผ่นอะคิลิกใสสำหรับยึดบนฐานเดียวกัน ทั้งนี้เพือให้เราสามารถนำไปใช้งานได้ง่ายและสะดวก โดยในส่วนของบอร์ดควบคุมและบอร์ดอินเตอร์เฟสสำหรับเชื่อมต่อกับวงจรวงจรสวิตชิ่งจะอยู่บนฐานรับเดียวกัน และเราสามารถนำสายไฟส่วนของการขับสัญญาณและรับค่าป้อนกลับ ต่อเข้ากับบอร์ดสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายโดยตรง

รูปที่ 6 แสดงการติดยางรองกันกระแทกกับฐานรับอะคิลิกสำหรับบอร์ดทดลองและลักษณะของการประกอบอุปกรณ์เพิ่มเติม

รูปที่ 7 และรูปที่ 8 แสดงลักษณะของการยึดบอร์ดบนฐานรับอะคิลิกและลักษณะของบอร์ดต้นแบบ การเชื่อมต่อสายโปรแกรมผ่านพอร์ต USB และแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงภายนอกเข้าที่คอนเน็กเตอร์ DC IN ของบอร์ดควบคุม Arduino UNO

รูปที่ 9 เป็นลักษณะของบอร์ดที่ประกอบเสร็จแล้วและสามารถนำไปใช้ในการทดลองได้ตามต้องการ ซึ่งตัวบอร์ดจะรับไฟเลี้ยงสำหรับตัวออปโต้คัปเปิ้ลที่ตำแหน่งสายไฟสำแดงและดำจะมี 2 ชุด ทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับการทดลองวงจรสวิตชิ่งที่ต้องการออกแบบด้วย

ในรูปที่ 10 แสดงรูปวงจรที่ออกแบบและนำไปใช้ในการทดลอง ซึ่งการทำงานพอสังเขปคือ ในส่วนแรกกับวงจรการขับสัญญาณ (U1 และ U2) ให้กับสวิตชิ่งกำลังต่างๆ เช่น เพาเวอร์มอสเฟตและทรานซิสเตอร์จะใช้ออปโต้คัปเปิลเบอร์ TLP250 และรับสัญญาณพัลซ์จากขา D9 และ D10 จากบอร์ด Arduino UNO, ส่วนที่ 2 ที่ตำแหน่งขา ADC1 (A1) จะใช้ในการรับค่าแรงดันป้อนกลับจากเอาต์พุตของวงจรสวิตชิ่ง ซึ่งวงจรในส่วนนี้จะต่อในลักษณะวงจรแบ่งแรงดันระหว่าง R3 และ RP2 สุดท้ายในส่วนที่ 3 ที่ตำแหน่งขา ADC0 (A0) จะรับค่ากระแสป้อนกลับจากวงจรสวิตชิ่งเช่นกัน โดยสามารถใช้ได้ทั้งหม้อแปลงตรวจจับกระแส (Current Transformer : CT) หรือฮอร์เอฟเฟกเซนเซอร์ (Hall Effect Sensor)

สำหรับโครงงานนี้เป็นโครงงานเล็กๆ อีกวงจรหนึ่งที่จะช่วยให้สามารถนำไปใช้ในการทดลอง หรือออกแบบแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงแบบสวิตชิ่งโหมด ร่วมกับบอร์ดควบคุม Arduino UNO ได้ง่ายและรวดเร็วขึ้น โดยตัวบอร์ดสามารถส่งสัญญาณควบคุมและรับค่าสัญญาณป้อนกลับต่างๆ ได้โดยตรง รวมทั้งสามารถนำไปทดลองกับโครงสร้างของวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสวิตชิ่งหลายรูปแบบ สำหรับในโครงงานถัดไปแอดมินจะนำบอร์ดอินเตอร์เฟสนี้ไปใช้กับวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายแบบใช้ตัวขับกำลัง 2 ตัว (Two-switch Forward Converter Topologies) กันต่อครับ.

Reference

1. https://www.embedded.com/operation-benefits-of-two-switch-forward-flyback-power-converter-topologies/
2. http://www.eeherald.com/section/design-guide/dual-switch-flyback-converter.html
3. https://www.eetimes.com/two-switch-topology-boosts-forward-flyback-designs/
4. https://www.ti.com/lit/an/snva716/snva716.pdf?ts=1632931408171&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
5. https://www.researchgate.net/figure/The-conventional-double-ended-flyback-converter-a-the-proposed-converter-b_fig1_283410969
6. https://www.eetimes.com/introduction-to-a-two-transistor-forward-topology-for-80-plus-efficient-power-supplies/
7. https://www.researchgate.net/figure/A-two-switch-forward-converter-circuit-diagram-and-pertinent-waveforms_fig10_224504609
8. https://www.ti.com/lit/ml/slup079/slup079.pdf
9. https://www.coilcraft.com/ko-kr/edu/series/a-guide-to-forward-mode-transformers/
10. http://danyk.cz/reg60v_en.html
11. https://cpes.vt.edu/library/viewnugget/655