Mini Half-bridge Switching by UC3846N Current Mode PWM Controller

โครงงานนี้เป็นการต่อยอดจากการแนะนำไอซีเบอร์ UC3846N ที่ผ่านมา (https://www.electronicsdna.com/preliminary-experiment-for-uc3846n-current-mode-pwm-controller/) ด้วยการนำบอร์ดทดลองที่นั้นมาต่อกับวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสวิตชิ่งฮาร์ฟบริดจ์ คอนเวอร์เตอร์ (Half-bridge Switching) โดยจะนำส่วนของวงจรขับกำลังมาจากโครงงานที่เคยออกแบบไว้เช่นกัน (https://www.electronicsdna.com/simple-half-bridge-topology-switching-mode-power-supply-using-ir2153-lep/) เพื่อให้เราเข้าใจการนำไอซีไปใช้งานจริงได้มากยิ่งขึ้นครับ

รูปที่ 1 เป็นลักษณะของบอร์ดควบคุมด้วยไอซี UC3846N ที่ทดลองไว้เดิม โดยจะนำมาต่ออุปกรณ์บางส่วนเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับวงจรขับกำลังได้เหมาะสม ซึ่งส่วนของวงจรขับกำลังจะเป็นวงจรฮาร์ฟบริดจ์ สวิตชิ่ง คอนเวอร์เตอร์

รูปที่ 2 แสดงลักษณะของการเชื่อมต่อระหว่างบอร์ดควบคุมด้วยไอซี UC3846N และวงจรฮาร์ฟบริดจ์ สวิตชิ่ง คอนเวอร์เตอร์ สำหรับการทดลองการทำงานและการปรับแต่งให้สามารถทำงานได้

รูปที่ 3 และรูปที่ 4 จะเป็นการกำหนดค่าแรงดันอินพุตและเอาต์พุตในการทดลอง แต่เราสามารถปรับวงจรให้ทำงานในช่วงที่ต้องการได้ภายหลัง เพื่อให้เรานำวงจรไปใช้งานกับแหล่งจ่ายอินพุตต่างๆ หรือกำหนดค่าแรงดันเอาต์พุตใหม่ได้อีกเล็กน้อย

รูปที่ 5 แสดงตัวต้านทานโหลดที่ใช้สำหรับการทดลอง โดยจะมีขนาด 1.1 โอห์ม/60 วัตต์ 2 ตัวที่ต่ออนุกรมกัน ทั้งนี้เพื่อเป็นการทดลองให้วงจรจ่ายกระแสทางด้านเอาต์พุตที่ประมาณ 5A และ 10A

รูปที่ 6 แสดงลักษณะของสัญญาณขับขาเกต (Vgs, Hi side) ที่ช่องวัดสัญญาณที่ 1 (CH1) และการวัดสัญญาณกระแสสำหรับตัวหม้อแปลงสวิตชิ่งที่ขดลวดปฐมภูมิ (ILp) ที่ช่องวัดสัญญาณที่ 2 (CH2) ข้างล่าง ทั้งนี้เพื่อสังเกตลักษณะของการทำงานในช่วงของการทดลองต่างๆ

รูปที่ 7 ถึงรูปที่ 9 แสดผลการทดลองครั้งที่ 1 โดยให้วงจรจ่ายกระแสเอาต์พุตที่ 5.26A จากนั้นสังเกตการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดันที่เอาต์พุต (Load regulation) และสัญญาณขับขาเกต (Vgs Hi side) ที่ตอบสนองกับโหลดในการทดลอง และความถี่สวิตชิ่งกำหนดไว้ที่ประมาณ 30kHz รวมทั้งสัญญาณกระแสที่ตัวหม้อแปลงสวิตชิ่งที่ขดลวดปฐมภูมิ (ILp)

รูปที่ 10 ถึงรูปที่ 12 แสดผลการทดลองครั้งที่ 2 เช่นเดียวกับการทดลองที่ 1 ด้วยการให้วงจรจ่ายกระแสเอาต์พุตเพิ่มขึ้นที่ 9.69A และสังเกตการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดันที่เอาต์พุต (Load regulation) โดยในการทดลองนี้ค่าแรงดันเอาต์พุตลดลงประมาณ 0.5V และสัญญาณขับขาเกต (Vgs Hi side) จะนิ่งขึ้น รวมทั้งสัญญาณกระแสที่ตัวหม้อแปลงสวิตชิ่งที่ขดลวดปฐมภูมิ (ILp)

รูปที่ 14 และรูปที่ 15 เป็นวงจรที่ใช้ในการทดลองโครงงาน ซึ่งจะนำมาจากโครงงานที่เคยนำเสนอไว้ [Ref.5], [Ref.6] ซึ่งเราสามารถย้อนดูลักษณะของการทำงานเพื่อให้เข้าใจการทำงานในแต่ละส่วนเพิ่มขึ้น

สำหรับในการทดลองโครงงานที่นำเสนอนี้ การทำงานสามารถใช้งานได้เป็นที่พอใจ ซึ่งที่ตัววงจรสามารถจ่ายกำลังได้ที่ 60 วัตต์ ต่อเนื่อง ตัววงจรรองรับการซ๊อตเซอร์กิตที่เอาต์พุตได้โดยไม่เสียหาย ทั้งนี้ที่ตำแหน่งไดโอดเร็กติไฟร์ทางด้านเอาต์พุตแอดมินใช้แผ่นระบายความร้อนขนาดเล็กไปหน่อย (เน้นการทดลองวงจรต้นแบบ) แต่เราสามารถปรับให้มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ เพื่อให้วงจรสามารถจ่ายกำลังทางด้านเอาต์พุตได้สูงเพิ่มขึ้น ทั้งนี้วงจรต่างๆ ที่นำเสนอนี้ผู้อ่านสามารถปรับแต่งได้ตามความเหมาะสมสำหรับนำไปใช้ในงานต่างๆ ตามที่ต้องการครับ.

Reference

1. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc3847.pdf?ts=1641624191270&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
2. http://www.unisonic.com.tw/datasheet/UC3846.pdf
3. http://www.eurica.ru/sound/UC3846.pdf
4. https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/639569/uc3846-duty-cycle-of-uc3846
5. https://www.electronicsdna.com/preliminary-experiment-for-uc3846n-current-mode-pwm-controller/
6. https://www.electronicsdna.com/simple-half-bridge-topology-switching-mode-power-supply-using-ir2153-lep/