Prototype UC3845B Controller and Pulse Transformer Board for SMPS

โครงงานนี้เป็นต้นแบบบอร์ดควบคุมซึ่งแอดมินทดลองไว้ช่วงปี 2559 เก็บไว้ในกล่องจนลืมจึงนำมาแชร์ให้กับผู้อ่านซึ่งอาจจะเป็นประโยชน์ได้บ้างครับ โดยตัวบอร์ดนี้สามารถควบคุมสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ซัพพลาย (Switched mode power supply : SMPS) ได้หลายรูปแบบ (Topology) เช่น ฟายแบกคอนเวอร์เตอร์ (Flyback converte), ฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์ (Forward converter) หรือตัวขับกำลังสวิตชิ่ง 2 ตัว (Two-switch Forward Converter) โดยใช้ไอซี UC3845B สามารถรับสัญญาณป้อนกลับ (Feedback Signal) เพื่อควบคุมแรงดันเอาต์พุต (VFB) และป้องกันกระแสเกินได้ (ICS) และในตัวบอร์ดจะใช้หม้อแปลงขับสัญญาณ (Pulse Transformer) เพื่อต่อร่วมกับสวิตชิ่งขับกำลัง เช่น เพาเวอร์ไอจีบีทีและมอสเฟตได้

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 แสดงบอร์ดต้นแบบควบคุมสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ซัพพลาย ซึ่งประกอบอุปกรณ์ต่างๆ เสร็จเรียบร้อยแล้ว และสามารถนำมาทดลองวัดสัญญาณและปรับแต่งการทำงานของตัววงจรใหม่ได้

รูปที่ 3 แสดงลักษณะของตัวไอซี UC3845B ที่ใช้ในการควบคุม รวมทั้งอุปกรณ์ต่างๆ ที่ต่อร่วมกับในบอร์ดต้นแบบ

รูปที่ 5 เป็นการทดลองที่ 1 ด้วการวัดสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของไอซี UC3845B โดยใช้ออสซิลโลสโคปเทียบกราวด์เพื่อตรวจสอบลักษณะของรูปสัญญาณที่ได้ให้เป็นไปอย่างถูกต้องและเหมาะสม

รูปที่ 6 แสดงรูปสัญญาณที่เกิดขึ้นจากเอาต์พุตของไอซี (ขา 6) ซึ่งจะมี 1 ช่องสัญญาณ โดยจากในรูปสัญญาณนี้จะมีขนาด 17Vp-p ที่ความถี่สวิตชิ่งประมาณ 35kHz และเราสามารถปรับความถี่สวิตชิ่งใหม่ได้ตามที่ต้องการ

รูปที่ 7 แสดงลักษณะของการทดลองที่ 2 ด้วยการวัดสัญญาณที่เอาต์พุตของหม้อแปลงขับสัญญาณ (Pulse Transformer) โดยในวงจรจะต่อตัวต้านทาน 1K เพื่อเป็นโหลดให้กับตัวหม้อแปลงเล็กน้อย

รูปที่ 8 ผลการทดลองที่ได้จากการวัดสัญญาณจะเห็นว่าขนาดสัญญาณจะมีค่าแอมปริจูดสูงขึ้นไปที่ 35Vp-p ทั้งนี้เพื่อให้เหมาะสมกับการส่งเป็นขับให้กับเพาเวอร์ไอจีบีทีและมอสเฟต โดยในการทดลองนี้จะวัดสัญญาณที่เป็นเฟสเดียวกัน

รูปที่ 9 ที่ตำแหน่งในกรอบสีเหลืองเป็นการกลับตำแหน่งของการวัดสัญญาณเดิมให้ต่างเฟสกัน (ต่างเฟสกัน 180 องศา) หรือพิจารณาจากทิศทางการพันขดลวดในหม้อแปลงขับสัญญาณ (DOT)

รูปที่ 10 ผลการทดลองที่ 3 เมื่อทำการทดลองวัดสัญญาณกลับเฟส 1 ด้านเพื่อสังเกตลักษณะของสัญญาณที่เกิดขึ้นและสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานในรูปแบบอื่นได้เพิ่มเติม

รูปที่ 11 แสดงลักษณะของการทดลองโครงงานและการวัดสัญญาณในช่วงการทดลองโดยจะใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ทั่วไป

โครงงานนี้เป็นบอร์ดต้นแบบเล็กๆ สำหรับเป็นแนวทางนำไปใช้ควบคุมสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ซัพพลายได้บ้างครับ โดยเราสามารถนำสัญญาณที่ได้จากตัวหม้อแปลงขับสัญญาณต่อเข้ากับอุปกรณ์สวิตชิ่งขับกำลังได้ทันที (ตำแหน่ง SEC1, GND1 และ SEC2, GND2) จากนั้นเราสามารถส่งค่าแรงดันเอาต์พุตของวงจรสวิตชิ่งกลับมายังตำแหน่ง (VFB) เพื่อควบคุมให้ได้ตามที่ต้องการ ซึ่งจะต้องใช้วงจรปรับขนาดสัญญาณป้อนกลับเล็กน้อย (Signal condition) ที่ประมาณ 2.5V รวมทั้งการป้องกันกระแสเกินที่ตำแหน่ง (ICS) จะมีค่าแรงดันอ้างอิงภายในที่ 1V นั้นเอง

Reference

1. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/uc3844b-d.pdf
2. https://www.st.com/en/power-management/uc3845b.html
3. https://www.ti.com/lit/an/slua143/slua143.pdf?ts=1636804454376&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
4. https://www.digikey.tw/htmldatasheets/production/101676/0/0/1/uc2845bdr2g.html
5. https://www.researchgate.net/publication/271882222_Review_of_High_Power_Pulse_Transformer_Design
6. http://ferroxcube.home.pl/news/gate%20drive%20trafo.pdf
7. https://ijcsi.org/papers/IJCSI-10-2-2-305-310.pdf
8. http://www.x-relsemi.com/EN/Documentation/ApplicationNotes/AN-00371-13-XTR40010-Pulse%20Transformer%20Design%20Guidelines_for%20web%20site.pdf