PWM Signal Generator for DC to DC Converter and Switching Power Supply Based on TL494CN

โครงงานบอร์ดสร้างสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น สำหรับใช้ในการทดลองวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย หรือวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ทั่วไป เช่น วงจรบักคอนเวอร์เตอร์, วงจรบูทคอนเวอร์เตอร์, วงจรฟายแบกคอนเวอร์เตอร์, วงจรฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์ เป็นต้น ทั้งนี้ตัวโครงงานเกิดขึ้นจากการทดลองวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย และวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์หลายรูปแบบ ซึ่งจะต้องใช้การแหล่งจ่ายสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นที่มีขนาดสัญาณเหมาะสมสำหรับอุปกรณ์ขับกำลังต่างๆ โดยเฉพาะที่ขาเกต (Gate drive) ของตัวเพาเวอร์มอสเฟต รวมทั้งสามารถปรับความถี่สวิตชิ่ง (Fs) และความกว้างของสัญญาณพัลซ์ (PWM signal) เพื่อปรับแต่งให้วงจรทำงานได้ตามที่ต้องการ

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 แสดงบอร์ดต้นแบบที่ประกอบขึ้นแบบง่ายบนแผ่นวงจรพิมพ์แบบอเนกประสงค์และใช้ไอซี 2 ตัวที่สามารถหาซื้อได้ง่ายและราคาไม่แพงในรูปที่ 1 ซึ่งการวัดสัญญาณสำหรับตรวจสอบผลที่ได้จะแสดงในรูปที่ 2 โดยจะวัดที่เอาต์พุตและแรงดันควบคุมการสร้างสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นตามลำดับ

รูปที่ 3 เป็นการทดลองปรับค่าการจ่ายสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นที่เป็นสัญญาณใช้งานทั่วไป คือความถี่สวิตชิ่งที่ 50kHz ดิวตี้ไซเกิลที่ประมาณ 50% โดยจะสังเกตจากสัญญาณที่วัดได้จากช่องวัดสัญญาณที่ 1 (CH1) ส่วนค่าแรงดันที่ช่องวัดสัญญาณที่ 2 (CH2) จะเป็นค่าแรงดันสำหรับปรับขนาดดิวตี้ไซเกิลตามที่ต้องการ ซึ่งแรงดันที่ได้จะส่งไปยังขา 4 ของไอซี TL494

คุณสมบัติของบอร์ดสร้างสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตด้วย TL494CN

1. การสร้างสัญญาณขับได้ทั้งแบบซิงเกิลเอ็นและสัญญาณพุชพูล
2. การปรับค่าความถี่ (Fs) และค่าเดดไทร์ (Dead time) ให้กับสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตได้
3. มีวงจรขยายค่าความผิดพลาด Error Amp 2 ช่อง สำหรับใช้ทดลองการป้อนกลับได้
4. นำไปทดลองวงจรสวิตชิ่งโหมดได้หลายโครงสร้าง
5. สามารถนำผลการทดลองไปออกแบบตัวควบคุมด้วยไอซี TL494CN ได้ทันที

Datasheet for TL494 Switch mode Pulse Width Modulation Control

รูปที่ 4 และรูปที่ 5 เป็นการทดลองที่ 1 ด้วยการปรับความถี่ของสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นที่ความถี่ 95.98kHz และที่ปรับค่าดิวตี้ไซเกิลให้มากที่สุด (ในรูปแสดงค่าประมาณ 80%) และน้อยที่สุด (ในรูปแสดงค่าประมาณ 2% แต่สามารถจ่ายได้ที่ 0%) เพื่อให้สามารถควบคุมการทำงานวงจรสวิตชิ่งต่างๆได้อย่างถูกต้อง

สำหรับในรูปที่ 6 และรูปที่ 7 เช่นเดียวกับการทดลองที่ 1 แต่จะเป็นการให้ตัวบอร์ดนี้จ่ายสัญญาณที่ความถี่ต่ำลง ที่ความถี่สัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น 32.18kHz และปรับค่าดิวตี้ไซเกิลให้มากที่สุด (ในรูปแสดงค่าประมาณ 98% แต่สามารถจ่ายได้ถึง 100%) และน้อยที่สุด (ในรูปแสดงค่าประมาณ 2% แต่สามารถจ่ายได้ที่ 0%) สำหรับควบคุมการทำงานวงจรสวิตชิ่งต่างๆ ได้อย่างถูกต้องเช่นกัน

รูปที่ 8 แสดงตำแหน่งตัวต้านทานปรับค่าสีฟ้าทั้ง 2 ตัวในกรอบสีแดง โดยตัวต้านทานปรับข้างบนซ้ายมือจะใช้ปรับค่าดิวตี้ไซเกิลและตัวต้านทานปรับข้างล่างขวาจะทำหน้าที่ปรับความถี่สวิตชิ่ง ซึ่งสามารถเลือกความถี่สำหรับการทดลองได้ในช่วง 32kHz-95kHz นั้นเอง

กับบอร์ดสร้างสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นสำหรับใช้ในการทดลองวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายต่างๆ นี้ คงจะช่วยให้เราสามารถนำไปใช้งานได้ง่ายและรวดเร็วมากยิ่งขึ้น โดยเอาต์พุตที่ได้ของบอร์ดทดลองนี้สามารถนำไปขับเพาเวอร์มอสเฟตได้โดยตรง และหลังจากที่เราทำการทดลองด้วยบอร์ดนี้เสร็จแล้ว ก็สามารถนำลักษณะของวงจรไปออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ใหม่ที่ใช้ตัวควบคุมด้วยไอซี TL494CN ได้ทันที

Reference

1. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf?ts=1662081343216&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTL494%253Futm_source%253Dgoogle%2526utm_medium%253Dcpc%2526utm_campaign%253Dapp-null-null-GPN_EN-cpc-pf-google-wwe%2526utm_content%253DTL494%2526ds_k%253DTL494%2526DCM%253Dyes%2526gclid%253DCjwKCAjwsMGYBhAEEiwAGUXJaU96XqER_dc2PHQFLFeyMa57ADSQ5Mlypn9NKlcUGOVgeVJfrShoqRoCzRAQAvD_BwE%2526gclsrc%253Daw.ds
2. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/tl494-d.pdf
3. https://www.ti.com/product/TL494
4. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4093b.pdf
5. https://www.st.com/resource/en/datasheet/hcf4093.pdf