SG3524 Control Half-Bridge Converter Switching Mode Power Supply [LEP]

สำหรับในตอนที่ 4 จะเป็นการพัฒนาโครงงานต่อด้วยบอร์ดควบคุมโดยใช้ไอซี SG3524 ซึ่งจะเป็นนำไปควบคุมสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย แบบฮาฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ โดยจะออกแบบวงจรในส่วนของบอร์ดคอนเวอร์เตอร์แบบฮาฟบริดจ์ใหม่ (Half-Bridge Converter) เพิ่มเติมและวงจรขับขาเกตให้กับเพาเวอร์มอสเฟตด้วยออปโต้คัปเปิ้ล (MOSFET gate drive optocoupler) จากนั้นจะใช้การตรวจจับกระแสภายในวงจรด้วยหม้อแปลงตรวจจับกระแส (Current Transformer : CT) และค่าแรงดันเอาต์พุตด้วยวงจรแบ่งแรงดัน (Voltage Divider) เพื่อเป็นสัญญาณป้อนกลับ (Feedback Signal) ให้กับไอซี SG3524 ประมวลผลและควบคุมการทำงานต่อไป

สำหรับรูปที่ 1 และรูปที่ 2 เป็นการเตรียมอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับประกอบโครงงาน และการทำแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับประกอบในส่วนของวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบฮาฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์

ในรูปที่ 3 ถึงรูปที่ 5 เป็นลักษณะของการเริ่มประกอบอุปกรณ์ต่างๆ บนแผ่นวงจรพิมพ์ และการพันหม้อแปลงสวิตชิ่ง โดยใช้แกนเฟอร์ไรท์แบบ ER-35 ลวดทองแดงเบอร์ 21SWG พันขดลวดปฐมภูม (Primary winding) จำนวน 16 รอบและขดลวดทุติยภูมิ (Secondary winding) จำนวน 6 รอบแบบคู่ โดยระหว่างขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะพันเทปคั่นก่อนประมาณ 3 รอบ จากนั้นพันเทปรอบแกนหม้อแปลงโดยไม่ต้องเว้นช่องอากาศ (Air gap) ประมาณ 4 รอบ และในรูปที่ 5 แสดงการประกอบหม้อแปลงสวิตชิ่งเข้ากับแผ่นวงจรพิมพ์

สำหรับรูปที่ 6 ถึงรูปที่ 8 เป็นบอร์ดที่ประกอบขึ้นอีกส่วนหนึ่งสำหรับบอร์ดขับเพาเวอร์มอสเฟตด้วยออปโต้คัปเปิ้ล ทั้งนี้สัญญาณจากตัวบอร์ดควบคุม SG3524 เดิม ยังไม่สามารถขับเพาเวอร์มอสเฟตของวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบฮาฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ได้โดยตรง และใช้การใช้ออปโต้คัปเปิ้ลเพื่อแยกกันทางไฟฟ้าระหว่างแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงให้กับคอนเวอร์เตอร์ที่แรงดันสูงกับไอซีควบคุม SG3524 อีกทางหนึ่ง

รูปที่ 9 ถึงรูปที่ 14 แสดงลักษณะการเครื่องมือและอุปกรณ์สำหรับทดลองการทำงานวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย แบบฮาฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์โดยใช้ไอซี SG3524 รวมทั้งการกำหนดค่าแรงดันเอาต์พุตที่เลือกไว้

สำหรับรูปที่ 15 ถึงรูปที่ 17 เป็นการทดลองที่ 1 ให้วงจรจ่ายกระแสโหลดที่ 1.35A เพื่อสังเกตการตอบสนองสัญญาณขับขาเกตที่เกิดขึ้นและการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดันเอาต์พุต

รูปที่ 15 ถึงรูปที่ 17 การทดลองที่ 2 เช่นเดียวกับการทดลองที่ 1 โดยให้วงจรจ่ายกระแสโหลดเพิ่มขึ้นที่ 2.60A และสังเกตการตอบสนองสัญญาณขับขาเกต รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดันเอาต์พุตและวงจรทั้งหมดยังทำงานร่วมกันได้เป็นปกติ

ในรูปที่ 21 ถึงรูปที่ 22 แสดงการทดลองที่ 3 โดยให้เอาต์พุตเกิดการช๊อตเซอร์กิต จากนั้นสังเกตการทำงานวงจรทั้งหมดอีกครั้ง ซึ่งในการทดลองจะช๊อตเซอร์กิตค้างไว้ประมาณ 3 วินาทีและปลดออก และวงจรยังคงกลับมาทำงานได้เป็นปกติ แต่จะเห็นว่าปริมาณกระแสเอาต์พุตจะเพิ่มขึ้นไปที่ประมาณ 11A และถูกควบคุมไว้

รูปที่ 24 รูปที่ 25 เป็นวงจรที่ใช้ในการทดลองโครงงานทั้งหมด โดยในส่วนของบอร์ดควบคุม SG3524 ยังคงเป็นแบบเดิมอยู่ สำหรับในส่วนของวงจรส่วนขับกำลังฮาฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ จะเป็นวงจรที่ออกแบบใหม่เพิ่มเติม หมายเหตุในการทดลองสำหรับบอร์ดออปโต้คัปเปิ้ลขับเพาเวอร์มอสเฟตจะใช้แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงแยกอิสระ +15V เพื่อให้ง่ายสำหรับการทดลองวงจรต้นแบบนี้

สำหรับโครงงานนี้ยังคงเป็นตอนต่อเนื่องจากการนำบอร์ดควบคุมโดยใช้ไอซี SG3524 มาใช้งาน ซึ่งจะเป็นการควบคุมสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย แบบฮาฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ เพิ่มเติมอีกรูปแบบหนึ่งที่นำไอซีไปใช้งานกับคอนเวอร์เตอร์ที่แรงดันสูงขึ้น โดยจะออกแบบวงจรในส่วนคอนเวอร์เตอร์แบบฮาฟบริดจ์ใหม่ (Half-Bridge Converter) สำหรับเนื้อหาต่างๆ ที่นำเสนอนี้คงพอจะเป็นประโยชน์หรือแนวทางให้กับผู้อ่านสำหรับพัฒนาโครงงานอื่นๆ ครับ.

Reference

1. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sg2524.pdf?ts=1670174378355&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
2. https://www.st.com/resource/en/datasheet/sg3524.pdf
3. https://th.rs-online.com/web/p/pwm/6200492
4. https://th.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/UC3524AN?qs=fZz%252BEhgUXdhTxUI5sHCCyw%3D%3D
5. https://www.vishay.com/docs/73668/73668.pdf
6. https://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01114A.pdf
7. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/Smpsrm-D.PDF
8. https://www.infineon.com/dgdl/an-1160.pdf?fileId=5546d462533600a40153559a85df1115
9. https://www.mouser.com/applications/power-supply-topology-half/