Simple Lossless Hall effect Current Sensing for DC-DC Converters [LEP]

ในตอนสุดท้ายนี้เป็นการตรวจจับกระแสโดยใช้ฮอร์เอฟเฟก (Hall effect sensor) ซึ่งเป็นวิธีการหนึ่งของการตรวจจับกระแสแบบสูญเสียพลังงานน้อย (Lossless hall effect current sensing) ทั้งนี้โดยทั่วไปค่าความต้านทานที่ขาตรวจจับกระแสต่ำมาก (มีหน่วยเป็นมิลลิโอห์ม) การนำมาต่อใช้งานสำหรับตรวจจับกระแสง่ายและสัญญาณที่ได้จากการตรวจจับกระแสจะเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC Signal) ซึ่งช่วยให้ง่ายต่อการนำไปควบคุมการทำงานวงจรต่างๆ หรือการนำไปประมวลผลด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นเอง

รูปที่ 1 ถึงรูปที่ 3 เป็นการเตรียมอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับทดลองโครงงาน โดยตัวฮอร์เอฟเฟกเซนเซอร์ใช้เบอร์ ACS712-5A ซึ่งเป็นโมดูลสำเร็จสามารถหาซื้อได้ทั่วไป จากนั้นนำโมดูลฮอร์เอฟเฟกเซนเซอร์มาต่อใช้งานเบื้องต้น เพื่อตรวจสอบการทำงานและทดลองการทำงานของวงจรร่วมกันทั้งหมด

ในรูปที่ 4 และรูปที่ 5 เป็นแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงอินพุต (Vi) สำหรับการทดลอง โดยใช้แรงดันที่ประมาณ 40V จากนั้นวัดสัญญาณ CH1 เอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ที่ตำแหน่งขา S ที่มอสเฟต Q1 (ดูในรูปที่ 15) ส่วนช่องวัดสัญญาณ CH2 จะวัดค่าแรงดันเอาต์พุตที่ได้จากฮอร์เอฟเฟกเซนเซอร์

รูปที่ 6 ถึงรูปที่ 8 เป็นการวัดค่าแรงดันเอาต์พุตที่ได้ของดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ (Vo) จากนั้นใช้แคล้มมิเตอร์สำหรับวัดกระแสเอาต์พุต (Io) โดยลักษณะของการเตรียมการทดลองโครงงานแสดงในรูปที่ 8

การทดลองที่ 1 แสดงในรูปที่ 9 ถึงรูปที่ 11 โดยให้วงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์จ่ายกระแสโหลดที่ 2.64A จากนัันสังเกตสัญญาณเอาพุตอินเวอร์เตอร์ในรูปที่ 10 จะสัมพันธ์กับค่าแรงดันจากฮอร์เอฟเฟกเซนเซอร์อย่างเป็นสัดส่วนและในตอนนี้แอลอีดีแสดงผลกระแสเกินยังคงดับอยู่

การทดลองที่ 2 แสดงในรูปที่ 12 ถึงรูปที่ 14 โดยให้วงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์จ่ายกระแสเพิ่มขึ้นที่ 6.12A จากนัันสังเกตสัญญาณเอาพุตอินเวอร์เตอร์รูปที่ 13 และค่าแรงดันจากฮอร์เอฟเฟกเซนเซอร์ แต่ในตอนนี้แอลอีดีแสดงผลกระแสจะติดสว่างเนื่องจากกระแสเอาต์พุตมากกว่าค่าที่กำหนด

สำหรับในรูปที่ 15 จะเห็นวงจรในกรอบสีดำจะทำหน้าที่แสดงผลที่ได้จากฮอร์เอฟเฟกเซนเซอร์ โดยให้ไอซี U1 ทำหน้าที่เป็นวงจรเรกูเลตไฟเลี้ยงจาก +15V ให้เท่า +5V สำหรับจ่ายให้ตัวเซนเซอร์ จากนั้นจะใช้ไอซี TL431 (U2) ทำหน้าที่เปรียบเทียบแรงดันที่ขา Ref (2.5V) กับแรงดันเอาต์พุตของตัวเซนเซอร์ที่รับเข้า (OUT) โดยเมื่อแรงดันของตัวเซนเซอร์มากกว่าก็จะทำให้แอลอีดี (LED2) ติดสว่างขึ้นนั้นเอง

ในตอนสุดท้ายสำหรับเทคนิคการตัวจจับกระแสในวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ จะเป็นวิธีการที่ไม่ยากอีกแบบหนึ่งนอกจากเนื้อหาที่นำเสนอมาทั้ง 3 รูปแบบ ทั้งนี้ในส่วนของเนื้อหาที่กล่าวมาในตอนสุดท้ายจะเน้นในเรื่องของวงจรการทำงานที่เรียบง่าย ใช้อุปกรณ์ไม่มากและเข้าใจการทำงานได้รวดเร็ว นอกจากนี้เนื้อหาเพิ่มเติมต่างๆ ผู้อ่านสามารถเข้าไปดูตามเว็บไซต์อ้างอิงข้างล่างนี้

Reference

1. https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/posts/nailing-accurate-and-lossless-current-sensing-in-high-current-converters
2. https://www.semanticscholar.org/paper/A-novel-lossless-digital-inductor-current-sensing-Singh-Goel/c6806b5eb683efa2ba058ffb0a91ec784e7fa471
3. https://www.edn.com/accurate-and-lossless-current-sensing-techniques-for-power-applications-a-practical-myth/
4. https://www.mdpi.com/2079-9292/11/9/1484#
5. https://www.powerelectronictips.com/technology-trends-increased-pol-power-densities-faq/
6. https://www.researchgate.net/publication/224397448_Lossless_Inductor_Current_Sensing_Method_With_Improved_Frequency_Response
7. https://www.semanticscholar.org/paper/Dynamic-effects-of-mismatched-time-constants-in-DCR-Spiazzi-Buso/855ee45da739390196bd17b69788b12f4c4153e9
8. https://www.semanticscholar.org/paper/Design-considerations-of-time-constant-mismatch-for-Hua-Luo/ba481449976d7f66a484e7beef440378d56a9957
9. https://www.electronicsdna.com/op-amp-lm393-control-dc-dc-synchronous-buck-converter-lep/