Single Switch Forward Converter Switching Mode Power Supply 12W [LEP]

สำหรับในตอนสุดท้ายจะเป็นการทดลองการทำงานของวงจรแบบฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์ โดยนำบอร์ดควบคุมการทำงานด้วยไอซี UC3845B จากตอนที่ 1 มาต่อร่วมกับบอร์ดกำลังฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์และปรับแต่งการทำงานอีกครั้งให้สามารถใช้งานได้ตามที่ต้องการ โดยในการทดลองจะใช้การวัดสัญญาณขับขาเกต (PWM Signal) และสัญญาณกระแสที่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ (Lp) เพื่อสังเกตการตอบสนองในช่วงแรงดันอินพุตที่มีค่าสูงสุดและต่ำสุด, ค่าแรงดันเอาต์พุต รวมทั้งประสิทธิภาพการทำงานโดยรวมของวงจรทั้งหมด

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 แสดงลักษณะของการเตรียมการทดลองโครงงานฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์ และวัดค่าแรงดันเอาต์พุตที่เกิดขึ้น ซึ่งในการทดลองจะแยกบอร์ดควบคุมด้วยไอซี UC3845B และบอร์ดกำลังฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์ให้สามารถทดลองได้ง่าย

รูปที่ 3 ในส่วนหม้อแปลงสวิตชิ่งจะใช้แกนหม้อแปลงแบบ EI28 ด้วยการพันขดลวด Lp=30 รอบ, Lr=30 รอบ และ Ls=9 รอบ ใช้ลวดทองแดงเบอร์ 29 SWG ในส่วนการประกอบหม้อแปลงแกน E กับแกน I เข้าด้วยกันให้เว้นช่องว่างอากาศ (Air gap transformer) ด้วยการใช้การดาษ A4 พับ 2 ชั้นขั้นระหว่างแกน E กับแกน I จากนั้นให้พันเทปรอบตัวหม้อแปลง สำหรับไดโอดเอาต์พุตเร็กติไฟร์จะใช้แบบ 2 ตัวอยู่ในตัวถังเดียวกัน (Dual diode package) เพื่อความสะดวกในการประกอบวงจร

สำหรับรูปที่ 4 แสดงการสัญญาณขับขาเกต (CH1) และสัญญาณกระแสที่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ (CH2) โดยในการทดลองจะวัดสัญญาณทั้ง 2 ส่วนนี้เป็นหลัก ซึ่งสัญญาณขับขาเกตจะวัดที่ตำแหน่งขา 6 ของไอซี UC3845B และสัญญาณกระแสที่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิจะวัดคร่อมที่ตำแหน่ง R8 (1R/3W) ในรูปที่ 12

ในรูปที่ 5 ถึงรูปที่ 7 เป็นการทดลองที่ 2 ด้วยการจ่ายแรงดันอินพุตที่ 120VDC และค่าแรงดันเอาต์พุตที่ได้เท่ากับ 11.01V ที่กระแสโหลด 1.03A ซึ่งแรงดันเอาต์พุตลดลงเล็กน้อย ส่วนสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นยังตอบสนองให้อยู่ในระดับที่พอดี

ในรูปที่ 8 ถึงรูปที่ 10 เป็นการทดลองที่ 3 ลักษณะเดียวกับการทดลองที่ 2 ด้วยการจ่ายแรงดันอินพุตเพิ่มขึ้นที่ 180VDC จะเห็นว่าสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นจะแคบลง เพื่อปรับชดเชยการทำงานให้แรงดันเอาต์พุตใกล้เคียงค่าแรงดันที่กำหนดไว้

โครงงานต้นแบบวงจรฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์แบบใช้เพาเวอร์สวิตชิ่งตัวเดียว เป็นสวิตชิ่งคอนเวอร์เตอร์อีกแบบหนึ่งที่สามารถจ่ายกำลังเอาต์พุตได้สูงขึ้น เมื่อเทียบกับการใช้วงจรฟายแบกคอนเวอร์เตอร์ ในราคาและต้นทุนของการออกแบบที่ไม่ต่างกันมากนัก ซึ่งอาจจะเป็นทางเลือกของสวิตชิ่งคอนเวอร์เตอร์แบบหนึ่ง สำหรับเนื้อหาที่นำเสนอมาทั้ง 2 ตอนคงพอจะเป็นแนวทางให้ผู้อ่านสามารถนำไปพัฒนาเพิ่มเติมต่อไปครับ.

Reference

1. https://www.mouser.com/pdfdocs/2-10.pdf
2. https://www.pspice.com/sites/default/files/Single-Switch-Forward-Converter-App-Note_Final.pdf
3. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8039-D.PDF
4. https://de.farnell.com/en-DE/voltage-topologies-part2-trc-ar
5. https://www.sunpower-uk.com/glossary/what-is-a-forward-converter/
6. https://www.mdpi.com/2079-9292/11/7/1009
7. https://isatronick.be/smps/
8. http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps_e/edw_hilfe_e.html
9. https://www.onsemi.com/company/news-media/blog/innovation-forum/voltage-drops-also-affect-forward-converter
10. https://www.researchgate.net/publication/347889389_Multivariable_Unconstrained_Pattern_Search_Method_for_Optimizing_Digital_PID_Controllers_Applied_to_Isolated_Forward_Converter
11. https://www.meanwelldirect.co.uk/glossary/what-is-a-forward-converter/
12. https://community.element14.com/products/manufacturers/wuerth-elektronik/w/documents/10825/the-forward-converter
13. https://www.mouser.com/pdfDocs/Doc1500_ForwardvsFlyback.pdf