สร้าง DC/DC Converter 12V to +/-30V จากสวิตชิ่งคอมเก่า

 โดย Mr.K

      ปัจจุบันมองไปทางไหนก็เห็นแต่ขยะอิเล็กทรอนิกส์เต็มไปหมด ขยะบางอย่างที่บางคนไม่เห็นค่า ส่วนผมยังมองว่ามันมีมูลค่า เพราะว่ายังมีอะไหล่ที่ใช้งานได้หลายตัว ตอนสมัยยังเป็นนักศึกษาเบี้ยน้อยผมชอบสะสมขยะอิเล็กทรอนิกส์ไว้เพื่อถอดเอาอะไหล่มาทดลองเป็นประจำ หนึ่งในนั้นก็คือซากสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายของคอมพิวเตอร์ ซึ่งก็กลายเป็นที่มาของโครงงานนี้ในที่สุด  

รูปที่1 DC/DC Converter 12 to +/-30V 

    โครงงานนี้เหมาะสำหรับนำไปเป็นแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงเพาเวอร์แอมป์ OCL กำลังประมาณ 35+35W @ 8 Ohm และ 60+60W @ 4 Ohm ซึ่งมีวงจรและไอซีเพาเวอร์แอมป์ให้เล่นหลากหลาย เหมาะอย่างยิ่งสำหรับนักศึกษาและผู้ที่สนใจศึกษาพื้นฐานสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายได้เป็นอย่างดี เพราะนอกจากจะสร้างง่ายแล้ว โครงงานนี้ยังเป็นการรีไซเคิ้ลสิ่งของเหลือใช้ ช่วยลดขยะ ลดโลกร้อนไปในตัวอีกด้วย 

 รูปที่2 ตัวอย่างเพาเวอร์ซัพพลายคอมพิวเตอร์ที่ใช้สร้างโครงงาน

  หัวใจหลักของโครงงานนี้เราจะนำหม้อแปลงของสวิตชิ่งคอมพิวเตอร์มาใช้ออกแบบเป็น DC/DC Converter 12 to +/-30V แบบไม่ต้องแกะพันหม้อแปลงใหม่ และไอซีพระเอกของงานคือ TL494/KA7500 ซึ่งก็มีในสวิตขิ่งคอมฯทั่วๆไปอยู่แล้ว ขดลวด Filter * L1 ถอดเอาแกนทอรอยด์มาพันขดลวดใหม่  รวมทั้งฮีตซิงค์ ฯลฯ ส่วนอุปกรณ์อื่นๆที่หาไม่ได้ในสวิตชิ่งที่เสียแล้วยังจำเป็นต้องซื้อหามาเพิ่ม แต่แค่นี้ก็ประหยัดงบไปมากแล้วเพราะหัวใจของโครงงานนี้คือหม้อแปลงเก่านั่นเอง มาดูวงจรกันก่อนครับ

รูปที่3 วงจรโครงงาน DC/DC 12V to +/-30V

 การทำงานของวงจร
   อธิบายแบบคร่าวๆนะครับ U1 เป็นไอซี PWM Control ทำหน้าที่กำเนิดสัญญาณ PWM (Pulse Width Modulation) ขอเรียกสั้นๆว่า พัลซ์ ซึ่งถูกกำหนดความถี่ออสซิลเลเตอร์ภายในโดย  R6,C3 จากสูตร fosc=1.1/(RT*CT) วงจรนี้ความถี่สวิตชิ่งจะหาร2จากความถี่ออสซิลเลเตอร์ ตามวงจรความถี่ออสซิลเลเตอร์กำหนดไว้ประมาณ 91.6kHz ดังนั้นความถี่สวิตชิ่งอยู่ที่ประมาณ 45.8kHz  ในส่วนของวงจร Remote ประกอบด้วย  Q1,R1,R2,R3,C1,D1 และ C7 คือวงจรจะคอยตรวจสอบแรงดัน 12V ที่ขา Remote เพื่อควบคุมการจ่ายพัลซ์เป็นการสั่งเปิด-ปิดเครื่องโดยวิทยุในรถยนต์ D2,C6,R4,R5 เป็นวงจร Soft-Start วงจรจะค่อยๆปรับความกว้างของพัลซ์ทีละนิดขณะเปิดเครื่องครั้งแรก Q2,Q3,Q4,Q5,D3,D4,D5,D6,R7,R8 คือวงจร Gate Drive ช่วยเพิ่มกระแสขับให้มอสเฟ็ต  R10,R11 คือ R-Gate และ R12,R13 เป็น Pulldown Resistor มีหน้าที่ช่วยลดอิมพีแดนซ์ของมอสเฟ็ต ช่วยดิสชาร์จความจุภายใน G-S ของมอสเฟ็ต Q6,Q7 เป็นเพาเวอร์มอสเฟ็ตที่ต่อเป็นวงจรสวิตชิ่งคอนเวอร์เตอร์แบบพุชพูล (Push-Pull) C13,C14, R14,R15 เป็นวงจร สนับเบอร์ (Snubber) ช่วยลดสัญญาณรบกวนของวงจรสวิตชิ่ง วงจรควบคุมพัลซ์จะใช้ไฟ 12Vdc จากแบตเตอรี่ผ่านฟิวส์ F1 มาทาง D7,R9 โดยมี C4,C8 ทำหน้าที่เป็น Decoupling *L1,C5,C11,C12 เป็นวงจรกรอง ความถี่ต่ำ ป้องกันสัญญาณรบกวนจากการสวิตซ์มารบกวนระบบภายนอก T1 ทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงความถี่สูงปรับแรงดันไฟขึ้นซึ่งเราได้มาจากซัพพลายคอมพิวเตอร์ ซึ่งโครงงานนี้เราจะกลับด้านหม้อแปลง นำเอาขดเดิมที่เคยเป็น Seccondary 12V นำมาจ่ายพัลซ์เข้าไป และขดด้านไฟออกจากเดิมที่เคยเป็น Primary จะกลายเป็นเอาต์พุต นำไปเร็กติไฟร์ด้วย D8,D9 และฟิลเตอร์ด้วย C9,C10 และมี R17,R18 ทำหน้าที่เป็นโหลดดิสชาร์จตัวเก็บประจุทิ้ง R16,LED1 ทำหน้าที่แสดงผลการทำงานของเครื่อง

PCB
 PCB โครงงานนี้ออกแบบมาในขนาดเพียง 64.5 x 136.6mm เพื่อความสะดวกในการนำไปใช้งาน
นอกจากนี้เรายังเตรียม PCB ไว้สำหรับท่านที่ไม่สะดวกทำ PCB ด้วยตนเอง ต้องการซื้อ PCB โครงงานนี้ >>คลิ๊กที่นี่<< 

รูปที่4 ลาย PCB ของโครงงาน DC/DC Converter 12V to +/-30V

 การสร้าง
   ก่อนอื่นเราต้องดูสวิตชิ่งเพาเวอรซัพพลายที่เรามีก่อนว่าหม้อแปลงของมันจะใช้ได้หรือไม่ เพราะเพาเวอร์ซัพพลายนั้นมีหลายรูปแบบ แต่รูปแบบที่เป็นสูตรสำเร็จที่เราพบได้บ่อยจะเป็นวงจร Half Bridge Converter จึงจะถอดหม้อแปลงนำมาใช้ในโครงงานี้ได้ ด่านที่สองหม้อแปลงแต่ละตัวอาจจัดเรียงขาแตกต่างกัน ทำให้เวลานำไปติดตั้งลง PCB ที่ออกแบบมาอาจไม่ตรงกับที่เราต้องการ ลักษณะของหม้อแปลงที่ใช้ในโครงงานนี้แสดงในรูปที่5 ด้านขวามือ ส่วนตัวซ้ายมือ ถ้านำไปใช้อาจจะได้แรงดันเอาต์พุตสูงประมาณ +/-50Vถึง+/-60V เทคนิคการเลือกหม้อแปลงสำหรับโครงงานนี้คือเลือตัวใหญ่ๆอย่างด้านขวามือ ถือว่ามีหน่วยก้านดีกว่าด้านซ้ายเยอะ ซึ่งถ้าหม้อแปลงดีก็จะทำให้สามารถจ่ายกำลังได้มากเพราะเส้นลวดภายในมีขนาดใหญ่ทนกระแสได้สูง 

รูปที่5 หม้อแปลงสวิตชิ่งคอมพิวเตอร์ที่ถอดมาเทียบกัน เลือกตัวด้านขวามือมาใช้งานในโครงงานนี้

รูปที่6 ใช้คีมตัดขาหม้อแปลงที่ไม่ได้ใช้งานออก

รูปที่7 หากขาหม้อแปลงไม่ตรงกับลาย PCB ให้ตัดขาเดิมออก บัดกรีต่อขาใหม่แล้วดัดขาให้ลงในตำแหน่งที่ถูกต้อง

รูปที่8 ลงอุปกรณ์ตามตำแหน่งให้ครบ

รูปที่9   ไล้ตะกั่วบริเวณที่มีกระแสไหลสูง และตรวจดูรอยบัดกรีให้เรียบร้อย

 การทดสอบ
  1.ใช้ตัวต้านทาน 10 โอห์ม 2W บัดกรีคร่อมฟิส์ที่ขาดแล้ว เสียบลง Socket แทนฟิวส์ จ่ายแรงดัน 12V เข้า โดยยังไม่ต่อ Remote
  2. ทดลองต่อ Remote เข้ากับไฟ +12V เพื่อเปิดเครื่องให้ทำงาน
  3.ถ้าเครื่องปกติ LED ที่แสดงผลทางด้านไฟออกจะสว่างขึ้น 
  4.ใช้มือสัมผัสตัวต้านทาน 10 โอห์ม จะต้องไม่ร้อนจากการดึงกระแสมากผิดปรกติ
  5.จากนั้นใส่ ฟิวส์ 10A ถึง 15A ลงใน Socket แทนตัวต้านทาน และนำไปทดสอบ
  6.จ่ายแรงดัน 12V เข้าบอร์ด และต่อ Remote อีกครั้ง ฟิวส์จะต้องไม่ขาด 
  7.เมื่อ LED แสดงผลสว่างขึ้น ใช้มิเตอร์วัดแรงดันด้านเอาต์พุตจะได้ประมาณ +/-30V ถึง +/-35V เป็นอันว่าใช้ได้

 แรงดันไฟออกจะมีการเปลี่ยนแปลงตามแรงดัน DC 12V ที่จ่ายเข้ามา ถ้าแรงดันเข้ามาสูงเกิน 12Vdc แรงดันไฟออกอาจมีค่ามากกว่า +/-35V ก็ได้ ดังนั้นถ้าจะเผื่อกรณีดังกล่าว อาจต้องใช้ตัวเก็บประจุทางด้านเอาต์พุตทนแรงดันอย่างน้อย 50V จึงจะทำให้มีความปลอดภัยยิ่งขึ้น

 รูปที่10 การทดสอบ วัดแรงดันเอาต์พุต

การนำไปใช้งาน
การใช้งานจริงสำหรับโครงงานนี้คงหนีไม่พ้นที่จะนำไปเป็นแหล่งจ่ายไฟสำหรับเพาเวอร์แอมป์รถยนต์-รถมอไซด์ กำลังเอาต์พุตของ DC/DC Converter โครงงานนี้ไม่ได้คาดหวังไว้มากนัก ปัจจัยหลักของกำลังเอาต์พุตอยู่ที่หม้อแปลงสวิตชิ่งและมอสเฟ็ตที่นำมาใช้ สำหรับโครงงานนี้คิดว่าเพียงพอสำหรับการนำไปใช้กับเพาเวอร์แอมป์สเตอริโอ 60+60W @ 4 โอห์มได้ เมื่อนำไปใช้งานจริงควรหาฮิตซิงค์มาติดระบายความร้อนให้กับเพาเวอร์มอสเฟ็ตและไดโอดด้วย อย่าลืมรองฉนวนไมก้า เมื่อขันน๊อตยึดลงฮีตซิงค์แล้วใช้โอห์มมิเตอร์วัดดูว่าตัวถังไม่ลัดวงจรลงฮีตซิงค์ สำหรับมอสเฟ็ตที่ใช้ในโครงงานนี้นอกจากเบอร์ IRFZ44 แล้วยังใช้เบอร์อื่นที่สามารถจ่ายกระแสได้สูงกว่าควรเลือกมอสเฟ็ตที่ทนแรงดัน VDS ประมาณ 40-60V ก็พอ ควรมีสเปคค่า ID ได้สูงๆและ Rds-On ค่าต่ำๆ ถ้าได้คุณสมบัติที่ดีจะทำให้มอสเฟ็ตทำงานได้โดยไม่ร้อนและจ่ายกำลังเอาต์พุตได้สูงขึ้น โครงงานนี้ไม่มีระบบป้องกันการลัดวงจรทางด้านเอาต์พุต จะมีเพียงแค่ฟิวส์ทางด้านไฟเข้าที่จะช่วยให้มอสเฟ็ตรอดหากเกิดการลัดวงจร ดังนั้นควรเลือกฟิวส์ค่าที่เหมาะสมเพียงพอสำหรับใช้งานเต็มกำลัง แต่ยังสามารถป้องกันมอสเฟ็ตจากการลัดวงจรได้ ขอให้ทุกท่านสนุกกับโครงงานนี้ครับ

รายการอุปกรณ์