Adjustable Voltage DC to DC Buck Converter By Using XL4016

สำหรับการทดลองนี้เป็นการนำบอร์ดดีซี ทู ดีซี บักคอนเวอร์เตอร์ (DC to DC Buck Converter) มาทดลองอีกแบบหนึ่ง ซึ่งเดิมก่อนหน้านี้ได้นำเสนอการทดลองเกี่ยวกับวงจรบูท คอนเวอร์เตอร์ไปแล้ว ทั้งนี้บอร์ดการทดลองจะเป็นแบบหาซื้อได้ทั่วไป ซึ่งในการทดลองนี้จะสามารถปรับค่าแรงดันเอาต์พุตและปริมาณกระแสได้ ตัวบอร์ดจะใช้ไอซีควบคุมเบอร์ XL4016 ที่มีลักษณะคล้ายกับไอซีตระกูล LM2576HV ซึ่งสามารถเรียนรู้และทำความเข้าใจเพื่อนำมาใช้งานในรูปแบบต่างๆ ได้

ในรูปที่ 2 ถึงรูปที่ 5 แสดงตัวควบคุมที่ใช้ในบอร์ดดีซี ทู ดีซี บักคอนเวอร์เตอร์ จะเป็นเบอร์ XL4016 ซึ่งในบทความนี้จะขอนำข้อมูลที่สำคัญของตัวไอซีมาแสดง ทั้งในส่วนของตัวถังไอซี ฟังก์ชั่นการทำงานของแต่ละขา บล็อกไดอะแกรมวงจรภายในและตัวอย่างการต่อใช้งานเพื่อให้สามารถนำไปใช้งานได้ง่ายขึ้น

Datasheet for XL4016 Buck DC to DC Converter

ในรูปที่ 6 ถึงรูปที่ 9 แสดงการเตรียมอุปกรณ์และเครื่องมือสำหรับการทดลองบอร์ดดีซี ทู ดีซี บักคอนเวอร์เตอร์ และในรูปที่ 9 จะเป็นการวัดสัญญาณด้วยออสซิลโลสโคป โดยช่องวัดสัญญาณที่ 1 (CH1) เป็นสัญญาณเอาต์พุตพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น และช่องวัดสัญญาณที่ 2 (CH2) เป็นค่าแรงดันเอาต์พุต (Vo) ของตัวบอร์ด

สำหรับรูปที่ 10 ถึงรูปที่ 12 เป็นการทดลองที่ 1 โดยการกำหนดให้จ่ายแรงดันอินพุตเท่ากับ 40V และกำหนดค่าแรงดันเอาต์พุตที่ 12V โดยให้วงจรจ่ายการะแสโหลดที่ 5.27A จากนั้นสังเกตการทำงานของวงจรในรูปที่ 12 ซึ่งช่องวัดสัญญาณที่ 1 จะแสดงสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น (PWM OUTPUT) ที่ตอบสนองกระแสโหลดและช่องวัดสัญญาณที่ 2 จะวัดค่าแรงดันเอาต์พุต (Vo) ที่เกิดขึ้น

รูปที่ 13 ถึงรูปที่ 15 เป็นการทดลองที่ 2 ด้วยการทดลองปรับค่าแรงดันอินพุตลดลง จากเดิมที่ 40V มาที่ 16.66V แต่ยังคงให้ตัวบอร์ดจ่ายกระแสโหลดเท่าเดิมที่ประมาณ 5.2A แล้วสังเกตค่าแรงดันเอาต์พุต ซึ่งผลที่ได้ยังมีค่าประมาณ 12V ทั้งนี้เพื่อเป็นการทดสอบการทำงานของวงจร เมื่อแรงดันอินพุตเกิดการเปลี่ยนแปลง (Line regulation)

ในรูปที่ 16 เป็นวงจรทั้งหมดของบอร์ดดีซี ทู ดีซี บักคอนเวอร์เตอร์ ซึ่งโดยหลักของตัวคอนเวอร์เตอร์แล้วจะใช้ไอซี XL4016 แต่ในตัวบอร์จะมีออปแอมป์ LM358 เพิ่มอีก 1 ตัวซึ่งจะทำหน้าที่ตรวจจับกระแสเกินให้ทางด้านเอาต์พุต (Isc) กับตัวบอร์ดและสามารถปรับปริมาณกระแสได้ที่ VR ตำแหน่งขา 2 ออปแอมป์ตัวบน ส่วนออปแอมป์ตัวล่าง จะทำหน้าที่แสดงผลด้วยแอลอีดีบอกสถานะการทำงาน

บทความนี้เป็นการทดลองบอร์ดดีซี ทู ดีซี บักคอนเวอร์เตอร์ที่สามารถหาซื้อได้ทั่วไปในราคาที่ไม่แพงมากนักและนำมาใช้งานกับระบบที่ต้องการกำลังไฟฟ้าที่ไม่สูงมากนัก (60 วัตต์ต่อเนื่อง) ได้สะดวก โดยก่อนหน้านี้จะเป็นการทดลองเกี่ยวกับบอร์ดดีซี ทู ดีซี บูทคอนเวอร์เตอร์ ทั้งนี้เพื่อให้การทดลองทั้ง 2 เรื่องเป็นข้อมูลเบื้องต้น สำหรับให้ผู้อ่านสามารถนำไปพิจารณาเลือกใช้งานต่างๆ ตามที่ต้องการ

Reference

1. https://radiolux.com.ua/files/pdf/XL4016E1.pdf
2. https://circuitdigest.com/electronic-circuits/diy-xl4015-dc-dc-buck-converter-module
3. https://oshwlab.com/jokosays/xl4016-dc-dc-buck-converter
4. https://www.instructables.com/Controlling-DC-Converter-Modules/
5. https://www.mikrocontroller.net/attachment/534859/XL4016_Step_Down_Buck_DC_DC_Converter.pdf
6. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2576.pdf