BD9G341AEFJ DC/DC Buck Converter 3A Output Current

บทความนี้เป็นการแนะนำไอซีเบอร์ BD9G341AEFJ ของบริษัท ROHM สำหรับออกแบบวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก ที่สามารถจ่ายกระแสเอาต์พุตได้ถึง 3A ตัวถังแบบ SMD ทำงานในโหมดกระแส (Current mode) สามารถปรับความถี่สวิตชิ่งด้วยค่าความต้านทาน (RT resistance) มีวงจรป้องกันภายในไอซีที่สำคัญ เช่น กระแสเกิน, ความร้อนเกินและแรงดันอินพุตต่ำ เป็นต้น ตัวไอซีใช้อุปกณ์ต่อร่วมใช้งานน้อยและใช้งานได้ไม่ยากนัก

คุณสมบัติเด่นของไอซี BD9G341AEFJ

1. รับแรงดันอินพุตได้ในช่วง 12V-76V
2. ใช้มอสเฟต (Nch) ภายในไอซีที่รับแรงดัน 80V/3.5V/150mΩ
3. ไอซีทำงานในโหมดกระแส (Current mode)
4. สามารถปรับความถี่ได้ในช่วง 50kHz-750kHz
5. ค่าความแม่นยำของแรงดันอ้างอิง (1.0 V±1.5 %)
6. ความแม่นยำที่ฟังก์ชั่น ENUVLO (±3%)
7. มีฟังก์ชั่นซอฟสตาร์ตในการทำงาน
8. กระแสในโหมดสแตนบายที่ 0uA
9. มีวงจรป้องกันภายในที่สำคัญ เช่น ป้องกันกระแสเกิน, ป้องกันแรงดันอินพุต่ำ, ป้องกันอุณหภูมิเกินและป้องกันแรงดันเกิน เป็นต้น

ฟังก์ชั่นขาใช้งานต่างๆ ของไอซี BD9G341AEFJ

1. LX เป็นขาเอาต์พุตของไอซี ทำหน้าที่เชื่อมต่อระหว่างตัวเหนี่ยวนำทางด้านเอาต์พุต, ไดโอดและตัวเก็บประจุบูทแท็ป (Booststrap) ที่ขา BST
2. GND เป็นขากราวด์จากไฟเลี้ยงให้กับไอซี
3. VC ทำหน้าที่ส่งสัญญาณเอาต์พุตของวงจรขยายความผิดพลาด (Error-amp) สำหรับปรับชดเชยเฟสการทำงานของไอซีด้วยการต่ออุปกรณ์เพิ่มขึ้นระหว่าง GND
4. FB ทำหน้าที่รับค่าแรงดันป้อนกลับเข้าไปยังวงจรขยายความผิดพลาด (Error-amp) และกำหนดค่าแรงดันกระแสตรงคงที่ภายในที่ 1V ในการทำงาน
5. RT ทำหน้าที่กำหนดความถี่ออสซิลเลเตอร์ภายในไอซี ด้วยการต่อคัวต้านทานระหว่างขา RT และขา GND โดยแนะนำให้ใช้ความถี่ในช่วง 50kHz-750kHz
6. EN ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของไอซี โดยเมื่อแรงดันที่ป้อนให้ต่ำกว่า 1.3V จะหยุดการทำงานและเมื่อแรงดันสูงกว่า 2.6V ไอซีจะทำงานปกติ สำหรับการส่งค่าแรงดันเข้ามายังขา EN ด้วยวงจรแบ่งแรงดัน (External voltage divider)
7. BST ทำหน้าที่เชื่อมต่อตัวเก็บประจุภายนอกให้กับในส่วนบูทแท็ป (Booststrap) แนะนำใช้ค่า 0.1uF
8. VCC ทำหน้าที่รับไฟเลี้ยงอินพุตให้กับไอซี

รูปที่ 3 เป็นลักษณะของการต่ออุปกรณ์ต่างๆ ให้กับไอซี BD9G341AEFJ ซึ่งผู้ออกแบบสามารถกำหนดค่าแรงดันเอาต์พุตที่ต้องการได้ด้วยตัวต้านทาน (3kΩ และ 0.75kΩ) ซึ่งแบ่งแรงดันป้อนมายังขา FB, การควบคุมให้ไอซีด้วยตัวต้านทาน (R1 และ R2) มายังขา EN, การกำหนดความถี่ออสซิลเลเตอร์ด้วยตัวต้านทาน RT และการปรับชดเชยการทำงานให้กับไอซีที่ขา VC

รูปที่ 4 แสดงบล๊อกไดอะแกรมวงจรภายในไอซี BD9G341AEFJ เพื่อให้เห็นโครงสร้างการทำงานทั้งหมด ทั้งนี้ช่วยให้ผู้ออกแบบเข้าใจการทำงานได้ง่ายขึ้นและสามารถปรับแต่งการทำงานของไอซีให้ทำงานในรูปแบบต่างๆ ได้ตามต้องการ

รูปที่ 5 เป็นสมการของความถี่ออสซิลเลเตอร์สำหรับใช้ในการคำนวณและกราฟในรูปข้างล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าความต้านทาน RT และความถี่ออสซิลเลเตอร์ ทั้งนี้การกำหนดความถี่ออสซิลเลเตอร์จะมีความสำคัญสำหรับการออกแบบของวงจรสวิตชิ่งดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์

รูปที่ 6 เป็นตัวอย่างของการต่อวงจรให้กับไอซี BD9G341AEFJ แบบดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ รับแรงดันอินพุตในช่วง 12V-76V และจ่ายแรงดันเอาต์พุตที่ 5V/3A กำหนดความถี่ออสซิลเลเตอร์ที่ประมาณ 200kHz ควบคุมการทำงานไอซีที่ขา EN ให้ทำงานที่แรงดันอินพุตมากกว่า 15V โดยการกำหนดค่าความต้านทาน R1 เท่ากับ 100kΩ และค่าความต้านทาน R2 เท่ากับ 20kΩ

สำหรับในรูปที่ 7 แสดงลักษณะของการออกแบบ PCB ให้กับไอซี BD9G341AEFJ เพื่อลดสัญญาณรบที่จะเกิดขึ้น โดยในส่วนแรกแนะนำให้ใช้ตัวเก็บประจุบายพาสแบบเซรามิกและมีค่าความต้านทานแฝงภายในต่ำ (Low ESR Ceramic)วางใกล้กับขา VCC รวมทั้งไดโอดด้วยเช่นกัน ในส่วนที่สองให้เจาะรู (Pad) ข้างใต้ตัวไอซีเพื่อระบายความร้อนให้กับไอซี ในส่วนที่สามทางด้านเอาต์พุตไดโอด ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุควรจะอยู่ใกล้ที่ขา LX และในส่วนสุดท้ายตัวต้านทานสำหรับส่งสัญญาณป้อนกลับ (Feedback resistor) และตัวต้านทานกำหนดความถี่ออสซิลเลต (RT resistor) ไม่ควรต่อไปยังตำแหน่งลายวงจรที่การจ่ายกระแสสูง ในตอนหน้าจะเป็นการนำไอซี BD9G341AEFJ มาต่อวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ขนาดเล็กกันต่อครับ.

Reference

1. https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/datasheet/ic/power/switching_regulator/bd9g341aefj-e.pdf
2. https://www.farnell.com/datasheets/2292682.pdf
3. https://www.mouser.com/datasheet/2/348/bd9g341aefj_e-1874319.pdf
4. https://in.element14.com/rohm/bd9g341aefj-e2/dc-dc-conv-buck-750khz-htsop-8/dp/2522310
5. https://www.digikey.com.au/en/products/detail/rohm-semiconductor/BD9G341AEFJ-E2/5409794