LT1339CN Analog Control DC-DC Synchronous Buck Converter Topology

สำหรับโครงงานที่เคยนำเสนอก่อนหน้านี้เกี่ยวกับวงจรดีซี ทู ดีซี แบบซิงโครนัสบัก คอนเวอร์เตอร์นั้น (Synchronous Buck Converter) ส่วนใหญ่จะใช้ตัวควบคุมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ (Digital Control) โดยเฉพาะบอร์ด Arduino UNO ทั้งนี้ บอร์ด Arduino UNO เป็นบอร์ดประมวลผลที่นิยมใช้งาน สามารถค้นหาข้อมูลต่างๆ ที่เกี่ยวข้องได้มากมายและที่สำคัญราคาไม่สูงมากนักครับ แต่ในโครงงานนี้จะเป็นการทดลองใช้ไอซีควบคุมแบบอะนาลอก (Analog Control) ให้กับวงจรดีซี ทู ดีซี ซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ เบอร์ LT1339CN ของบริษัท ลิเนียร์ เทคโนโลยี คอร์ปอเรชั่น (Linear Technology Corporation) ซึ่งจะเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง โดยโครงงานจะเป็นวงจรขนาดเล็กและรับแรงดันอินพุตประมาณ 13.8V และจ่ายแรงดันเอาต์พุตที่ 5V/10A ต่อเนื่อง

Datasheet : LT1339CN High Power Synchronous

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 เป็นข้อมูลของตัวไอซีที่สำคัญเกี่ยวกับบล็อกไดอะแกรมแสดงโครงสร้างภายในของตัวไอซี LT1339CN ลำดับการทำงานและฟังก์ชั่นต่างๆ รวมทั้งตัวอย่างการต่อใช้งาน ทั้งนี้เพื่อให้เข้าใจการทำงานของวงจรในโครงาานนี้ได้ง่ายขึ้น

รูปที่ 3 และรูปที่ 4 เป็นการนำไอซี LT1339CN มาต่อใช้งานวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ โดยตัวโครงงานนี้จะสามารถรับแรงดันอินพุตที่ 13.8V และจ่ายแรงดันที่เอาต์พุตที่ 5V รวมทั้งกระแสเอาต์พุต 10A (ต่อเนื่อง)

รูปที่ 6 แสดงแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงกระแสตรงสำหรับทดลอง โดยแหล่งจ่ายนี้มีค่าแรงดันที่ประมาณ 13.8V และจ่ายกระแสได้สูงสุด 5A นอกจากนี้ตัวแหล่งจ่ายไฟเราสามารถสังเกตการจ่ายแรงดันและกระแสได้ เพื่อประมาณการใช้กำลังไฟฟ้าทางด้านอินพุตและประสิทธิภาพ (Efficiency) การทำงานของวงจรได้ง่ายขึ้น

รูปที่ 7 และรูปที่ 8 เป็นการวัดค่าแรงดันเอาต์พุตด้วยมัลติมิเตอร์ในรูปที่ 7 และในรูปที่ 8 แสดงลักษณะการวัดสัญญาณขับเพาเวอร์มอสเฟตด้วยออสซิลโลสโคป โดยการวัดที่ตำแหน่งขา G ในบอร์ด รวมทั้งลักษณะของการใช้โพรบ

รูปที่ 10 เป็นลักษณะของสัญญาณขับเพาเวอร์มอสเฟตขณะสแตนบาย ด้าน High side drive (CH1) และ Low side drive (CH2) ความถี่สวิตชิ่งประมาณ 75kHz

ในรูปที่ 11 เป็นการต่อโหลดให้กับวงจร ซึ่งตัววงจรจะจ่ายกระแสให้โหลดที่ 2.27A จากนั้นเราจะสังเกตค่าแรงดันที่เอาต์พุตที่เกิดขึ้นถึงการเปลี่ยนแปลง ซึ่งจาการทดลองค่าที่ได้จะยังคงที่ดังแสดงในรูปที่ 12

รูปที่ 13 เป็นการแสดงผลของการจ่ายแรงดันและกระแสของแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงทางด้านอินพุต ซึ่งแรงดันที่จ่ายประมาณ 13.8V และกระแสประมาณ 0.9A เมื่อวงจรจ่ายกระแสให้โหลดที่ 2.27A

ในส่วนของรูปที่ 14 เป็นลักษณะของสัญญาณพัลซ์วิดธ์ มอดูเลตชั่นที่ตอบสนองต่อโหลดที่กระแส 2.27A ทั้งนี้สัญญาณจะเพิ่มความกว้างที่ช่องสัญญาณที่ 1 (CH1) บ้างเล็กน้อย

รูปที่ 15 ถึงรูปที่ 18 เป็นการทดลองวงจรในลักษณะเดียวกับการทดลองที่ 1 แต่เป็นการจ่ายกระแสให้กับโหลดมาที่ 10.68A โดยในการทดลองที่ 1 และ 2 เป็นการทดลองในเรื่องของ Load regulation ซึ่งจากการทดลองค่าแรงดันเอาต์พุตยังคงที่ ที่ 5V และวงจรจะปรับชดเชยการทำงานให้คงที่ด้วยการเพิ่มความกว้างสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น (PWM signal) นั้นเอง

รูปที่ 19 แสดงวงจรซิงโครนัส บักคอนเวอร์เตอร์ ที่ใช้ในการทดลอง ซึ่งจะใช้อุปกรณ์ส่วนใหญ่ตามดาต้าซีต แต่ในส่วนของการส่งสัญญาณป้อนป้อนกลับแรงดันเอาต์พุต จะใช้ RP1 เพื่อให้สามารถปรับค่าแรงดันเอาต์พุตได้ และตัวต้านทานตรวจจับกระแส (R16) จะใช้ค่า 0.025OHM จะต่อขนานกัน 6 ตัว

สำหรับโครงงานดีซี ทู ดีซี แบบซิงโครนัสบัก คอนเวอร์เตอร์นี้ เป็นการทดลองนำไอซีควบคุมแบบอะนาลอกมาใช้งาน ซึ่งสามารถต่ออุปกรณ์ต่างๆ ร่วมได้ไม่ยากนัก ทั้งนี้วงจรของโครงงานนี้ สำหรับเป็นแนวทางให้ผู้อ่านสามารถนำไปปรับใช้งานในรูปแบบต่างๆ ตามความเหมาะสม โดยรายละเอียดของการทำงานพร้อมกับตัวอย่างการต่อใช้งานอีกหลายรูปแบบสามารถเข้าไปดูตามลิ้งอ้างอิงข้างล่างโครงงานนี้ครับ.

Reference

1. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/1339fas.pdf
2. https://www.ti.com/lit/an/slva109/slva109.pdf?ts=1648007139828&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
3. https://www.arrow.com/en/reference-designs/lt1339-10vin-18vin-to-5vout-50a-buck-converter/99779d0d590e4f62935a49826725b42a
4. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/ncp3101-d.pdf
5. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND9135-D.PDF
6. https://www.infineon.com/dgdl/ir3651spbf.pdf?fileId=5546d462533600a4015355d108ff178e
7. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/3440fd.pdf
8. https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/2/2031.html
9. https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/app-notes/6/6129.html