MC34063A Mini IC Switching Regulators

ในบทความนนี้เป็นการแนะนำไอซีเบอร์ MC34063A ซึ่งเป็นไอซีสวิตชิ่งตัวเล็กขนาด 8 ขาและเราสามารถออกแบบวงจรให้สามารถใช้งานเป็นคอนเวอร์เตอร์ได้หลายรูปแบบ เช่น วงจรบักคอนเวอร์เตอร์ หรือเรียกวงจรสเตปดาวน์ (Step−Down Converter), วงจรสเตปอัพคอนเวอร์เตอร์ หรือเรียกวงจรบูทคอนเวอร์เตอร์ (Step-Up Converter), วงจรกลับค่าแรงดันอินพุต (Voltage Inverting Converter) เป็นต้น ทั้งนี้ตัวไอซีสามารถจ่ายกระแสทางด้านเอาต์พุตได้ถึง 1.5A และรับไฟเลี้ยงในช่วง 3V-40V และสามารถปรับเลือกความถี่สวิตชิ่งได้ถึง 100kHz ซึ่งเราสามารถนำไปใช้ในการสร้างคอนเวอร์เตอร์ขนาดเล็กหรือสำหรับใช้ในการเรียนรู้การทำงานของวงจรสวิตชิ่งต่างๆ ได้หลายรูปแบบครับ.

***รูปประกอบในบทความทั้งหมดจากอ้างอิง 1 (Picture by Ref.1) —-> (https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/mc34063a-d.pdf)

MC34063A Mini IC Switching Regulators
รูปที่ 1 แสดงวงจรภายในของตัวไอซี MC34063A

รูปที่ 1 แสดงบล็อกไดอะแกรมวงจรภายในไอซี ซึ่งจะแบ่งออกเป็น 5 ส่วนคือ

  1. วงจรออสซิลเลเตอร์ ที่ตำแหน่งขา 3 โดยการกำหนดความถี่สวิตชิ่งด้วยตัวเก็บประจุเข้าที่ขานี้
  2. วงจรรับสัญญาณป้อนกลับ ที่ขา 5 โดยจะเข้าที่ขาออปแอมป์อินเวอร์ติ้ง (Inverting Amp) ซึ่งจะไปควบคุมแอนเกต (AND Gate) และการทำงานวงจรฟลิปฟลอป
  3. วงจรขับสัญญาณ ที่ตำแหน่งขา 8 โดยจะทำงานร่วมกันระหว่างทรานซิสเตอร์ Q1 และ Q2
  4. วงจรตรวจจับกระแส ที่ตำแหน่งขา 7 ในส่วนนี้จะต้องต่อตัวต้านทานตรวจจับกระแสค่าต่ำๆ คร่อมระหว่างขา 6 และขา 7 เพื่อป้องกันการเสียหายให้กับไอซี
  5. วงจรขับกำลังเอาต์พุตตำแหน่งขา 1 และ 2 ซึ่งสามารถต่อใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ภายนอกสำหรับเป็นวงจรคอนเวอร์เตอร์ หรือสามารถใช้เป็นวงจรขับสัญญาณให้กับสวิตชิ่งกำลังเพื่อให้สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้สูงขึ้น

คุณสมบัติการทำงานของไอซี

  1. รับแรงดันในการทำงานช่วง 3V-40V
  2. ใช้กระแสสแตนบายต่ำ
  3. มีวงจรควบคุมกระแสเกิน
  4. สวิตชิ่งกำลังเอาต์พุตจ่ายกระแสได้ 1.5A
  5. สามารถปรับแรงดันเอาต์พุตได้
  6. ความถี่สวิตชิ่งทำงานสูงสุดถึง 100kHz
  7. ความแม่นยำสำหรับการอ้างอิงที่ 2%
MC34063A Mini IC Switching Regulators
รูปที่ 2 ตำแหน่งขาและตัวถังของไอซี

รูปที่ 2 แสดงตัวถังของไอซีและตำแหน่งขาสำหรับนำไปต่อใช้งาน ซึ่งจะมีให้เลือกใช้ทั้งแบบ DIP-8 ขา และแบบ SMD

MC34063A Mini IC Switching Regulators
รูปที่ 3 ตัวอย่างการต่อใช้งานเป็นวงจรสเตปอัพ (Step−up Converter)

รูปที่ 3 เป็นลักษณะของตัวอย่างการต่อไอซีเพื่อให้เป็นวงจรสเตปอัพ ซึ่งจากวงจรรับไฟเลี้ยงเข้าที่ขา 6 และจะต่อกับตัวต้านทานตรวจจับกระแส Rsc (0.22R) ที่ขา 7 ไปยังตัวเหนี่ยวนำ L (170uH) จากนั้นที่ขา 1 จะทำหน้าที่เป็นสวิตชิ่งเพื่อไบอัสกระแสให้กับตัวเหนี่ยวนำ L และผลที่ได้จะเป็นค่าแรงดันที่เกิดจากการเหนี่ยวนำจะเป็นแหล่งจ่ายเสมือนแล้วมารวมกับค่าแรงดันที่อินพุต ส่งออกมาผ่านไดโอด (1N5819) และนำมาฟิลเตอร์อีกครั้งที่ตัวเก็บประจุ Co (330uF) และสามารถจ่ายกำลังให้โหลดได้ จากนั้นค่าแรงดันส่วนหนึ่งนี้จะถูกป้อนกลับ (Feedback signal) ผ่าน R1 และ R2 เพื่อรักษาระดับแรงดันเอาต์พุตให้คงที่ ในส่วนของตัวเก็บประจุ Cr (1500pF) ที่ต่อขา 3 จะทำหน้าที่กำหนดค่าความถี่สวิตชิ่งให้กับวงจรครับ

MC34063A Mini IC Switching Regulators
รูปที่ 4 ตัวอย่างการต่อใช้งานเป็นวงจรสเตปดาวน์ (Step−Down Converter)

รูปที่ 4 แสดงลักษณะของตัวอย่างวงจรสเตปดาวน์ โดยที่ที่ขา 6 และ 7 จะเป็นตัวต้านทานตรวจจับกระแสเช่นเดิม แต่จะมีส่วนแตกต่างที่ขา 1 และ 2 ของวงจรคือ ขา 1 จะรับไฟเลี้ยงจากตัวต้านทาน Rsc (0.33R) และกระแสไฟฟ้าจะออกมาที่ขา 2 ความถี่สูง จากนั้นความถี่นี้จะถูกกรอง (ฟิลเตอร์) ด้วย L และ Co โดยไดโอด 1N5819 จะทำหน้าที่ไบอ้บตรงเมื่อตัวเหนี่ยวนำเกิดนำกระแสไปแล้ว เช่นกันในส่วนของ R1 และ R2 จะทำหน้าที่ส่งสัญญาณป้อนกลับเพื่อให้ไอซีควบคุมค่าแรงดันเอาต์พุตที่ต้องการ

MC34063A Mini IC Switching Regulators
รูปที่ 5 ตัวอย่างการต่อใช้งานเป็นวงจรกลับค่าแรงดันอินพุต (Voltage Inverting Converter)

รูปที่ 5 จะต่างจากวงจรข้างต้นในรูปที่ 3 และ 4 คือเป็นวงจรกลับค่าแรงดันอินพุตที่จ่าย โดยเมื่อเราป้อนไฟเลี้ยงให้วงจรทำงานแล้วค่าแรงดันที่เอาต์พุตจะเป็นลบ ซึ่งลักษณะการต่อวงจรส่วนใหญ่จะคล้ายกับวงจรสเตปดาวน์ แต่จะสลับตำแหน่งตัวเหนี่ยวนำ (L) และไดโอด (1N5819) จุดที่น่าสังเกตอีกส่วนหนึ่งคือตำแหน่งการต่อตัวเก็บประจุที่ขา 3 ซึ่งเดิมจะต่อลงกราวด์ ให้ย้ายมาต่อที่ตำแหน่งแรงดันที่เอาต์พุตแทน

MC34063A Mini IC Switching Regulators
รูปที่ 6 การพันดลวดให้ได้ค่าเหนี่ยวนำที่ต้องการ

รูปที่ 6 แสดงค่าของตัวเหนี่ยวนำที่ใช้กับวงจรต่างๆ ที่ยกตัวอย่างมาข้างต้น โดยเราสามารถพันตัวเหนี่ยวนำตามที่กำหนดโดยใช้งแกนเทอรอยด์ (Toroidal Core) ของบริษัท Magnatics Inc. (55117)

MC34063A Mini IC Switching Regulators
รูปที่ 7 ตารางแสดงการคำนวณค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ในการออกแบบวงจร

ในรูปตารางที่ 7 จะแสดงสมการและค่าตัวแปรต่างๆ ของวงจรเพื่อใช้ในการออกแบบ ทั้งนี้ช่วยให้เราสามารถกำหนดรูปแบบการทำงานต่างๆ ให้อยู่ในขอบเขตพิกัดที่ตัวไอซีสามารถทำงานได้ รวมทั้งปรับแต่งวงจรเพื่อใช้งานในรูปแบบการทำงานต่างๆ ได้อย่างเหมาะสม

ในบทความนี้เป็นการแนะนำไอซีควบคุม MC34063A ซึ่งเป็นตัวควบคุมวงจรสวิตชิ่งเรกูเลตได้หลายรูปแบบ และที่นิยมใช้งานกันค่อนข้างมากเบอร์หนึ่งครับ โดยอาจะเป็นการแนะนำเบื้องต้นของคุณสมบัติของตัวไอซีและอธิบายการทำงานของวงจรคอนเวอร์แบบต่างๆ ที่สามารถนำไปใช้งานได้ง่ายขึ้น ซึ่งจุดเด่นที่น่าสนใจของตัวไอซีคือ เราเข้าใจการทำงานได้ไม่ยากนักและตัวไอซีสามารถนำไปต่อใช้งานได้ทันที (สำหรับการจ่ายกำลังที่ไม่สูง) และในโอกาสต่อไปแอดมินจะทดลองนำไอซีไปมาออกแบบและทดลองขับกำลังให้สูงเพิ่มขึ้นกันต่อครับ.

Reference

  1. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/mc34063a-d.pdf
  2. https://www.ti.com/product/MC34063A
  3. https://www.st.com/resource/en/datasheet/mc34063ec.pdf
  4. http://mega-avr.net/file/NFO-BAZA%20ELEMENTOV/MC34063A-D.PDF
  5. https://www.sparkfun.com/datasheets/IC/MC34063A.pdf