Prototype for MC34063A Control Buck Converter Topology

สำหรับโครงงานี้เป็นการนำไอซี MC34063A มาใช้ควบคุมวงจรบักคอนเวอร์เตอร์ ขนาด 20 วัตต์ ซึ่งเป็นโครงงานต่อเนื่องจากวงจรบูทคอนเวอร์เตอร์ที่นำเสนอผ่านมา โดยในวงจรบักคอนเวอร์เตอร์นี้จ่ายกำลังได้ที่ 20 วัตต์ (ต่อเนื่อง) และใช้ค่าแรงดันอินพุตที่ประมาณ 20V และเอาต์พุตที่ 5V ควบคุมกระแสเกินที่ประมาณ 1.5A ป้องกันเอาต์พุตซ็อตเซอร์กิต

รูปที่ 3 ลักษณะของตัวเหนี่ยวนำทางด้านเอาต์พุตที่พันใหม่ขนาด 230uH และใช้ในการทดลองวงจร

รูปที่ 4 และรูปที่ 5 แสดงตำแหน่งการวัดสัญญาณอินเวอร์เตอร์ที่ขา D ของเพาเวอร์มอสเฟต ซึ่งจะเป็นจุดเดียวกับตำแหน่งขา K ไดโอด (D1) ทั้งนี้เพื่อเป็นการสังเกตการทำงาน และการตอบสนองต่อการจ่ายสัญญาณให้กับโหลดค่าต่างๆ

รูปที่ 7 แสดงลักษณะของสัญญาณเอาต์พุตที่ตำแหน่งวงจรอินเวอร์เตอร์ ในขณะวงจรอยู่ในโหมดสแตนบาย ซึ่งจะเป็นพัลซ์เป้นช่วงเพื่อรักษาระดับแรงดันเอาต์พุตให้คงที่ประมาณ 5V

รูปที่ 8 ค่าแรงดันเอาต์พุตของวงจรที่กำหนดไว้ที่ประมาณ 5V เมื่อวัดด้วยมัลติมิเตอร์ที่เอาต์พุต

รูปที่ 10 เป็นการทดลองที่ 1 โดยให้วงจรต่อกับโหลดเพื่อจ่ายกระแสเอาต์พุตที่ 2.24A และสังเกตการทำงานต่างๆ ของตัววงจร

รูปที่ 11 แสดงค่าแรงดันเอาต์พุตจะอยู่ที่ 5.07V เมื่อจ่ายกระแสโหลด 2.24A

รูปที่ 12 แสดงการจ่ายค่าแรงดันอินพุตและกระแสหรือปริมาณการจ่ายกำลังไฟฟ้าทางด้านอินพุต ให้กับวงจรบักคอนเวอร์เพื่อจ่ายกระแสโหลด 2.24A

รูปที่ 13 แสดงลักษณะของสัญญาณเอาต์พุตของวงจรอินเวอร์เตอร์เมื่อจ่ายกระแสโหลด 2.24A ซึ่งจะมีความถี่ของการจ่ายกระแสเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับช่วงวงจรกำลังสแตนบาย ทั้งนี้เพื่อรักษาระดับแรงดันเอาต์พุตให้คงที่

รูปที่ 14 เป็นการทดลองที่ 2 โดยการให้วงจรบักคอนเวอร์จ่ายกระแสเพิ่มขึ้นที่ 4.18A และสังเกตการทำงานของวงจรอีกครั้ง ซึ่งจะจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กำโหลดโดยประมาณ 20 วัตต์ ต่อเนื่อง

รูปที่ 15 เป็นการปรับตำแหน่งของการต่อโหลดให้อยู่ที่ 1.1 โอห์ม สำหรับทดลองอีกครั้ง

รูปที่ 17 จะสังเกตเห็นว่าสัญญาณพัลซ์ที่เอาต์พุตจะมีความถี่เพิ่มขึ้น เมื่อเที่ยบกับการทดลองที่ 1 ทั้งนี้สามารถจ่ายกระแสโหลดที่สูงขึ้นและรักษาระดับแรงดันเอาต์พุตให้คงที่เช่นกัน (Load regulation)

ในการทดลองที่ 3 จะเป็นการทดลองซ๊อตเซอร์กิตที่เอาต์พุตวงจรบักคอนเวอร์ เพื่อทดลองการควบคุมกระแสเกินภายในวงจร โดยจากการทดลองสามารถซ๊อตเซอร์กิตที่เอาต์พุตค้างไว้ได้ชั่วขณะ (3 วินาที) กระแสเอาต์พุตจะมีค่าประมาณ 7.96A โดยที่ตัววงจรสามารถใช้งานได้เป็นปกติทั้งนี้เป็นการป้องกันในกรณีที่เกิดการต่อวงจรผิดพลาดหรือความไม่ตั้งใจต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้น

รูปที่ 21 แสดงตำแหน่งของการซ๊อตเซอร์กิตที่เอาต์พุต โดยการนำปากคีบสีแดงและสีดำที่ตำแหน่งเอาต์พุตของวงจรต่อเข้าที่ลวดตัวนำเดียวกันในกรอบสีเขีบว

รูปที่ 23 ลักษณะของสัญญาณอินเวอร์เตอร์ที่เกิดขึ้นเมื่อซ๊อตเซอร์กิตที่เอาต์พุต โดยจะสังเกตเห็นว่าพัลซ์วิดมอดูเลต (Inverter Output PWM Signal) จะแคบเพื่อปรับลดการทำงานลงไม่ให้กระแสเกินกว่าที่กำหนด

สำหรับโครงงานนี้เป็นอีกโครงงานหนึ่งที่นำไอซี MC34063A มาประยุกต์ใช้งานเป็นวงจรแบบบักคอนเวอร์เตอร์ ทั้งนี้เพื่อเพิ่มความสามารถในการจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับโหลดได้เพิ่มขึ้น รวมทั้งเป็นการทดลองเพื่อเรียนรู้การใช้งานไอซีเบอร์นี้สำหรับแอดมินเอง และนำผลการทดลองและการออกแบบวงจรมาแชร์ให้กับผู้อ่านที่อาจจะเป็นประโยชน์ครับ.

Reference

1. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/mc34063a-d.pdf
2. https://www.ti.com/product/MC34063A
3. https://www.st.com/en/power-management/mc34063ac.html
4. https://www.st.com/resource/en/datasheet/mc34063ec.pdf
5. http://mega-avr.net/file/NFO-BAZA%20ELEMENTOV/MC34063A-D.PDF
6. https://www.sparkfun.com/datasheets/IC/MC34063A.pdf
7. https://ridleyengineering.com/design-center-ridley-engineering/38-control/61-018-boost-converter-with-current-mode-control.html
8. https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/2/2031.html
9. https://www.ti.com/seclit/ug/slyu036/slyu036.pdf
10. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/ncp1403-d.pdf
11. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/ncv5171-d.pdf