Prototype MC33067P Board Switching Mode Resonant Controllers [EP1]

ในบทความนี้จะเป็นการแนะนำและทดลองเบื้องต้น สำหรับไอซีควบคุมการทำงานสวิตชิ่งโหมดเบอร์ MC33067P ที่ออกแบบมาให้สามารถทำงานในรูปแบบเรโซแนนท์โหมด (Resonant Mode Controllers) ซึ่งนำไปประยุกต์ใช้งานได้ทั้งในส่วนแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ ซัพพลาย (Switching Mode Power Supply) หรือวงจรดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ (DC to DC Converter) โดยลักษณะของการควบคุมจะเป็นแบบเรโซแนนท์ด้วยการสวิตชิ่งขณะที่แรงดันอยู่ที่ตำแหน่งศูนย์ (Zero Voltage Switching : ZVS) ซึ่งในการทดลองนี้จะเป็นการทดลองเพื่อเรียนรู้การทำงานวงจรภายในตัวไอซีในเบื้องต้นสำหรับเป็นตอนที่ 1 และในส่วนของการทดลองสร้างโครงงานจะเป็นในตอนต่อไปครับ.

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างภายในตัวไอซีในลักษณะของบล็อกไดอะแกรม ซึ่งจะเห็นว่าโดยส่วนใหญ่จะมีลักษณะภายในคล้ายกับไอซีที่พบเห็นทั่วไป เช่น เบอร์ TL494, UC3525, UC3524 แต่จะมีในส่วนที่ต่างของภาคการทำงานเพิ่มเติม คือ ภาคการทำงานของการปรับความถี่ออสซิลเลเตอร์ได้ (Variable Frequency Oscillator) ที่ตำแหน่งขา 1 ขา 2 และขา 3

รูปที่ 3 เป็นแนวความคิดของการนำไอซีไปต่อใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ภายนอก เพื่อกำหนดการทำงานของตัวไอซีให้เป็นไปตามที่ออกแบบ และสามารถปรับแต่งการทำงานให้เหมาะสมกับวงจรที่ต้องการออกแบบใหม่

รูปที่ 6 และรูปที่ 7 บอร์ดต้นแบบที่ประกอบเสร็จแล้ว โดยวงจรที่ใช้อ้างอิงจะแสดงในรูปที่ 4 เป็นหลัก แต่แอดมินจะเพิ่มในส่วนของออปโต้ไอโซเลเตอร์ (TLP250) เข้ามา 2 ตัว เพื่อใช้ขับเพาเวอร์มอสเฟตแทนการใช้หม้อแปลงขับสัญญาณ (Pulse transformer) เดิม (ตำแหน่ง T2 ในรูปที่ 4) เพื่อให้เข้าใจการทำงานได้ง่ายขึ้น

ในรูปที่ 8 และรูปที่ 9 แสดงลักษณะการทดลองการทำงานของไอซี โดยใช้ไฟเลี้ยงกระแสตรงที่ 15V วัดสัญญาณขับ (Driver Output) ที่ตำแหน่งขา 12 และขา 14 ของตัวไอซี และใช้สายจั้มเปอร์ (สีแดงด้านซ้ายมือ) จั้มระหว่างไฟเลี้ยงและตัวต้านทานปรับค่าสีฟ้า (VR) สำหรับเป็นการจำลองค่าแรงดันเอาต์พุตป้อนกลับ (Feedback signal) มายังออปแอมป์ (Error Amp) เพื่อสังเกตการทำงานและการตอบสนองต่อสัญญาณขับที่เกิดขึ้น

ในรูปที่ 10 เป็นการทดลองจ่ายแรงดันเข้าที่ขา 7 ให้กับตัวไอซี โดยที่ขา 7 นี้จะเป็นขา Inverting input ซึ่งในการทดลองนี้จะทดลองจ่ายแรงดันน้อยกว่า 5.1V ด้วยการใช้ตัวต้านทานปรับค่าสีฟ้า (แสดงในรูปที่ 9) ผลที่ได้คือ ที่ขาส่งสัญญาณขับ Driver Output A (ขา 12) และ Driver Output B (ขา 14) จะจ่ายสัญญาณที่ความถี่ 249.5kHz ค่าดิวตี้ไซเกิลประมาณ 48% ต่อช่อง (หมายเหตุ ในกรณีที่เราต้องการปรับเปลี่ยนความถี่ของสัญญาณออสซิลเลเตอร์ สามารถแก้ไขได้ที่ด้วยการเปลี่ยนตัวเก็บประจุ Cosc ตำแหน่งขา 1 และขา 2ในรูปที่ 3)

รูปที่ 11 เป็นลักษณะของการทดลองคล้ายกับในรูปที่ 10 แต่ในการทดลองจะปรับให้แรงดันที่จ่ายมากกว่า 5.1V โดยในช่วงของการปรับเพิ่มขึ้นนั้น ความถี่ของสัญญาณขับที่ขา 12 และขา 14 จะค่อยๆ ปรับเพิ่มขึ้น และจะคงที่ที่ความถี่ 1.732MHz โดยค่าดิวตี้ไซเกิลของสัญญาณจะลดลงมาที่ประมาณ 25% นั้นเอง

สำหรับการสร้างบอร์ดต้นแบบที่ใช้ไอซีควบคุม MC33067P นี้ จะเป็นส่วนหนึ่งของการนำไปใช้งานร่วมกับส่วนของวงจรขับกำลังต่อไป เช่น คอนเวอร์เตอร์ต่างๆ เพื่อให้เห็นลักษณะการของนำไอซีไปประยุกต์ใช้งานจริงและเข้าใจการทำงานตัวควบคุมวงจรสวิตชิ่งโหมดที่ใช้ไอซีเบอร์ตระกูลนี้เป็นตัวควบคุมเพิ่มขึ้นครับ.

Reference

1. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/mc34067-d.pdf
2. https://www.mouser.com/ProductDetail/onsemi/MC33067P?qs=g2rIOKKlpoawYiuJBawG1w%3D%3D
3. https://www.ti.com/lit/an/slua159/slua159.pdf
4. https://www.researchgate.net/publication/4002272_New_zero-voltage-switching_half-bridge_DC-DC_converter_and_PWM_control_method
5. https://www.researchgate.net/publication/2977147_Design_considerations_of_IGBT’s_in_resonant_converter_applications