PWM Controller OB2263 Current Mode

ก่อนหน้านี้ได้นำเสนอบอร์ดจ่ายไฟเลี้ยงกระแสตรงสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายไปแล้ว (Mini Switching Power Supply Using Flyback Converter) และภายในวงจรสวิตชิ่งนี้จะใช้ตัวควบคุมเป็นไอซีเบอร์ OB2263 ซึ่งเป็นไอซีอีกเบอร์หนึ่งที่ทำงานในโหมดกระแส (Current Mode) และเป็นที่น่าสนใจ เพราะโดยทั่วไปเราจะเห็นไอซีเบอร์ UC384x มากกว่า ดังนั้นในบทความนี้จึงขอแนะนำไอซีเบอร์นี้ในส่วนข้อมูลสำคัญและการไปใช้งานเบื้องต้นกันครับ

สำหรับไอซีเบอร์ OB2263 เป็นตัวควบคุมการทำงานสวิตชิ่งโหมดต่างๆ ให้กับแหล่งจ่ายไฟ เช่น ดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ (DC to DC Converter) และสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ซัพพลาย (Switching Mode Power Supply) ซึ่งถือว่าเป็นไอซีที่มีประสิทธิภาพมากตัวหนึ่ง โดยเฉพาะการออกแบบเพื่อใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟแบบออฟไลน์ ฟายแบกคอนเวอร์เตอร์ ประมาณ 30 วัตต์

จุดเด่นสำคัญของตัวไอซีคือ สามารถโปรแกรมความถื่สวิตชิ่งจากตัวต้านทานภายนอก มีโหมดการทำงานแบบ (Burst mode) ช่วยให้ขณะวงจรสแตนบาย (Lower standby) ใช้พลังงานต่ำ รวมทั้งการเริ่มต้นการทำงาน (Low startup) จะใช้กระแสน้อยที่ประมาณ 3uA ในส่วนการป้องกันกระแสเกินจะเป็นแบบลูกคลื่นต่อลูกคลื่น (Cycle-by-Cycle current limiting) และวงจรตรวจจับแรงดันไฟเลี้ยงของตัวไอซีต้องอยู่ในช่วงที่กำหนด (Under Voltage Lockout : UVLO)

*รูปประกอบที่ใช้ในบทความนี้จาก (Picture by : https://file.yizimg.com/332467/2010080308450435.pdf)

ลักษณะของตัวถังไอซี

OB2263 Current Mode PWM Controller
รูปที่ 1 ลักษณะของตัวถังไอซี OB2263

คุณสมบัติทั่วไปของไอซี

  • การสับเปลี่ยนความถี่สวิตชิ่ง เพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (Frequency Shuffling Technology)
  • การเพิ่มโหมดควบคุม (Burst Mode Control) เพื่อลดพลังงานสแตนบาย
  • ไม่เกิดสัญญาณเสียงรบกวน (Audio Noise Free)
  • สามารถควบคุมความถี่สวิตชื่งจากภายนอกได้ (Programmable PWM)
  • มีวงจรซิงโครไนซ์ภายในสำหรับปรับชดเชยการทำงานระบบ (Slope Compensation)
  • ใช้กระแสในการเริ่มทำงานต่ำ (Startup Current and Low Operating)
  • การตรวจจับกระแสที่รวดเร็วและทันที (Leading Edge Blanking)
  • มีวงจรป้องกันและสามารถทำงานใหม่ขึ้นได้เอง (Good Protection Coverage)

รูปที่ 1 สำหรับตัวถังไอซี OB2263 มีให้เลือกใช้งานได้ 3 แบบคือ แบบ SOT23-6, SOP8 และ DIP8 แต่โดยทั่วไปจะเห็นแบบ SOT23-6 และ DIP8 ซึ่งจะมีในสินค้าจากประเทศจีน

PWM Controller OB2263 Current Mode
รูปที่ 2 ตัวอย่างการต่อใช้งานไอซี OB2263

รูปที่ 2 แสดงตัวอย่างการต่อใช้งานไอซี OB2263 ซึ่งจะมีขาต่อใช้งานน้อย เมื่อเทียบกับไอซีเบอร์ UC384x เมื่อเทียบกับการทำงานในลักษณะของโหมดกระแสเหมือนกัน โดยไอซี OB2263 จะเหมาะกับการนำไปประยุกต์ใช้งานกับแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงแบบสวิตชิ่งขนาดเล็กทั่วไป

PWM Controller OB2263 Current Mode
รูปที่ 3 บล็อกไดอะแกรมภายในไอซี OB2263

รูปที่ 3 แสดงลักษณะบล็อกไดอะแกรมภายในไอซี OB2263 โดยทั่วไปจะคล้ายกับไอซีเบอร์ UC384x แต่จะมีส่วนที่ต่างกันที่ กลุ่มของบล็อก Burst Mode Control, Slope Compensation และ Frequency Shuffling โดยเฉพาะในส่วนของ Frequency Shuffling Technology จะเป็นกรรมสิทธิของบริษัทผู้ผลิตโดยตรงคือ On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd (www.on-bright.com)

ขาใช้งานของไอซี OB2263

  • GND เป็นขารับไฟเลี้ยงขั้วลบ หรือกราวด์
  • FB เป็นขาอินพุต รับสัญญาณป้อนกลับ โดยการรับค่าแรงดันเข้ามาเพื่อกำหนดขนาดสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตที่เหมาะสมให้กับสวิตช์กำลัง เช่น มอสเฟตหรือทรานซิสเตอร์ เพื่อควบคุมแรงดันเอาต์พุตให้คงที่
  • RI เป็นขาอินพุต เป็นขากำหนดความถี่สวิตชิ่งให้กับวงจรภายใน โดยการต่อตัวต้านทานระหว่างขา RI และกราวด์
  • SENSE เป็นขาอินพุต เป็นการตรวจจับกระแสที่เกิดขึ้นของการนำกระแสให้กับสวิตชิ่งกำลังและตัวเหนี่ยวนำ
  • VDD เป็นขารับไฟเลี้ยงขั้วบวก
  • GATE เป็นขาเอาต์พุต เป็นขาส่งสัญญาณขับไปที่สวิตชิ่งกำลัง เช่น มอสเฟต

*แนะนำการออกแบบและนำไปใช้งาน

  • แหล่งจ่ายแรงดันไฟเลี้ยงไอซี (VDD) ช่วง 10V-30V
  • ค่าความต้านทานกำหนดความถี่ (RI) 100kOHM
  • ช่วงอุณหภูมิการนำไปใช้งาน (Ta) -20 ถึง 85 Celsius

คุณสมบัติเฉพาะที่สำคัญทางไฟฟ้าของไอซี OB2263

1. แหล่งจ่ายไฟเลี้ยง Supply Voltage (VDD)

  • กระแสเริ่มการทำงานที่ประมาณ 3uA
  • กระแสเมื่อทำงานที่ประมาณ 1.4mA
  • แรงดันอินพุตต่ำและหยุดทำงานที่ 8.8V
  • แรงดันอินพุตเริ่มทำงานที่ 14V
  • กำหนดตัดค่าแรงดันอินพุตสูงเกิน 34V

2. สัญญาณป้อนกลับ (Feedback Input Section(FB Pin))

  • แรงดันที่ขา FB ขณะเปิดวงจรที่ประมาณ 4.8V
  • กระแสที่ขา FB ขณะช๊อตเซอร์กิตประมาณ 1.2mA
  • ค่าแรงดันควบคุมการจ่ายกำลังการป้อนกลับ 3.7V
  • ช่วงเวลาสำหรับควบคุมการจ่ายกำลังที่ 35mSec
  • ค่าอินพุตอิมพีแดนซ์ที่ขา FB ประมาณ 6kOHM
  • ค่าดิวตี้ไซเกิลสูงสุด เมื่อ VDD=18V, RI=100kOHM, FB=3V, CS=0 ประมาณ 75%

3. ขารับสัญญาณกระแส Current Sense Input(Sense Pin)

  • ช่วงเวลาการตรวจจับกระแสขอบด้านหน้า เมื่อ RI = 100 kOHM ประมาณ 300ns
  • ค่าอินพุตอิมพีแดนซ์ที่ขา Sense Pin ประมาณ 40kOHM
  • ช่วงเวลาการตรวจจับกระแสและหน่วงเวลา เมื่อ VDD = 16V, CS>VTH_OC, FB=3.3V ประมาณ 75 nSec
  • ค่าแรงดันในการตรวจจับกระแส โดยให้ค่าดิวตี้ไซเกิลเป็น 0% เมื่อ FB=3.3V, RI=100 Kohm ประมาณ 0.75V

4. ขากำหนดความถี่สวิตชิ่ง (Oscillator)

  • ความถี่การทำงานปกติ เมื่อ RI = 100 kOHM ประมาณ 65kHz
  • ช่วงอุณหภูมิที่ความถี่สวิตชิ่งมีเสถียรภาพ เมื่อ VDD = 16V, RI=100Kohm, TA -20 ถึง 100Celsius ที่ 5 %
  • ช่วงแรงดันอินพุตที่ความถี่สวิตชิ่งมีเสถียรภาพ เมื่อ VDD = 12-25V, RI=100kOHM ที่ 5 %
  • ค่าแรงดันที่ขา RI เมื่อ RI อยู่ในสภาวะเปิดวงจร ประมาณ 2V
  • ความถี่สวิตชิ่งในโหมด (Burst Mode) เมื่อ VDD = 16V, RI=100kOHM ประมาณ 22kHz

5. ขาส่งสัญญาณขับเกต (Gate Drive Output)

  • ค่าแรงดันที่ลอจิก 0 เมื่อ VDD = 16V, Io = -20 mA ประมาณ 0.8V
  • ค่าแรงดันที่ลอจิก 1 เมื่อ VDD = 16V, Io = 20 mA ประมาณ 10V
  • ค่าแรงดันที่กำหนดไว้สูงสุด 18V
  • ช่วงเวลการไต่ขึ้นของสัญญาณ เมื่อ VDD = 16V, CL = 1nF ประมาณ 220nSec
  • ช่วงเวลการไต่ลงของสัญญาณ เมื่อ VDD = 16V, CL = 1nF ประมาณ 70nSec

6. การสร้างความถี่ (Frequency Shuffling)

  • ย่านความถี่มอดูเลต เมื่อ RI=100kOHM ช่วง -3 ถึง 3 %
  • ความถี่ Shuffling เมื่อ RI=100kOHM ประมาณ 64kHz
PWM Controller OB2263 Current Mode

รายละเอียดเพิ่มเติมเมื่อเราต้องการออกแบบแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงประมาณ 30 วัตต์

การเริ่มทำงานและกระแสที่ใช้ (Startup Current and Start up Control) การเริ่มต้นให้ไอซีทำงานโดยทั่วไปจะใช้ตัวต้านทานค่าประมาณ 2MOHM (1/8 วัตต์) ที่ต่อระหว่างไฟเลี้ยง +Vbus (310Vdc) มาที่ขา VDD ได้โดยตรง สำหรับกระแสที่ทำงานของไอซี (Operating Current) ประมาณ 1.4mA โดยจะทำงานร่วมกับ Burst Mode Control และการสร้างความถี่ (Frequency shuffling for EMI improvement) จะถูกนำมาใช้กับไอซีเบอร์นี้ ซึ่งจะช่วยลดการเกิดสัญญาณรบกวน EMI ภายในวงจร

การทำงานในส่วนของ (Extended Burst Mode Operation) จะพิจารณาเรื่องของการใช้งานโหลดของวงจรเป็นหลัก และการตอบสนองต่อสัญญาณป้อนกลับ (FB) เพื่อปรับสัญญาณควบคุมอย่างเหมาะสม (Gate drive output) การป้องกันภายในไอซี (Protection Controls) จะมีด้วยกันหลายส่วนคือ การป้องกันกระแสเกิน, การป้องกันโหลดเกินและการป้องกันแรงดันต่ำเกินกำหนด โดยเราจะต้องพิจารณาเรื่องสัดส่วนของจำนวนรอบการพันหม้อแปลงให้เหมาะสม

PWM Controller OB2263 Current Mode

ในส่วนของการกำหนดค่าความถี่สวิตชิ่ง (Oscillator Operation) จะใช้ตัวต้านทานค่าคงที่เป็นหลักซึ่งค่าที่แนะนำคือ 100kOHM แต่ในกรณีที่ต่องการเปลี่ยนเป็นค่าอื่นสามารถกำหนดได้จากสมการ FOSC = 6500/(RI kOHM) = (kHz) และในส่วนของการขับขาเกตของเพาเวอร์มอสเฟต (Gate Drive) สามารถใช้ค่าความต้านทานช่วง 10-47 โอห์ม อนุกรมระหว่างขา 1 (GATE) ของไอซีและขาเกตของเพาเวอร์มอสเฟต

การนำไปประยุกต์ใช้งาน

  • วงจรชาร์จแบตเตอรี่
  • แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงอะแดปเตอร์ทั่วไป
  • แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงขนาดเล็กแบบแพ็กในกล่อง
  • แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงแบบเปิดกล่องวงจร
PWM Controller OB2263 Current Mode

แนะนำเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับไอซี OB2263 เพิ่มเติมครับ. —> https://www.electronicsdna.com/tag/ob2263

สำหรับบทความนี้เป็นการนำเสนอไอซีควบคุมสวิตชิ่งเบอร์ OB2263 ในส่วนที่สำคัญและน่าสนใจ ซึ่งไอซีเบอร์นี้จะมีใช้งานในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ มากมายจากประเทศจีน สำหรับในตอนต่อไปจะนำเสนอโครงงานเกี่ยวกับการนำไอซี OB2263 มาสร้างเป็นดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์ขนาดเล็กกันต่อ เพื่อเป็นการเรียนรู้การใช้งานไอซีเบอร์นี้เพิ่มขึ้นกันครับ.

Reference

  1. http://www.on-bright.com/cn/english/products/OB2262_3.pdf
  2. https://file.yizimg.com/332467/2010080308450435.pdf
  3. https://pdf1.alldatasheet.net/datasheet-pdf/view/1141910/ETC2/OB2263AP.html