UCC3808 Current mode PWM Controller [EP1]

สำหรับบทความนี้เป็นการแนะนำไอซีอีก 1 ตัวแบบเบื้องต้น ในตระกูล UCCCx808-x เทคโนโลยี BiCMOS ซึ่งจะมีฟังก์ชันเด่นในเรื่องของการต่อวงจรแบบพุช-พูล คอนเวอร์เตอร์, สามารถทำงานความถี่สูง, ใช้พลังงานน้อย, การออกแบบวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงแบบออฟไลน์, วงจรคอนเวอร์เตอร์แบบใช้ความถี่สวิตชิ่งคงที่ในการควบคุมโหมดกระแส (Current-mode control) และเป็นไอซีที่ใช้อุปกรณ์ต่อร่วมน้อย

ไอซี UCC3808 มีสัญญาณเอาต์พุตขับขาเกต 2 ช่อง และมีค่าระยะเวลาหยุดการทำงานไว้ที่ 60-200nS (Dead time : DT) ซึ่งสามารถปรับค่าได้ด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ และสัญญาณเอาต์พุตทั้ง 2 ช่องจะถูกกำหนดค่าดิวตี้ไซเกิลไม่ให้เกิน 50 เปอร์เซนต์ เพื่อความปลอดภัยของการทำงานให้กับการสวิตชิ่งที่ 2 ช่องสัญญาณ นอกจากนี้ไอซีตระกูลนี้จะมีให้เลือกใช้งานได้หลายลักษณะตัวถัง มีให้เลือกความสามารถในการทำงานในย่านอุณหภูมิที่ต้องการ การเลือกช่วงแรงดันใช้งานให้กับไอซี (Undervoltage lockout levels : UVLO)

UCC3808 Current mode PWM Controllers — รูปที่ 1 แนวความคิดของการต่อวงจรใช้งานให้กับไอซี Picture by : Ref [2]

รูปที่ 1 แสดงลักษณะการต่อวงจรของไอซีแบบเบื้องต้น ซึ่งจะต่อเป็นลักษณะของวงจรพุช-พูล คอนเวอร์เตอร์ โดยใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุในการกำหนดความถี่สวิตชิ่งที่ขา RC และที่ขาไฟเลี้ยง VDD ของตัวไอซีจะมีวงจรเรกูเลตเตอร์ภายในตัวไอซ เพื่อลดการใช้อุปกรณ์ภายนอก

คุณสมบัติเด่นทั่วไปของไอซี

มีสัญญาณสำหรับขับขาเกต 2 ช่อง
กระแสการทำงานน้อยสุดที่ 130uA
กระแสใช้งานปกติที่ 1mA
สามารถทำงานที่ความถี่สูงสุด 1 MHz
มีวงจรซอฟสตาร์ทภายในไอซี
มีวงจรจำกัดค่าแรงดันไฟเลี้ยงสำหรับไอซี
การขับสัญญาณเพื่อจ่ายกระแส (Source Current) ที่ 500mA และการับกระแส (Sink Current) ที่ 1A

รูปที่ 2 แสดงลักษณะของตัวถังไอซี ซึ่งจะมีลักษณะแบบทั่วไป (DIP) และแบบวางบนแผ่นวงจรพิมพ์ (SMD) มีให้เราเลือกใช้ตามความเหมาะสม

ฟังก์ชั่นการใช้งานของแต่ละขาสำหรับไอซี

COMP ขาที่ 1 เป็นขาอินพุตและเอาต์พุต ซึ่งจะขยายสัญญาณความผิดพลาดในส่วนของเอาต์พุต และเป็นขารับสัญญาณอินพุตค่าสัญญาณเปรียบเทียบพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น
FB ขาที่ 2 เป็นขาอินพุต รับสัญญาณป้อนกลับและกลับเฟสให้กับวงจรขยายความผิดพลาด
CS ขาที่ 3 เป็นขาอินพุต สำหรับกำหนดสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น การตรวจจับกระแสพีก และการตรวจจับกระแสเกินให้กับวงจรเปรียบเทียบ
RC ขาที่ 4 เป็นขาอินพุต เป็นขากำหนดความถี่ออสซิลเลเตอร์
GND ขาที่ 5 ขากราวด์
OUTB ขาที่ 6 เป็นขาเอาต์พุต เป็นขาส่งส่งสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น
OUTA ขาที่ 7 เป็นขาเอาต์พุต เป็นขาส่งส่งสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น
VDD ขาที่ 8 ขารับไฟเลี้ยงให้กับไอซี

รูปที่ 3 ตารางการเลือกเบอร์ไอซีเพื่อนำมาใช้งานที่เหมาะสม Picture by : Ref [1]

ในรูปที่ 3 แสดงตารางการเลือกไอซีมาใช้งาน ซึ่งเราสามารถเลือกช่วงอุณหภูมิการทำงานของตัวไอซี และช่วงของค่าแรงดันในการทำงาน ทั้งนี้มีให้ผู้ใช้เลือกนำมาใช้งานได้ตามความเหมาะสม

คุณสมบัติสำหรับแนะนำไปใช้งาน

ค่าแรงดันอินพุตสำหรับไอซี 15V
ค่ากระแสใช้งานสำหรับไอซี 20mA
ความถี่ของสัญญาณสวิคชิ่ง 200kHz
สัญญาณอะนาลอกในการป้อนกลับที่ขา FB และ CS ที่ 6V
การจ่ายกระแสที่ขาขับสัญญาณ OUTA/OUTB ที่ 500mA
การรับกระแสที่ขาขับสัญญาณ OUTA/OUTB ที่ 1A
ค่าระยะเวลาหยุดการทำงานไว้ (Dead time : DT) ที่ 60-200nS
ค่าระยะเวลาของการซอฟสตาร์ทที่ 3.5mS
อัตราการขยายในสถานะลูปเปิดของวงจรขยายความผิดพลาดที่ 80dB

ในรูปที่ 4 แสดงบล็อกไดอะแกรมวงจรภายในตัวไอซีต่างๆ โดยจะอธิบายเป็นกลุ่มๆ ตามฟังก์ชั่นของขาที่ใช้งาน คือ ขา OUTA/OUTB จะมีวงจรฟลิปฟลอป (RS-FF, T-FF) ภายในสำหรับกำหนดรูปแบบสัญญาณเอาต์พุตแบบพุชพูล และเซตค่าเวลาหยุดการทำงาน (Dead time : DT) ทั้ง 2 ขาไว้ด้วย ที่ขา CS จะรับค่าการตรวจจับกระแสเข้าเปรียบเทียบที่บล็อกคอมพาราเตอร์กับค่าแรงดันคงที่ 0.5V อีกส่วนหนึ่งจะส่งไปยังบล็อกเปรียบเทียบสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น (PWM Comparator) และอีกส่วนหนึ่งจะส่งไปเปรียบเทียบที่แรงดันคงที่ 0.75V (ทางด้านซ้ายมือ) ต่อมาที่ขา COMP จะเป็นขาส่งสัญญาณควบคุมเข้ามาที่บล็อกเปรียบเทียบสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นทางด้านอินพุตอีกทางหนึ่ง และสามารถส่งเป็นสัญญาณออกไปภายนอกให้กับวงจรปรับค่าชดเชยการทำงานได้ (Compensation circuit)

ในส่วนของขา FB จะทำหน้าที่รับสัญญาณป้อนกลับแรงดันเอาต์พุตเข้ามา เพื่อระดับแรงดันให้คงที่โดยในบล็อกจะสัมพันธ์การเปรียบเทียบที่มีค่าแรงดันคงที่ 2V สำหรับปรับสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นและวงจรซอร์ฟสตาร์ท ในส่วนสุดท้ายจะเป็นขา GND จะรับไฟเลี้ยงกราวด์ 0V สำหรับเป็นค่าอ้างอิงแรงดันลบให้กับบล็อกต่างๆ ภายในไอซี และส่วนขา VDD จะมีซีเนอร์ไดโอดรักษาค่าแรงดันคงที่ให้กับวงจรภายในอีกครั้ง และสัมพันกับบล็อกการตรวจจับช่วงแรงดันอินพุต (UVLO) และการสร้างแรงดันอ้างอิง (Voltage Reference) ภายในอีกด้วยครับ

การนำไอซีไปประยุกต์ใช้งาน

แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงให้กับเซิร์ฟเวอร์และคอมพิวเตอร์
แหล่งจ่ายไฟสำหรับในระบบสื่อสาร
ดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์
แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ ซัพพลาย

ในรูปที่ 5 เป็นตารางแสดงค่าพารามิเตอร์ต่างๆ สำหรับตัวอย่างการออกแบบวงจรแบบพุช-พูล คอนเวอร์เตอร์ (Push-pull Topology) และในรูปที่ 6 จะเป็นวงจรที่ออกแบบโดยใช้ไอซี UCC3808D-1 ด้วยการควบคุมโหมดกระแส ซึ่งไอซีจะตรวจจับกระแสพีกและการตรวจจับกระแสเกิน

รูปที่ 5 ตารางแสดงค่าพารามิเตอร์ต่างๆ สำหรับตัวอย่างการออกแบบวงจร Picture by : Ref [1]

การทำงานของวงจรเบื้องต้น

จากรูปวงจรจะเห็นว่าค่าแรงดันเอาต์พุตจะถูกกำหนดไว้ที่ 5V โดยไฟเลี้ยงทางด้านเอาต์พุตจะแยกกันทางด้านไฟฟ้า โดยตัวไอซีจะถูกกำหนดให้ตรวจจับค่ากระแสพีกในโหมดกระแส ซึ่งใช้ทรานซิสเตอร์เบอร์ 2N2907 เป็นวงจรขยายแบบมีมิเตอร์ตามและปรับค่าการชดเชยสัญญาณดิวตี้ไซเกิลไม่เกิน 50% ที่ตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้งจะมีความสำคัญต่อไอซีที่ขาไฟเลี้ยงแนะนำให้ใช้ประมาณ 1uF ในส่วนของตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน (R=51K, C=10uF) สำหรับเริ่มการทำงานของไอซี จะต่อเข้ากับชุดแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงช่วยจากขดลวดในตัวหม้อแปลงที่พันไว้ (DF02SGICT)

การแยกกันทางไฟฟ้าจะใช้ออปโต้คัปเปิ้ลเป็นอุปกรณ์ รวมทั้งควบคุมค่าแรงดันเอาต์พุตให้คงที่และเป็นสัญญาณปรับค่าชดเชยการทำงานของไอซี สำหรับตัวเหนี่ยวนำทางด้านเอาต์พุตขึ้นอยู่กับต้นทุนที่ผู้ออกแบบต้องการสำหรับนำมาเลือกใช้ ทั้งในรูปแบบของผงเหล็ก (Iron powder), แกนชนิดโมรีเปอร์มารอยด์ (Molypermalloy : MPP) และเฟอไรท์ (ferrite core) ในส่วนของหม้อแปลงสวิตชิ่งจะใช้เบอร์ EFD size 25 ของบริษัท Magnetics Inc ซึ่งวงจรที่ออกแบบนี้จะรับค่าแรงดันอินพุตได้ตั้งแต่ 36 ถึง 72 โวลต์

แนะนำการวางไอซีบนแผ่นวงจรพิมพ์และการออกแบบวงจรร่วม

ที่ตำแหน่งขา VDD แนะนำให้ใช้ตัวเก็บประจุ ต่อคร่อมระหว่างขาและกราวด์
ที่ตำแหน่งขา CS ให้เราต่อวงจรฟิลเตอร์ระหว่างขา CS และกราวด์
ที่ตำแหน่งหา FB ให้เราต่ออุปกรณ์ร่วมที่ขา เพื่อลดสัญญาณรบกวนและการแทรกของสัญญาณรบกวน
ที่ตำแหน่งขา OUTA/OUTB สามารถจ่ายและรับกระแสได้สูง แนะนำให้ใช้ตัวต้านทานเพิ่มโดยพิจารณาจากตัวมอสเฟสและสัญญาณรบกวนที่จะเกิดขึ้น

สำหรับบทความนี้เป็นการแนะนำไอซีสวิตชิ่งอีกเบอร์หนึ่งที่สามารถต่อใช้งานแบบพุช-พูล คอนเวอร์เตอร์ได้ทันที ซึ่งไอซีเบอร์นี้จะทำงานในโหมดกระแสและใช้อุปกรณ์ต่อร่วมน้อย เป็นเบอร์ที่น่าสนใจอีกเบอร์หนึ่ง ทั้งนี้ในบทความจะขอกล่าวสรุปข้อมูลที่สำคัญต่างๆ ให้ผู้อ่านพิจารณาสำหรับเลือกนำไปใช้งานต่างๆ และในส่วนรายละเอียดเฉพาะเพิ่มเติมสามารถค้นหาได้ตามลิงก์ข้างล่าง ทั้งนี้ส่วนหนึ่งคิดว่าไอซีเบอร์นี้จะช่วยลดเวลาให้ท่านที่ชอบออกแบบวงจรคอนเวอร์เตอร์ หรือสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายได้มากเลยครับ.

Reference

Post Views: 1,396

Published by nattapon