// บทที่ 15.12 · อิเล็กทรอนิกส์กำลัง · Analog Control with Op-Amps

ควบคุมคอนเวอร์เตอร์แบบอนาล็อกด้วยออปแอมป์: PWM, Error Amplifier, วัดกระแส, TL494, UC3843

สร้าง PWM ด้วยออปแอมป์ล้วน error amplifier การเลือกออปแอมป์ วิธีวัดกระแส 4 แบบ ชิปคลาสสิก TL494 UC384x TL431 + optocoupler และเช็กลิสต์

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 13 ต.ค. 2569

สถาปัตยกรรม Voltage mode สร้าง PWM ด้วย op-amp ล้วน Error amplifier การวัดกระแส ชิปควบคุมคลาสสิกที่ยังไม่ตกย

สรุปใน 30 วินาที

$d = v_c/V_M$ — feedforward $V_M \propto V_{in}$ ตัดผลของแรงดันขาเข้า
สามเหลี่ยม $f = R_B/(4R_ARC)$
GBW ของออปแอมป์ ≥ 10 เท่าของที่ต้องการ
PCMC ต้องมี leading-edge blanking

สถาปัตยกรรม Voltage mode

Vout ─ R1/R2 ─▶ [Error amp Type III] ─ vc ─▶ (+) Comparator ─▶ Gate driver ─▶ Q
       Vref ──▶ (+)                      Ramp ─▶ (−)

duty: $d = v_c/V_M$ เมื่อ ramp สูง $V_M$ (ใส่ฟีดฟอร์เวิร์ด $V_M \propto V_{in}$ ทำให้ลูป gain ไม่ขึ้นกับ $V_{in}$ และตัด $G_{vg}$ ได้)

สร้าง PWM ด้วย op-amp ล้วน (เหมาะกับแลปการสอน)

ตัวสร้างคลื่นสามเหลี่ยม: Schmitt trigger (comparator + $R_A$ , $R_B$ ) ต่อกับ integrator ( $R$ , $C$ )

A1 Op-amp triangle generator วงจรสร้างคลื่นสามเหลี่ยม

f = \frac{R_B}{4R_A R C},\qquad V_{tri,pp} = 2V_{sat}\frac{R_A}{R_B}

ตัวอย่าง: $R=10$ kΩ, $C=1$ nF, $R_A=10$ kΩ, $R_B=20$ kΩ → $f = 50$ kHz ใช้ op-amp ที่ slew rate ≥ $4 V_{pp} f$ (เช่น ≥ 2 V/µs ที่ 50 kHz, 10 Vpp) และ comparator แยก (LM393 ช้าแต่ใช้ได้ถึง ~100 kHz; TLV3501/LT1016 สำหรับเร็ว)

Error amplifier

ใช้สูตร Type II/III จาก การออกแบบตัวชดเชย
ต้องเลือก op-amp ให้ GBW ≥ 10× ของ gain ที่ต้องการ ณ ความถี่ขั้วสูงสุด ไม่งั้นขั้วของ op-amp จะกินเฟส
ตัวต้านทาน $R_1$ (บนของตัวแบ่ง) เป็นส่วนของตัวชดเชย; $R_{bottom}$ ไม่มีผลกับ AC (ขา inverting เป็น virtual ground) จึงตั้ง DC ได้อิสระ

ระดับ	Op-amp แนะนำ	หมายเหตุ
ราคาถูก/สอน	LM358, TL072	GBW 1–3 MHz, ใช้ได้ถึง $f_c$ ~ 5 kHz
ทั่วไป ทนทาน	OPA2171, TLV9062, MCP6022	rail-to-rail, GBW 3–10 MHz
ความเร็วสูง	OPA2350, AD8065	ลูปกระแสเร็ว

การวัดกระแส

วิธี	ข้อดี	ข้อควรระวัง
Shunt + amp (INA240, INA181)	แม่น ราคาถูก	สูญเสีย $I^2R$ , common-mode สูงต้องใช้ amp ที่ทน PWM
DCR sensing ( $R_sC_s = L/r_L$ )	ไม่มีการสูญเสียเพิ่ม	DCR เปลี่ยนตามอุณหภูมิ ~0.39%/°C
Hall/magnetic (ACS7xx, TMCS)	มีฉนวน	แบนด์วิดท์/offset
Current transformer	ใช้ใน off-line SMPS	วัดได้เฉพาะ AC/พัลส์ ต้อง reset แกน

สำหรับ PCMC ต้องมี leading-edge blanking (100–300 ns) หรือ RC กรองหนามจากการคืนตัวของไดโอด

ชิปควบคุมคลาสสิกที่ยังไม่ตกยุค

TL494 / KA7500 — voltage mode, มี error amp 2 ตัว (แรงดัน+กระแสจำกัด), dead-time ปรับได้, push-pull output ใช้สอนได้ดีมาก
UC3842/3/4/5 (UC384x) — peak current mode, มี error amp + LEB ภายใน, ทนทาน ใช้แพร่หลายใน flyback/forward
TL431 + optocoupler (PC817) — error amp แบบแยกฉนวนมาตรฐาน: ลูปมีสองเส้นทาง (fast lane ผ่านตัวต้านทาน LED) ต้องคิด CTR และขั้วของ opto (~5–20 kHz)
ชิปรุ่นปัจจุบันดู การเลือกตัวควบคุม

Checklist วงจรอนาล็อก

Soft-start: ค่อยๆ ยก $V_{ref}$ (RC บน ref หรือ SS pin) ป้องกันกระแสพุ่งและ overshoot
Anti-windup: clamp เอาต์พุต error amp (Zener/diode) ตอนจำกัดกระแส
ต่อ $V_{ref}$ ด้วย 100 nF ใกล้ขา; กราวด์สัญญาณแยกจากกราวด์กำลังแล้วรวมจุดเดียว
ตรวจด้วยการฉีดสัญญาณวัด Bode จริง — ดู เทคนิคเชิงช่าง

คำถามที่พบบ่อย

ใช้ LM358 ทำ error amplifier ได้ไหม?

ได้สำหรับลูปช้า GBW ราว 1 MHz พอสำหรับครอสโอเวอร์ไม่กี่กิโลเฮิรตซ์ ถ้าต้องการลูปเร็วหรือ Type III ที่มีขั้วที่ความถี่สูง ควรใช้ออปแอมป์ GBW 3–10 MHz ขึ้นไป ไม่งั้นขั้วของออปแอมป์จะกินเฟสมาร์จิน

อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ
อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์