แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง โดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค

Switching Power Supply with Power Factor Correction by using Flyback Converter

นายพงศเทพ โกศลสมบต

นายสรพล ฉนทวโรจน

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรครศาสตรอตสาหกรรมบณฑต ภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรม

สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปการศกษา 2548

ใบรบรองปรญญานพนธ ภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรม

สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

เรอง แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง โดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค

โดย นายพงศเทพ โกศลสมบต

นายสรพล ฉนทวโรจน

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษา ตามหลกสตรครศาสตรอตสาหกรรมบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา

(อาจารยขจร อนวงษ) หวหนาภาควชาครศาสตรไฟฟา

วนท เดอน พ.ศ.

คณะกรรมการสอบปรญญานพนธ

ประธานกรรมการ (อาจารยเอกกมล บญยะผลานนท)

กรรมการ

(อาจารยสรชย จนทรนม)

กรรมการ

(อาจารยเมธพจน พฒนศกด)

ชอ : นายพงศเทพ โกศลสมบต นายสรพล ฉนทวโรจน

ชอเรอง : แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบ กาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค

ทปรกษาปรญญานพนธ : ผศ.ดร.มนตร ศรปรชญานนท อาจารยเมธพจน พฒนศกด ปการศกษา : 2548

บทคดยอ

ปรญญานพนธนมวตถประสงคเพอสราง แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชชงทม การปรบปรงคาตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค โดยเปลยนแรงดนไฟฟากระแสสลบแรงดนสงใหเปนแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงดนตาเพอใชในงานอเลกทรอนกส โดยมขอแตกตางจากแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสน ซงแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงจะมขนาดเลกและนาหนกเบาและมประสทธภาพสงกวา แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงเรมเขามามบทบาทเปนอยางมากในเครองใชไฟฟาและอเลกทรอนกสทวไป แตการทางานของวงจรทาใหกระแสอนพตไมเปนรปคลนซายน มสวนประกอบของกระแสทมความถอนนอกเหนอจากความถมลฐาน เรยกวา “ กระแสฮารมอนกส ” เปนตวการททาใหตวประกอบกาลงของวงจรมคาตา

เพอเปนการปองกนปญหากระแสฮารมอนกสทเกดจากวงจรเรยงกระแส จงไดทาการสรางแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชชง ทมภาคแรกเปนวงจรแปลงไฟสลบเปนไฟตรงทม กระแสฮารมอนกสทางอนพตตา โดยใช dsPIC30F2010 ควบคมระดบแรงดนเอาตพตใหมคาคงทและใชวงจรฟลายแบคคอนเวอรเตอรทางานในภาวะกระแสอนพตไมตอเนอง ทาใหสามารถปรบปรงใหคาตวประกอบกาลงมคาสงขนอตโนมต

ผลการทดสอบแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง โดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค จายแรงดนไฟตรง 5 โวลต กระแสไดสงสด 1.2 แอมแปร กาลงเอาตพต 6 วตต อตราการรกษาระดบแรงดน 4 เปอรเซนต คาตวประกอบกาลง 0.988 และประสทธภาพ 56.07 เปอรเซนต ทภาระเตมพกด

ทปรกษาปรญญานพนธ

(ค)

กตตกรรมประกาศ

ปรญญานพนธฉบบนสาเรจไดดวยด เนองจากไดรบการชแนะทางดานวชาการและดานเทคนคทเปนประโยชนอยางยงจากอาจารยทปรกษาปรญญานพนธ ผศ.ดร.มนตร ศรปรชญานนท และ อาจารยเมธพจน พฒนศกด รวมทงคณาจารยทกทานในภาควชาครศาสตรไฟฟาและเจาหนาททเกยวของทกทาน ทคอยชวยเหลออานวยความสะดวกในการเบกจายวสดอปกรณและเครองมอตางๆ ทใชในโครงงานน คณะผจดทาจงขอขอบคณทกทานเปนอยางสงไว ณ ทนดวย สดทายนคณะผจดทาขอกราบขอบพระคณบดา มารดา ซงสนบสนนในการศกษาเลาเรยนเสมอมา และหวงวาปรญญานพนธฉบบนจะเปนประโยชนแกทกทานรวมถงแนวทางในการพฒนาตอไป นายพงศเทพ โกศลสมบต

นายสรพล ฉนทวโรจน

(ง)

สารบญ

หนา บทคดยอ ค กตตกรรมประกาศ ง สารบญตาราง ช สารบญภาพ ซ บทท 1. บทนา 1

1.1 ความเปนมาและความสาคญของโครงงาน 1 1.2 วตถประสงคของโครงงาน 2 1.3 ขอบเขตของโครงงาน 2 1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 2

2. ทฤษฎทเกยวของ 3 2.1 ตวประกอบกาลง 3 2.2 ทฤษฎวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค 9 2.3 หมอแปลงสวตชง 12 2.4 มอสเฟตกาลง 18 2.5 วงจรควบคมสาหรบสวตชงเพาเวอรซพพลาย 20 2.6 การปรบปรงคาตวประกอบกาลง 21 2.7 การควบคมระบบดจตอล 23 2.8 ไมโครคอนโทรลเลอรเบอรdsPIC30F2010 29

3. วธการดาเนนงาน 34 3.1 ศกษาขอมลทเกยวของ 36 3.2 ออกแบบหมอแปลงสวตชชง 37 3.3 ออกแบบวงจรเรยงกระแสและกรองแรงดนเอาตพต 39 3.4 ออกแบบวงจรควบคม 40 3.5 ออกแบบวงจรกรองสญญาณ 44 3.6 ผงเวลาดาเนนงาน 47

(จ)

สารบญ (ตอ) บทท หนา 4. ผลการดาเนนงาน 48

3.1 การทดสอบการทางานของโครงงาน 49 5. สรป ปญหาและขอเสนอแนะ 59

5.1 สรปผล 59 5.2 ปญหาทเกดขนระหวางการดาเนนงานและแนวทางแกไข 60 5.3 ขอเสนอแนะ 60

บรรณานกรม 62 ภาคผนวก ก การวางอปกรณและลายวงจรพมพ 64 ภาคผนวก ข งบประมาณของโครงงาน 67 ภาคผนวก ค โปรแกรมควบคมการทางาน 70 ภาคผนวก ง ขอมลทางเทคนคของอปกรณทสาคญ 73 ประวตผเขยน 88

(ฉ)

สารบญตาราง หนา

ตารางท 1. ผงเวลาดาเนนงาน 47 2. ผลการทดสอบการทางานทแรงดนอนพต 198 โวลต 53 3. ผลการทดสอบการทางานทแรงดนอนพต 242 โวลต 54 4. งบประมาณของวงจร AC – DC Flyback Converter 68 5. งบประมาณของวงจรควบคมและจายไฟเลยง 69 6. งบประมาณรวม 69

(ช)

สารบญภาพ หนา

ภาพท 1. วงจรอนกรมตวตานทานและตวเหนยวนา 4 2. รปคลนแรงดนและกระแส 4 3. สามเหลยมกาลง 6 4. วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ 7 5. รปคลนแรงดน ,s ov V และกระแส si 7 6. วงจรพนฐานของฟลายแบคคอนเวอรเตอร 9 7. ลกษณะของกระแสทขดปฐมภมและกระแสทขดทตยภมขณะทวงจรทางาน 11 8. ลกษณะของกระแสและแรงดนทเกดขนในขณะฟลายแบคคอนเวอรเตอรทางาน 11 9. เสนโคงฮสเตอรรซสของแกนเฟอรไรตทเปนเนอสารชนด 3C8 13 10. ลกษณะทสมบรณของเสนโคงฮสเตอรรซส 13 11. การกาหนดชองอากาศคน 15 12. ความสมพนธพนฐานของหมอแปลง 17 13. ลกษณะการตอขามอสเฟตกาลง 18 14. ลกษณะของกระแสและแรงดนตกครอมเพาเวอรมอสเฟต 19 15. วงจรพนฐานสาหรบการควบคมคอนเวอรเตอรในโหมดควบคมจากแรงดน 20 16. ลกษณะของเอาตพตของวงจรพลสวดธมอดเลชน 21 17. วงจรพนฐานของการรวมวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงกบแปลงผนไฟฟา แบบสองขน 22 18. วงจรพนฐานของการรวมวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงกบวงจรแปลงผนไฟฟา แบบหนงขน 23 19. บลอกของระบบควบคมอตโนมต 23 20. บลอกของ DDC 24 21. บลอกของ Discrete Time System 25 22. สญญาณสม 25 23. บลอก Finite Differences 27 24. การหาพนทใตเสนโคง 28 25. บลอกของตวควบคมดจตอล 28

(ซ)

สารบญภาพ (ตอ) หนา

ภาพท 26. การจดเรยงขาสญญาณของ dsPIC30F2010 30 27. ไดอะแกรมการทางานของโมดลแปลงแอนะลอกเปนดจตอล ใน dsPIC30F2010 31 28. ขนตอนการดาเนนงาน 34 29. วงจรแปลงผนแบบฟลายแบคควบคมการทางานโดยไมโครคอลโทรลเลอร 36 30. ลาดบขนการทางานของโปรแกรมควบคมการทางานของฟลายแบคคอนเวอรเตอร 41 31. การตอขาสญญาณของ dsPIC30F2010 42 32. วงจรขบเกตดวย TLP 250 44 33. วงจรกรองทางอนพตของวงจรสวตชง 44 34. วงจรแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง 46 35. ลกษณะภายนอกของแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชง 48 36. การวางอปกรณภายในของแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชง 48 37. แรงดนตกครอมเพาเวอรมอตเฟต ( 1M ) และกระแสไหลผานขดลวดปฐมภม ( pi ) 49 38. กระแสอนพต ( si ) และแรงดนอนพต ( sv ) 50 39. แรงดนเอาตพตและกระแสเอาตพตเมอเปลยนแปลงภาระจาก 10% ไป 100% และจาก 100% ไป 10% 50 40. แรงดนเอาตพต ( oV ) และกระแสเอาตพต ( oI ) เมอเรมจายแรงดนอนพต( sv ) 51 41. การตอเครองมอวดในการทดสอบการทางานทแรงดนไฟฟา 198 โวลตและ 242 โวลต 52 42. แรงดนเอาตพตเมอเปลยนภาระจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต 55 43. ตวประกอบกาลงเมอเปลยนภาระในชวง 0.5 วตต ถง 6.5 วตต 56 44. ประสทธภาพเมอเปลยนภาระในชวง 0.5 วตต ถง 6.5 วตต 57 45. ใชแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง เปนแหลงจายสาหรบบอรดไมโครโปรเซสเซอร 58 46. แผนวงจรพมพของวงจร AC/DC Flyback Converter 65 47. ตาแหนงการวางอปกรณของวงจร AC/DC Flyback Converter 65 48. แผนวงจรพมพของวงจรควบคม 66 49. ตาแหนงการวางอปกรณของวงจรควบคม 66

(ฌ)

บทท 1 บทนา

1.1 ความเปนมาและความสาคญของโครงงาน แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชง สามารถเปลยนแรงดนไฟฟากระแสสลบแรงดนสง

ใหเปนแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงดนตา เพอใชในงานอเลกทรอนกสได เชนเดยวกบแหลงจาย ไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสน แตมขอแตกตางกนทขนาดและนาหนก โดยทหมอแปลงของ แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสนจะมขนาดใหญและนาหนกมาก เมอเทยบกบหมอแปลงของแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชง แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสนจงมขดจากดอยทขนาดทใหญและนาหนกมาก รวมถงประสทธภาพทตา ในขณะเดยวกนแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชง ซงมขนาดเลก นาหนกเบาและมประสทธภาพสง เรมเขามามบทบาทเปนอยางมาก ในเครองใชไฟฟาและอเลกทรอนกสทวๆไป เชน เครองคอมพวเตอร เครองโทรสาร เครองประจแบตเตอร เปนตน แนวโนมในการนาแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชง มาใชในเครองใช ไฟฟาและอเลกทรอนกสทกประเภทจงเปนไปไดสง

ในแหลงจายไฟฟากระแสตรง ไมวาจะเปนแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสนหรอแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชง สวนมากจะมวงจรเรยงกระแสทมเพยงไดโอดทาหนาทเรยงกระแสไฟฟาสลบเปนไฟฟากระแสตรงและมตวเกบประจเพอกรองแรงดนใหเรยบ การเรยงกระแสแบบน จะดงกระแสจากระบบไฟฟามรปรางไมเปนรปคลนซายน สงผลใหเกดกระแส ฮารมอนกสเขาสระบบไฟฟา ยงการเจรญเตบโตทางดานเศรษฐกจและสงคมมมากขน การใชเครองใชไฟฟาและอเลกทรอนกสมเพมมากขน ทาใหปรมาณของกระแสฮารมอนกสเขาสระบบไฟฟามมากขนดวยและสงผลใหมคาประกอบกาลงตา ทาใหระบบสงจายไฟฟามประสทธภาพ ลดลง เนองจากมกาลงสญเสยในระบบสงจายไฟฟามากขน นอกจากนนยงเกดสญญาณรบกวน ในระบบไฟฟา เนองจากกระแสฮารมอนกสทเกดขน

ในภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรม สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ ยงคงมการใชแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสนอยหลายงาน ยกตวอยาง เชน ใชเปนแหลงจายไฟฟากระแสตรงใหกบบอรดไมโครโปรเซสเซอรแผงเดยว

2

1.2 วตถประสงคของโครงงาน เพอออกแบบและสรางชด แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคา

ตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค สาหรบบอรดไมโครโปรเซสเซอรแผงเดยว (Z80 Single-Board Microprocessor) ของ บรษท แอนนาดจต จากด รน Analab จานวน 1 ชด

1.3 ขอบเขตของโครงงาน 1.3.1 แรงดนอนพตไฟฟากระแสสลบ 220 โวลต ± 10 เปอรเซนต 50 เฮรตซ 1.3.2 แรงดนเอาตพต ไฟฟากระแสตรง 5 โวลต ± 3 เปอรเซนต และกาลงเอาตพต 6 วตต 1.3.3 คาตวประกอบกาลงไมนอยกวา 0.9 ทภาระเตมพกด 1.3.4 ประสทธภาพไมนอยกวา 50 เปอรเซนต 1.3.5 โวลตเตจเรกกเลชนไมเกน 5 เปอรเซนต 1.3.6 ควบคมการทางานดวยไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC

1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ทาใหลดกาลงสญเสยทเกดขนจากแหลงจายไฟฟากระแสตรงและยงทาใหคาตวประกอบ

กาลงไฟฟามคาใกลเคยงหนง สงผลใหระบบไฟฟามประสทธภาพมากขน

บทท 2

ทฤษฎทเกยวของ

ในการสรางแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบคนนจะตองใชความรในสงตางๆ ทเกยวของดงตอไปน

1. ตวประกอบกาลง (Power Factor,λ ) 2. ทฤษฎวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค (Flyback Converter) 3. หมอแปลงสวตชง 4. มอสเฟตกาลง (POWER MOSFET) 5. วงจรควบคมสาหรบสวตชงเพาเวอรซพพลาย 6. การปรบปรงตวประกอบกาลง 7. การควบคมระบบดจตอล (Digital Control) 8. ไมโครคอนโทรลเลอรเบอร dsPIC30F2010

2.1 ตวประกอบกาลง (Power Factor,λ ) (วบลย, 2539) จากทฤษฎวงจรไฟฟา ถาแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสสลบทมรปคลนซายน มภาระทเปน

แบบพาสซฟ ทประกอบดวย ตวตานทาน ตวเหนยวนา และตวเกบประจ (R-L-C) แลว กระแสไฟฟา ของวงจรจะยงคงมรปคลนซายนเชนกน แตอาจมมมของเฟสทแตกตางระหวางแรงดนและกระแสได ตวอยางเชน วงจรดงภาพท 1 เมอภาระของวงจรประกอบดวยตวตานทานและตวเหนยวนาคาความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสของวงจรแสดงได ดงภาพท 2 เฟสของกระแสและแรงดนอาจตางกนดวยมมφ ซงขนอยกบคาความตานทานและคาความเหนยวนาของวงจร ถากาหนดใหแรงดนแหลงจายเปนแรงดนรปคลนซายนทไมผดเพยนและคาชวขณะแสดงไดโดย สมการท (2-1)

ˆ sins s ov V tω= (2-1)

4

ภาพท 1 วงจรอนกรมตวตานทานและตวเหนยวนา

ภาพท 2 รปคลนแรงดนและกระแสของวงจร

กระแสไฟฟาชวขณะของวงจร ( )si จะลาหลงแรงดน ( )sv ดวยมม φ ซงสามารถเขยนไดเปนสมการท (2-2)

ˆ sin( - )s s oi I ω φ= (2-2)

โดยท sv และ si แทนแรงดนไฟฟาชวขณะของแหลงจายและกระแสไฟฟาขาเขาชวขณะตามลาดบ sV และ sI แทนคายอดของแรงดนไฟฟาของแหลงจายและคายอดของกระแสไฟฟา ขาเขาตามลาดบความสมพนธระหวาง แรงดนของแหลงจาย ( )sv และกระแสขาเขาของวงจร ( )si นามาสรางเปนเทอมของกาลง (Power) ไดโดยมนยามดงตอไปน คอ 2.1.1 กาลงชวขณะ (Instantaneous Power, p )

เปนคาผลคณระหวางแรงดนไฟฟาชวขณะ ( )sv ในสมการท (2-1) และกระแสไฟฟา ขาเขาชวขณะ ( )si สมการท (2-2) ซงมคา คอ

cos (1 cos 2 ) sin sin(2 )s s o s s op V I t V I tφ ω φ ω= − − (2-3)

เมอ sV และ sI เปนคาประสทธผลของแรงดนไฟฟาและกระแสไฟฟาตามลาดบ

si

sv

R

L

5

2.1.2 กาลงจรงหรอกาลงเฉลย (Real หรอ Average หรอ Active Power,P ) เปนคาเฉลยของกาลงไฟฟาชวขณะในหนงคาบเวลา ซงหาไดจาก

coss sP V I φ= (2-4)

คากาลงไฟฟานเปนคาทใชงานโดยภาระ มหนวยเปนวตต (Watt , W) ปรมาณนพจารณาไดจากเทอมท 1 ในสมการท (2-3) 2.1.3 กาลงไฟฟาแฝง (Reactive Power,Q )

เปนคากาลงทเกดขนเนองจากการสงถายกาลงงานสะสมท ตวเหนยวนาและตวเกบประจ ของวงจร ซงเปนปรมาณทมทงคาบวกและลบ และทาใหมคาเฉลยเปนศนย ซงพจารณาไดจากเทอมท 2 ของสมการท (2-3) หรอ ภาพท 3 คากาลงไฟฟาแฝง นมหนวยเปน VAR (Volt-Amp Reactive) และมขนาดดงสมการท (2-5)

sins sQ V I φ= (2-5)

2.1.4 กาลงปรากฏ (Apparent Power, S ) เปนคาผลคณระหวางขนาดของแรงดนประสทธผลและกระแสประสทธผล ของวงจร

ทจะบอกถงขนาดของ กาลงทระบบจายแรงดนไฟฟาตองจายใหกบวงจร ซงมคาดงสมการท (2-6)

s sS V I= (2-6)

มหนวยเปน VA (Volt-Amp) สมการในรปของ กาลงเชงซอน (Complex Power) แบบทนยมจะเขยนไดโดยใชผลคณทางเวคเตอรระหวางแรงดน และ คอนจเกต (Conjugate) ของกระแส ดงสมการท (2-7)

*s sS V I= หรอ S P jQ= ± (2-7)

โดยใหคาQ เปน บวก (+) สาหรบ ภาระทเปนตวเหนยวนาและ Q เปน ลบ (-) สาหรบ ภาระทเปนตวเกบประจ กาลง P , Q และ S แสดงไดโดย สามเหลยมกาลง ดงภาพท 3 (เมอภาระเปนตวตานทานและตวเกบประจ)

6

P

QS

φ

ภาพท 3 สามเหลยมกาลง

มมตางเฟสระหวางแรงดนและกระแส ( )φ จะถกใชในการกาหนดคาตวประกอบกาลง ( )λ

ไดดงสมการท (2-8)

cos PS

λ φ= = (2-8)

ถาแรงดนและกระแสประกอบดวยความถเดยวคอทความถมลฐาน คาตวประกอบกาลงน เรยกวา Displacement Power Factor (DPF) เมอกาหนดใหมมตางเฟสระหวางแรงดนและกระแสทความถมลฐานเปน 1φ ดงนน 1cosDPF φ= กคอ ตวประกอบกาลงของวงจรไฟฟาทแรงดนและกระแสอยมความถทความถมลฐาน

ตวประกอบกาลงไฟฟาของวงจรไฟฟานมความสาคญในระบบไฟฟา เนองจากเปนคาทบอกถงปรมาณความตองการกาลงไฟฟาทตองจายใหพอเพยงกบความตองการของภาระ เชน ถากาลงจรง ( )P และตวประกอบกาลงของวงจร ( )DPF มคา 0.8 ดงนน ในระบบจายกาลงไฟฟา เชน แหลงจายกาลง สายเคเบล หมอแปลง อปกรณสวตช จะตองมอตราท /P DPF หรอสงกวา กาลงใชงานจรงทภาระ 25 % 2.1.5 คาตวประกอบกาลงเมอ กระแสอนพตของภาระเปนแบบไมเปนเชงเสน

ถาภาระของแหลงจายไฟฟาเปนแบบไมเปนเชงเสน (Nonlinear Load) เชน วงจรททางานในลกษณะสวตชทประกอบดวยอปกรณอเลกทรอนกสตางๆ เชน ไดโอด ทรานซสเตอร ไทรสเตอร หรออเลกทรอนกสสวตชอนๆ กระแสอนพตอาจไมเปนรปคลนซายนทมความถเทากบความถของแรงดนแหลงจาย ตวอยางเชน วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ดงภาพท 4 ถาสมมตแรงดนของแหลงจายเปนรปคลนซายนท ไมมการผดเพยนและไมมการพจารณาถงอมพแดนซภายในระบบ เมอวงจรทางานอยในสภาวะคงตว (Steady State) กระแสจะไหลเฉพาะชวงเวลาทมการประจทตวเกบประจ ดงภาพท 5 กระแสนไมไดประกอบดวยกระแสทมความถมลฐานเทานน แตประกอบดวยกระแสทความถเปนจานวนทวคณของความถมลฐาน เรยกวา “กระแสฮารมอนกส” อกเปนจานวนมากซงสมการของกระแสสามารถเขยนใหอยในรปทวไปได ดงสมการท (2-9)

7

1 12

ˆ ˆsin( ) sin( )s s o sn o nn

i I t I n tω φ ω φ∞

=

= + + +∑ (2-9)

เมอ 1sI คอ คาสงสดของกระแสมลฐาน snI คอ คาสงสดของกระแสฮารมอนกสอนดบท n

ภาพท 4 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ

ภาพท 5 รปคลนแรงดน ,s ov V และกระแส si

กระแสประสทธผลรวมของสมการท (2-9) คอ

2 2 2 2 21 2 1

2....s s s s sn

nI I I I I I

∞

∞=

= + + + = +∑ (2-10)

กระแสประสทธผลรวมทความถฮารมอนกสอน ซงนอกเหนอจากความถมลฐาน เรยกวากระแสผดเพยน (Distortion Current , disI ) มคาดงสมการท (2-11)

2

2dis sn

nI I

∞

=

= ∑ หรอ 2 2s s1I I− (2-11)

8

อตราสวนระหวางคาประสทธผลของกระแสผดเพยน ( )disI และกระแสประสทธผลทความถมลฐาน 1( )sI ใชสาหรบการกาหนดคาความผดเพยนของกระแสฮารมอนกสโดยรวม (Total Harmonic Distortion, THD ) ดงสมการท (2-12)

1

dis

s

ITHDI

= หรอ 1

% 100dis

s

ITHDI

= × (2-12)

อตราสวนระหวางคาประสทธผลของกระแสทความถมลฐานและกระแสรวม อาจกาหนด ใหเปนคาตวประกอบความผดเพยน(Distortion Factor, dK ) ทมคาดงสมการท (2-13)

1sd

s

IKI

= (2-13)

กระแสผดเพยนทาใหเกดคากาลงอกคาหนงทเรยกวา กาลงผดเพยน(Distortion Power, D ) ทมคาดงสมการท (2-14)

s disD V I= (2-14)

เมอรวมคากาลงจรง ( )P กาลงไฟฟาแฝง ( )Q และกาลงผดเพยน ( )D เขาดวยกน ผลทไดคอกาลงปรากฏ ( )U ซงมคาดงสมการท (2-15)

2 2 2U P Q D= + + (2-15)

ถาไมมกาลงผดเพยน กาลงปรากฏ ( )U จะเปนคาเดยวกนกบ S หรอกาลงปรากฏทเกดจากความถมลฐานเทานน คากาลงปรากฏ ( )U นอาจหาไดจากผลคณระหวางแรงดนประสทธผลและกระแสรวมประสทธผลเชนเดยวกน

s sU V I= (2-16)

คาตวประกอบกาลงของวงจรทมภาระแบบไมเปนเชงเสน กาหนดไดในลกษณะเดยวกนกบเมอภาระเปนแบบเชงเสน ดงสมการท (2-17)

1 1coss s

s s

V IPU V I

φλ = = หรอ Kd DPFλ = × (2-17)

จากสมการท (2-17) จะเหนไดวาคาตวประกอบกาลงของวงจรไมไดขนอยกบมมตางเฟสระหวางกระแสและแรงดนทความถมลฐานเทานน แตจะขนอยกบ ความผดเพยนของกระแสดวย

9

ดงนนถงแมวา 1cosφ มคาเปน 1 แตถากระแสมความผดเพยนมาก ซงมผลคอคา dk นอยกวา 1 แลว คาตวประกอบกาลงกจะมคานอยกวา 1 เชนกน เพราะฉะนน ถาตองการให ตวประกอบกาลงของวงจรมคาใกลเคยงหนง สามารถทาไดโดยการพยายามทาใหรปคลนของกระแสเหมอนรปคลนของแรงดนใหมากทสด และมมมตางเฟสระหวางแรงดนและกระแสทความถเดยวกนมคานอยทสด 2.2 ฟลายแบคคอนเวอรเตอร (สวฒน, 2537) 2.2.1 พนฐานการทางานของฟลายแบคคอนเวอรเตอร

วงจรพนฐานของฟลายแบคคอนเวอรเตอรแสดงในภาพท 6 การพจารณาการทางานของวงจรจะสมมตใหอปกรณมลกษณะสมบตเปนอดมคต เพอใหงายตอการวเคราะหเพาเวอรมอสเฟต

1( )M จะถกควบคมใหทางานโดยนากระแส (on) และหยดนากระแส (off) สลบกนไปเมอ 1M นากระแส จะมกระแสไหลผานขดปฐมภม ( )pi แตเนองจากหมอแปลงถกกาหนดใหขดปฐมภมและขดทตยภมพนอยในลกษณะกลบทศกน ดงนนในขณะท 1M นากระแส ไดโอด oD จะอยในลกษณะถกไบแอสกลบและไมมกระแสไหลผานโหลด LR พลงงานจงถกสะสมอยทขดปฐมภมของหมอแปลง เมอ 1M หยดนากระแสสนามแมเหลกในแกนหมอแปลงยบตว ทาใหมการกลบขวของแรงดนทขดทตยภมไดโอด oD จงอยในลกษณะถกไบแอสตรง พลงงานทถกสะสมไวท ขดปฐมภม จะถกถายเทไปยงขดทตยภมและมกระแสไหลผานไปยงโหลดและตวเกบประจเอาตพตoC ได

si

pN

oD

oC

1T

LR

pi

1M

oVsNinV

ภาพท 6 วงจรพนฐานของฟลายแบคคอนเวอรเตอร

10

เมอวงจรทางานอยในสภาวะคงตวคาแรงดนเอาตพตทไดจากคอนเวอรเตอรจะเปนไปตามสมการท (2-18)

( )( / ) ( - )( - )

on s p in DS sato D

on

t N N V VV V

T t= − (2-18)

เมอ T คอ คาบเวลาการทางานของ 1M (วนาท) ont คอ ชวงเวลาท 1M นากระแส (วนาท) pN คอ จานวนรอบของขดปฐมภม (รอบ) sN คอ จานวนรอบของขดทตยภม (รอบ) oV คอ แรงดนทเอาตพตของคอนเวอรเตอร (โวลต) inV คอ แรงดนทอนพตของคอนเวอรเตอร (โวลต) ( )DS satV คอ แรงดนตกครอม 1M ขณะนากระแสทจดอมตว (โวลต) DV คอ แรงดนตกครอมไดโอด oD ขณะนากระแส (โวลต)

จะเหนไดวาวงจรจะสามารถคงคาแรงดนเอาตพตไวได ดวยการเพมหรอลดชวงเวลานากระแส ( )ont ของเพาเวอรมอสเฟต 1M เทานน ไมวาจะมการเปลยนแปลงของแรงดนอนพตหรอมการเปลยนแปลงโหลดกตาม 2.2.2 ลกษณะกระแสและแรงดนภายในวงจร

กระแสทไหลผาน 1M และปฐมภม ขณะท 1M นากระแสนน จะเปนลกษณะของกระแสทไหลผานตวเหนยวนา ซงจะเปนไปตามสมการท (2-19)

inVdidt L

=∫ (2-19)

ดงนน กระแส pi จะมลกษณะเพมขนตามเวลาและมคาสงสดเมอ 1M เรมหยดนากระแส ทเวลา ont t= ดงนนกระแสสงสดจะมคาดงสมการท (2-20)

( )( - )ˆ in DS satp on

p

V VI t

L= (2-20)

โดยท ˆpI คอ คากระแสสงสดทไหลผานขดปฐมภม (แอมแปร)

pL คอ คาความเหนยวนาของขดปฐมภม (เฮนร)

11

si

pi

ont offt

ˆpp

s

NI

N

ˆpI

T

t

t

ภาพท 7 ลกษณะของกระแสทขดปฐมภมและกระแสทขดทตยภมขณะทวงจรทางาน

เมอ 1M เรมหยดนากระแส ขดทตยภมจะเรมมกระแสไหล แตเนองจากกระแสทไหลผานตวเหนยวนาจะเปลยนแปลงทนททนใดไมได กระแสทขดทตยภม ( )si จะตองเรมตนทคาสงสดของกระแสทขดขดปฐมภม ( ˆ

pI ) โดยมคาเปนสดสวนตามอตราสวนจานวนรอบ /p sN N ดงนนกระแสทขดทตยภมจะมคาเรมตนท ˆ( / )s p s pi N N I= และมคาลดลงตามเวลา ลกษณะของกระแสทขดปฐมภมและขดทตยภมตามเวลาจะเปนดงภาพท 7

on off

GSV

on off on

DSV

pi

si

Tont offt

tofftont

T

t

t

t

ˆpp

s

NI

N

ˆ in onp

p

V tIL

=

inV( )p

in o Ds

NV V V

N+ +

ภาพท 8 ลกษณะของกระแสและแรงดนทเกดขนในขณะฟลายแบคคอนเวอรเตอรทางาน

12

เมอมกระแสไหลทขดทตยภมในขณะท 1M หยดนากระแสจะทาใหเกดแรงดนตกครอม ขดปฐมภมดวย เนองจากแรงดนตกครอมของขดทตยภม มคาเทากบ o DV V+ ดงนนแรงดนท ตกครอมขดปฐมภมเทากบ ( / )( )p s o DN N V V+ ทาใหแรงดนตกครอม 1M ขณะหยดนากระแสมคาเปน ( / )( )in p s o DV N N V V+ + จนกระทงกระแสทไหลในขดทตยภมมคาลดลงเปนศนย แรงดนท ตกครอม 1M จงลดลงมามคาเทากบแรงดน inV ในภาพท 8 จะแสดงลกษณะของกระแสและแรงดนทเกดขน ภายในวงจรฟลายแบคคอนเวอรเตอรขณะทางาน

2.3 หมอแปลงสวตชง (สวฒน, 2537) หมอแปลงสวตชง (Switching Transformer) จดเปนอปกรณหลกสาคญสาหรบสวตชง

เพาเวอรซพพลาย ดงนนในการออกแบบสวตชงเพาเวอรซพพลาย จงจาเปนตองศกษารปแบบทเปนไปไดในลกษณะตางๆของหมอแปลงสวตชง ตามความเหมาะสมในการใชงานการคานวณขนาดแกนเฟอรไรตและขนาดลวดทองแดง รวมทงการกาหนดพกดความปลอดภยทางไฟฟา เพอความปลอดภยและลดกาลงงานสญเสยในหมอแปลงสวตชงขณะทางาน 2.3.1 แกนเฟอรไรต (Ferrite Core)

เฟอรไรตเปนวสดประเภท สารแมเหลกหรอเฟอรโรแมกเนตกซ (Ferromagnetic) การเหนยวนาแมเหลกบนแกนเฟอรไรต จะมผลทาใหเกดความหนาแนนฟลกซสงกวาการเหนยวนาแมเหลกทเกดขนบนแกนอากาศมาก แกนเฟอรไรตมคาจดอมตวฟลกชแมเหลกคอนขางสงประมาณในชวง 3,000 ถง 4,000 เกาส และเกดการสญเสยในตวตาทความถสง ดงนนหมอแปลง สวตชงจงนยมใชแกนเปนเฟอรไรต

ก. ลกษณะสมบตของเนอสารทใชทาแกนเฟอรไรต ชนดของเนอสารเฟอรไรตทแตกตางกน จะใหคณสมบตทางแมเหลกของแกน

แตกตางกนถงแมจะมขนาดทางกายภาพเทากนทกประการ ในแผนขอมลเนอสารทใหมากบแกนเฟอรไรตนน จะมรายละเอยดลกษณะสมบตเนอสารแสดงไวเสมอ ขอมลทควรจะทาความเขาใจและศกษาไวกคอเสนโคงฮสเตอรรซส (Hysteresis curve) และคาการสญเสยในแกนเฟอรไรต (Core Loss)

เสนโคงฮสเตอรรซสจะแสดงความสมพนธระหวางคาความหนาแนนฟลกซแมเหลก ( )B ทเกดขนในแกนกบความเขมของสนามแมเหลก ( )H ทเกดจาการเหนยวนาของขดลวดทพน บนแกน ในภาพท 9 แสดงลกษณะของเสนโคงฮสเตอรรซสของเนอสารชนด 3C8 ซงผลตโดย FERROXCUBE จากภาพท 9 คาความหนาแนนของฟลกซแมเหลก จะเพมขนเมอความเขมของสนามแมเหลก มคาเพมขนจนถงจดหนง ซงคาความหนาแนนฟลกซแมเหลก มคาเพมขนนอยมาก

13

แมวาจะมการเพมขนของความเขมสนามแมเหลก เรยกวา จดอมตวของฟลกซแมเหลก(Saturation) โดยปกตผผลตจะแสดงกราฟของเสนโคงฮสเตอรรซสเพยงครงเดยว เนองจากอกครงของเสนโคง ฮสเตอรรซส จะมลกษณะเชนเดยวกน แตจะกลบทศทางกน ดงภาพท 10

การใชแกนเฟอรไรตหมอแปลงสวตชง จะตองระวงไมทาใหแกนเฟอรไรตเกดการอมตว ดงนน การออกแบบหมอแปลงสวตชง จงควรกาหนดคาความหนาแนนฟลกซแมเหลกสงทสด ในแกนขณะทางาน ตองมคาไมเกนครงหนงของความหนาแนนฟลกซแมเหลกอมตวของแกน เฟอรไรตเพอความปลอดภย

ภาพท 9 เสนโคงฮสเตอรรซสของแกนเฟอรไรตทเปนเนอสารชนด 3C8

ภาพท 10 ลกษณะทสมบรณของเสนโคงฮสเตอรรซสซงจะมลกษณะสมมาตรของกราฟ ซกบนและซกลาง

14

ข. การกาหนดคาความหนาแนนฟลกซแมเหลกสงสดในแกนหมอแปลง คาความหนาแนนฟลกซแมเหลกในแกนหมอแปลง จะขนอยกบจานวนรอบของขด

ปฐมภมและขนาดของแกน จากกฎของฟาราเดยจะไดดงสมการท (2-21)

810p

p e

V tB

N A×

∆ = × (2-21)

เมอ B∆ คอ คาความหนาแนนของฟลกซแมเหลกทเกดขนในแกน (เกาส) pV คอ คาแรงดนทตกครอมขดปฐมภม (โวลต) pN คอ คาจานวนรอบขดลวดปฐมภม (รอบ) eA คอ ขนาดพนทหนาตดของแกน (ตารางเซนตเมตร) t คอ ชวงเวลาทมการเปลยนแปลงฟลกซแมเหลกเกดขน (วนาท)

จะเหนไดวายงจานวนรอบขดลวดปฐมภมทมคานอยลง คาความหนาแนนฟลกซทเกดขนจะมคามาก ซงการลดจานวนรอบของการลดขดลวดปฐมภมลงจะทาใหสามารถใชลวดทองแดงขนาดใหญขนได และสามารถทนกระแสไดสงทาใหหมอแปลงใหกาลงไดสงขน อยางไรกตามหากคาความหนาแนนฟลกซแมเหลกมคาเพมขนถงจดอมตว จะทาใหแรงดนทางขดปฐมภมมคาลดลงอยางรวดเรว แรงดนอนพตจะตกครอมทเพาเวอรมอสเฟต ขณะทกาลงนากระแสสงๆ แทน ทาใหเพาเวอรมอสเฟต เสยหายได และความหนาแนนของฟลกซแมเหลกทมคาสงจะทาใหเกดการสญเสยภายในแกนสงอกดวย ดงนน การกาหนดความหนาแนนฟลกซแมเหลกสงสดในแกน เฟอรไรตขณะทางาน จงมขอทควรคานงถง 2 ประการ คอ

1. แกนเฟอรไรตตองไมเกดอมตวขณะทางาน 2. ทความหนาแนนฟลกซแมเหลกสงสดทเกดขน ในแกนขณะทางานจะตองเกดกาลง

สญเสยในแกนเฟอรไรตตาทสด ค. การเลอกขนาดแกนเฟอรไรตทเหมาะสม การใชแกนเฟอรไรตทมขนาดใหญเกนไป สาหรบหมอแปลงสวตชงจะเปนการ

สนเปลองคาใชจายโดยไมจาเปน สวนการใชแกนเฟอรไรตทมขนาดเลกเกนไป ขดลวดและแกนเฟอรไรตจะรอน ขนาดของกาลงไฟฟา พจารณาไดจากขนาดหนาตดของแกน ( eA ) และขนาดชองของการพนขดลวดของบอบบน ( wA ) สาหรบฟลายแบคคอนเวอรเตอร

( )max 30.5

10e wB fA AP

γ−

∆= × (2-22)

15

เมอ eA คอ พนทหนาตดของแกนเฟอรไรต (ตารางเซนตเมตร) wA คอ พนทสาหรบพนขดลวดของบอบบน (ตารางเซนตเมตร)

2.3.2 ชองอากาศคนทางเดนแมเหลกในแกนเฟอรไรต (Air Gap) การเพมชองอากาศคนทางเดนแมเหลก (Air Gap) ในแกนเฟอรไรต เปนวธการ

อยางหนง ทปองกนการอมตวของแกนเฟอรไรตและชวยใหการสะสมพลงงานของขดลวดใน หมอแปลงสวตชงมคามากขนไดดวยอยางไรกตาม ชองอากาศคนในแกนเฟอรไรตจะทาใหเกดการแพรกระจายสญญาณรบกวนแมเหลกไฟฟา (EMI) ออกมา และอาจรบกวนอปกรณภายนอกไดเชนกน

ภาพท 11 การกาหนดชองอากาศคน

สาหรบแกนเฟอรไรตแบบ POT , EI , EER หรอแบบ EE สามารถกาหนดชองอากาศคน ในแกนได 2 ลกษณะ ดงภาพท 11 คอการกาหนดชองอากาศคนทแกนกลางอยางเดยว และการคนแกนดวยชองอากาศระหวางคประกบ การคนแกนดวยชองอากาศระหวางคประกบสามารถทาไดงายกวาการคนชองอากาศทแกนกลางซงทาไดใชแผนฉนวนทมความหนาเปนครงหนง ของระยะชองอากาศคนทตองการ นามาคนระหวางแกนของคประกบ สวนการกาหนดชองอากาศคน ทแกนกลาง ตองสงโดยตรงจากผผลตแกนเฟอรไรต หรอขดแกนกลางออกเพอใหไดระยะชองอากาศคนตามตองการ

มขอสงเกตคอการคนชองอากาศระหวางคประกบ ความหนาของแผนฉนวนคนทจะใชมคาเพยงครงหนงของระยะอากาศคนทตองการเทานน เนองจากชองอากาศทเกดขนจากการคนทางเดน ฟลกซแมเหลกถงสองครงในแกน ดงนนระยะชองอากาศคนทไดจงเปนผลรวมของระยะชองอากาศทเกดขนทงหมด

16

2.3.3 แกนเฟอรไรตสาหรบหมอแปลงฟลายแบคและตวเหนยวนาเอาตพต หมอแปลงสวตชงสาหรบฟลายแบคคอนเวอรเตอรและตวเหนยวนาเอาตพต จะทางาน

ในลกษณะทตองเกบสะสมพลงงานไวกอน แลวจงถายเทพลงงานออกไป กาลงไฟฟาทไดจาก หมอแปลงจะมาจากคาพลงงานทหมอแปลงสามารถสะสมไวได ในชวงทมการสะสมพลงงานของหมอแปลงหรอตวเหนยวนาเอาตพตพลงงานทสะสมไวจะมคาเทากบ 21 ˆ

2 p pL I ความสมพนธ

ระหวางพลงงานสะสมกบขนาดของแกนเฟอรไรตสามารถหาไดจากสมการท (2-23)

2(max)2 8ˆ 10

0.4g e

p p

B l AL I

π−∆ ⋅ ⋅

= × (2-23)

เมอ gl คอ ระยะหางชองอากาศคนแกนเฟอรไรต (เซนตเมตร) eA คอ ขนาดพนทหนาตดแกนเฟอรไรต (ตารางเซนตเมตร)

(max)B∆ คอ คาความหนาแนนฟลกซสงสดในแกน (เกาส) pL คอ คาความเหนยวนาขดปฐมภมของหมอแปลง (เฮนร)

ˆpI คอ คากระแสสงสดทไหลผานขดปฐมภม (แอมแปร)

จะเหนไดวาเราสามารถเพมคาพลงงานสะสม (เพมกาลงของหมอแปลง) ไดโดยการเพมระยะชองอากาศคน gl หรอโดยการเพมขนาดของแกนเฟอรไรตใหใหญขน ( eA เพมขน) ในทางปฏบตการเพมระยะชองอากาศคนจะเปนทนยมใชมากกวา เพราะตองการใหหมอแปลงสวตชงและตวเหนยวนาเอาตพตมขนาดเลก

อยางไรกตาม แกนเฟอรไรตทขนาดหนงๆ ระยะของชองอากาศคนสงสดจะถกจากดดวยคาความสญเสยทเกดขนในขดลวดเพราะจานวนรอบมคาเพมขน โดยจานวนรอบจะมคาเพมขนตามระยะชองอากาศทเพมขน ดงสมการท (2-24)

( )max

ˆ0.4g

pp

B lN

Iπ

∆= (2-24)

เนองจากระยะพนบนบอบบนมคาจากด และอาจมเนอทไมพอสาหรบจานวนรอบทเพมขนรวมถง การสญเสยทเกดในลวดทองแดงจะมากขน เมอจานวนรอบมากขนซงจะทาใหหมอแปลงหรอตวเหนยวนาเอาตพตรอน จงตองพจารณาจดทเหมาะสมระหวางการเพมระยะชองอากาศคนหรอการเพมขนาดของแกนเฟอรไรตดวย

17

2.3.4 ความสมพนธระหวางขดปฐมภมและขดทตยภมของหมอแปลงสวตชง หมอแปลงสวตชง จะมความสมพนธของขดปฐมภมและขดทตยภมเปนไปตามทฤษฎ

หมอแปลง ผลของจานวนรอบและคาของแรงดนทเกดขนในวงจรจากภาพท 12 จะเปนดงสมการท (2-25) และ (2-26)

:p sN Npi si

inV LRsVpV

ภาพท 12 ความสมพนธพนฐานของหมอแปลง

p p s

s s p

V N iV N i

= = (2-25)

และ p p

s s

N LN L

= (2-26)

เมอ pN คอ จานวนรอบของขดปฐมภม (รอบ) sN คอ จานวนรอบของขดทตยภม (รอบ) pV คอ คาแรงดนตกครอมขดปฐมภม (โวลต) sV คอ คาแรงดนตกครอมขดทตยภม (โวลต) pL คอ คาความเหนยวนาของขดปฐมภม (เฮนร) sL คอ คาความเหนยวนาของขดทตยภม (เฮนร) pi คอ คากระแสทไหลผานขดปฐมภม (แอมแปร) si คอ คากระแสทไหลผานขดทตยภม (แอมแปร)

ขอสงเกตคอ แรงดน pV เปนคาแรงดนทตกครอมขดปฐมภม ซงเกดจากการเปลยนแปลงของฟลกซแมเหลกในแกนของหมอแปลง เนองจากมกระแสไหลผานขดปฐมภม ไมใชคาแรงดนอนพต ( )inV โดย pV จะมคาเปนไปตามสมการท (2-27)

18

810p p edBV N Adt

= ×

(2-27)

คา pV ทเกดขนจะมคาใกลเคยงกบคา sV แตถาแกนเฟอรไรตเกดการอมตว อตราการเปลยนแปลงของฟลกซแมเหลก จะมคานอยมากหรอคาเปนศนย แรงดนตกครอม pV จะมคาลดลงอยางรวดเรวเหมอนเกดการลดวงจร และจะมผลตอการทางานของหมอแปลงและวงจรทเกยวของ

2.4 มอสเฟตกาลง (POWER MOSFET) มอสเฟตกาลง หรอเรยกวา เพาเวอรมอสเฟต มเวลาในการเปลยนสถานะคอนขางสนและการพฒนาในปจจบนมแนวโนมจะทาใหเพาเวอรมอสเฟตทางานไดดทความถสงขนไปอก ซงจะเปนผลดในการลดขนาดของคอนเวอรเตอร ในสวนของวงจรขบของเพาเวอรมอสเฟตนนสามารถทาไดงายโดยขบเพาเวอรมอสเฟสไดจาก TLP250 โดยตรง โครงสรางของเพาเวอรมอสเฟตจะเปนไปไดทงในลกษณะ N-Channel และ P-Channel ขาของมอสเฟตประกอบดวย 3 ขา คอ ขาเกต(Gate) ,ขาเดรน(Drain) และขาซอรส (Source) โดยนาสญญาณเขาทขาเกตและนาไฟลบเขาทขาซอรส ดงภาพท 13

LR

GSVDriveV

DSVD

S

GGRinV

ภาพท 13 ลกษณะการตอขามอสเฟตกาลง

2.4.1 กาลงสญเสยในรปความรอนของเพาเวอรมอสเฟต กาลงสญเสยทเกดในเพาเวอรมอสเฟตในขณะทางาน จะเปนไปได 2 ลกษณะ คอ กาลงงานสญเสยขณะเปลยนสถานะและกาลงงานสญเสยขณะนากระแส เพาเวอรมอสเฟตจะมชวงเวลาเรมนากระแสและชวงเวลาเรมหยดการนากระแสสน เพราะตามโครงสรางของเพาเวอร มอสเฟตจะไมมการสะสมประจเกดขน อยางไรกตามเพาเวอรมอสเฟตจะมคาความตานทานขณะนากระแสคอนขางสง ถงแมวาชวงเวลาเรมนากระแส และ เรมหยดนากระแสเพาเวอรมอสเฟตจะคอนขางสนดงภาพท 14 แตโดยทวไปเพาเวอรมอสเฟตจะถกใชงานทความถสง การคดคา

19

กาลงสญเสยขณะทางานจาเปนตองนาคากาลงงานสญเสย ขณะเปลยนสถานะมาคดดวยและเนองจากชวงเวลาเรมหยดนากระแส ( )ft กบชวงเวลาเรมนากระแส ( )rt ของเพาเวอรมอสเฟตมคาใกลเคยงกนจงตองนามาคดทงสองชวงเวลา

ftrt

inV

( )DS onV

GSV

DSV

DSI

t

t

t

ภาพท 14 ลกษณะของกระแสและแรงดนตกครอมเพาเวอรมอสเฟตเมอเรมนากระแส และเรมหยดนากระแส

( ) ( )d sw on sw off cP P P P= + + (2-28)

( )( )

ˆ0.5 on in rsw on

I V tP

T= (2-29)

( )( )

ˆ0.5 off in fsw off

I V tP

T= (2-30)

2( ) ( )c Drms DS on jP I R T= × (2-31)

เมอ dP คอ กาลงสญเสยรวม (วตต) ( )sw onP คอ กาลงงานสญเสยขณะเรมนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต (วตต) ( )sw offP คอ กาลงงานสญเสยขณะเรมหยดนากระแส (วตต)

cP คอ กาลงงานสญเสยขณะนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต (วตต)

( )ˆonI คอ คากระแสสงสดขณะเรมนากระแส (แอมแปร)

( )ˆoffI คอ กระแสสงสดขณะเรมหยดนากระแส (แอมแปร) DrmsI คอ คากระแสประสทธผล (แอมแปร)

20

( )DS onR คอ คาความตานทานระหวางเดรนกบซอรสทอณหภมรอยตอ สงสดขณะทางานของเพาเวอรมอสเฟต (โอหม)

rt คอ ชวงเวลาเรมนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต (วนาท) ft คอ ชวงเวลาเรมหยดนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต (วนาท)

2.5 วงจรควบคมสาหรบสวตชงเพาเวอรซพพลาย (สวฒน, 2537) เนองจากคอนเวอรเตอรจะคงคาแรงดนเอาตพตไดดวย การควบคมชวงเวลานากระแสของสวตช ดงนนวงจรควบคมการทางานของคอนเวอรเตอรโดยทวไปจะใชเทคนค พลสวดธมอดเลชน(Pulse Width Modulation) หรอ PWM เปนหลกการใช PWM เพอควบคมการนากระแสของสวตช ในคอนเวอรเตอรสามารถทาไดในสองลกษณะการทางานของวงจรควบคม คอ ในโหมดควบคมแรงดนและโหมดควบคมจากกระแส แตจะขอกลาวเฉพาะ วงจรควบคมในโหมดควบคมแรงดน การทางานของวงจรควบคม ในโหมดนจะอาศยตรวจจบการเปลยนแปลงของแรงดนทเอาตพตมาควบคมชวงเวลานากระแสของสวตช เพอคงคาแรงดนเอาตพต พนฐานของวงจรควบคมในโหมดควบคมจากแรงดนจะเปนดงภาพท 15

pN

oD

oCR

1M

oVsNinV R

refV

T

ภาพท 15 วงจรพนฐานสาหรบการควบคมคอนเวอรเตอรในโหมดควบคมจากแรงดน

จากภาพท 15 วงจรควบคมจะอาศยการปอนกลบคาแรงดนทเอาตพตและเปรยบเทยบกบแรงดนอางอง refV ของวงจรเพอตรวจจบการเปลยนแปลงของแรงดนทเอาตพต คาแตกตางทจะไดจะถกขยายโดยวงจรขยายความแตกตาง (E/A) กอนทจะสงไปยงวงจรพลสวดธมอดเลชน (PWM) โดยคาแรงดนทจะไดวงจรขยายความแตกตาง ทตาแหนง A จะถกเปรยบเทยบกบแรงดน

21

รปฟนเลอยทตาแหนง B ของวงจรพลสวดธมอดเลชน เอาตพตทไดจากวงจรพลสวดธมอดเลชน จะเปนพลสสเหลยม ซงมคาบเวลาคงทเทากบคาบเวลาของแรงดนรปฟนเลอยและมความกวางของพลสทเปลยนไป ตามผลการเปรยบเทยบของแรงดนทตาแหนง A และ B คาความกวางของพลสนจะเปนตวกาหนดชวงเวลานากระแสของสวตชในคอนเวอรเตอร เนองจากคาแรงดนปอนกลบจะถกสงมายงวงจรขยายความแตกตาง ทขาอนเวอรตง ผลตางของแรงดนเอาตพตและแรงดนอางองทจด A จงมลกษณะตางเฟสอย 180 กลาวคอ เมอแรงดนเอาตพตมคามากขน แรงดนทจด A จะมคาลดลง ความกวางพลสทเอาตพตของวงจรพลสวดธมอดเลชน จงมคาลดลงดวย และชวงเวลาการนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต กจะมคาลดลง ถาแรงดนเอาตพตลดลง แรงดนทจด A จะมคาเพมขน ความกวางพลสทเอาตพตของวงจรพลสวดธมอดเลชน จงมคาเพมขน ont กจะมคาเพมขนทาใหคอนเวอรเตอรสามารถคงคาแรงดนไวไดแสดงดงภาพท 16

T

oV

t

t

t

ภาพท 16 ลกษณะของเอาตพตของวงจรพลสวดธมอดเลชน 2.6 การปรบปรงคาตวประกอบกาลง (วฒพล, 2547) ปญหาทางดานคาตวประกอบกาลงทเกดขน โดยสวนใหญเกดขน เนองมาจากระบบ แปลงผนกาลงไฟฟาหรอ “คอนเวอรเตอร” (Converter) ทใชมกประกอบดวยชดเรยงกระแสไฟฟาตอขนานอยกบตวเกบประจ ซงคอนเวอรเตอรจะไดรบกาลงไฟฟาจากระบบไฟฟาโดยตรงกตอเมอ แรงดนไฟฟา อนพตสงกวาระดบแรงดนไฟฟาทตวเกบประจ จงทาใหคากระแสไฟฟาอนพต มความผดเพยนจากรปคลนซายนสง นนกหมายถงมคาความผดเพยนฮารมอนกสสง ในการปรบปรงคาตวประกอบกาลง จะสามารถแบงออกไดเปน 2 แบบดวยกนคอ

22

2.6.1 เทคนคในการปรบปรงคาตวปรกอบกาลงโดยใชอปกรณพาสซฟ เทคนคจะมโครงสรางทงาย ประสทธภาพสงและราคาถก แตขอเสยคอมขนาดใหญและนาหนกมากเนองจากตวเหนยวนาและตวเกบประจจะทางานทความถของการไฟฟา 50 เฮรตซนอกจากนยงไมมประสทธผลในการลดทอนองคประกอบฮารมอนกส เมอยานในการใชโหลดและแรงดนไฟฟาอนพตกวางและขอเสยในดานนาหนกและขนาด 2.6.2 เทคนคในการปรบปรงคาตวประกอบกาลงแบบแอกทฟ ก. เทคนคในการปรบปรงคาตวประกอบกาลงแบบสองขน (เหมาะสาหรบกาลงเอาตพตสงกวา 300 วตต)

โครงสรางของเทคนคแบบสองขน ( Two-Stage PFC approach) จะประกอบ ดวยวงจรเรยงกระแส (AC to DC Converter) ตออนกรมกบวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสตรง (DC to DC Converter) สองชด วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสตรงชดแรกจะทาหนาทในการปรบปรงคาตวประกอบกาลง ในขณะทวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสตรงชดหลง จะทาหนาทตอบสนองตอกาเปลยนแปลงของโหลดทางดานเอาตพตไดอยางรวดเรวและแยกโดดทางไฟฟา (Isolation) ซงในวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสตรงชดแรกโดยมากมกจะเปนวงจรทบระดบ (Boost Converter) ในขณะทวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสตรงชดหลงอาจจะเปนวงจรฟลายแบค ฟอรเวรด ฮารฟบรดจ หรอฟลบรดจ สาหรบวงจรทงสองสวน จะมการควบคมแยกจากกนโดยอสระ เพอใหไดคากระแสไฟฟาอนพตทมองคประกอบฮารมอนกส ตาและทเอาตพตสามารถตอบสนองตอโหลดไดอยางรวดเรว

sv

ภาพท 17 วงจรพนฐานของการรวมวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงกบแปลงผนไฟฟา

แบบสองขน

ข. เทคนคในการปรบปรงคาตวประกอบกาลงแบบหนงขน (เหมาะสาหรบกาลงเอาตพต นอยกวา 300 วตต) วงจรพนฐานของ การรวมวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงกบวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรง เปนไฟฟากระแสตรง ซงวงจรดงกลาวจะประกอบดวยสวตชเพยงหนงตว สาหรบวงจร

23

ปรบปรงคาตวประกอบกาลงแบบหนงขน-หนงสวตช โดยทตวเหนยวนาสาหรบวงจรจะทางานในโหมดกระแสไฟฟาไหลผานตวเหนยวนาแบบไมตอเนอง วงจรพนฐานของ วงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงกบวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรง วงจรหลกประกอบดวย หมอแปลงฟลายแบค ,สวตช , ไดโอด ซงอปกรณทงหมดทกลาว จะทาหนาทไนการปรบปรงคาตวประกอบกาลงในรปแบบของวงจรฟลายแบค ในขณะทวงจรเสรมในรปแบบวงจรฟลายแบคจะประกอบดวย ตวเกบประจ , หมอแปลงไฟฟาและไดโอด

sv

ภาพท 18 วงจรพนฐานของการรวมวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงกบวงจรแปลงผนไฟฟา

แบบหนงขน

เมอพจารณาทางดานตนทนการผลตแลว รปแบบของวงจรหมอแปลงไฟฟาเพยงตวเดยวจะเปนทนาสนใจ ซงเปนผลใหโครงสรางของวงจรไมซบซอน เนองจากมอปกรณจานวนนอย ทาใหตนทนในการผลตตา

2.7 การควบคมแบบดจตอล (Digital Control) (สนต, 2548)

Setting Value Error-+ Controller Controller

(Plant) Ouput

จากภาพท 19 เปนบลอกไดอะแกรมของระบบควบคมอตโนมต ซงคอนโทรลเลอร จะทาหนาทควบคมกระบวนการภายในระบบ ใหเปนไปตามวตถประสงคทตองการโดย

1. เปรยบเทยบสญญาณเอาตพตทวดไดกบคาสง (Command) หรอ Setting Value 2. ทาการวเคราะห คานวณและกาหนดตวแปร,คาสงควบคม 3. สงคาตวแปรและคาสงควบคมไปปรบแตงกระบวนการหรอระบบ ตอไป

ภาพท 19 บลอกของระบบควบคมอตโนมต

24

ในระบบดจตอลคอนโทรลเลอร จะใชคอมพวเตอรทาหนาทเปนตวคอนโทรลในลปคอนโทรล(Control Loop) โดยตรงซงเราจะเรยกระบบควบคมในลกษณะทวา DDC (Direct Digital Control) ดงภาพท 20

Real TimeClock

DAC PlantComputer

ADC

( )m nT ( )m t ( )Y t

( )y nT

ภาพท 20 บลอกของ DDC

คอมพวเตอรจะทาหนาทเปนคอนโทรลเลอร ในรปของฟงกชนควบคม (Control Function) ซงเปนซอฟตแวร (Software) และจะถกกระตนใหทางานทกๆ คาบเวลา (Period :T ) คอมพวเตอรจะอานคา ( )y nT ทเปนดจตอล จากการแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอล (ADC) เขามา และฟงกชนควบคมกทาการวเคราะหและเปลยนสญญาณ ( )y nT ใหเปนสญญาณ ( )m nT ในลกษณะของดจตอลทมคาทเหมาะสมและสงผานไปยง วงจรแปลงสญญาณดจตอลเปนแอนะลอก (DAC) เพอกลบไปปรบแตง กระบวนการ หรอระบบตอไป ในรอบการทางานนจะเกดซากนทกๆ ชวงคาบเวลา ดงนนคอมพวเตอรหรอโปรแกรมการควบคมจะตองสามารถคานวณคาตางๆ ใหทนภายในคาบเวลาทกาหนด สรปขอดของตวควบคมแบบดจตอล (Digital Controller) คอ 1. การเปลยนแปลงอลกอรทม หรอ โปรแกรมการควบคมทาไดงาย 2. ระบบการคานวณทซบซอนสามารถทาไดงายกวา ระบบแอนะลอก 3. มปญหาเกยวกบ สญญาณรบกวนภายในนอยกวา ระบบแอนะลอก 2.7.1 นยามของ DDC Algorithm ดงไดกลาวมาแลวในสวนทนาฟงกชนควบคมมาใชในเครองควบคมดจตอล ซงกคอซอฟตแวร หรอโปรแกรมคาสงการทางาน(Computer Instruction) ของคอมพวเตอรนนเอง โดยทโปรแกรมเหลาน จะถกกาหนดใหอยในรปของสมการของการคานวณทางคณตศาสตรทเกยวกบฟงกชนควบคมแตละตว และจะตองไมเกนขดความสามารถการทางานของ ซพย คอมพวเตอรตวนนๆ รปแบบสมการทเกยวกบฟงกชนควบคมเหลานทเราเรยกวา “DDC Algorithm” ซงอลกอรทม (Algorithm) ในการเขยนโปรแกรมของเครองควบคมดจตอลกมหลายรปแบบ ตวอยาง เชน พไอ อลกอรทม (PI Algorithm) ฯลฯ

25

2.7.2 ระบบเวลาไมตอเนอง ( Discrete Time System ) เนองจากเครองควบคมดจตอลไมสามารถทางานในลกษณะตอเนอง(Continuous) ได ดงนนเครองควบคมจะทาการรบคาขอมลอนพต (Input Data) และสงคาขอมลเอาตพต (Output Data) ออกมาเฉพาะทตาแหนง “Sampling Point” เทานน เราเรยกระบบทมสญญาณอนพตและสญญาณเอาตพตลกษณะนวา “Discrete Time System”

สาหรบในระบบแอนะลอกซงมสญญาณอนพตและเอาตพตแบบตอเนอง เราสามารถทจะใช สมการอนพนธ (Differential Equations) เปน แบบจาลองทางคณตศาสตร สาหรบวเคราะหและศกษาพฤตกรรม ตลอดจนชวยในการออกแบบระบบ แตสาหรบในระบบเวลาเวลาไมตอเนอง (Discrete Time) สญญาณอนพตและเอาตพตมลกษณะไมตอเนอง แตจะปรากฏเปนชวงๆ ตามจงหวะการทางานของตวสม (Sampler) ดงนนแบบจาลองทางคณตศาสตร ทใชจงอยในรปของ “Finite Differences” 2.7.3 วงจรสม (Sampler) วงจรสมจะเปนอปกรณทตอเขากบทางดานอนพตของระบบเวลาไมตอเนอง เพอทาหนาทเปลยนสญญาณ เวลาตอเนอง ใหเปน สญญาณเวลาไมตอเนอง ดงภาพท 21

Sampler Discrete Time SystemDigital

Controller DACADC*( )y t( )y t *( )m t

ภาพท 21 บลอกของ Discrete Time System

จากภาพท 21 เมอ สญญาณควบคมการสมคา ปรากฏขน วงจรสมตวสมคา กจะปลอยใหสญญาณทางอนพต ( )y t ผานไปสทางดาน Output *( )y t ดงภาพท 22

y*(t)

y(t)

0 t 1t 2t 3t 4t 5t 6t t

ภาพท 22 สญญาณสม (Sample Data)

26

จากภาพท 22 ( )y t เปนสญญาณเวลาตอเนอง ทางดานอนพตสวน *( )y t เปนสญญาณทไดจากเอาตพตหลงจากผานตวสมคาแลว ซงเราเรยกวา “Sampling Period” หรอ “Sampling Interval” ดงนน ความถในการสม (Sampling Frequency : sf ) สามารถหาไดจาก

1sf T= (2-32)

จะเหนไดวา *( )y t หรอสญญาณสมทไดเปนเพยงขอมล (Information) บางสวนจากสญญาณเวลาตอเนองหรอสญญาณ ( )y t เทานน ดงนนถา ความถในการสม สงมากเทาใดเรากจะไดรายละเอยดจากสญญาณเวลาตอเนอง หรอสญญาณ ( )y t มากขนเทานนและถาความถ ใน การสมตาเกนไป กอาจทาใหระบบสญญาณเวลาไมตอเนอง ทางานผดพลาดได เนองจากมรายละเอยด ขอมลของสญญาณเวลาตอเนองนอยเกนไปและในทางกลบกน เนองจากสญญาณ

*( )y t หรอสญญาณสมทไดเปนเพยงคาในการสมไดจากสญญาณเวลาตอเนองหรอสญญาณ ( )y t เทานน ดงนนสญญาณ *( )y t ทไดนจะไมสามารถวเคราะหกลบไปเพอหา ฟงกชนเวลาตอเนอง ไดอยางแทจรง เนองจาก *( )y t ทไดอาจมคาสอดคลองกบ ฟงกชนเวลาตอเนอง ไดหลายฟงกชน 2.7.4 เวลาในการสม (Sampling Time : T ) โดยปกตแลวสญญาณเวลาตอเนอง จะประกอบไปดวยหลายฮารมอนกสหรออาจจะเปน การสมคาฮารมอนกสซายน (Sine) หรอโคซายน (Cosine) กได ตวอยางเชน ถาสญญาณเวลาตอเนองเปนสญญาณซายนซงมฟงกชนดงน ( ) sinm oy t y tω= เมอ 2o ofω π= ดงนนสามารถหาเวลาในการสม ไดดงน

2s of f≥ (2-33)

ถาสญญาณเวลาตอเนองมฮารมอนกสรวมกนอย และทฮารมอนกสสงสดทมความถสงสด ( )mf แลวเรากจะสามารถหาเวลาในการสม ไดเชนเดยวกบสมการท (2-33) ดงน

2s mf f≥ (2-34)

ในทางปฏบตเรามกจะจะเลอกคาความถในการสม ( )sf สงกวาคาทกาหนดทคานวณไดจากสมการ (2-33) และ (2-34) ในระบบควบคมแบบปอนกลบ สญญาณจากระบบจะถกสมกอนทจะปอนใหกบเครองควบคมดจตอลและในการกาหนดเวลาในการสมของตวสม

27

2.7.5 Finite Differences Approximation เปนการหาอตราการเปลยนแปลง(Derivative) ของฟงกชน ในระบบเวลาไมตอเนอง เชน การหาอตราการเปลยนแปลงของ ( )y t ทตาแหนง t nt= สามารถทาไดดวยวธ

y(n+1)y(t)

(n-1)T nT (n+1)T (n+2)T

y(n+2)

yny(n-1)

t

T

ภาพท 23 บลอก Finite Differences

Forward Difference ดงสมการท (2-35)

1n ny ydy dydt dnT T

+ −≈ ≈ (2-35)

Backward Difference ดงสมการท (2-36)

1n ny ydy dydt dnT T

− −≈ ≈ (2-36)

Central Difference ดงสมการท (2-37)

1 12

n ny ydy dydt dnT T

+ + −≈ ≈ (2-37)

จากสมการท (2-35) ,(2-36) และ(2-37) ถาหากวา สามารถทราบคา 1ny + ซงอยในตาแหนงท ( 1)n T+ หรออาจกลาวไดวา ถาทราบคาในอนาคตไดแลว วธในสมการท (2-37) จะคาทใกลเคยงและถกตองมากกวาสมการท (2-35) และ (2-36) 2.7.6 Approximations of Integrals เปนการหาพนทใตเสนโคง (Curve) ของฟงกชนใดๆ จากตาแหนงหนงไปยงอกตาแหนงทตองการ เชน ถากาหนดให nA เปนพนทใตเสนโคง ( )y t ทตองการหา ณ ท

( 1)t n T= − ถง t nT= ดงนน 1nA − กคอพนทใตโคงทตาแหนง ( 1)t n T= − ดงภาพขางลาง

28

y(t)

ForwardnT t(n-1)T

T.y(n-1)

y(n-1)

yn

Trapezoidal

y(t)

nT t(n-1)T

y(n-1)

yn

0.5T(y(n-1)+yn)

t

Backward

y(t)

nT(n-1)T

T.y(n)

y(n-1)

yn

ภาพท 24 การหาพนทใตเสนโคง

จากภาพท 24 สามารถหาพนทใตเสนโคงไดดงน

จาก Forward Rectangular Rule

1 1.n n nA A T y− −= + (2-38)

จาก Backward Rectangular Rule

1n nA A Ty−= + (2-39)

จาก Trapezoidal Rule

1 1( )2n n n nTA A y Y− −= + + (2-40)

จากสมการ(2-38) , (2-39) และ (2-40) จะสงเกตไดวา สมการท (2-40) เปนวธทจะหาพนทใตเสนโคงไดดทสด เนองจากมคาความผดพลาดนอยทสด 2.7.7 ตวควบคมดจตอล (Digital Controller) ตวควบคมดจตอลจะรบสญญาณ Discrete Time Error; ( )e nT เขาทางอนพตและสงสญญาณ Discrete Time Control ; ( )m nT ออกทางเอาตพตดงภาพท 25

DigitalController

( )e nT ( )m nT

ภาพท 25 บลอกของตวควบคมดจตอล

29

พจารณาท t nT= ทางดานเอาตพตเราจะได ( )nm m nT= ในขณะเดยวกนทางดานอนพตกจะได ( )ne e nT= ดวย คาของ nm จะขนอยกบฟงกชนภายในตวควบคมน 2.7.8 PI Controller ตวควบคมพไอแบบแอนะลอก (Analog PI Controller) ถกใชงานอยางกวางขวางในระบบควบคมตางๆ มาเปนเวลานาน ซงฟงกชนควบคม (Control Function) ของตวควบคมพไอแบบแอนะลอก (Analog PI Controller) นน สามารถกาหนดใหเปนตวควบคมแบบดจตอลไดดงน

0

1( ) * ( ) ( )t

i

m t K e t e t dtT

= + ∫ (2-41)

2.8 ลกษณะสมบตของ dsPIC30F2010 (นคร, 2548) dsPIC30F2010 เปนไมโครคอนโทรลเลอร ซงใชการประมวลผลขอมลแบบ 16 บต จาก

บรษท Microchip Technology Inc. ซงมจดเดนในดานของความสามารถในการประมวลผลขอมลสญญาณแบบดจตอล เหมาะสาหรบนาไปประยกตใชในงานควบคมตางๆ โดยโครงสรางภายในจะเปนการผสมผสานระหวางไมโครคอนโทรลเลอรและวงจร DSP (Digital Signal Processing) รวมเขาไวดวยกน หรออาจเรยก ไมโครคอนโทรลเลอร ตระกล dsPIC วา DSC (Digital Signal Controller) 2.8.1 โครงสรางทางฮารดแวรของ dsPIC30F2010 dsPICเบอร dsPIC30F2010 มขาสาหรบตอใชงาน 28 ขา ดงภาพท 26 มพอรตให ใชงานมากถง 5 พอรต รวม 20 ขา

- พอรต B ม 6 ขา คอ RB0-RB5 โดยทกขาสามารถกาหนดใหเปนพอรตอนพตหรอ เอาตพตไดและสามารถขบกระแสแบบซงกและซอรสไดสงถง 25 mA - พอรต C ม 3 ขา คอ RC13-RC15 - พอรต D ม 2 ขา คอ RD0-RD1 - พอรต E ม 2 ขา คอ RE0-RE5 และ RE8 - พอรต F ม 2 ขา คอ RF2 และ RF3

30

1

2

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14ds

PIC

30F2

010

MCRL AVDD

EMUD3/AN0/VREF+/CN2/RB0 AVSS

EMUC3/AN1/VREF-/CN3/RB1

AN2/SS1/CN4/RB2

AN3/INDX/CN5/RB3

AN4/QEA/IC7/CN6/RB4

AN5/QEB/IC8/CN7/RB5

OSC1/CLK1

OSC2/CLK0/RC15

EMUD1/SOSCI/T2CK/U1ATX/CN1/RC13

EMUC1/SOSCO/T1CK/U1ARX/CN0/RC14

EMUD2/OC2/IC2/INT2/RD1

VDD

VSS

VDD

VSS

PGD/EMUD/U1TX/SDO1/SCL/RF3

FLTA/INT0/SCK1/OCFA/RE8

EMUC2/OC1/IC1/INT1/RD0

PGC/EMUC/U1RX/SDI1/SDA/RF2

PWM1L/RE0

PWM1H/RE1

PWM2L/RE2

PWM2H/RE3

PWM3L/RE4

PWM3H/RE5

ภาพท 26 การจดเรยงขาสญญาณของ dsPIC30F2010

2.8.2 คณสมบตดานการประมวลผล

- มแอกควมเลเตอรขนาด 40 บต 2 ตว รองรบการประมวลผลทางคณตศาสตรได อยางด - มหนวยประมวลผลดานการคณและหารเลข 17 บต ในรปของฮารดแวร จงทาให สามารถคณเลขไดอยางรวดเรว - ทาการคณเลข 16 บต ไดภายในสญญาณนาฬกาเพยง 1 ไซเกล

2.8.3 คณสมบตของโมดลฟงกชนพเศษ - มไทเมอรขนาด 16 บต จานวน 3 ชด สามารถโปรแกรมใชงานเปนไทเมอร แบบ 32 บต ไดโดยใช ไทเมอร 16 บต 2 ชอง รวมกน - มโมดลเปรยบเทยบขอมลและกาเนดสญญาณ PWM ขนาด 16บต จานวน 2 ชอง - มวงจรแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอลขนาด 10 บต จานวน 6 ชอง

2.8.5 โมดลแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอล(ADC) ไมโครคอลโทรลเลอร dsPIC30F2010 บรรจโมดลแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอล จานวน 6 ชอง ทมความละเอยดของการแปลงขอมล 10 บต ทาใหไดขอมลดจตอลมคาตงแต 0-1023

31

คณสมบตโดยสรปของโมดลแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอล - ใชวธการแปลงสญญาณแบบประมาณคา (Successive Approximation) - มอตราความเรวในการสมสญญาณสงสด 500 กโลแซมเปลตอวนาท (ksps) - สามารถกาหนดใหทางานไดขณะเขาสโหมดสลป (Sleep mode) - สามารถกาหนดระดบแรงดนอางองไดทงจากภายในผานทางขา AVDD กบ AVSS และภายนอกผานทางขา VREF+ หรอ VREF-

AN2

AN0AN1AN2AN3AN4AN5

AN1

AN4

VREF+

VREF-

AN2

AVDD AVSS

AN4

AN0

AN1

AN0AN3

AN1

S/H+

-

S/H+

-

CH1

CH2

AN5S/H

+

-CH3

S/H+

-

AN3

AN5CH0

ADC

10-bit Result Conversion Logic

Input Switches

DataFormat16-word, 10-bit

Dual PortBuffer

Sample/SequenceControl

Input MuxControl

CH0,CH1CH2,CH3

Bus

Inte

rfac

e

ภาพท 27 ไดอะแกรมการทางานของโมดลแปลงแอนะลอกเปนดจตอล ใน dsPIC30F2010

ในภาพท 27 เปนไดอะแกรมการทางานของโมดลแปลงแอนะลอกเปนดจตอล ใน dsPIC30F2010 ซงมขาพอรตอนพตแอนะลอกทงสน 6 ขา คอ AN0 - AN5 โดยม 2 ขาทสามารถใชรบแรงดนอางอง เพอขยายยานของแรงดนอนพต ภายในโมดลมวงจรสมและเกบคาสญญาณ (Sample and Hold : S/H) จานวน 4 ชด โดยทางานรวมกบสวนควบคมการมลตเพลกซสญญาณอนพตทาใหสามารถจดสรรวงจร S/H ใหสามารถรองรบกบสญญาณอนพตแอนะลอก ทง 6 ชอง ไดดวยความเรวสง

32

สญญาณทผานจากวงจร S/H จะถกปอนเขาสวงจรแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอล แบบซกเซสซฟ แอปพรอกซเมชน ขนาด 10 บต ขอมลทไดจากการแปลงจะถกพกไวในหนวยความจาแรม จากนนจะไดรบการจดรปแบบตามทผพฒนาโปรแกรมกาหนด จากนนขอมล จะถกถายทอดลงบนบสขอมล เพอสงไปยงซพยตอไป 2.8.6 โมดลเปรยบเทยบขอมล (Output Compare : OC) ใน dsPIC30F2010 ไดบรรจโมดลเปรยบเทยบขอมลไว 2 ชด ซงมการทางานหลก คอ เปรยบเทยบขอมลทคาฐานเวลาหนงๆ กบขอมลในรจสเตอร หากเทากนเมอใดกจะกาหนดสญญาณพลสเดยวหรอขบวนสญญาณพลสออกมาทางเอาตพต ซงขนอยกบการกาหนดโหมดทางาน ดงนนจงมกนาโมดลมาใชในการกาเนดสญญาณพลส โดยเฉพาะอยางยงกบการนามาใชสรางสญญาณ PWM

คณสมบตโดยสรปของโมดลเปรยบเทยบขอมล - สามารถกาหนดสญญาณ PWM - ใชไทเมอร 2 หรอ 3 รวมในการทางาน - สามารถกาหนดเงอนไขเมอถงคาบเวลาการนบ - อนเตอรรปตเนองจากถงคาบเวลาการนบ - มอนพตปองกนความผดพลาดในการสรางสญญาณ PWM

ในการกาเนดสญญาณของโมดลเปรยบเทยบขอมลเรมตนดวย การกาหนดบต OCM2 และ OCM0 ในรเจสเตอร OCxCON เปน “110” หรอ “111” ขนอยกบวาตองการใชงานขาอนพต OCFA หรอ OCFB เพอปองกนความผดพลาดหรอไม เนองจากใน dsPIC30F2010 มขาพอรต 20 ขา มโมดล OC 2 ชด จงมขาอนพตเพอชวยตรวจสอบขอมลความผดพลาดเพยงขาเดยวคอ OCFA เนองจาก OCFA จะสามารถทางานไดจากโมดล OC1-OC4 ในโหมดกาเนดสญญาณ PWM รจสเตอร OCxR จะถกใชในการเกบคาดวตไซเกลไดเพยงอยางเดยว ดงนนในการเขยนขอมลเพอกาหนดคาของดวตไซเกลจงตองกระทาผานรจสเตอร OCxR แทน ทกครงทคาของรจสเตอรคาบเวลา (Period Register) ซงไดคามาจากไทเมอร 2 หรอ 3 มคา ตรงกบเงอนไขทกาหนด คาดวตไซเกลทเกบไวในรจสเตอร OCxR จะถกโหลดมายง OCxR เพอนาไปใชสรางสญญาณ PWM ตอไป พรอมกนนนบตแฟลก TyIF จะเซต เพอแจงสถานะทเกดขน การคานวณเกยวกบคาบเวลาของสญญาณ สามารถคานวณไดจากสมการท (2-42)

33

T = [(PRx)+1] x 4 x OSCT x (TMRx prescaler value) (2-42)

โดยท x คอ 2 หรอ 3 ขนอยกบการเลอกไทเมอรมาใชงาน PRx คอ รจสเตอรเกบคาการนบของไทเมอรทถกเลอก OSCT คอ คาบเวลาของระบบ TMRx prescaler value คอ คาปรสเกลเลอรของไทเมอรทถกเลอก

บทท 3

วธการดาเนนงาน

ในการสรางแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค นนไดดาเนนการตามลาดบขนตอนดงตอไปน

ภาพท 28 ขนตอนการดาเนนงาน

35

ภาพท 28 (ตอ) ขนตอนการดาเนนงาน

36

3.1 ศกษาขอมลทเกยวของ จากการศกษาขอมลพบวา เทคนคการปรบปรงคาตวประกอบกาลงแบบหนงขน มความ

เหมาะสมสาหรบระบบทมเอาตพตนอยกวา 300 วตต ดงนนจงใชเทคนคดงกลาว มาใชในการปรบปรงคาตวประกอบกาลงในโครงงานน โดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค เนองจากใชอปกรณนอย มคาใชจายในการสรางตาและในการควบคมการทางานวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค สามารถทจะนาเอาการควบคมระบบดจตอลมาใชได ซงมขอดคอ สามารถเปลยนฟงกชนในการควบคมไดโดยไมตองปรบเปลยนอปกรณภายนอก โดยเลอกใชไมโครคอลโทรลเลอร dsPIC เบอร 30F2010 มาเปนตวควบคมเนองจากมขนาดเลก ราคาถก และมฟงกชนทเหมาะสมในการใชงานเปนตวควบคมระบบดจตอล วงจรการควบคมจะเปนดงภาพท 29

ภาพท 29 วงจรแปลงผนแบบฟลายแบคควบคมการทางานโดยไมโครคอลโทรลเลอร

37

3.2 ออกแบบหมอแปลงสวตชง ออกแบบหมอแปลงฟลายแบคคอนเวอรเตอร ในการทางานในโหมดกระแสไมตอเนอง

ซงกาหนดใหทางานในชวงแรงดนไฟกระแสสลบอนพต เทากบ 198-242 โวลต ทแรงดนเอาตพต เทากบ 5 โวลต และกระแส 1.2 แอมแปร ทางานทความถเทากบ 20 กโลเฮรตซ ชวงนากระแสสงสด 15 ไมโครวนาท แรงดนตกครอมเพาเวอรมอสเฟตขณะนากระแส 1.4 โวลต แรงดน ตกครอมไดโอดขณะนากระแส 1.7 โวลต แรงดนตาสดทอนพตของคอนเวอรเตอร 140 โวลต และประสทธภาพของหมอแปลง 0.8 โดยใชแกนเฟอรไรตขนาด EER28/34 ซงมคา eA =0.854 ตารางเซนตเมตร โดยกาหนด maxB∆ = 2000 เกาส

ขนตอนการออกแบบหมอแปลงฟลายแบคคอนเวอรเตอร (สวฒน, 2537) 3.2.1 คานวณหาคาอตราสวนจานวนรอบจากสมการท (3-1)

(max) (min) ( )

(max)

( )( )(0.8 )

p on in DS sat

s o D on

N t V VN V V T t

−=

− − (3-1)

6

6 6

(15 10 )(140 1.4)(5 1.7) 0.8(50 10 ) (15 10 )

−

− −

× −=

− × − ×

ดงนนจะไดอตราสวนจานวนรอบเทากบ 12.41 3.2.2 คานวณคาความเหนยวนา ( pL ) ของขดลวดดานปฐมภมจากสมการท (3-2)

2

(min) ( ) (max)( )2

in DS sat onp

out

V V tL

TPη − = (3-2)

26

6

0.8 (140 1.4)(15 10 )2 (50 10 ) 6

−

−

− × =× × ×

ดงนนจะไดคาความเหนยวนา เทากบ 5.8 มลลเฮนร 3.2.3 คานวณหาคากระแสสงสดทางดานปฐมภมจากสมการท (3-3)

(min) ( ) (max)( )ˆ in DS sat onp

p

V V tI

L−

= (3-3)

6

3

(140 1.4)(15 10 )(5.8 10 )

−

−

− ×=

×

0.3607= แอมแปร

38

3.2.4 คานวณจานวนรอบทางดานปฐมภมจากสมการท (3-4) 8

(min) ( ) (max)

max

( ) 10in DS sat onp

e

V V tN

B A− ×

=∆

(3-4)

6 8(140 1.4)(15 10 ) 10

2000 0.854

−− × ×=

×

122= รอบ

ขนาดลวดทองแดงทใชมหนวยเปน เซอรคลารมล (Circular mil, . .c m ) เทยบเบอรเปน AWG ไดจากตารางในภาคผนวก การหาขนาดเปนเซอรคลารมล ไดจาก ผลคณระหวางกระแสและคาความหนาแนนของกระแส (γ ) ทมหนวยเปนเซอรคลารมลตอแอมแปร ( . . /c m A ) หาไดจากสมการท (3-5)

. .c m I γ= × (3-5)

คาของความหนาแนนของกระแส ทสามารถใชไดโดยทลวดทองแดงไมเสยหายเนองจากความรอน มคาไมตากวา 200 เซอรคลารมลตอแอมแปร เพอความปลอดภยจงกาหนดเผอไว เปน 400 เซอรคลารมลตอแอมแปร ดงนนขนาดลวดทองแดงทใชพนหมอแปลงทางดานปฐมภม มขนาด 400 0.3607 144.28× = เซอรคลารมล เนองจากคาความหนาแนนของกระแสเมอนามาเทยบเบอรเปน AWG จากตารางในภาคผนวก จงเลอกขนาดลวดทองแดงขนาด AWG 28 เพราะวาลวดทองแดงขนาด AWG 29 มคาความหนาแนนของกระแสนอยกวาคาทคานวณได 3.2.5 คานวณระยะชองอากาศจากสมการท (3-6)

2 84 10e pg

p

A Nl

Lπ −×

= (3-6)

2 8

3

4 0.854 122 10(5.8 10 )

π −

−

× × ×=

×

0.2759= มลลเมตร

3.2.6 คานวณจานวนรอบทางดานทตยภม

12.41p

s

NN

=

39

12.41p

s

NN∴ =

10= รอบ

หาขนาดเสนขนาดลวดทองแดงทใชพนหมอแปลงดานทตยภม มขนาดเปนเซอรคลารมล400 1.2 480× = เซอรคลารมล เทยบเบอรเปน AWG จากตารางในภาคผนวก เลอกขนาดลวดทองแดงขนาด AWG 23 เพราะวาลวดทองแดงขนาด AWG 24 มคาความหนาแนนของกระแสนอยกวาคาทคานวณได 3.2.7 เลอกเพาเวอรมอสเฟตสาหรบวงจรฟลายแบคคอนเวอรเตอร จากสมการท (3-7)

(max) (max) ( )pDS in o D

s

NV V V V

N= + + (3-7)

( )342 12.41 (5 1.7)= + × +

425= โวลต

การเลอกเพาเวอรมอสเฟต แรงดนตกครอมเพาเวอรมอสเฟตสงสดจะตองมคามากกวาคาแรงดนทคานวณไดและทนกระแสไดมากกวากระแสสงสดทางดานปฐมภม ใชเพาเวอรมอสเฟตเบอร FQP7N80C ซงทนกระแสได 6.6 แอมแปร 800 โวลต เนองจากเปนเพาเวอรมอสเฟตทม อยแลว

3.3 ออกแบบวงจรเรยงกระแสและกรองแรงดนดานเอาตพต ตวเกบประจทเอาตพต จะทาหนาทจายกระแสใหกบโหลดในชวงทเพาเวอรมอสเฟต

นากระแสซงจะไมมกระแสไหลจากขดทตยภม เปนการลดแรงดนกระเพอมทเอาตพต ดงนน ตวเกบประจจงตองสามารถจายกระแส ไดเทากบกระแสทตองการในชวงเวลาการนากระแสของ เพาเวอรมอตเฟต เพอคงคาแรงดนเอาตพต ไมใหเกดการกระเพอมมากเกนไป คาของตวเกบประจ ทเอาตพต สามารถกาหนดไดดงน 3.3.1 คานวณคาตวเกบประจเอาตพต แรงดนกระเพอม 200 มลลโวลต จากสมการท (3-8)

(max)o ono

ripple

I tC

V×

= (3-8)

6

3

1.2 (15 10 )(200 10 )

−

−

× ×=

×

40

90= ไมโครฟารรด

แตเนองจากการกระเพอมของแรงดนมคาสง เนองจากแรงดนอนพตเปนแรงดนทผาน การเรยงกระแสโดยไมมการกรองแรงดนใหเรยบ จงสงผลใหแรงดนดานเอาตพตมการกระเพอมสง ดงนนจงเพมคาตวเกบประจ เพอลดการกระเพอมของแรงดนมาเปน 18,800 ไมโครฟารรด 3.3.2 การเลอกไดโอดสาหรบเรยงกระแสดานเอาตพต

กระแสสงสดทไหลผานไดโอดขณะนากระแสหาไดจากสมการท (3-9)

max

21-

oFM

IID

= (3-9)

2 1.21- 0.3×

=

3.43= แอมแปร

ไดโอดสาหรบเรยงกระแสดานเอาตพตจะตองสามารถทนกระแสสงสด ขณะนากระแสไดในทนใชไดโอด เบอร HFA15TB60 ซงทนสามารถทนกระแสได 15 แอมแปร เนองจากสามารถทนกระแสไดมากกวา 3.43 แอมแปร ตวถงเปนแบบ TO-220 ซงสามารถตดแผนระบายความรอนเพอชวยระบายความรอนและเปนไดโอดทมอยแลว 3.4 ออกแบบวงจรควบคม

การออกแบบวงจรควบคมการทางานของคอนเวอรเตอร เพอรกษาระดบแรงดนเอาตพตใหคงทจะใชการควบคมในโหมดควบคมจากแรงดน โดยจะอาศยการตรวจจบการเปลยนแปลงของแรงดนทเอาตพต เขามาทางโมดลแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอล คาแรงดนทไดรบการแปลงเรยบรอยแลวจะถกนามาเปรยบเทยบกบคาแรงดนอางอง ( refV ) คาความแตกตางทไดจะถกนามาประมวลผลดวยตวควบคมแบบพไอ กอนจะสงตอไปยงโปรแกรมเปรยบเทยบขอมล เพอสรางสญญาณพลสวดธมอดเลชน (Pulse Width Modulation) ทมคาบเวลาคงทและมความกวางของพลสเปลยนแปลงไปตามผลของการมอดเลชน ในสวนของโปรแกรมควบคมการทางานของฟลายแบคคอนเวอรเตอร สามารถเขยนเปนลาดบการทางานไดดงภาพท 30

41

ภาพท 30 ลาดบขนการทางานของโปรแกรมควบคมการทางานของฟลายแบคคอนเวอรเตอร

3.4.1 การหนวงเวลา เพอรอใหโมดลตางๆของไมโครคอนโทรลเลอร พรอมทจะทางานและลดการกระชาก

ของกระแสขณะเปดเครอง โดยทาการหนวงเวลาการทางานของฟลายแบคคอนเวอรเตอร ใหทางานภายหลงจากการทางานของวงจรควบคมประมาณ 1 วนาท เพราะวาในขณะทเรมจายแรงดนใหกบวงจรจะเกดการกระชากของกระแสเนองจากการประจแรงดนของตวเกบประจ โดยจะมอย 2 สวน คอ กระแสกระชากจากชดไฟเลยงของวงจรควบคมและจากวงจรฟลายแบคคอนเวอรเตอร จงทาการหนวงเวลาเพอลดกระแสกระชากดงกลาว 3.4.2 การแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอล

การแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอลจะเลอกใชขาพอรต AN2 ทางานเปนอนพต แอนะลอก โดยรบแรงดนปอนกลบมาจากเอาตพตของฟลายแบคคอนเวอรเตอร ทผานการแบง แรงดนใหเหลอ 0-2.5 โวลต โดยเลอกใชชองของวงจรสมและเกบคาสญญาณ (Sample and Hold)

42

ชองท 0 (CH0) สาหรบแหลงจายแรงดนอางองในการแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอลใชแหลงจายจากภายนอก 2.5 โวลต เขามาทางขาพอรต VREF+ และ VREF- โดยใช TL431 เปนตวรกษาระดบแรงดนอางองใหคงท โดยรบแรงดนจากแหลงจายไฟแบบสวตชง 6.5 โวลต การตอขา สญญาณแสดงดงภาพท 31

ภาพท 31 การตอขาสญญาณของ dsPIC30F2010

3.4.3 การควบคมแบบพไอ การเขยนโปรแกรมควบคมการทางานของคอนเวอรเตอร เพอรกษาระดบแรงดน

เอาตพตใหคงทลงในไมโครคอนโทรลเลอรจะใชการควบคมแบบพไอ โดยใชกฎการบรณาการแบบสเหลยมคางหม ดงนนจะไดฟงกชนควบคม สาหรบฟงกชนเวลาแบบไมตอเนองไดดงน

1n n n

i

M K e UT

= ⋅ + (3-10)

1 1 11

n n ni

M K e UT− − −= ⋅ + (3-11)

43

จากสมการท (3-10)

( )1 11

2n n n n ni

TM K e U e eT − − = ⋅ + + +

(3-12)

นาสมการท (3-10) - (3-11)

( ) 11 1 2

n nn n n n

i

e eTM M K e eT

−− −

− − = − +

(3-13)

เมอกาหนดให pK K= ; Proportion Gain

ii

TKT

= ; Integral Gain

T = Sampling Time

( ) ( )1 1 12i

n n p n n n nKM M K e e e e− − −∴ = + − + − (3-14)

ซงนาสมการท (3-14) มาเปนอลกอรธมในการเขยนโปรแกรม 3.4.4 การเปรยบเทยบขอมลเพอสรางสญญาณพลสวดธมอดเลชน

ขอมลทออกมาจากตวควบคมแบบพไอ จะสงตอไปยงโปรแกรมเปรยบเทยบขอมลเพอสรางสญญาณพลสวดธมอดเลชน ทมคาบเวลาคงทและมความกวางของพลสเปลยนแปลงตามการเปลยนแปลงของแรงดนทเอาตพต โดยสรางสญญาณพลสวดธมอดเลชน ออกทขา OC2 โดยทางานรวมกบไทเมอร 3(TMR3) เปนแหลงกาเนดสญญาณนาฬกาสาหรบโมดลเปรยบเทยบขอมล (Output Compare:OC) กาหนดคา ปรสเกลเลอร เทากบ 1 ความถสญญาณนาฬกาหลก คอ 7.3728 MHz ทเฟสลอกลป (PLL) เทากบ 8 ฟลายแบคคอนเวอรเตอรทางานทความถเทากบ 20 กโลเฮรตซ ดงนนคาบเวลาของสญญาณพลสวดธมอดเลชน ( PWMT ) เทากบ 50 ไมโครวนาท สามารถหาคาของรจสเตอรคาบเวลา (PR3) ไดจากสมการท (3-15)

3 14PWM

OSC

TPRPrescaler

F PLL

= − × ×

(3-15)

44

6

6

50 10 147.3728 10 8

− ×

= −

× ×

736=

3.4.5 การออกแบบวงจรขบเกต เพอความสะดวกและใหวงจรขบมขนาดเลกจงใช ไอซสาเรจรป TLP 250 ขนาด 8 ขา

โดยจะรบสญญาณอนพตผานขา 2 และขา 3 เพอจดไบอสใหแกไดโอดเปลงแสงทตออยระหวางขา 2 และ ขา 3 ทางอนพต โดยจะตอผานตวตานทาน 1 กโลโอหม เพอไมใหกระแสไหลผานไดโอดเปลงแสงสงเกนไปจนเกดความเสยหาย สวนทางเอาตพตกาหนดใหแรงดนมคา 14 โวลต โดยรบแรงดนจากแหลงจายไฟแบบสวตชง

ภาพท 32 วงจรขบเกตดวย TLP 250 3.5 ออกแบบวงจรกรองสญญาณ

ภาพท 33 วงจรกรองสญญาณทางอนพตของวงจรสวตชง

45

กระแสอนพตของวงจรสวตชงเปนกระแสเดยวกนกบกระแสทไหลผานตวเหนยวนา( fL )ดงนนกระแสอนพตจงมคาเฉลยเปนรปคลนซายนทความถมลฐานของแรงดนอนพต ( sv ) และมองคประกอบกระแสทความถอน เพอใหกระแสทไหลออกจากแหลงจาย ( sv ) เปนรปคลนซายนทความถมลฐาน 50 เฮรตซ จงใชวงจรกรองแบบตวเหนยวนากบตวเกบประจ (L-C) ดงภาพท 33 กรองกระแสทความถอนนอกเหนอจาก 50 เฮรตซ ออกไป วงจรกรองแบบตวเหนยวนากบตวเกบประจ ดงภาพท 33 เปนวงจรทยอมใหกระแสทความถตาผานได ชวงของความถ ( )wB ทยอมใหผานหาคาไดดงน

12w

f f

BL Cπ

= (3-16)

กาหนดใหชวงของความถ มคาเทากบ 5 กโลเฮรตซและตวเกบประจ( fC ) มคาความจเทากบ 0.1ไมโครฟารรด ดงนนตวเหนยวนาสามารถคาไดดงสมการท (3-17)

2

1(2 )ff w

LC Bπ

= (3-17)

( )26 3

1

(0.1 10 ) 2 (5 10 )π−=

× × ×

10.1= มลลเฮนร

46

ภาพท 34 วงจรแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง

47

ตารางท 1 ผงเวลาการดาเนนงาน

2548 2549 ระยะเวลา ขนตอน ม.ย. ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. ม.ค.

1. คนควาและศกษาขอมลทเกยวของ

2. ออกแบบและทดสอบหมอแปลงสวตชง

3. ออกแบบและทดสอบวงจรเรยงกระแส, กรองแรงดนดานเอาตพต

4. ออกแบบและทดสอบวงจรควบคม

5. ออกแบบและทดสอบวงจรกรองสญญาณ,วงจรเรยงกระแสดานอนพต

6. ประกอบวงจรและทดสอบ

7. สรปและจดพมพปรญญานพนธ

ระยะเวลาทกาหนด ระยะเวลาทดาเนนงาน

บทท 4

ผลการดาเนนงาน

จากการดาเนนงานตามขนตอนทกลาวไวในบทท 3 เมอนาสวนตางๆ มาประกอบรวมกนจนสาเรจเปนวงจรทสมบรณ ไดแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคา ตวประกอบกาลง ดงภาพท 35 และแสดงการวางอปกรณภายใน ดงภาพท 36

ภาพท 35 ลกษณะภายนอกของแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรง คาตวประกอบกาลง

ภาพท 36 การวางอปกรณภายในของแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรง

คาตวประกอบกาลง

49

การทดสอบการทางานของโครงงาน เพอยนยนการทางานของ แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคา

ตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค วาสามารถทางานไดจรงตามขอบเขตทกาหนดไว จงไดทาการทดสอบการทางาน โดยการทดสอบแบงออกเปน 3 สวน คอ

1. จายแรงดนอนพตเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบ 220 โวลต 50 เฮรตซ จายภาระเปน ตวตานทาน โดยจายภาระท 6 วตต วดสญญาณแรงดนและกระแสทจดตางๆ ดงตอไปน

ก. แรงดนตกครอมเพาเวอรมอตเฟตและกระแสทไหลผานขดลวดปฐมภม

CH2 (บน) แรงดนตกครอมเพาเวอรมอตเฟต ( 1M ) 200 V /div 10.00 sµ /div CH4 (ลาง) กระแสไหลผานขดลวดปฐมภม ( pi ) 500 mA /div 10.00 sµ /div

ภาพท 37 แรงดนตกครอมเพาเวอรมอตเฟต ( 1M ) และกระแสไหลผานขดลวดปฐมภม ( pi )

จากภาพท 37 เมอจายภาระท 6 วตต จะเหนวากระแสทไหลผานขดลวดปฐมภม จะมการทางานในโหมดกระแสไมตอเนอง กระแสทไหลผานขดลวดปฐมภมจะมคาเรมตนจากศนย เมอเพาเวอรมอตเฟตเรมนากระแสอกครง

50

ข. กระแสและแรงดนอนพต

CH2 (บน) แรงดนอนพต ( sv ) 200 V /div 5.00ms /div CH4 (ลาง) กระแสอนพต ( si ) 50 mA /div 5.00ms /div

ภาพท 38 กระแสอนพต ( si ) และแรงดนอนพต ( sv )

จากภาพท 38 เปนสญญาณกระแสทดงจากระบบไฟฟา เมอจายภาระ 6 วตต จะเหนวา สญญาณกระแสจะมรปรางใกลเคยงกบรปคลนซายน เและมมมเฟสทตรงกบแรงดนอนพต

ค. แรงดนและกระแสเอาตพตเมอเปลยนแปลงภาระภาระอยางทนททนใด

CH2 (บน) แรงดนเอาตพต ( oV ) 1.00V /div 1.00 s /div CH4 (ลาง) กระแสเอาตพต ( oI ) 500 mA /div 1.00 s /div

ภาพท 39 แรงดนเอาตพต ( oV ) และกระแสเอาตพต ( oI ) เมอเปลยนแปลงภาระจาก 10% ไป 100% และจาก 100% ไป 10%

51

จากภาพท 39 เปนการทดสอบเมอเปลยนแปลงภาระจาก 10% ไป 100% และจาก 100% ไป 10% แสดงใหเหนสมรรถนะของระบบควบคม จะเหนไดวาสามารถรกษาระดบแรงดนเอาตพตได แมวาจะมการเปลยนแปลงของภาระอยางทนททนใด

ง. แรงดนเอาตพต เมอเรมจายแรงดนอนพต เพอแสดงวา แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบ

กาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค สามารถทจะจายแรงดนอนพต( sv ) เขาไปไดอยางทนททนใด โดยไมเกดความเสยหายและสามารถรกษาระดบแรงดนไวได จากภาพท 40 เปนการทดสอบในชวงเรมการทางานของแหลงจาย โดยตอภาระ 6 วตต คางไว จากนนไดเรมจายแรงดนอนพต 220 โวลต เขาไปอยางทนททนใด จะเหนไดวา แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค สามารถทจะควบคมระดบแรงดนใหคงทได

CH2 (บน) แรงดนเอาตพต ( oV ) 1.00V /div 1.00 s /div CH4 (ลาง) กระแสเอาตพต ( oI ) 500 mA /div 1.00 s /div

ภาพท 40 แรงดนเอาตพต ( oV ) และกระแสเอาตพต ( oI ) เมอเรมจายแรงดนอนพต( sv )

52

2. การทดสอบโดยใชแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสสลบ ปรบคาได ยหอ ANALAB รน AL-7003 เปนแหลงจายใหกบแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชง และใชดจตอลเพาเวอรมเตอร ยหอ YOKOGAWA รน WT130 เปนเครองมอวดผล มการตอวงจรในการทดสอบดงภาพท 41 โดยปรบแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสสลบใหไดแรงดน 198โวลต จากนนทาการเปลยนภาระจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต ซงผลจากการทดสอบแสดงไว ในตารางท 2 และปรบแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสสลบใหไดแรงดน 242 โวลต เปลยนภาระจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต ผลจากการทดสอบแสดงไว ตารางท 3

ภาพท 41 การตอเครองมอวดในการทดสอบการทางานทแรงดนไฟฟา 198 โวลตและ 242 โวลต

53

ตารางท 2 ผลการทดสอบการทางานทแรงดนอนพตไฟฟากระแสสลบ 198 โวลต 50 เฮรตซ จายกาลงเอาตพตจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต

Output Power (W) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 Input Power (W) 1.6 2.3 3 3.7 4.4 5.1 5.9 6.6 7.3 8.2 8.8 9.8 10.7

Output Current (mA) 108.0 196.0 298.0 405.0 502.0 603.0 716.0 823.0 925.0 1044 1126 1242 1379 Input Current (mA) 10.0 13.0 16.0 19.0 23.0 26.0 30.0 34.0 37.0 42.0 45.0 50.0 55.0 Output Voltage (V) 5.09 5.08 5.05 5.02 5.00 4.98 4.94 4.92 4.89 4.87 4.83 4.80 4.77

Power Factor 0.839 0.901 0.940 0.962 0.974 0.978 0.984 0.986 0.987 0.989 0.988 0.988 0.988 Efficiency (%) 31.25 43.47 50.00 54.05 56.81 58.82 59.32 60.60 61.64 60.97 62.50 61.22 60.74

Output Voltage Regulation (%) -1.8 -1.6 -1 -0.4 0 0.4 1.2 1.6 2.2 2.6 3.4 4 4.6

หมายเหต Output Voltage Regulation , (%) 100oref o

oref

V VVR

V −

= ×

54

ตารางท 3 ผลการทดสอบการทางานทแรงดนอนพตไฟฟากระแสสลบ 242 โวลต 50 เฮรตซ จายกาลงเอาตพตจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต

Output Power (W) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 Input Power (W) 1.8 2.5 3.1 3.9 4.6 5.4 6 7 7.5 8.4 9.1 10.0 10.9

Output Current (mA) 99.0 199.0 295.0 411.0 504.0 620.0 706.0 842.0 912.0 1034 1140 1261 1372 Input Current (mA) 9.0 12.0 14.0 17.0 20.0 23.0 25.0 29.0 31.0 35.0 38.0 42.0 45.0 Output Voltage (V) 5.10 5.08 5.05 5.02 5.00 4.97 4.94 4.90 4.89 4.85 4.83 4.79 4.75

Power Factor 0.791 0.875 0.908 0.939 0.955 0.965 0.971 0.977 0.980 0.983 0.985 0.986 0.987 Efficiency (%) 27.77 40.00 48.38 51.28 54.34 55.55 58.33 57.14 60.00 59.52 60.43 60.00 59.63

Output Voltage Regulation (%) -2 -1.6 -1 -0.4 0 0.6 1.2 2 2.2 3 3.4 4.2 5

หมายเหต Output Voltage Regulation , (%) 100oref o

oref

V VVR

V −

= ×

58

ผลการทดสอบการทางานทแรงดนอนพตไฟฟากระแสสลบ 198 โวลต และ 242 โวลต 50 เฮรตซ จายกาลงเอาตพตจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต ในตารางท 2 และตารางท 3 นามาเขยนกราฟได ดงตอไปน

ก. กราฟแสดงความสมพนธระหวางกาลงเอาตพตและแรงดนเอาตพต เมอเปลยนภาระจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต

Output Power (W)

0 1 2 3 4 5 6 7

Outpu

t Volt

age (V

)

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

5.2CoCo

ภาพท 42 แรงดนเอาตพตเมอเปลยนภาระจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต

จากกราฟแสดงความสมพนธระหวางกาลงเอาตพตและแรงดนเอาตพต เมอเปลยนภาระจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต จะเหนไดวาเมอจายภาระสงขนจะทาใหแรงดนเอาตพตมคาลดลง เนองมาจาก 2 สวน ดวยกน สวนแรกเกดจากคาความตานทานในสาย ดงนนเมอมกระแสไหล มากขน ทาใหแรงดนตกในสายมคาเพมมากขน และอกสวนหนงมาจากเมอจายภาระมากขน จะทาใหแรงดนเอาตพตมการกระเพอมมากขน จงทาใหเกดความผดพลาดจากการแปลงสญญาณแอนะลอกเปนดจตอลมความผดพลาดมากขน

198sv V=242sv V=

58

ข. กราฟแสดงความสมพนธระหวางกาลงเอาตพตและตวประกอบกาลง เมอเปลยนภาระจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต

Output Power (W)

0 1 2 3 4 5 6 7

Powe

r Fact

or

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00CoCo

ภาพท 43 ตวประกอบกาลงเมอเปลยนภาระในชวง 0.5 วตต ถง 6.5 วตต

จากกราฟแสดงความสมพนธระหวางกาลงเอาตพตและตวประกอบกาลง เมอเปลยนภาระ

จาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต จะเหนไดวาคาตวประกอบกาลงจะมคาเพมมากขนตามการเปลยนแปลงของภาระ และมคาสงสดทภาระประมาณ 5 วตต และมแนวโนมลดลง เมอจายภาระสงขน มผล มาจากวงจรกรองสญญาณดานอนพตมยานในการใชงานทแคบ จงทาใหความสามารถในการกรองสญญาณลดลงเมอจายกาลงมากขน จงมผลใหประสทธภาพในการลดทอนกระแสฮารมอนกสลดลง สงผลใหคาตวประกอบกาลงมคาลดลงตามไปดวย

198sv V=242sv V=

58

ค. กราฟแสดงความสมพนธระหวางกาลงเอาตพตและประสทธภาพ เมอเปลยนภาระจาก 0.5 วตต ถง 6.5 วตต

Output Power (W)

0 1 2 3 4 5 6 7

Efficie

ncy (%

)

253035404550556065

Col 1Col 1

ภาพท 44 ประสทธภาพเมอเปลยนภาระในชวง 0.5 วตต ถง 6.5 วตต

จากภาพท 44 จะเหนไดวา ประสทธภาพของแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงขณะทจายภาระ 0.5 วตต จะมคาตาเนองจากกาลงไฟฟาสวนหนงจะถกใชไปกบวงจรควบคม แตเมอจายภาระสงมากขน จะทาใหประสทธภาพมคาสงมากขน เนองจากกาลงไฟฟาทใชไปกบวงจรควบคมจะมคาคงทไมแปรผนตามภาระทเพมมากขน จงทาใหประสทธภาพมคาสงขนเมอจายภาระมากขน

198sv V=242sv V=

58

3. การทดสอบโดยการใช แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง เปนแหลงจายสาหรบบอรดไมโครโปรเซสเซอรแผงเดยว แรงดนอนพตเปนไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส 220โวลต ความถ 50 เฮรตซ โดยสามารถใชงานเปนแหลงจายสาหรบบอรดไมโครโปรเซสเซอรได แสดงดงภาพท 45

ภาพท 45 ใชแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง เปนแหลงจายสาหรบบอรดไมโครโปรเซสเซอร

บทท 5

สรป ปญหาและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผล เครองแปลงไฟสลบเปนไฟตรงโดยทวไป ทงแบบเชงเสน (Linear Power Supply) และแบบสวตชชง (Switching Power Supply) มภาคแรกเปนวงจรแปลงไฟสลบเปนไฟตรงทประกอบดวยอปกรณเพยงไดโอดและตวเกบประจ จะทาใหกระแสฮารมอนกสทางอนพตมคาสง เปนเหตใหตวประกอบกาลงมคาตา ทาใหระบบสงจายไฟฟามประสทธภาพลดลง เพอแกไขปญหาของตวประกอบกาลงทมคาตาและทาใหแหลงจายไฟฟากระแสตรงมนาหนกทเบา อกทงยงมประสทธภาพทสง จงไดทาโครงงาน แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคา ตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค ในโครงงานนไดกาหนดขอบเขตในดานคาตวประกอบกาลงทางอนพตไมตากวา 0.9 และประสทธภาพไมตากวา 50 เปอรเซนต ในสภาวะเตมพกด

ในการสราง แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค ไดมการออกแบบใหวงจรทางานทความถ 20 กโลเฮรตซ รบแรงดนอนพตจากแหลงจายไฟฟากระแสสลบทแรงดนตาสด 198 โวลต และสามารถรบแรงดนสงสดท 242 โวลต โดยใช dsPIC30F2010 ควบคมระดบแรงดนเอาตพตใหมคาคงท และเมอใชวงจรกรองความถแบบตวเหนยวนาและตวเกบประจ (L-C) ตอทางดานอนพตเพอกรองกระแส ฮารมอนกสความถสงออกไป จะทาใหคาตวประกอบกาลงมคาใกลเคยงหนง

ผลการทดสอบการทางานของ แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชชงทมการปรบปรง คาตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค โดยปอนไฟสลบทางอนพต 220 โวลต และตอภาระเปนตวตานทาน จายกาลงไฟฟา 6 วตต กระแสอนพตของวงจรเปนรปคลนซายนเหมอนแรงดนอนพต มคาแรงดนเอาตพต 5 โวลต กระแส 1.2 แอมแปร คาตวประกอบกาลง 0.988 ประสทธภาพ 56.08 เปอรเซนต ในสภาวะโหลดเตมพกด

60

5.2 ปญหาทเกดขนในระหวางการดาเนนงานและแนวทางแกไข 5.2.1 ปญหา

ขณะดาเนนงานไดมปญหาเกดขนดงน 1. ในการสรางหมอแปลงสวตชชง แกนเฟอรไรตทซอมาไมมขอมลทางเทคนคทจาเปน

ตอการคานวณหาจานวนรอบขดลวดทองแดงทพนรอบแกน 2. dsPIC เบอร 30F2010 เมอทางานทความถสงจะใชกาลงไฟฟาสง ทาใหแหลงจาย

ไฟเลยงไมสามารถจายกาลงงานเพยงพอสาหรบการทางาน 3. เนองจากแรงดนอนพตของฟลายแบคคอนเวอรเตอรเปนแรงดนไฟสลบ ทผานการ

เรยงกระแสโดยไมมการกรองแรงดนใหเรยบจงสงผลใหมการกระเพอมของแรงดนเอาตพตสง 5.2.2 แนวทางแกปญหา ปญหาทเกดขนระหวางดาเนนโครงงานและมวธการแกไขปญหาเรยงตามหวขอดงน 1. เนองจากไมทราบคา ความหนาแนนฟลกซแมเหลกทแทจรง ของแกนเฟอรไรตในการคานวณจงเลอกใชคานอยไวกอน โดยจะทาการปรบชองวางของแกนเฟอรไรตเพอใหไดคา ความเหนยวนาทตองการ

2. สามารถลดการใชกาลงไฟฟาของ dsPIC เบอร 30F2010 โดยการลดสญญาณความถใหนอยลง แตจะมผลทาใหความเรวในการทางานลดลงไปดวย

3. แรงดนทออกมายงทางดานเอาตพตมการกระเพอม วธแกไขโดยเพมคาความจของ ตวเกบประจทภาคเอาตพตใหมคาสง จะทาใหสญญาณมการกระเพอมนอยลง

5.3 ขอเสนอแนะ 1. แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง โดยใช

วงจรแปลงผนแบบฟลายแบค ใชความถในการสวตชท 20 กโลเฮรตซ ยงเปนความถทตาอยจง ทาใหขนาดของหมอแปลงมขนาดใหญ ดงนนถาเพมความถในการสวตชมากขนกจะทาใหขนาดของวงจรมขนาดทเลกลง

2. เนองจากขอจากดของแหลงจายไฟกระแสตรงแบบสวตชงทนามาเปนแหลงจายไฟเลยงใหกบ dsPIC เบอร 30F2010 ไมสามารถจายกาลงไฟฟาใหเพยงพอกบความตองการเมอทางานทสงสด ดงนนถาตองการใหแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค ทางานทความถในการสวตชสงกวา 20 กโลเฮรตซ ควรใชแหลงจายไฟเลยง dsPIC เบอร 30F2010 ใหสามารถจายกาลงไฟฟาใหเพยงพอกบการทางานทความถสงสด

61

3. แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลง แรงดนเอาตพตทจายออกมามการกระเพอมทสงอย ดงนน จงเหมาะสมสาหรบเปนแหลงจายไฟใหกบอปกรณทตองการแรงดนทไมราบเรยบมาก เชน วงจรประจแบตเตอร เปนตน

4. แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลงยงมขนาดทใหญ สาเหตสวนหนงมาจากตวเกบประจทมขนาดใหญ ขอเสนอแนะสาหรบการลดขนาดของวงจรคอ การหนมาใชตวเกบประจทมขนาดเลก

62

บรรณานกรม ภาษาไทย นคร ภกดชาต , ชยวฒน ลมพรจตรวไล , ณฐพล วงศสนทรชย. “ คมอการทดลอง dsPIC

Microcontroller เบองตนดวยโปรแกรมภาษาC กบ MPLAB C30 ” วบลย ชนแขก. “ กระแสฮารมอนกปญหาทตองปองกน ” วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนคร

เหนอ (6ธนวาคม 2539):36 - 43 วฒพล ธาราธรเศรษฐ. “ การปรบปรงสญญาณรบกวนแมเหลกไฟฟาทางสายตวนาโดยการใช

ตวเหนยวนารวมในวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงดวยวงจรเรยงกระแสไฟตรงแบบหนงขน-หนงสวตช ” วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต ภาควชาวศวกรรมไฟฟาบณฑตวทยาลย สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง , 2547.

สมบรณ มาลานนท , สมคด วรยประสทธชย , “ แหลงจายไฟแบบสวตชง ” หจก. สานกพมพ ฟสกสเซนเตอร

สนต สรชยศร. “ เอกสารประกอบการสอน วชาดจตอลคอนโทรล ” ภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรม สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ , 2538.

สวฒน ดน. “ เทคนคและการออกแบบสวตชงเพาเวอรซบพลาย ” ฝายวจยและพฒนา บรษท เอนเทลไทย จากด , 2537.

ภาษาองกฤษ GEORGE CHRYSSIS HIGH – FREQUENGY SWITCHING POWER SUPPLYES

THEORY AND DESIGN. Singapore : Mcgraw – Hill , 1984.

ภาคผนวก

64

ภาคผนวก ก การวางอปกรณและลายวงจรพมพ

65

ภาพท 46 แผนวงจรพมพของวงจร AC/DC Flyback Converter

ภาพท 47 ตาแหนงการวางอปกรณของวงจร AC/DC Flyback Converter

66

ภาพท 48 แผนวงจรพมพของวงจรควบคม

ภาพท 49 ตาแหนงการวางอปกรณของวงจรควบคม

67

ภาคผนวก ข งบประมาณของโครงงาน

68

ตารางท 4 งบประมาณของวงจร AC – DC Flyback Converter

จานวนเงน ( บาท ) ลาดบท รายการ จานวน

หนวยละ รวม 1. แกน Ferrite EER 28/34 1 45 45 2. แกน Ferrite EI 25 1 35 35 3. PowerMosfet FQP7N80C 1 28.79 28.79 4. Capacitors 4700 Fµ 4 15 60 5. Capacitors 0.1 Fµ 1 15 15 6. Ultra Fast Recovery Diode 1 16 16 7. Resistors 12W 2 0.5 1 8. Bridge 400 V ,1A 1 5.03 5.03 9. Fuse 0.5 mA, 250 V 1 2 2 10. ขา Fuse ลง PCB 1 5 10 11. กลองพลาสตกใสโครงงาน 1 45 45 12. สายไฟ Input 2 27 27 13. สายไฟ Output 1 30 30

รวมเงน 319.82

69

ตารางท 5 งบประมาณของวงจรควบคมและจายไฟเลยง

จานวนเงน ( บาท ) ลาดบท รายการ จานวน

หนวยละ รวม 1. dsPIC30F2010-20I/SP 1 266.72 266.72 2. ทรานซสเตอร 13001 1 3 3 3. ทรานซสเตอร 945 1 3 3 4. IC TLP250 1 35 35 5. IC TL431 CLP 6 0.5 3 6. Capacitors 470 Fµ 1 7 7 7. Capacitors 4.7 nF 1 3.49 3.49 8. Capacitors 1000 Fµ 1 15 15 9. Capacitors 22 Fµ 1 8 8 10. Capacitors 0.1 Fµ 1 15 15 11. Trimpot 25 Turns 50 K 2 24.23 48.46 12. Diode 2 1 2 13. Socket Dip 28 Pin 1 1.72 1.72 14. Resistors 12W 5 0.5 2.50 15. แกน Ferrite EI-12 1 30 30 16. Zener Diode 5.1 V 2 2 4 17. บอรด ICDX- 30 1 1570 1570 18. อนๆ 1000

รวมเงน 3017.89 ตารางท 6 งบประมาณรวม

ลาดบ รายการ ราคา(บาท) หมายเหต 1. วงจร AC – DC Flyback Converter 319.82 2. วงจรควบคมและจายไฟเลยง 3017.89

รวมทงสน 3337.71

70

ภาคผนวก ค โปรแกรมควบคมการทางาน

71

72

73

ภาคผนวก ง ขอมลทางเทคนคของอปกรณทสาคญ

74

ขอมลของแกนเฟอรไรตชนด EER

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

ประวตผเขยน

ชอ : นายพงศเทพ โกศลสมบต ปรญญานพนธ เรอง : แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคา

ตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค ประวต

เกดวนท 9 มถนายน พ.ศ. 2525 ทกรงเทพมหานคร เปนบตรคนท 2 ในจานวนพนอง 3 คน ปจจบนอาศยอย บานเลขท 10 ซ.หทยราชฎร 34 แขวงสามวาตะวนตก เขตคลองสามวา กรงเทพมหานคร 10510

สาเรจการศกษาระดบประกาศนยบตรวชาชพ (ปวช.) สาขาวชาชางไฟฟากาลง จากวทยาลยเทคนคมนบร เมอป พ.ศ. 2542 และระดบประกาศนยบตรวชาชพชนสง (ปวส.) สาขาวชาชางไฟฟากาลง จากสถาบนเทคโนโลยราชมงคลวทยาเขตพระนครเหนอ ปการศกษา 2545 ชอ : นายสรพล ฉนทวโรจน ปรญญานพนธ เรอง : แหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงทมการปรบปรงคา

ตวประกอบกาลงโดยใชวงจรแปลงผนแบบฟลายแบค ประวต

เกดวนท 4 ธนวาคม พ.ศ. 2523 ทจงหวดนครศรธรรมราช เปนบตรคนท 2 ในจานวน พนอง 3 คน ปจจบนอาศยอย บานเลขท 47 ม.11 ต.ทงปรง อ.สชล จ.นครศรธรรมราช 80120

สาเรจการศกษาระดบประกาศนยบตรวชาชพ (ปวช.) สาขาวชาชางไฟฟากาลง จาก วทยาลยเทคนคสชล เมอป พ.ศ. 2541 และระดบประกาศนยบตรวชาชพชนสง (ปวส.) สาขาวชาชางไฟฟากาลงจาก วทยาลยเทคนคนครศรธรรมราช ปการศกษา 2544