BTA41600B Power Triac Control 2000W for Microcontroller

โครงงานต้นแบบควบคุมการจ่ายกำลังไฟฟ้าด้วยเพาเวอร์ไตรแอกเบอร์ BTA41600B ที่ทำงานร่วมกับออปโต้คัปเปิลเบอร์ MOC3081 สำหรับกำหนดการนำกระแสของเพาเวอร์ไตรแอกที่มุม 0 องศา (Zero-Cross Optoisolators) ทั้งนี้เพื่อเป็นการลดการเกิดสัญญาณรบกวนบนแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า 220Vac (Minimize Conducted and Radiated Line Noise) และทำให้เพาเวอร์ไตรแอกทำงานได้อย่างนิ่มนวลในช่วงของการเริ่มนำกระแส โดยโครงงานนี้มีแนวความคิดของการออกแบบเพื่อนำไปประยุกต์ใช้งานแบบทั่วไปหรือใช้งานร่วมกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ง่าย

รูปที่ 3 แสดงวงจรภายในกล่องที่ใช้การต่อสายไฟแบบง่าย และยังคงใช้แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) อเนกประสงค์ในการทำงวงจรต้นแบบ โดยให้ตัวเพาเวอร์ไตรแอกยึดเข้ากับแผ่นระบายความร้อนก่อน (Heat sink) และจากนั้นจึงนำวงจรและอุปกรณ์ทั้งหมดมาประกอบในกล่องให้เรียบร้อยอีกครั้ง

รูปที่ 4 เป็นลักษณะของตัวถังเพาเวอร์ไตรแอกที่ใช้งาน, วงจรสนับเบอร์, ออปโต้คัปเปิ้ล, ตัวเหนี่ยวนำ, เทอร์มิสเตอร์ตรวจจับความร้อน (Thermistor) ให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์และเทอร์โมสตัด (Thermostat) ป้องกันความร้อนสูงเกินที่กำหนดอีกส่วนหนึ่ง

รูปที่ 6 โหลดเตารีดขนาด 1000 วัตต์ (ในรูปตรงกลางลักษณะ 3 เหลี่ยม) ที่ใช้ในการทดลองการทำงานของการขับกำลังสำหรับเพาเวอร์ไตรแอก ซึ่งจะรับกำลังไฟฟ้าที่กระแสสลับ 220Vac/50Hz อุปกรณ์อีกตัวหนึ่งเป็นกล่องสัน้ำเงิน (ด้านซ้ายมือ) จะเป็นตัวลดทอนสัญญาณจากไฟฟ้า 220Vac ลง (แบบสร้างขึ้นเองในงบประหยัดครับ) สำหรับต่อเข้ามายังออสซิลโลสโคปเพื่อวัดสัญญาณคล้ายกับ Differential Probe

รูปที่ 7 แสดงด้านหลังกล่องและการต่อสายไฟเพื่อใช้งาน ซึ่งจะมีส่วนของปลั๊กรับกำลังไฟฟ้าเข้า (Inlet power box) ด้านขวามมือ ส่วนของการจ่ายกำลังไฟฟ้าไปยังโหลด (Power Box AC outlet) และส่วนของคอนเน็กเตอร์รับสัญญาณควบคุมและส่งสัญญาณไปยังตัวประมวลผลต่างๆ

รูปที่ 8 ลักษณะการแสดงผลให้ทราบด้วยตัวแอลอีดีสีแดงด้านหน้า เพื่อให้ผู้ใช้งานทราบ ทั้งนี้เมื่อมีสัญญาณควบคุมเข้ามาเป็นลอจิก 1 (+5VDC ที่ขา TTL Driver) แอลอีดีจะติดสว่างขึ้นโดยในช่วงเวลานี้ที่ตำแหน่งเอาต์พุตจะจ่ายกำลังไฟฟ้า 220Vac/50Hz ไปยังโหลดเป็นที่เรียบร้อบแล้ว

รูปที่ 9 เป็นรูปแสดงลักษณะของการทดลองจ่ายสัญญาณควบคุมการทำงานให้กับเพาเวอร์ไตรแอก โดยการใช้แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงขนาด 5VDC จ่ายเข้าไปที่ขาขับของตัวออปโต้คัปเปิ้ล (TTL Driver) ดูในรูปที่ 14 ประกอบ สำหรับในการทดลองการทำงานของตัววงจร

รูปที่ 11 แสดงการวัดค่ากระแสเอาต์พุตจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 220Vac/50Hz ด้วยแคล้มมิเตอร์ โดยกระแสที่วัดได้ประมาณ 4.39A

รูปที่ 12 เป็นลักษณะของสัญญาณเอาต์พุตไฟฟ้ากระแสสลับ 220Vac เมื่อมีสัญญาณควบคุมระดับ TTL เข้ามา โดยสัญญาณนี้จะเป็นการวัดขณะต่อร่วมกับโหลดขนาด 1000 วัตต์ในการทดลอง

สำหรับโครงงานนี้จากที่ได้ทดลองให้จ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับโหลดที่ประมาณ 1000 วัตต์นั้น ตัวเพาเวอร์ไตรแอกทำงานได้เป็นปกติและไม่เกิดความร้อนมากจนเกินไป ทั้งนี้ในตัววงจรแอดมินออกแบบส่วนของการป้องกันความร้อนให้กับเพาเวอร์ไตรแอกเพิ่มเติม 2 แบบคือ ส่วนแรกในกรณีความร้อนเกิน 85 องศา ตัวเทอร์โมสตัดจะหยุดการทำงานทันทีเพื่อป้องกันความเสียหายและส่วนที่ 2 จะเป็นเทอร์มิสเตอร์ (NTC 100K) โดยส่วนนี้สามารถจะตรวจจับค่าความร้อนที่เกิดขึ้นได้ตลอดเวลาและสามารถใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ กำหนดการทำงานที่อุณหภูมิต่างๆ ได้ตามต้องการครับ.

Reference

1. https://www.st.com/resource/en/datasheet/bta41.pdf
2. https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/42/4a/77/9a/f5/58/43/77/CD00004000.pdf/files/CD00004000.pdf/jcr:content/translations/en.CD00004000.pdf
3. https://www.st.com/resource/en/application_note/an440-triac-control-with-a-microcontroller-powered-from-a-positive-supply-stmicroelectronics.pdf
4. https://www.st.com/resource/en/application_note/dm00451014-controlling-a-triac-with-a-phototriac-stmicroelectronics.pdf
5. https://www.mouser.jp/datasheet/2/389/steval-iht005v2-1848447.pdf
6. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/moc3083m-d.pdf
7. https://www.vishay.com/docs/84780/appnote34.pdf
8. http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00958a.pdf
9. http://www.farnell.com/datasheets/1836360.pdf
10. https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN2839.pdf