ESP8266-12E for DC to DC and Display on Blynk Application

โครงงานนี้จะเป็นการทดลองนำ NodeMCU ESP8266-12E มาควบคุมการทำงานให้กับวงจร DC to DC แบบ Synchronous Buck converter ขนาด 20W ใช้โปรแกรมควบคุมแบบปิดด้วย Fuzzy Logic Control และส่งค่าการแสดงผลการทำงานผ่าน Application Blynk อีกแบบหนึ่งครับ

จากรูปที่ 1 แสดงข้างบนเป็นลักษณะของ NodeMCU ESP8266-12E ที่ใช้ในการทดลอง ซึ่งจะใช้ขา ADC0 เป็นขาอินพุตเพื่ออ่านค่าแรงดันเอาต์พุตที่เกิดขึ้น และใช้เป็นสัญญาณป้อนกลับ (Feedback signal) สำหรับใช้ในการประมวลผล และส่วนของสัญญาณ PWM ที่ขา D1 จะใช้เป็นขาปรับค่าแรงดันที่เอาต์พุต

ในรูปที่ 2 จะเป็นลักษณะของการทดลองวงจรทั้งหมดที่ประกอบด้วย ส่วนของโหลดที่ใช้ในการจ่ายกระแสของวงจร DC to DC ด้วยการใช้ตัวต้านทานขนาด 2 โอห์ม 150 วัตต์ NodeMCU ESP8266-12E ที่ใช้ในการควบคุมการทำงานทั้งหมด และส่วนของบอร์ด DC to DC ที่เราสามารถทดลองด้วยการส่งสัญญาณ PWM และรับสัญญาณ ADC จากบอร์ดนี้ได้ทันที

ในรูปที่ 3 ข้างบนกรอบสี่เหลี่ยมสีแดง จะเป็นบอร์ดต้นแบบของส่วนขับกำลังวงจรซิงโครนัส บักคอนเวอร์เตอร์ (Synchronous Buck Converter) โดยออกแบบให้สามารถรับสัญญาณ PWM เข้ามา 1 ช่อง จากนั้นในบอร์ดจะมีวงจรแยกเฟสสัญญาณออกเป็น 2 ช่อง สำหรับขับวงจรซิงโครนัสบัก คอนเวอร์เตอร์ได้ ทั้งนี้ตัวบอร์ดจะสามารถใช้ทดลองกับไมโครคอนโทรลเลอร์ทั่วไปได้ตามที่เราเลือกใช้งาน

รูปที่ 4 มัลติมิเตอร์จะแสดงค่าแรงดันที่เอาต์พุตโดยการทดลองปรับเซตไว้ที่ 7V และสังเกตการเปลี่ยนแปลงในกรณีที่ต้องจ่ายกระแสที่เอาต์พุตค่าต่างๆ และดูการตอบสนองของโปรแกรมควบคุมการทำงาน

ในรูปที่ 5 เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง (DC Power supply) ที่ใช้ในการทดลอง โดยจะให้แหล่งจ่ายไฟเลี้ยง จ่ายที่แรงดันประมาณ 15V และกระแสสูงสุดที่ 2A

ในรูปที่ 6 เป็นลักษณะของสัญญาณ PWM ที่เกิดขึ้นจากการตอบสนองให้กับโหลดที่ประมาณ 20 วัตต์ ต่อเนื่อง โดยสัญญาณที่เกิดขึ้นนี้ใช้ความถี่สวิตชิ่งที่ประมาณ 33kHz และแอมปริจูดที่ 3.3Vp-p

ในรูปที่ 7 ส่วนสุดท้ายจะเป็นลักษณะของการแสดงผลการทำงานเบื้องต้นของวงจรผ่าน Application Blynk แบบเวลาจริง (Real Time) โดยจะให้แสดงค่าแรงดันเอาต์พุตที่เกิดขึ้นที่ 5V (และปรับค่าใหม่ที่ 7V) และค่า Error จากการควบคุมค่าแรงดันเอาต์พุตให้คงที่

สำหรับโครงงานนี้เป็นการทดลองการใช้ NodeMCU ESP8266-12E กับงานในด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังเบื้องต้น โดยใช้งานร่วมกับ DC to DC แบบ Synchronous Buck converter และให้แสดงผลผ่าน Application Blynk ซึ่งเป็นการส่งข้อมูลไปบนอินเตอร์เน็ตในลักษณะของ Internet of Thing : IoT

Reference

1. https://www.richtek.com/Products/gate_drivers_drmos/gate-drivers/RT9624B?sc_lang=en&specid=RT9624B
2. https://e2e.ti.com/support/power-management/f/196/t/372755?Turn-off-problem-with-synchronous-buck-converter
3. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps51604-q1.pdf?ts=1601455710374&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTPS51604-Q1
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter
5. https://www.digikey.com/en/articles/generating-multiple-outputs-from-a-single-synchronous-buck-converter-is-simple
6. https://www.ti.com/lit/an/slva882a/slva882a.pdf?ts=1601455809682&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
7. https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/app-notes/6/6608.html
8. https://www.eenewspower.com/content/improve-tracking-performance-pwm-voltage-controlled-buck-converters-using-passive-pre-filter/page/0/1