Simple inverter 220Vac Control by Arduino UNO

อีกโครงงานหนึ่งสำหรับการนำบอร์ด Arduino UNO มาใช้ในการสร้างเป็นอินเวอร์เตอร์แบบง่าย โดยในโครงงานนี้ยังเป็นวงจรต้นแบบ สำหรับทดลองการทำงานของโปรแกรมให้กับบอร์ด Arduino ที่ทดลองเขียนขึ้นและวงจรอินเวอร์เตอร์ที่ใช้เพาเวอร์มอสเฟตเป็นตัวขับกำลังในลักษณะของอินเวอร์เตอร์แบบพุช-พูล (Push-Pull inverter) โดยใช้หม้อแปลงแบบเทอร์รอย (Toroidal transformers) เป็นตัวแปลงกำลังไฟฟ้า (DC to AC) อินพุตกระแสตรงให้เป็นกระแสสลับและควบคุมแรงดันเอาต์พุตให้อยู่ในช่วงที่ต้องการ

รูปที่ 1 เป็นส่วนของวงจรอินเวอร์เตอร์ที่ทดลองออกแบบและประกอบขึ้น โดยมีแนวความคิดคือ ส่วนของการรับสัญญาณควบคุมจากบอร์ด Arduino UNO นั้น จะใช้ออปโต้คัปเปิลเบอร์ TLP250 เพื่อปรับระดับสัญญาณให้เหมาะสมต่อการขับเพาเวอร์มอสเฟตและทำการแยกกราวด์กัน (Isolation) ของวงจรทั้งสองส่วน สำหรับเพาเวอร์มอสเฟตจะใช้ด้านละ 2 ตัวขนานกันเพื่อให้สามารถรับกระแสขับกำลังได้สูงขึ้นซึ่งใช้เบอร์ IRF3205 และติดแผ่นระบายความร้อนเล็กน้อย

ในรูปที่ 2 เป็นลักษณะของการต่ออุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ในการทดลองเข้าด้วยกัน ทั้งในส่วนของแปลงเทอร์รอย บอร์ดขับกำลังเพาเวอร์มอสเฟตและบอร์ดควบคุม Arduino UNO นอกจากนี้จะใช้ออสซิลโลสโคปในการวัดสัญญาณขับมอสเฟตทั้ง 2 ด้านเพื่อให้เห็นลักษณะการทำงานและมัลติมิเตอร์วัดค่าแรงดันของแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงอินพุตอีกส่วนหนึ่ง

รูปที่ 3 แสดงลักษณะการทดลองวงจรขณะทำงาน โดยโครงงานนี้จะใช้ไฟเลี้ยงขนาด 24Vdc/5A เพื่อให้เหมาะสมกับหม้อแปลงที่ใช้ทดลอง ซึ่งจะมีขนาดแรงดันอินพุตเข้า 24V-0-24V และเอาต์พุตที่ 220Vac สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้ 240VA

รูปที่ 4 เป็นการพันขดลวดเพิ่มเติมให้กับหม้อแปลง ทั้งนี้เพื่อต้องการให้เป็นสัญญาณป้อนกับค่าแรงดันเอาต์พุตที่เกิดขึ้น โดยแรงดันที่เกิดขึ้นจากขดลวดชุดนี้จะไม่สูงมากนักประมาณ 6Vac และอีกอย่างหนึ่งเพื่อต้องการแยกกัน (Isolation) ระหว่างการส่งค่าแรงดันสูงของเอาต์พุตกลับมายังบอร์ดควบคุม Arduino UNO ในอีกรูปแบบหนึ่ง

รูปที่ 5 แสดงการใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าแรงดันที่เอาต์พุตของหม้อแปลง ผลที่ได้จะมีค่าประมาณ 215-230Vac ซึ่งจะมีค่าเปลี่ยนแปลงบ้าง แต่ก็สามารถใช้งานทั่วไปได้เป็นปกติ ซึ่งการควบคุมค่าแรงดันเอาต์พุตให้คงที่จะต้องใช้วิธีการป้อนกลับสัญญาณ (Feedback signal) ลักษณะอื่นเพิ่มเติม

รูปที่ 6 เป็นการทดสอบการทำงานของวงจรอินเวอร์เตอร์ เมื่อจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับโหลดขนาด 100 วัตต์ โดยในการทดลองนี้จะใช้หลอดไฟแบบใส้ (Incandescent lamp) เพื่อสังเกตการทำงานของวงจรในส่วนต่างๆ ทั้งในส่วนของวงจรขับกำลังและโปรแกรมควบคุมการทำงานเพื่อรักษาระดับแรงดันเอาต์พุตให้คงที่ และจากการทดลองนี้เป็นที่น่าพอใจ แต่ต้องปรับแต่งบางส่วนเพื่อให้วงจรทำงานได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

***ตัวอย่างโปรแกรมที่ใช้ในการทดลองอ้างอิงจาก —> https://makingcircuits.com/blog/simple-square-wave-inverter-circuit-using-arduino/

//-------------Program developed by R.Girish-----------//
int out1 = 11;
int out2 = 3;
void setup()
{
pinMode(out1,OUTPUT);
pinMode(out2,OUTPUT);

digitalWrite(out1,LOW);
digitalWrite(out2,LOW);
delay(500);
}

void loop()
{
digitalWrite(out2,LOW);
delay(2);
digitalWrite(out1,HIGH);
delay(8);
digitalWrite(out1,LOW);
delay(2);
digitalWrite(out2,HIGH);
delay(8);
}
//-------------Program developed by R.Girish----------//

สำหรับโครงงานนี้เป็นลักษณะการควบคุมอินเวอร์เตอร์แบบพุช-พูล เบื้องต้น โดยใช้บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO เป็นตัวประมวลผลสำหรับการสร้างสัญญาณขับเพาเวอร์มอสเฟตผ่านออปโต์คัปเปิ้ล TLP250 และรับสัญญาณป้อนกลับแรงดันเอาต์พุตที่ขา A0 และตรวจจับกระแสที่ขา A1 ซึ่งโครงงานนี้น่าจะเป็นประโยชน์กับผู้อ่านได้บ้างครับ. 

Reference

1. https://theorycircuit.com/arduino-inverter-circuit
2. https://www.homemade-circuits.com/simple-arduino-sine-wave-inverter
3. https://inverter-circuit.com/25w-small-inverter-circuit.html
4. https://www.electroschematics.com/12v-to-220v-voltage-inverter/comment-page-6
5. https://www.researchgate.net/figure/Single-Phase-Push-Pull-Inverter-12V-220V_fig1_235955594
6. https://makingcircuits.com/blog/simple-square-wave-inverter-circuit-using-arduino/