Mini DC-DC Boost Converter 20W by using Arduino UNO

สำหรับก่อนหน้านี้เคยทดลองวงจรบักคอนเวอร์เตอร์ (Buck Converter) ไปบ้างแล้ว วันนี้จะขอนำเสนอ ดีซี ทู ดีซี (DC to DC) แบบบูทคอนเวอร์เตอร์ (Boost Converter) กันบ้างนะครับ โดยในโครงงานนี้จะใช้บอร์ด Arduino UNO เป็นตัวประมวลผลสัญญาณทั้งหมด เพื่อให้วงจรเรียบง่ายและสามารถปรับแต่งการทำงานต่างๆ ผ่านการเขียนโปรแกรม

สำหรับในรูปที่ 1 จะเป็นการเริ่มตรียมอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ในการประกอบวงจรบูท คอนเวอร์เตอร์ของเรา ซึ่งในที่นี้จะเป็นดีซี ทู ดีซี ขนาดเล็ก ทั้งนี้เพื่อเน้นในเรื่องของการควบคุมการทำงานทั้งหมดด้วยบอร์ด Arduino UNO การเขียนโปรแกรมควบคุม และทำความเข้าใจเกี่ยวกับวงจรบูท คอนเวอร์เตอร์นี้

รูปที่ 2 เริ่มประกอบอุปกรณ์ ในส่วนของเพาเวอร์มอสเฟต ไดโอดเร็กติไฟร์ และตัวต้านทานตรวจจับกระแสให้กับเพาเวอร์มอสเฟต เพื่อให้ทำงานตามที่กำหนด

ในรูปที่ 3 จะเริ่มเห็นเป็นรูปเป็นร่างเพิ่มขึ้นกับอุปกรณ์ต่างๆ และต่อสายแพสำหรับเชื่อมต่อเข้ากับบอร์ด Arduino UNO ได้ง่ายยิ่งขึ้น

รูปที่ 4 ต่อมาเป็นอุปกรณ์ที่เราประกอบบอร์ด ดีซี ทู ดีซี ทั้งหมดเสร็จเป็นที่เรียบร้อยทั้งในส่วนของการส่งสัญญาณค่าแรงดันเอาต์พุต (Vo) ส่วนของการส่งค่ากระแสการสวิตชิ่ง (Is) ของตัวเพาเวอร์มอสเฟต การรับสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลต (PWM Signal) และกราวด์ที่ต่อถึงกัน

ในรูปที่ 5 เป็นลักษณะการต่อร่วมกันระหว่างบอร์ด Arduino UNO และบอร์ดดีซี ทู ดีซี ที่เราออกแบบและพร้อมสำหรับทำการทดลอง

ในรูปที่ 6 เป็นการนำเครื่องมือวัดดิจิตอลมัลติมิเตอร์เข้ามาต่อ เพื่อวัดค่าแรงดันต่างๆ และแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงกระแสตรงปรับค่าได้ขนาด 0-20V ที่กระแส 2A รวมทั้งตำแหน่งของการต่อโหลด สำหรับทดสอบการทำงานของวงจรนี้

รูปที่ 7 แสดงสัญญาณที่วัดด้วยออสซิลโลสโคปนี้ เป็นสัญญาณ PWM Signal (CH1) ในขณะที่วงจรบูท คอนเวอร์เตอร์ อยู่ในสภาวะสแตนบาย (Standby) โดยในช่วงนี้วงจรจะใช้กระแสไม่มากนัก (ไม่เกิน 150mA)

รูปที่ 8 สัญญาณ PWM Signal (CH1) นี้เกิดขึ้นจากการให้วงจรบูท คอนเวอร์เตอร์ จ่ายกระแสที่ประมาณ 1A ต่อเนื่อง เพื่อทดสอบการตอบสนองที่ค่าโหลดและในช่องที่ 2 (CH2) จะเป็นการวัดค่ากระแสที่ไหลผ่านตัวเพาเวอร์มอสเฟต (Is) ซึ่งจะเห็นค่าที่แสดงค่อนข้างน้อยครับ

ในรูปที่ 9 จะเป็นการต่อมัลติมิเตอร์สำหรับวัดค่าแรงดันที่เอาต์พุต ด้านขวามือตัวบน ตัวด้านซ้ายจะเป็นการวัดค่าแรงดันอินพุตจ่ายไฟเลี้ยงให้กับวงจรบูท คอนเวอร์เตอร์ และตัวสุดท้าจะเป็นแคล้ม มิเตอร์ จะวัดค่ากระแสของโหลดที่วงจรบูท คอนเวอร์เตอร์ เพิ่มแรงดันขึ้นมา โดยในวงจรนี้กำหนดค่าไว้ที่ 20V

ในรูปที่ 10 เป็นลักษณะของวงจรที่ใช้ในการออกแบบของวงจรดีซี ทู ดีซี แบบบูท คอนเวอร์เตอร์ และควบคุมการทำงานด้วยบอร์ด Arduino UNO ซึ่งจะเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง ของการเรียนรู้เรื่องวงจรบูท คอนเวอร์เตอร์ และข้างล่างนี้จะเป็นวิดีโอการทดลองเบื้องต้นครับ

สำหรับโครงงานนี้น่าจะเป็นความรู้ให้ท่านได้บ้างนะครับ ซึ่งตัววงจรอาจจะมีขนาดค่อนข้างเล็ก (ขนาด 20 วัตต์) แต่เราสามารถใช้แนวความคิดนี้ไปพัฒนาให้เป็นวงจรแบบของท่านเองได้ตามความเหมาะสมครับ

Reference

1. https://www.ti.com/lit/an/slva372c/slva372c.pdf?ts=1603544525239&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
2. https://www.ti.com/lit/an/snva731/snva731.pdf?ts=1603543137276&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
3. https://learnabout-electronics.org/PSU/psu32.php
4. https://www.st.com/resource/en/datasheet/stp105n3ll.pdf
5. https://www.powerelectronicsnews.com/the-dc-dc-boost-converter-power-supply-design-tutorial-section-5-1/