Power Stage for High-Voltage BLDC Motor

โครงงานนี้เป็นการพัฒนาเพิ่มเติมจากบอร์ดขับมอเตอร์แบบไม่ใช้แปรงถ่าน (BLDC Motor) จากโครงงานที่เคยออกแบบไว้ซึ่งจะเป็นวงจรขับแบบใช้เพาเวอร์มอสเฟตรองรับกระแสสูง แต่ใช้ในย่านแรงดันไม่สูงมากนัก (ประมาณ 20V-50Vdc) แต่ในบางครั้งเราอาจต้องการใช้กับมอเตอร์ที่ใช้แรงดันสูงขึ้น (High-Voltage) ดังนั้นวงจรที่ออกแบบใหม่นี้สามารถใช้งานได้ที่แรงดันอินพุตถึงประมาณ 100Vdc กระแส 30A (ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส)

จากในรูปที่ 1 และรูป 2 ข้างบนเป็นการเตรียมอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ในการทดลองโดยลักษณะของวงจรที่ออกแบบและประกอบขึ้นนี้จะแบ่งออกเป็นโมดูลแยกกัน 3 ส่วน ที่ประกอบเหมือนกัน เพื่อให้ง่ายต่อการประกอบและทดสอบวงจรทั้งหมด

รูปที่ 3 ประกอบบอร์ดแรกเป็นลักษณะโมดูล โดยเป็นส่วนของวงจรขับให้กับตัวขับกำลังไอจีบีที (IGBT) ซึ่งวงจรนี้จะประกอบด้วยออปโต้คัปเปิล, ไอซี IR2110BPF และแอลอีดีแสดงผลไฟเลี้ยงที่เข้ามายังโมดูล

ในรูปที่ 4 ถึงรูปที่ 6 แสดงบอร์ดหลังจากประกอบโมดูลทั้ง 3 ส่วนเสร็จแล้ว จากนั้นจะมาทดลองวางอุปกรณ์ต่างๆ บนแผ่นระบายความร้อนและจัดระยะของการวางโมดูลแต่ละตัวให้เหมาะสมและเป็นระเบียบขึ้น

รูปที่ 7 ลักษณะของการยึดและทดลองติดตั้งตัวขับกำลังไอจีบีที แล้วบัดกรีโมดูลเข้ากับตัวขับกำลังชุดแรก และวางตำแหน่งของโมดูลให้เชื่อมต่อถึงกันได้

Datasheet for Power IGBT RGT00TS65DGC11

ในรูปที่ 8 ถึงรูปที่ 10 แสดงการนำโมดูลที่ประกอบเสร็จทั้งหมดมาประกอบเข้ากับตัวไอจีบีที ซึ่งจะสังเกตว่ามีด้วยกัน 3 ชุดแยกอิสระกัน นอกจากนั้นในส่วนของอินพุตสามารถต่อเข้ากับบอร์ดควบคุมไมโครคอนโทรลเลอรได้ทันทีผ่านออปโต้คัปเปิลและลักษณะของการประกอบแสดงในรูปข้างบน

ในรูปที่ 12 เป็นลักษณะของการต่อสายไฟเข้ากับตัวโมดูลที่ต่อร่วมกับเพาเวอร์ไอจีบีที และการเชื่อมต่อไฟเลี้ยงระหว่างโมดูลเข้าด้วยกัน ซึ่งจะใช้ลวดจั้ม 0 โอห์ม แทนการเดินสายไฟ โดยจะเชื่อมต่อทั้งในส่วนของชุดไฟเลี้ยงตัวมอเตอร์ (แรงดันสูง 50V-280Vdc) และชุดไฟเลี้ยงสำหรับชุดขับขาเกต (แรงดันประมาณ 12-18Vdc)

สำหรับรูปที่ 13 เป็นวงจรที่ออกแบบและใช้ในการทดลองโครงงาน ซึ่งสังเกตเห็นว่าใน Block circuit Phase U จะเป็นวงจรในส่วนของการขับกำลังที่เฟส U และรับสัญญาณอินพุต U(HI) และ U(LO) จากบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เราต้องการนำมาควบคุม และในส่วนของ Block Phase V, Block Phase W จะใช้วงจรภายในเหมือนกับ Block Phase U ครับ

ในส่วนรูปสุดท้ายที่ 15 จะเป็นลักษณะของวงจรที่ประกอบเสร็จ และนำมาต่อใช้งานร่วมกับบอร์ดควบคุมโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO ซึ่งส่วนใหญ่ผู้พัฒนาในด้านนี้ค่อนข้างมาก โดยลักษณะของวงจรที่แสดงทั้งหมดสามารถใช้งานได้เป็นปกติและในโครงงานจะใช้กับมอเตอร์ HUB ขนาด 48V/350W ในการทดสอบครับ

Reference

1. https://www.rohm.com/products/igbt/field-stop-trench-igbt/rgcl60ts60d-product
2. https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IR2110-DataSheet-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c80333167e
3. https://toshiba.semicon-storage.com/ap-en/semiconductor/product/optoelectronics/detail.TLP250.html
4. https://www.ti.com/lit/ug/tidudj9/tidudj9.pdf?ts=1591867089954&ref_url=https://www.google.com/
5. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND9933-D.PDF
6. https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-1200V_IC_Changes_the_Way_3Phase_Motor_Drive_Inverters_are_Designed-Article-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d462533600a401535740515b3ef0
7. https://www.hitachi-power-semiconductor-device.co.jp/en/products/ic/pdf/gdicap3e0.pdf
8. https://simple-circuit.com/arduino-cd-rom-brushless-motor-control/