Prototype board DC-DC Synchronous Buck Converter for Maximum Power Point Tracking : MPPT

โครงงานนี้เป็นการทดลองออกแบบวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก สำหรับเชื่อมต่อกับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆ เพื่อการชาร์จแบตเตอรี่ในแบบ Maximum Power Point Tracking : MPPT โดยสามารถรับไฟเลี้ยงอินพุตได้ในช่วง 30V-55V แรงดันเอาต์พุตที่ 24V/5A สามารถตรวจจับแรงดันและกระแสทางด้านอินพุต/เอาต์พุตได้ และรับสัญญาณควบคุมการชาร์จแบบพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นเพียง 1 ช่อง

Prototype board DC-DC Synchronous Buck Converter for Maximum Power Point Tracking : MPPT — รูปที่ 1 เตรียมอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับประกอบวงจร

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 แสดงการเตรียมอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับประกอบวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ โดยจะประกอบบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) อเนกประสงค์ทั้งหมดเพื่อตัวบอร์ดให้สามารถ รับ/ส่ง สัญญาณควบคุมต่างๆ เช่น การรับค่าแรงดันและกระแสทางด้านอินพุตรวมทั้งเอาต์พุต การส่งสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น เป็นต้น

รูปที่ 3 และรูปที่ 4 แสดงลักษณะของบอร์ดที่ประกอบวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ และการเตรียมทดลองเบื้องต้น โดยในขั้นตอนนี้จะทดลองจ่ายไฟเลี้ยงที่ประมาณ 55V เพื่อสังเกตการทำงานวงจรเรกูเลต วงจรขับสัญญาณที่ขาเกตให้กับเพาเวอร์มอสเฟตในเบื้องต้น และจะนำไปทดลองการทำงานร่วมกับโปรแกรมอีกครั้งในขั้นตอนทดลองถัดไป

/*
The library allows for a frequency range from 1Hz - 2MHz on 16 bit timers and 31Hz - 2 MHz on 8 bit timers.   

MCU : Arduino UNO
Dev by : www.electronicsdna.com
Date : 9-4-2022
 */

#include <PWM.h>
int32_t frequency = 35000; //frequency (in Hz)

void setup()
{
  //initialize all timers except for 0, to save time keeping functions
  InitTimersSafe(); 
  Serial.begin(9600); 
  //sets the frequency for the specified pin
  bool success = SetPinFrequencySafe(9,frequency); 
  
  //if the pin frequency was set successfully,turn pin 13 on
  if(success) {
    pinMode(13,OUTPUT); 
    digitalWrite(13, HIGH);   
  }
}
void loop()
{
      int PWMset = 75;     //@30%
  // int PWMset = 150;  //@60%
  // int PWMset = 230;  //@90%
   
  pwmWrite(9,PWMset);  
  delay(100);      
}

โปรแกรมสำหรับใช้ในทดลองการทำงานวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ที่แสดงข้างบน จะใช้ในการปรับสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นที่ขา D9 โดยใช้การลบคำสั่งคอมเม้นออก (//) ที่ด้านหน้าเช่น ที่ตำแหน่ง int PWMset = 75; //@30% ซึ่งหมายความว่าเราจะให้คำสั่งนั้นถูกใช้งาน และส่งไปยังขาเอาต์พุต D9 ด้วยคำสั่ง pwmWrite(9,PWMset); โดยเราสามารถปรับค่าสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นต่างๆ เพื่อทดลองและสังเกตการทำงานได้ง่ายขึ้น

Download Library ——>PWM.h

รูปที่ 6 และรูปที่ 7 เป็นโหลดตัวต้านทานค่าคงที่และยังมีอีส่วนหนึ่งสำหรับใช้ในการทดสอบการทำงานของวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ โดยการทดสอบการทำงานจะใช้การต่ออนุกรม ขนานหรือการต่อผสม เพื่อให้กระที่ไหลผ่านโหลดมากกว่า 5A สำหรับเป็นการทดลองความสามารถในการจ่ายกระแสตามที่ระบุการทำงานในเบื้องต้น

รูปที่ 11 การทดลองที่ 1 ค่าแรงดันเอาต์พุต (ขณะไม่ต่อโหลด) เมื่อกำหนด PWM = 30%

สำหรับในรูปที่ 10 ถึงรูปที่ 14 เป็นการทดลองที่ 1 โดยการกำหนด PWM = 30% เพื่อสังเกตการทำงานและผลที่ได้จากการทดลอง โดยในรูปที่ 11 เป็นค่าแรงดันเอาต์พุตในขณะที่ยังไม่จ่ายกระแสให้โหลด และจ่ายจ่ายกระแสให้กับโหลดแล้วแรงดันจะลดลงเล็กน้อยตามที่แสดงในรูปที่ 14

ในรูปที่ 15 ถึงรูปที่ 19 เป็นการทดลองที่ 2 โดยการปรับค่า PWM = 60% ในช่วงนี้แรงดันเอาต์พุตจะมีค่าเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับการทดลองที่ 1 ซึ่งจะมีค่าประมาณ 34V แต่เมื่อให้บอร์ดจ่ายกระแสให้กับโหลดที่ประมาณ 6A แรงดันที่เอาต์พุลจะลอดลงเช่นกันดังแสดงในรูปที่ 19

ในรูปที่ 20 ถึงรูปที่ 24 เช่นเดียวกับการทดลองที่ 1 และ 2 แต่การทดลองทั้ง 3 ครั้งนี้ เพื่อเป็นการทดลองการปรับเปลี่ยนขนาดสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น (PWM Signal) ที่จะเป็นสัดส่วนกับค่าแรงดันเอาต์พุตที่เกิดขึ้น ทั้งนี้เพื่อให้เราสามารถพัฒนาโปรแกรมควบคุมแรงดันได้อย่างถูกต้อง และอยู่ในช่วงการควบคุมแรงดันที่เหมาะสมสำหรับการควบคุมระบบปิด (Closed loop control system)

สำหรับโครงงานนี้เป็นบอร์ดต้นแบบสำหรับวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ ที่สามารถรับแรงดันอินพุตได้ประมาณ 55VDC และกำหนดค่าแรงดันเอาต์พุตไว้ที่ประมาณ 24V/5A เพื่อใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ในระบบแบบ 24V และสามารเชื่อมต่อกับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆ ตามที่ต้องการ ทั้งนี้จากการทดลองวงจรที่ผ่านมาบอร์ดสามารถใช้งานได้เป็นปกติ ซึ่งในส่วนนี้ยังคงเป็นการทดลองบอร์ดต้นแบบ (Hardware) และในส่วนของการควบคุมแรงดันเอาต์พุตในการชาร์จแบตเตอรี่ (Stage of Change: SOC) จะต้องเขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานเพิ่มเติม (Software) เพื่อให้สามารถชาร์จได้อย่างเหมาะสม และสามารถเลือกตำแหน่งการให้พลังงานสูงสุดจากแผงโซล่าร์เซลล์ ณ ช่วงเวลาต่างๆ เพิ่มขึ้นกันต่อครับ.

Reference

Post Views: 955

Published by nattapon