Simple DC to DC Boost Converter with NE555N

อีกหนึ่งโครงงานสำหรับการนำไอซี NE555B มาพัฒนาเป็นวงจรบูทคอนเวอร์เตอร์ (Boost Converter) หรือเรียก Voltage multiplier และใช้ตัวเก็บประจุทำหน้าที่เก็บพลังงานในรูปของสนามไฟฟ้า แทนตัวเหนี่ยวนำซึ่งเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบทั่วไป เดิมแอดมินได้ทดลองโครงงานวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบกลับค่าแรงดันอินพุต (Inverting Voltage Converter) ก่อนหน้านี้ ซึ่งตัวอุปกรณ์และวงจรต่างๆ ยังคงอยู่บนบอร์ดทดลอง (Protoboard) ดังนั้น จึงปรับปรุงวงจรอีกเล็กน้อย เพื่อให้สามารถทำงานในรูปแบบของวงจรบูทคอนเวอร์เตอร์กันต่อครับ.

รูปที่ 1 เป็นการต่อวงจรบูทคอนเวอร์เตอร์ โดยส่วนใหญ่ใช้วงจรเดิมจากการทดลองวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบกลับค่าแรงดันอินพุต โดยปรับรูปแบบของอุปกรณ์ทางด้านเอาต์พุตเล็กน้อย

รูปที่ 2 วงจรที่ใช้ในการทดลองโครงงาน ซึ่งจะปรับปรุงการต่ออุปกรณ์ที่ตำแหน่ง C2, D3, D4 และตัวเก็บประจุ C3 โดยความถี่ของสัญญาณพัลซ์จะมีค่าเดิมที่ 13kHz แอมปริจูดที่ 10Vp-p และค่าดิวตี้ไซเกิลที่ 50%

ในรูปที่ 3, 4 และรูปที่ 5 จะเป็นการจำลองการทำงานของวงจรบูทคอนเวอร์เตอร์ โดยใช้ลักษณะของวงจรในรูปที่ 2 เป็นหลัก ทั้งนี้เพื่อสังเกตและการวิเคราะห์การทำงานในเบื้องต้น ที่จะช่วยให้เข้าใจการทำงานของวงจรได้ง่ายยิ่งขึ้น จากในรูปจะเห็นสัญญาณพัลซ์สีเหลืองที่ช่องวัดสัญญาณที่ 1 (CH1) คือสัญญาณจากเจนเนอร์เรเตอร์ (XFG2) โดยกำหนดความถี่ 13kHz ดิวตี้ไซเกิล 50% และขนาดแอมปริจูดเท่า 10Vp-p ในส่วนของช่องวัดสัญญาณที่ 2 (CH2) จะเป็นการวัดค่าแรงดันที่เอาต์พุตมีค่าเท่ากับ 19.049V

ในรูปที่ 6 เป็นการทำงานในโหมดที่ 1 เราจะสังเกตเห็นว่าที่แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงกระแสตรง V1 จะมีค่าเท่ากับ 10V จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน D1 และ D2 ตามลำดับ โดยกระแสที่ไหลผ่าน D2 จะมาเก็บประจุไว้ที่ C5 ส่วนหนึ่งประมาณ 10V อีกส่วนหนึ่งที่ไหลผ่าน D1 จะไปประจุที่ C6 (ตามทิศทางลูกศรสีแดง) ซึ่งสัญญาณพัลซ์จะต้องเป็นช่วงเวลา 0V (หมายเลข 1)

รูปที่ 7 เป็นการทำงานโหมดที่ 2 โดยในช่วงเวลานี้จะพิจารณาที่สัญญาณพัลซ์ในช่วงเวลาบวก (หมายเลข 2) ค่าแรงดันในช่วงเวลานี้จะไปรวมกับประจุไฟฟ้า C6 ที่เกิดขึ้นในโหมดที่ 1 จากนั้นจะส่งออกไปยัง D2 และมาฟิลเตอร์ที่ตัวเก็บประจุ C5 อีกครั้ง ซึ่งแรงดันเอาต์พุตจะมีค่าประมาณ 20VDC (หรือประมาณ 2*V1) ในส่วนของ D1 ช่วงเวลานี้จะได้รับไบอัสกลับนั้นเอง

ในรูปที่ 10 แสดงลักษณะของสัญญาณที่ได้จากการทดลอง โดยใช้ออสซิลโลสโคปซึ่งจะเห็นสัญญาณพัลซ์สี่เหลี่ยมช่องวัดสัญญาณที่ 1 (CH1) ที่ได้จากไอซี NE555N และมีขนาด 10Vp-p (ใช้ไฟเลี้ยงไอซีที่ 10VDC) ในส่วนของช่องวัดสัญญาณที่ 2 (CH2) จะเป็นค่าแรงดันเอาต์พุต (+Vo) และค่าแรงดันที่วัดได้เท่ากับ 19.5V ซึ่งวงจรสามารถจ่ายกระแสได้ประมาณ 100mA

ในโครงงานนี้เป็นอีกโครงงานหนึ่งสำหรับการนำตัวเก็บประจุมาทำหน้าที่เก็บพลังงานไฟฟ้าแทนตัวเหนี่ยวนำ เพื่อเป็นการเรียนรู้และทำความเข้าใจการประยุกต์ใช้งานตัวกับประจุในวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบหนึ่ง และในการทดลองโครงงานยังคงเป็นการทดลองแบบเบื้องต้น เพื่อเป็นแนวทางของการพัฒนาวงจรในรูปแบบต่างๆ ต่อไป ท้ายนี้แอดมินแนะนำลิ้งก์ข้อมูลอ้างอิงข้างล่างสำหรับศึกษาในเรื่องนี้เพิ่มเติมครับ.

Reference

1. https://sk.pinterest.com/pin/601582462703947891/
2. https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555-circuits-part-2.html
3. https://electronics.stackexchange.com/questions/320725/using-a-ne555-for-12v-boost-to-24v-to-power-an-amplifier
4. https://www.electronics-tutorials.ws/blog/voltage-multiplier-circuit.html
5. https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_multiplier
6. https://easyeda.com/