Zero Current Switching (ZCS) Resonant M-Type DC-DC Buck Converter

ในโครงงานนี้เป็นเป็นการพัฒนากันต่อกับวงจรเรโซแนนท์คอนเวอร์เตอร์แบบ Zero Current Switching (ZCS) ชนิด M-Type ซึ่งโครงงานที่ผ่านมาจะเป็นชนิด L-Type โดยพัฒนาจากบอร์ดต้นแบบเดิมซึ่งรูปแบบการทำงานของคอนเวอร์เตอร์นี้ มีลักษณะการทำงานที่น่าสนใจอีกรูปแบบหนึ่ง และใช้ลักษณะของการออกแบบและคำนวณวงจรคล้ายกับโครงงานที่นำเสนอก่อนหน้านี้ครับ.

ZCS Resonant M-Type DC-DC Buck Converter — รูปที่ 1 แสดงลักษณะของการทดลองโครงงาน

รูปที่ 1 แสดงลักษณะของการทดลองโครงงานและเตรียมการทดลอง ซึ่งโดยส่วนใหญ่จะใช้อุปกรณ์และเครื่องมือในการทดลองเหมือนกับวงจรเรโซแนนท์คอนเวอร์เตอร์ (Resonant converter) ที่ผ่านมา

รูปที่ 2 แสดงลักษณะของวงจรเรโซแนนท์คอนเวอร์เตอร์เดิมจากการทดลองที่ผ่านมา และนำมาใช้ในการทดลองกับโครงงานนี้แต่ปรับตำแหน่งการเชื่อมต่ออุปกรณ์บางส่วนให้สามารถทำงานแบบ Zero Current Switching (ZCS) ชนิด M-Type

รูปที่ 3 แสดงลักษณะของบอร์ดต้นแบบเดิมซึ่งนำมาพัฒนาใหม่บางส่วน ให้เป็นวงจรเรโซแนนท์แบบบักคอนเวอร์เตอร์ ชนิด M-Type โดยปรับการเชื่อมต่อตำแหน่งตัวเก็บประจุเรโซแนนท์ (Cr) ด้วยสายไฟสีน้ำเงินไปยังจุดต่อใหม่เท่านั้น

รูปที่ 4 ตัวต้านทานโหลดขนาด 10 โอห์ม 20 วัตต์ 2 ตัว ต่อกันแบบอนุกรมสำหรับทดสอบการทำงาน โดยในการทดลองจะใช้การจั้มสายที่ตัวต้านทานเพื่อปรับค่าความต้านทานให้เป็น 5 โอห์ม 10 โอห์ม และ 20 โอห์มตามลำดับ สำหรับทดสอบการทำงานของวงจร

รูปที่ 5 แสดงค่าแรงดันอินพุตที่ใช้ในการทดลองโครงงาน โดยจะทดลองที่ประมาณ 20V-25V และในการทดลองครั้งนี้กำหนดที่ 21.04V

รูปที่ 6 แสดงการใช้อุปกรณ์ในการตรวจจับกระแส (กรอบสีแดง) ที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำเรโซแนนท์ (Lr) โดยการใช้ Closed Loop Current Sensor แบบทำขึ้นใช้งานเอง

รูปที่ 7 ถึงรูปที่ 9 ในการทดลองที่ 1 จะเห็นว่าลักษณะของสัญญาณแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุเรโซแนนท์ VCr เมื่อวงจรจ่ายกระแสโหลดที่ 0.58A จะคล้ายกับหลักการทำงานของวงจรเรโซแนนท์ชนิดนี้ และในการทดลองโครงงานจะใช้ความถี่สวิตชิ่งที่ประมาณ 78kHz และปรับค่าดิวตี้ไซเกิลไว้ที่ 50%

รูปที่ 10 ถึงรูปที่ 12 ในการทดลองที่ 2 เมื่อวงจรจ่ายกระแสโหลดที่ 1.08A จะเห็นว่าแรงดันทางด้านเอาต์พุตลดลงเล็กน้อยประมาณ 0.2V และรูปสัญญาณ VCr เปลี่ยงแปลงบ้างเล็กน้อยในช่วงตำแหน่งขอบขาลงของสัญญาณขับเกต

รูปที่ 13 ถึงรูปที่ 15 ในการทดลองที่ 3 เมื่อวงจรจ่ายกระแสโหลดที่ 1.99A จะเห็นว่าแรงดันทางด้านเอาต์พุตลดลงเล็กน้อย (ประมาณ 1.03V) เมื่อเทียบกับการทดลองครั้งที่ 1 และในส่วนของรูปสัญญาณ VCr เปลี่ยงแปลงเพิ่มขึ้นในช่วงตำแหน่งขอบขาลงของสัญญาณขับเกตเช่นกัน แต่การทำงานของวงจรยังคงเป็นปกติ

รูปที่ 16 รูปแสดงลักษณะของสัญญาณเมื่อวงจรอยู่ในสถานะสแตนบาย โดยในช่วงนี้แรงดันเอาต์พุตจะใกล้เคียงค่าแรงดันอินพุต

รูปที่ 17, 18 และรูปที่ 19 เป็นการวัดสัญญาณขับขาเกต (CH1) และสัญญาณวัดค่ากระแส (CH2) ที่กระแสโหลดค่าต่างๆ แต่ทั้งนี้แอดมินเองลืมปรับช่องวัดสัญญาณที่ 2 (CH2) จากการวัดค่าแรงดัน (หน่วยวัด) เป็นค่ากระแส ซึ่งหมายความว่าหน่วยการวัดค่าช่องสัญญาณที่ 2 เป็นค่า A นั้นเอง แอดมินต้องขอภัยสำหรับการวัดสัญญาณด้วยครับ.

รูปที่ 21 วงจรที่ทดลองออกแบบและใช้ในการทดลองโครงงาน

สำหรับโครงงานนนี้เป็นการนำเสนอวงจรเรโซแนนท์บักคอนเวอร์เตอร์อีกรูปแบบหนึ่งในชนิด M-Type ซึ่งคล้ายกับโครงงานที่ผ่านมาโดยจะเป็นลักษณะของวงจรขนาดเล็ก เพื่อเรียนรู้และศึกษาการทำงานของตัววงจรในลักษณะนี้ โดยเราสามารถนำแนวความคิด (Concept) ไปประยุกต์หรือพัฒานาให้ใช้งานในรูปแบบต่างๆ ตามที่ต้องการ ซึ่งโดยรวมจากการที่แอดมินทดลองมาทั้ง 3 โครงงาน พอสรุปได้ว่าวงจรทั้ง 3 ให้ประสิทธิภาพการทำงานสูงมากพอควรเมื่อเทียบกับวงจรบักคอนเวอร์เตอร์ทั่วไป แต่อาจจะต้องใช้เวลาในการออกแบบและคำนวณค่า Lr และ Cr เพิ่มขึ้นครับ และเช่นเดิมส่วนท้ายของโครงงานจะมีลิ้งก์เกี่ยวกับโครงงานเพิ่มเติมตามอ้างอิงข้างล่าง ซึ่งช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจหลักการและทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง รวมถึงตัวอย่างการออกแบบและเป็นแนวทางเบื้องต้นครับ.

Reference

Post Views: 1,050

Published by nattapon