รายงานโครงงาน - web page for...

รายงานโครงงาน

เรอง

วงจรบสคอนเวอรเตอรชนดแกไขคาตวประกอบกาลง และ ลดกระแสฮาร โมนกสของวงจรดวยวธการมอดดเลตความกวางของพลสแบบปอนกลบแรงดน

Power factor correction and harmonics current improvement using voltage feedblack pwm method

นางสาวจราพนธ ชมพล นายรชานนท จนทรแกวมณ

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาครศาสตรอตสาหกรรมบณฑต ภาควชาครศาสตรไฟฟา

คณะครศาสตรอตสาหกรรม มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

ปการศกษา 2546

บทท 1

บทนา

1.1 ความเปนมาและความสาคญของปญหา ปจจบนน สวตชงเพาเวอรซพพลายไดเขามามบทบาทตอชวตเราอยางมากไมวาจะเปนเครองใชไฟฟา และอปกรณอเลกทรอนกสทใชงานกนอยทวไปตลอดจนแหลงจายไฟในหองทดลอง ซงแหลงจายไฟฟาเหลานตองมขนาดเลกและสามารถจายพกดกาลงไฟฟาไดสง เชน เครองคอมพวเตอรเปนตน สวตชงเพาเวอรซพพลาย (Switching power supply) เปนแหลงจายไฟฟากระแสตรง [1] แบบหนงทสามารถเปลยนระดบไฟฟากระแสตรงแรงดนตา ใหเปนไฟฟากระแสตรงทมระดบแรงดนสงหรอจากระดบแรงดนไฟฟากระแสตรงคาสงใหเปนไฟฟากระแสตรงทมระดบแรงดนตาได เพอทจะนาไปใชงานเหมอนกบแหลงจายไฟเชงเสน (Linear power supply) แตสวตชงเพาเวอรซพพลายมขอดทเหนอกวาเมอนามาเปรยบเทยบกบแหลงจายไฟเชงเสนคอมขนาดทเลกกวาและประสทธภาพดกวา [2] ในสวนของสวตชงเพาเวอรชพพลาย นนจะประกอบไปดวยวงจร และอปกรณตางๆ ทางดานอเลกทรอนกส เชน วงจรเรกตไฟเออร (Rectifier Circuit) , วงจรฟลเตอร (Filter Circuit) ,วงจรคอนเวอรเตอร (Converter Circuit) ซงวงจรเหลานจะใชอปกรณอเลกทรอนกส อาทเชนไดโอด (Diode) สาหรบเรยงกระแสไฟสลบใหเปนไฟกระแสตรง และใชตวเกบประจ สาหรบเปนตวกรองสญญาณทางดาน Output ใหเรยบขน กอนทาการสงออกทาง Outputของวงจร ซงจะสงผลกระทบตอรปคลนของกระแสทางดานเขาของวงจรโดยทาใหรปคลนผดเพยนไป จากรปไซนและมคาตวประกอบกาลงไฟฟาตา [3] กระแสทผดเพยนนประกอบไปดวย กระแสทความถมลฐาน (Fudamantal) และกระแสทฮารโมนกสระดบอนๆ ซงกระแสฮารโมนกสน จะสงผลใหอปกรณไฟฟาเกดความรอนมากขน หากมแหลงจายทเกดกระแสชนดนมากๆ จะสงผลเสยตอระบบไฟฟาอยางมาก ซงจะทาใหคาประสทธภาพโดยรวมของระบบไฟฟามคาตาลง

ปจจบนนจงมการกาหนดมาตรฐานสากลเพอควบคมปรมาณ ของกระแสฮารโมนกส ไมใหมคาเกนกวาทมาตรฐานกาหนดไว [4] เชนมาตรฐาน IEC 6100-3-2 เปนตน

2

ดวยเหตดงทกลาวมาทงหมดน ผจดทาจงไดคดวธการควบคมกระแสอนพตใหไดใกลเคยงรปคลนไซนมากทสดและมคาตวประกอบกาลงทดขนกวาเดม ซงรปแบบทนยมในปจจบน คอ การใชวงจรเรยงกระแสแบบวธสวตช (Switch mode rectifier :SMR) และใชเทคนคการสวตชแบบมอดเลตความกวางของพลส (Pulse Width Modulation : PWM) [5] เพราะวธการน สามารถควบคมขบเคลอนกระแสสลบทไดผลด เพราะมความแมนยาและคอนขางมประสทธภาพสง และวงจร Converter แบบหนงทผจดทาไดนามาใชกบเทคนค SMR และไดผลด คอ Boost Converter Circuit ซงเปนวงจร Converter แบบทบระดบ เนองจากวงจร SMR ควรจะมกระแสดานเขาเปนรปไซน และมเฟสตรงกบแรงดนเพอทาใหคาตวประกอบกาลงมคาใกลเคยงหนง (PF ใกลเคยง 1 ) มากทสด[6] และกระแสดานเขาของวงจรทบระดบเปนกระแสแบบตอเนอง[3] จงสามารถปรบสณฐานของรปคลนไซนไดงายกวาวงจรทอนทบระดบ (Buck Boost) ซงกระแสดานเขาจะไมตอเนอง โดยโครงงานนผจดทาไดใชหลกการมอดเลตความกวางของพลสแบบปอนกลบแรงดนดานออกของวงจร วงจรควบคมแบบควบคมแรงดน (Voltage Mode Control) จะอาศยการตรวจจบการเปลยนแปลงคาของแรงดนทเอาตพต มาทาการควบคมชวงเวลาการนากระแสของ POWER MOSFET เพอการคงคาแรงดนทางดานเอาทพต แตโครงงานน ยงคงเนนในเรองของการทางานทงายไมซบซอน และมความสะดวกในการนาไปใชงานจรงและการสรางอปกรณทนามาใชงานเปนอปกรณพนฐานทรจกกนโดยทวไป มความถกตองแมนยา เชอถอได ราคาประหยด และสามารถนาไปใชประโยชนไดอยางเตมประสทธภาพ และยงนาไปพฒนาตอไป

1.2 วตถประสงค เพอลดกระแสฮารโมนกสขาเขาของวงจร Boost Converter ใหมคาอยในเกณฑมาตรฐาน IEC 6100-3-2 โดยใชวธการมอดเลตความกวางของพลสแบบปอนกลบแรงดน

1.3 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ

1.3.1 สามารถลดกระแสฮารโมนกสขาเขาของวงจร Boost Converter ใหอยในระดบมาตรฐาน IEC 1000-3-2 ได

1.3.2 คาตวประกอบกาลงทางดานอนพต มคาใกลเคยง 1 1.3.3 สามารถนาไปพฒนาและประยกตตอไปได

3

1.4 ขอบเขตของโครงงาน 1.4.1 โหลดทใชทดสอบเปนแบบความตานทาน (Resistance)

1.4.2 สามารถจายพกดโหลดได 50 วตต 1.4.3 การควบคมแรงดนแบบวงจรปด (Close Loop) 1.4.4 ภาคการควบคมเปนแบบอนาลอก (Analog Control) 1.4.5 ความถทใชในการสวตชง เทากบ 25 KHz

1.4.6 ใชเทคนค PWM ในการสวตซ 1.4.7 เทคนคการมอดเลตเปนแบบ อะซงโครนส (Asynchronous)

4

บทท 2

ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ 2.1 คอนเวอรเตอรไฟฟากระแสตรง (DC – DC CONVERTER)

สวนประกอบทสาคญของสวตชงเพาเวอรชพพลายสวนหนงกคอวงจรคอนเวอเตอรไฟฟากระแสตรง ซงเปนวงจรทสรางมาจากอปกรณ อเลกทรอนกสกาลง ซงวงจรอเลกทรอนกสกาลงน มกจะทาใหเกดปญหาแกสายสง คอ การกาเนดของกระแสฮารโมนกส วธการแกปญหาหนงกคอ การตอวงจรเรยงกระแสฮารโมนกสและวงจรกรองการกาเนดการแทรกสอดทางแมเหลกไฟฟา (EMI) อกวธหนงกคอ การออกแบบวงจรอเลกทรอนกสกาลงใหมประสทธภาพ เพอลดปญหาทงสอง วงจรอเลกทรอนกสกาลงไดแก 2.1.1 วงจรบสคอนเวอรเตอร (Boost Converter) วงจรบสคอนเวอรเตอร (Boost Converter) เปนวงจรทใชสาหรบการแปลงแรงดนไฟฟาทางดานเอาตพต (Output) ใหมคามากกวาแรงดนทางดานอนพต (Input) ทปอนเขามาในวงจรหรอเรยกอกอยางหนงวา วงจรทบระดบ (Step-up Conver - ter) วงจรบสคอนเวอรเตอรจะใชมอสเฟสกาลง (MOSFET) หรอไอจบท (IGBT) ดงรปท 2-1 ทาหนาทแทนสวตช โดยจงหวะหรอความถในการสวตชจะถกควบคมจากวงจรขบอกทหนง

รปท 2-1 แสดงวงจรบสคอนเวอรเตอร (Boost Converter)

จากรปท 2-1 เราสามารถพจารณาการทางานของบสคอนเวอรเตอร (Boost Converter) ในแตละโหมด (Mode) การทางานตามการปด-เปด ของสวตชไดดงน

5

โหมด 1 เมอสวตชปด (Mode 1 Switch On)

รปท 2-2 แสดงวงจรสมมลยของวงจรบสคอนเวอรเตอร (Boost Converter) ขณะสวตชปด (Switch On) การทางานในโหมด (Mode) นของวงจรบสคอนเวอรเตอร(Boost Converter) จะเหนไดวาเมอสวตชปด (Switch On) พลงงานไฟฟาจากแหลงจาย (Vs) จะจายใหไปสะสมอยในตวเหนยวนาไฟฟา (L) ในระยะเวลาหนงในชวงเวลาทสวตชปด (Switch On) อยโดยแรงดนไฟฟาทตวเหนยวนาจะมคาเทากบแรงดนไฟฟาทแหลงจาย (Vs) ตามกฎแรงดนของเคอรชอฟ โหมด 2 สวตชปด (Mode 2 Switch Off)

รปท 2-3 แสดงวงจรสมมลยของวงจรบสคอนเวอรเตอร (Boost Converter) ขณะสวตชเปด (Switch Off) การทางานในโหมด (Mode) นพลงงานไฟฟาจากแหลงจาย (Vs) และพลงงานไฟฟาทสะสมอยในตวเหนยวนาจะถกสงมาใหยงโหลด โดยพลงงานไฟฟาทได รบจากตวเหนยวนาเกดจากการคายพลงงานไฟฟาของตวเหนยวนา หลงจากทไดสะสมพลงงานไวในชวงเวลาททางานในโหมดสวตชเปด (Mode Switch On) และจากการทโหลดไดรบพลงงาน

6

ไฟฟาทแหลงจายและการคายพลงงานของตวเหนยวนานเอง สงผลตอแรงดนไฟฟาทางดานเอาตพต (Out put) มคาสงกวาแรงดนไฟฟาทางดานอนพต (Input) จากการทางานของวงจรทง 2 โหมดน ทาใหเหนไดชดวา วงจรบสคอนเวอรเตอร (Boost Converter) จะมการจายพลงงานไฟฟาใหกบโหลดอยตลอดเวลา ถงแมวาจะมบางสวนทสวตชไมไดทางานกตาม และจากความสมพนธของการทางานของ วงจรบสคอนเวอรเตอร (Boost Converter) ทง 2 โหมดน เราสามารถหาคาแรงดนไฟฟาขาออกไดจากสมการ

D1V

V sa −= (2.1)

เมอ D คอ คาของ ดวตไซเคล (Duty Cycle) ซงหาไดจาก

Tst

D on= (2.2)

2.2 วงจรควบคมในโหมดควบคมจากแรงดน (Voltage Mode Control) เนองจากคอนเวอรเตอรเกอบทกแบบจะคงคาแรงดนเอาตพตไดดวยการควบคมชวงเวลานากระแส (tON)ของเพาเวอรทรานซสเตอร ดงนนวงจรควบคมการทางานของคอนเวอรเตอรโดยทวไปจงมกนยมใชเทคนคพลสวดทมอดเลชน (Pulse Width Modulation – PWM) เปนหลกการใช PWM เพอควบคมชวงเวลานากระแสของเพาเวอรทรานซสเตอรในคอนเวอรเตอรสามารถทาไดสองลกษณะ คอ ควบคมจากแรงดน และ ควบคมจากกระแส โดยในทนจะขอกลาวเฉพาะสวนทเกยวของเทานน การทางานของวงจรควบคมในโหมดแรงดน (Voltage Mode Control) จะอาศยการตรวจจบการเปลยนแปลงคาของแรงดนทเอาตพตมาควบคมชวงเวลานากระแสของเพาเวอรทรานซสเตอร เพอการคงคาแรงดนเอาตพตเปนหลก วงจรพนฐานเปนดงรปท 2-4

7

รปท 2-4 แสดงวงจรพนฐานสาหรบการควบคมในโหมดควบคมจากแรงดน

จากรปท 2-4 วงจรควบคมจะอาศยการปอนกลบคาแรงดนทเอาตพต และเปรยบเทยบกบแรงดนอางอง Vref ของวงจร เพอตรวจจบการเปลยนแปลงของแรงดนทเอาตพต คาความแตกตางทไดจะถกขยายโดยวงจรขยายความแตกตาง E/A กอนทจะสงตอไปยงวงจร PWM โดยคาแรงดนทไดจากวงจรขยายความแตกตาง E/A ทตาแหนง A จะถกเปรยบเทยบกบแรงดนรปฟนเลอนทตาแหนง B ของ PWM อกครงหนง เอาตพตทไดจากวงจร PWM จะมลกษณะเปนพลสสเหลยม ซงมคาบเวลาคงทเทากบคาบเวลาของแรงดนรปฟนเลอย และมความกวางของพลสซงเปลยนแปลงไปตามผลการมอดเลตของคาแรงดนทตาแหนง A และ B คาความกวางของพลสนเองทจะเปนตวกาหนดชวงเวลานากระแสของเพาเวอรทรานซสเตอรในคอนเวอรเตอร

รปท 2-5 แสดงลกษณะความกวางของพลสจาก PWM

8

2.3 เพาเวอรมอสเฟต (Mosfet Power Transistor) มอสเฟต(MOSFET : METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR) หรอเรยกอกอยางหนงวา อกเฟท (IGFET : INSULATED GATE FIELD EFFECT TRANSISTOR) สามารถแบงออกเปน2 ลกษณะคอแบบเอน (N CHANNEL) และ แบบพ (P CHANNEL) เพาเวอรมอสเฟต (MOSFET POWER TRANSISTOR) สามารถทางานไดดทความถตงแต 50 กโลเฮรตซ ไปจนถงประมาณ 200 หรอ 400 กโลเฮรตซ เนองจากมนใชเวลาในการเปลยนสถานะคอนขางสน เพาเวอรมอสเฟตจงไดเขามาแทนทไบโพลารทรานซสเตอรไดอยางรวดเรวในการผลตสวตชงเพาเวอรซพพลาย 2.3.1 กาลงงานสญเสยในรปความรอนของเพาเวอรมอสเฟต

กาลงงานทเกดขนในเพาเวอรมอสเฟตขณะททางานนน เปนไปได 2 ลกษณะ เชนเดยวกบไบโพลารทรานซสเตอร คอ กาลงสญเสยขณะเปลยนสถานะ และกาลงสญเสยขณะนากระแส แตสาหรบเพาเวอรมอสเฟตจะมชวงเวลาการนากระแส และชวงการหยดนากระแสสนกวาไบโพลารทรานซสเตอรมาก เพราะโครงสรางของเพาเวอรมอสเฟตจะไมมประจสะสมเกดขน จงไมมปญหาในลกษณะเดยวกบแบบไบโพลารทรานซสเตอร อยางไรกตามเพาเวอรมอสเฟตจะมความตานทานขณะตวมนนากระแสคอนขางสง การสญเสยในเพาเวอรมอสเฟตขณะนากระแสจงสงกวาไบโพลารทรานซสเตอรในรปท 2 -6 แสดงลกษณะการตอบสนองของเพาเวอรมอสเฟตเมอทางานเปนสวตช

ถงแมวาชวงเวลาเรมนากระแส และหยดนากระแสของเพาเวอรมอสเฟสจะคอนขางสน แตโดยทวไปเพาเวอรมอสเฟตมกจะถกใชงานทความถสง การใชงานทความ-ถสงกวา 50 กโลเฮตรซ การคดคากาลงสญเสยขณะทางานจาเปนตองนาคากาลงงานสญเสยขณะเปลยนสถานะมาคดดวย เนองจากชวงเวลาเรมหยดกระแส ( TURN OFF TIME) กบชวงเวลาเรมนากระแส (TURN ON TIME) ของเพาเวอรมอสเฟตมคาใกลเคยงกน จงตองนามาคดทงสองชวงเวลาดวย ดงนน กาลงงานสญเสยของเพาเวอรมอสเฟตขณะทางาน PD มคาเทากบ

PD = PSW (on) + PSW (off) + PC (2.3) PSW (on) = 0.5IPK (on) . Vin .t r / T (2.4) PSW (off) = 0.5IPK (off) . V in .tf / T (2.5) PC = I2

Drms XRDSON (Tj) (2.6)

9

รปท 2 – 6 แสดงลกษณะของกระแส และแรงดนตกครอมเพาเวอรมอสเฟตเมอเรมนากระแส และ เรมหยดนากระแส เมอ PSW (ON) คอ กาลงงานสญเสยขณะเรมนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต PSW (OFF) คอ กาลงงานสญเสยขณะเรมหยดนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต PC คอ กาลงงานสญเสยขณะนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต IPK (ON) คอ คากระแสสงสดขณะเรมนากระแส IPK (OFF) คอ คากระแสสงสดขณะเรมหยดนากระแส RDS (ON) (Tj) คอ คาความตานทานระหวางเดรนและซอรสทอณหภมรอตอสงสด ขณะทางานของเพาเวอรมอสเฟต tr คอ ชวงเวลาเรมนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต tf คอ ชวงเวลาเรมหยดนากระแสของเพาเวอรมอสเเฟต 2.3.2 เงอนไขของการขบเพาเวอรมอสเฟต การขบเพาเวอรมอสเฟตใหนากระแสนน แตกตางจากการขบกระแสไบแอสในไบโพลารเพาเวอรทรานซสเตอร เนองจากมเงอนไขในการไบแอสตางกน สาหรบไบโพลารเพาเวอรทรานซสเตอรกระแสจะไหลผานคอลเลคเตอร และอมเตอรไดกตอเมอ มกระแสไบแอสไหลผานทเบสและอมเตอร แตเพาเวอรมอสเฟตจะมกระแสไหลผานทงเดรนและซอรสมคาอยางตาเทากบคาแรงดนขดเรม (Threshold Voltage) ของมนแตใชกระแสตา การขบเพาเวอรมอสเฟต นากระแสจงทาไดงาย และ

10

ยงยากนอยกวาไบโพลารเพาะเวอรทรานซสเตอรมาก อยางไรกตามเพอใหเพาเวอรมอสเฟตทางานไดอยางมประสทธภาพสงสดจงจาเปนตองศกษาเงอนไขตาง ๆ สาหรบการบงคบใหเพาเวอรมอสเฟตนากระแสเปนอนดบแรกเสยกอน

2.3.3 คาความจไฟฟาดานอนพต (Input Capacitance) เนองจากลกษณะโครงสรางภายในตวเพาเวอรมอสเฟต จะเหมอนกบม

ตวเกบประจตออยรอบ ๆ ขา ตาง ๆ ของมอสเฟตดงในดงรป 2-7 แสดงตวเกบประจเหลาน บงคบใหเพาเวอรมอสเฟตตองชารจประจเขาไปทตวเกบประจเสยกอนเพอใหแรงดนตกครอมทขาเกต (VGS) มคาเพมขนจนถงคาแรงดนขดเรม เพาเวอรมอสเฟตจงจะนากระแส ในทางกลบกนการหยดนากระแสของเพาเวอรมอสเฟตจะตองทาใหแรงดนเกบประจ คายประจออกไปจนแรงดนทตกครอมทขาเกต (VGS) มคาลดลงตากวาคาแรงดนขดเรมโดยทวไปแลวคาความจของตวเกบประจในตวเพาเวอรมอสเฟตนเอง จะเปนตวกาหนดความเรวในการเปลยนแปลงสถานะของมน

รปท 2–7 ตวเกบประจแฝงทตอยทขาตาง ๆ ภายในตวเพาเวอรมอสเฟต

2.3.4 การกาหนดเวลาในการเปลยนสถานะ

ปกตแลวผผลตจะใหกราฟของแรงดน ( VGS ) ทเพมขนในขณะทคาประจสะสมทขาเกตเพมขน(Gate Charge Chart) มาในขอมล (Data Sheet) ดวยกราฟน มประโยชนมากในการคานวณคากระแสไบแอสเกต และเวลาในการเปลยนแปลงสถานะของเพาเวอรมอสเฟต ลกษณะของกราฟแบงออกเปน 3 ชวง ตามผลของประจทเพมขน คอชวงเวลาหนวงกอนเรมนากระแส (turn on delay : to) ชวงเวลาเรมนากระแส (rise time) t 1 t 2 ชวงเวลาสะสมประจสวนเกน (excess charge time) t 2 t 1

11

รปท 2 – 8 ตวอยางของ Gate Charge Chart

เมอเพาเวอรมอสเฟตเรมชารจประจทขาเกตจนกระทงชวงเวลาหนวงกอนเรมนากระแสเมอแรงดนขาเกตมากกวาแรงดนขดเรมตน (VGS(th)) จงเรมมกระแสไหลผานเดรนและซอรสทเวลา t0 คาของแรงดนจะยงไมลดลจนกวาจะผานเวลาท t1 แรงดนตกครอมเดรนและซอรส (VDS) จงมคาลดลงอยางรวดเรวจากคาแรงดนทประมาณ 90% จนเหลอเพยง 10% ของคาแรงดนตกครอม (VDS) สงสดเพาเวอรมอสเฟตจะนากระแสไดอยางเตมทในชวงเวลาเรมนากระแส t1 และ t2 นเอง และแรงดนทตกครอมขาเกต (VGS) จะคงทจนกวาเพาเวอรมอสเฟตจะสามารถนากระแสไดอยางเตมท ในเวลาสะสมประจสวนเกน คาความตานทานระหวางเดรนและซอรสจะมคาลดลงไดเรอย ๆ หากปลอยใหมการสะสมประจตอไปในชวงเวลา t2 ถง t3 จะทาใหเกดการหนวงขณะเรมหยดนากระแส เนองจากเพาเวอรมอสเฟตจะตองใชเวลามากในการคายประจสวนเกนนทงไป ดงนนการขบเพาเวอรมอสเฟตทขาเกตดวยแรงดนสงเกนความจาเปน จะทาใหชวงเวลาหยดนากระแสเพมขนซงเปนผลเสย 2.3.5 ขอพจารณาในการเลอกเพาเวอรมอสเฟต

สาหรบเพาเวอรมอสเฟต การเกดเซคนดารเบรดาวนเชนในไบโพลารเพาะเวอรทรานซสเตอรจะไดเกดขน เพราะคาความตานทานระหวางขาเดรน และขาซอรสขณะนากระแส (RDS(on) ) ของมนมคาเพมขนเมออณหภมเพมขน ทาใหกระแสทไหลผานมคานอยลง ตางจากกรณไบโพลารทรานซสเตอรขณะเกดเซคนดารเบรกดาวน เมอ

12

อณหภมเพมขนกระแสจะไหลผานมากยงขน ซงจะเกดการพงเสยหายไดอยางรวดเรวเพาเวอรมอสเฟตจงมพ-กดความปลอดภยในกราฟเอสโอเอ (SOA) กวางกวาเมอเทยบกบไบโพลารทรานซสเตอร และเนองจากเพาเวอรมอสเฟตไมเกดเซคนดารเบรกดาวน อตราทนกาลงสญเสยสงสดของมนจะถกจากดดวยคาความรอนทเกดขนทรอยตอภายในดวมนเทานน 2.3.6 พกดความปลอดภยเอฟบเอสโอเอ (FBSOA) ขดจากดทพกดปลอดภยเอฟบเอสโอเอ (FBSOA) ของเพาเวอรมอสเฟตนนอาจแบงออกไดเปน 4 ลกษณะ ดงน 2.3.6.1 ขดจากดแรงดนตกครอมเดรนและซอรส (VDS) สงสดทสามารถทนได 2.3.6.2 คากระแสเดรน (ID) สงสดทสามารถทนได และไมทาใหโครง-สรางภายในเสยหาย 2.3.6.3 ขดจากดเนองจากคาความตานทาน ขณะนากระแส (RDS(on)Limit) 2.3.6.7 ขดจากดการระบายความรอนของตวถง (SSOA) 2.3.6.8 พกดความปลอดภยของเอสเอสโอเอ (SSOA) เอสเอสโอเอ (SSOA) เปนกราฟแสดงกระแส และแรงดนใชงานทปลอดภยของเพาเวอรมอสเฟต ขณะเปลยนสถานะ การใช เอสเอสโอเอ (SSOA) สามารถใชไดทงการพจารณาพกดปลอดภยทงชวงเวลาเรมจะนากระแส และชวงเวลาจะหยดนากระแสของเพาเวอรมอสเฟต

2.3.7 ขอดของเพาเวอรมอสเฟตเทยบกบทรานซสเตอร มอสเฟตเปนอปกรณทควบคมดวยแรงดนซงสามารถควบคมไดงาย

และวงจรทใชในการควบคมนนงายกวาเพราะทรานซสเตอรเปนอปกรณทควบคมดวยกระแสทาใหตองใชวงจรจายกระแสเบสไดอยางเพยงพอ เพอใหทรานซสเตอรทางานไดอยางเตมอมนนซบซอนกวามอสเฟตมความเรวในการสวตชงสงกวาทรานซสเตอร เนองจากมอสเฟตเปนอปกรณประเภทไบโพลาร ทาใหไมเกดการสะสมประจกบทรานซสเตอร ซงมผลตอความเรวในการ สวตชงของทรานซสเตอร 2.3.8 การระบายความรอนสาหรบเพาเวอรมอสเฟต กาลงสญเสยในรปความรอนของเพาเวอรมอสเฟตขณะทางานเปนเรองทไมสามารถหลกเลยงได กาลงสญเสยทเกดขนในเพาเวอรมอสเฟต ทาใหความรอนท

13

รอยตอและอณหภมทรอยตอ (Tj) ของสารกงตวนาภายในเพาเวอรมอสเฟตจะมคาเพมขนหากไมมการระบายความรอนออกไปจากตวถงแลวอณหภมทรอยตอจะเพมขนอยางรวดเรวจนคาอณภมสงสดทรอยตอจะทนไดทาใหเกดการพงเสยหาย เพาเวอรมอสเฟตโดยทวไปจะมอณหภมทรอยตอ ( Tj ) สงสดขณะทางานประมาณ 150 องศาเซลเซยส ถง 200 องศาเซลเซยส ขนอยกบสารกงตวนาและลกษณะของตวถง วธทงายทสดของการระบายความรอนคอการตดแผงระบายความรอนไดอยางเหมาะสมแผนระบายควรามรอนทมขนาดใหญเกนไปจะสนเปลองคาใชจายและกนเนอทมาก ในทางตรงกนขาแผนระบายความรอนทมขนาดเลกจะไมสามารถระบายความรอนไดเพยงพอ เพาเวอรมอสเฟตจะรอนและอายการใชงานจะสนลง การลดความรอนทรอยตอทาไดโดยการถายเทความรอน ทเกดขนออกจากรอยตอผานตวถงของเพาเวอรมอสเฟต และเมอตดแผนระบายความรอนเขาทตวถง ความรอนจะถกถายเทผานแผนระบายความรอนออกไปสอากาศรอบขาง จนเกนสมดลความรอน ทรอยตอจะลดลงได เนองจากวตถแตละชนดมการระบายความรอนผานตวมนไดไมเทากน ความสามารถในการระบายความรอนไดมากหรอนอยอาจกลาวไดวาวสดมความตานทานความรอน หรอ ไมเทากน คอเมอใหพลงงานความรอนผานวสดจะสามารถระบายความรอนผานตวมน โดยมความตานพลงงานความไมใหผานไปไดงาย ๆ ซงอาจทาใหตวมนมอณหภมเพมขน ดงนนการระบายความรอนของเพาเวอรมอสเฟตจะรอน และอายการใชงานจะสนลง วงจรสมดลในลกษณะการระบายความรอนไดดงรป 2-9

รปท 2-9 แสดงวงจรสมมลของการถายเทความรอนออกจากเพาเวอรมอสเฟตดวยแผนระบายความรอนไปยงอากาศรอบขาง และทอณหภมรอยตอ (Tj) หลงตดแผนระบายความรอนอาจคานวณไดจากสมการสมมลดงน

14

Tj = PD (ROjC+ROCS+ROSA)+TA เมอ DP = คากาลงงานสญเสยทเกดขนในตวของเพาเวอรมอสเฟต

AT = คาอณหภมแวดลอมของระบบมหนายเปน องศาเซลเซยส θjcR = คาความตานทานความรอนระหวางรอยตอและตวถง มหนวยเปนองศา เซลเซยสตอวตต θCSR = คาควาาตานทานความรอนระหวางตวถงและแผนระบายความรอน มหนวย เปนองศาเซลเซยสตอวตต θSAR = คาความตานทานความรอนระหวางแผนระบายความรอน และอณหภม แวดลอมมหนายเปนองศาเซลเซยสตอวตต

ปกตผผลตระบคา θjcR , θCSR , θSAR มาพรอมกบแผนขอมล (DATA SHEET) สวนคาจะขนอยกบลกษณะการยดตดของตวถงของเพาเวอรมอสเฟตกบแผนระบายความรอน θSAR จะขนอยกบวสดและขนาดรปรางของแผนระบายความรอนทใชจากสมการขางตนจะเหนไดวาคา θR ยงมคานอยจะยงด

ตารางท 2.1 คาความตานทานความรอนของฉนวนทใชคน

ขนาดของตวถง ลกษณะผวสมผสและแรงกดยดตวถงเขากบแผนระบายความรอนจะมผลโดยตรงตอคา θjcR การใชแผนฉนวนคนระหวางตวถงกบแผนระบายความรอนจะทาใหคา θCSR เพมขน แตอาจจะลดลงไดโดยการทาครมระบายความรอนเชน ครมซลโคลน การทาครมระบายความรอนจะทาใหคา θCSR ลดลงไดเนองจากครมระบายความรอนจะชวยลดชองวางผวสมผสใหนอยลง

15

2.4 ไดโอด (Diode) 2.4.1 กาลงสญเสยในรปความรอนของไดโอด

ไดโอดเปนอปกรณอกตวหนงของสวตชชงเพาเวอรซพพลายทไมอาจมองขามการเกดกาลงสญเสยในรปความรอนขณะมนทางานได เนองจากตองทางานทความถสงกาลงงานทสญเสยทเกดขนในตวไดโอดจะเกดขนได 2 ลกษณะเชนเดยวกบเพาเวอรทรานซสเตอร คอ กาลงงานสญเสยขณะนากระแสและกาลงงานขณะเปลยนสถานะการใชงานของไดโอดทความถตาๆ กาลงงานสญเสย สวนใหญจะเกดจากขณะมการนากระแสแตทความถสงกาลงสญเสยขณะเปลยนแปลงสถานะของไดโอดจะมคาสงดวยและมผลตอกาลงงานสญเสยทงหมดทเกดขนในไดโอด ดงนนจงจาเปนตองเลอกชนดของไดโอดใหถกตอง เพอลดการเกดกาลงงานสญเสยทเกดขน

ขณะทไดโอดนากระแสจะมแรงดนตกครอมทไดโอดเกดขน ทาใหแรง-ดนตกครอมไดโอดขณะนากระแสซงมคาขนอยกบคากระแสทไหลผานตวมน โดยทไดโอดจะมกาลงสญเสยเทากบ

PD = VF.IF (2.6)

เมอ PD = คากาลงงานสญเสยในรปความรอนของไดโอดขณะนากระแส VF = คาแรงดนตกครอมไดโอดขณะนากระแส IF = คากระแสทไหลผานไดโอด

ไดโอดจะเกดกาลงการสญเสยไดมากทสดขณะเปลยนสถานะเมอเรมหยดนากระแส ซงมผลมาจากการเกดประจสะสมขนในตวไดโอดขณะนากระแสโดยกอนทไดโอดจะตอบสนองตอแรงดนไบแอสกลบและปองกนไมใหกระแสไหลยอนทางได ไดโอดจะตองลดประจสะสมเหลานออกไปเสยกอน ประจสะสมจะมผลทใหเกดกระแสไหลยอนกลบผานตวไดโอดได ขณะทมแรงดนไบแอสกลบตกครอมอยและไดโอดตองใชเวลาสวนหนงเพอลดประจสะสมออกไปจงจะสามารหยดกระแส ไบแอสกลบได เวลาทใชในการลดประจนเรยกวา ชวงเวลาคนตว (Reverse recovery time ; trr ) ลกษณะตอบสนองตอแรงดนและกระแสของไดโอดจะเปน ดงรป

16

รปท 2-10 แสดงลกษณะของกระแสและแรงดนตกครอมไดโอดขณะเรมหยดนากระแส

ชวงเวลาคนตว (trr) จะขนอยกบคาสะสมประจ ซงเปนผลโดยตรงจากการทม

กระแสไหลผานไดโอดขณะถกไบแอสตรง รวมทงการใชไดโอดในลกษณะตางๆกนจะใหคา (trr) ทแตกตางกนออกไปดวย จะเหนไดวาชวงเวลาคนตว (trr) นไดโอดจะมกระแสไหล ขณะทมแรงดนตกครอมสง และจะเกดกาลงงานสญเสยขนสง เมอใชไดโอดทความถสง

ลกษณะทสาคญอกอยางหนงของไดโอด คอ ความนมนวลในการคนตว (Softness Recovery) ทความถสงๆ ลกษณะการคนตวของไดโอดจะมผลตอการเกดสญญาณรบกวน (RFT) ของสวตชงเพาเวอรซพพลายคาความนมนวลในการคนตวของไดโอดจะกาหนดโดยคาความชนทขอบขาขนของกระแสในชวงเวลาคนตว dIR/dt ไดโอดทมคาความชน dIR/dt นอยๆ จะมลกษณะการคนตวอยางนมนวล และใหคาสญญาณรบกวน RFT เกดขนตาๆ แตจะมชวงเวลาคนตว (trr) มากและเกดกาลงสญเสยไดมากดวย 2.4.2 ชนดและการเลอกใชงานไดโอด

เนองจากคอนเวอรเตอรจะมคาความถการทางานของวงจรตงแต 20 กโล-เฮรตซขนไป ไดโอดทใชในคอนเวอรเตอรจงจาเปนตองมคณสมบตทวไปดงน คอ

1. มแรงดนตกครอมขณะนากระแสตา 2. มชวงคนตว (trr) สน 3. สามารถทนกาลงไดสง ซลคอนไดโอดทใชในวงจรเรกตไฟเออรทวๆไปจะไมสามารถใชกบ

คอนเวอรเตอรได เนองจากมคาคนตวมาก กาลงงานสญเสยในรปของความรอน จะเกดขนสงและมประสทธภาพตา ปกตไดโอดทใชในคอนเวอรเตอรควรเลอกใชไดโอด 3 ชนด ดงตอไปน

17

1. ฟาสต-รคพเวอรไดโอด (Fast Recovery Diode) 2. อลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด (Ultra Fast Recovery Diode) 3. ชอตตกไดโอด (Schottky Diode) - ฟาสต-รคพเวอรไดโอดและอลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด

ฟาสต-รคพเวอรไดโอด มชวงเวลาในการคนตวประมาณ 200 ถง 750 นาโนวนาท ซงสนกวาซลคอนไดโอดมาก และ ฟาสต-รคพเวอรไดโอด มอตราการทนแรงดนไบแอสกลบไดสงถง 1,000 โวลต สวนอลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด จะมชวงเวลาในการคนตวประมาณ 25 ถง 100 นาโนวนาท และมอตราการทนแรงดนไบแอสกลบไดสงถง 1,000 โวลตเชนเดยวกน แรงดนตกครอมขณะนากระแส (VF) ของไดโอดทง 2 ชนดมคาอยในชวงเดยวกน คอ 0.6 ถง 1.5 โวลต

เนองจากแรงดนตกครอมขณะนากระแส (VF) ของฟาสต-รคพเวอรได-โอดและอลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด ไดโอดมคาคอนขางสง ไดโอดทง 2 ชนดนจงเหมาะกบคอนเวอรเตอรทมคาแรงดนเอาตพต 12 โวลตขนไป - ชอตตกไดโอด

ชอตตกไดโอด มคาแรงดนตกครอมขณะนากระแสคอนขางตาประมาณ 0.5 โวลต จงเหมาะกบคอนเวอรเตอรทมคาแรงดนเอาตพตตาๆ และกระแสสงๆ เชน คาแรงดนเอาตพตเทากบ 5 โวลต เนองจากลกษณะโครงสรางภายในทแตกตางจากฟาสต-รคพเวอรไดโอดและอลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด - รคพเวอรรไดโอด

ชอตตกไดโอดจะไมเกดประจสะสมขนภายในตวมนขณะนากระแส ชวงเวลาคนตวของชอตตกไดโอดจงมคาสนมาก โดยมคานอยกวา 10 นาโนวนาท และอาจถอวาชอตตกไดโอดไมมกาลงงานสญเสยในชวงนได อยางไรกตาม ชอตตกไดโอดมขอเสยอย 2 ประการ คอ มอตราการทนกระแสขณะไบแอสกลบไดสงสดท 100 โวลตเทานน และชอตตกไดโอดมกระแสรวไหลสง ทาใหมกาลงสญเสยขณะถกไบแอสกลบคอนขางสง และยงมปญหาทเกดขนเมอนาชอตตกไดโอดมาใชในคอนเวอรเตอร อกประการหนง คอ ชอตตกไดโอดจะใหทรานเชยนตขณะเรมหยดนากระแสสง 2.4.3 การระบายความรอน

ขณะทไดโอดนากระแสสงๆ จะเกดกาลงสญเสยในรปความรอนขน เนองจากไดโอดมแรงดนตกครอมทรอยตอ การใชงานของไดโอดจะตองใชแผนระบายความรอนใหกบไดโอด ปกตไดโอดจะมความรอนทรอยตอสงสด (Tj) อยท 150 องศาเซลเซยส ผผลตมกจะใหกราฟความสามารถในการนากระแสทอณหภมทตวถง

18

ตางๆ ของไดโอดมาใชในแผนขอมล (Data Sheet) กอนการใชไดโอดตองพจารณาขนาดของแผนระบายความรอนและอายการทางานของไดโอดดวย 2.5 ตวประกอบกาลง (Power Factor) ตวประกอบกาลง (P.F.) หมายถง อตราสวนของกาลงงานจรงตอกาลงงานรวมของระบบ

P = VI COSθ (2.7) Q = VI SINθ (2.8) S = P + jθ (2.9) เมอ P = กาลงงานจรง (Active Power) มหนวยเปนวตต (W) Q = กาลงงานปรากฏ (Reactive Power) มหนวยเปนวาร (Var) S = กาลงงานรวมของระบบมหนวยเปน โวลต-แอมป (VA) θ = คามมระหวางแรงดนกบกระแสทความถหลกมล ตสเพลชเมนตเพาเวอรแฟกเตอร (Displacement Power Factor : DPF) คอ อตราสวนระหวางกาลงงานจรงตอกาลงงานรวมของระบบทความถหลกหรอบางครงเรยกวา ดสเพชเมนตแฟกเตอร (Displacement Factor : DF) คอ โคไซนของมมระหวางกระแสกบแรงดนทความถหลกมล DPF = DF = COSθ (2.10) P.F. = P / S (2.11)

จากแนวคดเรองสญญาณมไมเปนรปไซน เราสามารถแสดงไดวาสญญาณเหลาน จะทาใหเกดสญญาณไซนหลายความถเกดขนในระบบ โดยประกอบดวยสญญาณความถมลฐานและฮารโมนกสตางๆ ทปรากฏอยในระบบของเรานอาจเกดจากการ ปด-เปด วงจรกาลง การสวตชวงจรกาลงดวยความถสง ความไมสมาเสมอของสนามแมเหลกในเครองกลและหมอแปลง การแปลงไฟฟาหรอควบคมแรงดนทงในลกษณะของ อนเวอรเตอร (Inverters) , คอนเวอรเตอร(Converters) และวงจรเรยงกระแสทควบคมได (Rectifiers Controlled Rectifiers)

พอจะเหนไดวาฮารโมนกสจะมผลตอระบบ คอ ทาใหกาลงไฟฟามตา เนองจากกาลงไฟฟาแปรผนกบตวประกอบกาลง (จากสมการ 2.13) เมอมฮารโมนกสเกดขน ทาใหคามมระหวางแรงดนกบกระแสทความถหลกมลฐานมคามากขน เปนผลใหคาโคไซนของ

19

มมระหวางกระแสและแรงดนทความถมลฐานลดลง (จากสมการ 2.12) อยางไรกตามสงหนงทถอเปนประเดนใหมและกาลงเปนทสนใจในปจจบน คอ ผลกระทบของฮารโมนกสตอคาตวประกอบกาลง ดงนนจงตองการนาเสนอใหไดลองทาความรจกกบความสมพนธระหวางตวแปรทง 2 น

รปท 2-11 สญญาณของวงจรหนงทมลกษณะของกระแสเปนคลนสเหลยมสวนแรงดน

เปนรปไซน พจารณารปคลนของวงจรหนงทมลกษณะของกระแสและแรงดนตามรปท 2-11 เมอ Vs เปนแรงดนอนพตรปคลนไซน Is เปนกระแสอนพตขณะใดขณะหนง ไดจากการกระจาย Is เปนอนกรมฟเรยร) เมอ Is1 เปนกระแสทความถมลฐานของกระแสทางดานขาเขา Is และ Is1 ถกพจารณาเปนคาอารเอมเอส (RMS) แลวคาตวประกอบกาลงทางดานขาเขา (Input Power Factor) จะถกนยามคา ดงนดสเพลชเมนตเพาเวอรแฟกเตอร (Displacement Power Factor : DPF) หรอบางครงเรยกวา ดสเพชเมนตแฟกเตอร (Displacement Factor : DF) DPF = DF = COSθ (2.12) ตวประกอบฮารโมนกสกระแสขาเขา (Harmonics Factor) คอ

2

12

s1

s2

1

12

122

1II

SISISIHF

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −= (2.13)

เนองจากกระแสขาเขา (Is) มรปรางผดเพยนไปจากไซนเวฟ (Sine wave) และเนองจากความรเรองอนกรมฟเรยร (Fourier series) สามารถกระจายรปคลนของกระแส โดยสามารถเขยนเปนคา (rms) ของกระแสขาเขา (Is) ไดดงน

20

n2

32

22

12

s SI...SISISII ++++= (2.14)

เมอ Is1 = กระแสขาเขาทความถหลกมล Is2 = กระแสขาเขาทความถ 2 เทาของความถหลกมล (ฮารโมนกสท 2) (rms) Is3 = กระแสขาเขาทความถ 3เทาของความถหลกมล (ฮารโมนกสท 2) (rms) Isn = กระแสขาเขาทความถ nเทาของความถหลกมล (ฮารโมนกสท 2) (rms) Is = กระแสขาเขา (rms)

∑∞

=

+=2n

22S1

2S nIII (2.15)

เมอคณกบแรงดนยกกาลงสอง

( ) ( ) ( )2

2nnS

2S1S

2SS IVIVIV ∑

∞

=

+= (2.16)

ดานซายของสมการเปนคากาลงสองของกาลงทปรากฏขนทงหมด (Total Apparent Power) สวนทางดานขวามอของสมการมองคประกอบ คอคากาลงงานปรากฏของความถพนฐานกบคา กาลงของความผดเพยน ซงองคประกอบหลงจะเกดจากฮารโมนกส ซงเกดจากความผดเพยนของรปรางของกระแสขาเขา

ดงนน นยามของตวประกอบกาลง (P.F.) คอ P.F. = กาลงจรง / กาลงงานทปรากฏ

cosθII

cosθIVIV

P.FS

S1

SS

S1S == (2.17)

และคานยามคาความผดเพยนของตวประกอบกาลง (Distortion Power Factor) ได

ดงน ( )

S

S1

II

cosθrPowerFacteDistortion = (2.18)

คอ มมแหงความผดเพยน

21

Power ( ) cos δosδcP.FFactor = (2.19)

ถากระแสขาเขา Is เปนรปคลนไซนจรงๆ แลวจะไดวา Is = Is1 ดงนนคาตวประกอบกาลง จะมคาเทากบคาดสเพลชเมนตเพาเวอรแฟกเตอร (Displacement Power Factor : DPF) โดยทมมดสเพลชเมนต (Displacement Angle) จะมคาเทากบมมโหลด (Load Angle)

ในกรณทมฮารโมนกสปรากฏอยในวงจรหรอระบบ ถงแมมมดสเพลชเมนต (Displacement Angle) จะมคาเทากบศนย (แรงดนเฟสตรงกบกระแส) กไมไดหมายความวา คาตวประ กอบกาลงจะมคาเทากบหนงจรงๆ หากพจารณาจากสตรของคาตวประกอบกาลงงานทางดานอนพต แลวจะเหนวาอตราสวนของIs1 = Is นนจะมคานอยกวาหนง นนหมายความวา ถาระบบมฮารโมนกสมากอตราสวนของ Is1 = Is กจะมคานอย เพราะกระแสขาเขา (Is) มคามาก ทาใหคาตวประกอบของระบบมคาตากวาระบบทไมมฮารโมนกส ตวอยาง วงจรทเกดเหตการณน ไดแก วงจรเรยงกระแส 1 เฟส และ 3 เฟส ในเชงอดมคตวงจรเรยงกระแสมคา HF = HD = 0 และ PF = DPF = 1 2.6 ทฤษฏพนฐานเกยวกบการมอดเลตแบบปรบความกวางพลส (Pulse Width Modula tion) การมอดเลตความกวางพลส (Pulse Width - Modulation ; PWM) คอ การแปลงคาแอมปลจดของสญญาณใหอยในรปของความกวางพลส โดยถาสญญาณมแอมปลจดคาความกวางพลสกจะแคบ ถาสญญาณแอมปลจดสงความกวางพลสกจะกวาง คาแอมปลจดทนามาแปลงเปนความกวางพลสนจะไดมาจากการแซมปลง (Sampling) สญญาณแลวนาคาทแซมปลงไดนไปสรางพพลสทมแอมปลจดคงท แตความกวางแปรผนตรงกบขนาดสญญาณทถกแซมปลง ดงนนถาสญญาณอนพต ถกแซมปลง n ครงตอไซเคล กจะไดสญญาณพลสออกมา n ลกตอไซเคล ลกษณะสญญาณ PWM แสดงในรปท 2-12

22

รปท 2-12 แสดงสญลกษณของสญญาณ PWM

จากรปท 2-12 (a) เปนการสรางสญญาณ PWM จากสญญาณอนพตทเปนรปคลนสเหลยม (ซงไมแสดงใหเหนลกษณะของสญญาณอนพตในรปน) เนองจากสญญาณรปคลนสเหลยมมแอมปลจดคงท ดงนนรปคลน PWM ทไดจะมความกวางพลสคงท จากรปมพลสใน 1 ไซเคล แสดงวามการแซมปลง 8 ครงใน 1 ไซเคลนนเอง

จากรปท 2-12 (b) เปนการสรางพลส PWM จากรปคลนไซน ซงแสดงในภาพดวยเสนประจะเหนไดวามคาแอมปลจดตาๆ พลสจะแคบ ทแอมปลจดสงๆ พลสจะกวาง ทาให PWM ของรปคลนมลกษณะทเรมจากพลสแคบๆ กอนแลวคอยๆ กวางขนเรอยๆ จนถงจดพลค (Peek) ของพลสรปคลนไซนจะกวางทสดแลว จะคอยๆ ลดความกวางลงเรอยๆ จนเปนศนยแลวจงเรมกลบคาเปนลบ โดยรปคลนในชวงบวกและลบจะสมมาตรซงกนและกน

เรานาหลกการพนฐาน (PWM) มาใชโดยการนาเอาสญญาณ 2 สญญาณมาเปรยบเทยบกน (Comparator) แลวนาสญญาณทไดจากการเปรยบเทยบไปสบสวตชควบคมโหลดดงรปท 2-13 เราจะนาสามเหลยมและสญญาณไซนมาเปรยบเทยบกน

รปท 2-13 แสดงการเปรยบเทยบสญญาณสามเหลยมกบไซน

23

ในการควบคมระดบแรงดนใหคงทของแหลงจายไฟสวตชง ซงโดยทวไปจะใชเทคนคการควบคมความกวางของพลส (PWM) ซงเปนการควบคมโดยการเปลยนแปลงชวงเวลาทอปกรณสวตชงอเลกทรอนกส เชน ทรานซสเตอร , มอสเฟต , ไอจบท หรออนๆ ดงกระแสเปนผลใหเกดการควบคมแรงดนทเอาตพตใหไดคาทตองการ ซงขอดของการควบคมแรงดนแบบ PWM คอ สามารถรกษาระดบแรงดนใหมความคงทสงเพราะมการปองกนปอนกลบระดบแรงดนจากเอาตพตมาใชในการควบคมดวย รวมทงทาใหเกดการสญเสยกาลงงานในการควบคมแรงดนตา สงผลใหมเสถยรภาพตอการเปลยนแปลงของอณหภมตอการใชงานสง ลกษณะการทางานของ PWM โดยทวไปมอย 3 ลกษณะ คอ - เปลยนแปลงทงความถและความกวางของพลส (Variation of both frequency and pulse width) - เปลยนแปลงโดยความกวางของพลสคงท (Constant pulse width with Variation frequency) - เปลยนแปลงโดยความกวางของพลสโดยความถคงท (Constant frequency with Variation pulse width) การทางานทง 3 ลกษณะนมขอดขอเสยแตกตางกนไป การทางานในลกษณะท 2 และ 3 จะดกวาการทางานในลกษณะท 1 เนองจากสามารถกาหนดความถหรอชวงเวลา Ton ททาใหสวตชงเรกกเลเตอรทางานไดมประสทธภาพสงสดได แตแบบท 1 นนความถและความกวางของพลสกาหนดขนเองจากวงจร จงอาจจะไมใชความถทเหมาะสมทสดสาหรบการทางานได ดงนนวงจร PWM สวนใหญจงใชลกษณะการทา งานท 2 หรอลกษณะท 3 เปนสวนใหญ การออกแบบวงจรกาเนดสญญาณ PWM ทาไดหลายวธทงแบบอนาลอกและดจตอล เชน เนเชอรเรอรแซมปลง (Natuari Sampling) ทจะใชในการเปรยบเทยบสญญาณรปสามเหลยมโดยจดตดของสญญาณทง 2 จะเปนตวกาหนดความกวางของ PWM ของแตละพลส แตวธการนมขอเสยในจานวนพลสของสญญาณในแตละไซเคลของสญญาณเอาตพตจะมคาไมคงท ทาใหเกดฮารโมนกสทความถตา สวนวธทางดจตอลทใชไมโครโปรเซสเซอรควบคม เชน ยนฟอรมแซมปลง (Uniform Sampling) ทจะคานวณคาความกวางของพลสแตละรปลวงหนาแลวเกบคาเหลานนไวในหนวยความจาถาวร จากนนใชเทคนคการเปดตารางของไมโครโปรเซสเซอรกาหนดความกวางของพลส ซงขอเสยของวธน คอ ถาตองการสญญาณเอาตพตทมความละเอยดสงจะตองมหนวยความจาขนาดใหญในการเกบความกวางของพลสทคานวณไดเหมอนยนฟอรมแซมปลง (Uniform Sampling)

24

ทใชการคานวณจากเวลาจรงโดยใชไมโครคอมพวเตอรสวนบคคล จะมขอเสยททาใหระบบโดยรวมมขนาดใหญและไมสะดวกในการใชงานจรง และถาตองการสญญาณเอาตพตทมความละเอยดสงกจะทาใหความสญเสยทเกดขนจากการสวตชงสงตามไปดวย 2.6.1 อะซงโครนส PWM (Asynchronous Pulse Width Modulate)

สงสาคญของการใชเทคนค PWM กเพอปรบปรงคณภาพของภาพคลนทางเอาตพตจากแหลงจายไฟตรงไปยงแหลงจายไฟสลบทสามารถเปลยนไดทงขนาดและความถ แตการมอดเลททงแบบซงโครนสและอะซงโครนสกมขอดขอเสยตางกน วธการผลตสญญาณ PWM แบบอะซงโครนสทแสดงในภาพ 2-15 มสญญาณสามเหลยมเปนสญญาณพาหะ และมสญญาณซายนเปนสญญาณมอดเลท โดยมความถของสญญาณทงสองไมสมพนธกน จงเรยกวา " การมอดเลทแบบอะซงโครนส " ภาพคลนทไดออกมาสามารถแสดงไดดงสมการ

( ) ( )mmm ΦtcosωA1KtF ++= +(2/π )∑ (1/m)(Sin mπ kCos(mπ kA m Cos( mtω + mΦ ))) +Cosmπ (KSin(mπ k A m Cos( mtω + mΦ )))Cos tω c m (2.20)

เมอ K = 1/2 Am = มอดเลชนอนเดกซ ซงเปนคาทเอาตพตสงสดมขนาดหนงหนวย

mω = ความถเอาตพตของการมอดเลท

cω = ความถสญญาณพาหะ จากภาพท 2-14 จะเหนไดวาสญญาณเอาตพตทไดจะมลกษณะเปนพลสทมความกวางแตกตางกน สามารถนามาเขยนใหอยในรปของความถสเปคตรม ซงเปนสงทเราตองการนาไปควบคมอปกรณเพาเวอรสวตชง กบความถตาๆ หรอฮารโมนกส ซงเปนสงทเราไมตองการ ฮารโมนกสจะมผลตอการทางานของเครองจกร ทาใหเกดการสญเสย (Loss) เกดการแกวงและเสยงรบกวน จงพยายามกาจดฮารโมนกสเหลานใหหมดไป

25

รปท 2-14 การมอดเลตแบบอะซงโครนส (Asynchronous Pulse Width Modulate)

(a) Time Waveform (b) Frequency Spectrum

2.6.2 ซงโครนส PWM (Synchronous Pulse Width Modulate)

เทคนคอกเทคนคหนงทจะชวยลดปญหาเกยวกบเรองฮารโมนกสไดดยงขนไปอก กคอ การมอดเลทแบบซงโครนส เมอใดกตามทสญญาณ PWM ทนามามอดเลตกนมความถของสญญาณเปลยนแปลงเปนจานวนเทาของเลขจานวนเตม คอ สญญาณพาหะกบสญญาณอางอง f ref มคาเทากบ 65.42 Hz , m f = 15 ความถของสญญาณพาหะ f c จะตองเปน 65.42 x 15 = 981.3 Hz การมอดเลทแบบซงโครนสน ฮารโมนกสจะลดลงไป เพราะฮารโมนกสจะเกดขนเปนจานวนเทาของเลขจานวนเตมของความถพนฐาน รปท 2-16 เปนการแสดงสญญาณ PWM แบบซงโครนส และสญญาณในภาพของความถสเปคตรม สงเกตไดวาสเปคตรมของฮารโมนกสจะหายไป เมอเปรยบเทยบกบการมอดเลทแบบอะซงโครนส

การมอดเลทแบบซงโครนสจะใชไดดในเรองเครองจกรทางานทอตราสวนของสญญาณพาหะตอสญญาณอางอง m f ตาๆ หรอความถของซายนสงๆ จงเหมาะสาหรบการควบคมมอเตอรทมการเปลยนแปลงความเรวในยานความถสง โดยทวไปคา m f ไมควรตากวา 10 แตกไมควรสงเกนไป เพราะจะมผลตอการสญเสย เนองจากการสวตชทเกดขนในวงจรกาลง

26

รปท 2-15 การมอดเลตแบบซงโครนส (Synchronous Pulse Width Modulate)

(a) Time Waveform (b) Frequency Spectrum ในกรณทอตราสวนของสญญาณพาหะกบสญญาณมอดเลท m f เพมขน ขนาดของฮารโมนกสเหลานจะลดลงไปจนกระทงไมมความหมาย นนหมายความวา ทความถของสญญาณซายนตาๆ ความถของสญญาณพาหะสงๆ เราสามารถใหเครองจกรทางานในสภาวะอะซงโครนสได

2.7 ออปแอมป (Operational Amplifiers) โอเปอเรชนแอมปลไฟเออร (Operational Amplifiers) ทใชในระบบควบคมนยมเรยกสนๆ วา ออปแอมปเปนวงจรรวมทาหนาทเปนออปแอมปกระแสตรง ทม 2 อนพต และ 1 อนพต สามารถขยายกระแสไฟฟาสญญาณตรงหรอสญญาณทมความถตา สญลกษณและวงจรดงรป (ก) , (ข) สวนคณสมบตของอนพตและเอาตพตแสดงในรป (ค)

ออปแอมปเปนดฟเฟอเรยลแอมปลไฟร (Differential Amplifier) ทม 2 อนพต โดยอนพตหนงเปนอนพตแบบอนเวอรตง (Inverting) โดยแสดงเปนเครองหมาย (-) และอนพตแบบนอนอนเวอรตง (Non-Inverting) โดยแสดงเปนเครองหมาย (+) และมหนงเอาตพต ออปแอมปม 2 ขวตอกบแหลงจายไฟบวกและลบโดยทวไปจะอยในชวง 5± ถง

15± โวลต บางวงจรจะไมเขยนขวตอแหลงจายไฟไวแตใหเขาใจวาจะตองตอขวบวกเขาบวก และขวลบของแหลงจายไฟ

27

รปท 2-17 แสดงออปแอมป (ก) สญลกษณ (ข) วงจรสมมล (ค) คณสมบตอนพตเอาตพต

ออปแอมปทเปนไอซ บางเบอรจะมขวสาหรบตออปกรณจากภายนอกเพอตอแรงดนเอาตพตใหเปนศนยเมอตออนพตทง 2 ลงกราวน และอาจจะมขวสาหรบตออปกรณ เพอชดเชยความถเพอขยายสญญาณทมความถกวางขน ออปแอมปบางเบอรมการออกแบบใหมการปอนกลบไมใหเกดการเสยหาย เมออนพตไดรบสญญาณเกนขดจากด และเมอเอาตพตจายกระแสเกนขดจากด โหลดทตอกบวงจรเกดลดวงจร

ออปแอมปขณะไมมการปอนกลบ มลกษณะแบบวงจรเปด (Open loop) มคณสมบตอดมคตดงน

1. อตราการขยายในสภาวะแบบวงจรเปด (Open - loop) จะเปนอนนต 2. ความตานทานขาเขา (Input Resistance) เปนอนนต 3. ความตานทานขาออก(Output Resistance) เปนอนนต 4. ชวงกวางการตอบสนองความถเปนอนนต 5. แรงดนเอาตพตเปนศนยเมอแรงดนอนพตทง 2 เปนศนย

คณสมบตอนพต - เอาตพตของออปแอมปทแสดงในรป 2-17 (ค) เมออนพตทเปนขวลบไดรบแรงดน V1 และขวบวกไดรบแรงดน V2 ถาแรงดน V1 มากกวาแรงดน V2 แรงดนทเอาตพต Vo = -Aol (V1-V2) = -Aol * Vi จะมแรงดนเปนลบ Aol จะเปนแรงดนแบบวงจรเปดโดยทวไปจะมคามาก 10,000 และแรงดนเอาตพตของ ออปแอมป จะไมสามารถเกนแรงดนแหลงจายไฟ ดงนนเมอ Vi หรอ (V1-V2) ระดบเปนมลลโวลตเทานน กจะทาใหอยในสภาวะอมตว เชน แหลงจายไฟมแรงดน 15 โวลต ออปแอมปม Aol = 50,000 ดงนนเมอ (V1-V2) = 0.3 มลลโวลต แรงดนเอาตพต จะเทากบ

28

-15 โวลต และเมอ (V1-V2) มากกวา 0.3 มลลโวลต แรงดนเอาตพตจะเทากบ -15 โวลตตลอด และในทานองกลบกน เมอแรงดน V1 นอยกวา V2 แรงดนเอาตพต = Vo = -Aol (V1-V2) มแรงดนเปนบวกและถาแรงดน (V1-V2) เปนคาลบมากขน เชน ตามตวอยางทกลาวมา (V1-V2) เปนลบมากกวาหรอเทากบ 0.3 มลลโวลต แรงดนเอาตพต จะเทากบ +15 โวลต 2.7.1 ออฟเซตนล (Offset Null)

ออปแอมปในอดมคตเมอแรงดนอนพตทง 2 ตอลงกราวด คอ แรงดนอนพตทง 2 เปนศนยโวลต แรงดนเอาตพตจะเปนศนยโวลต แตในทางปฏบตผผลตไมสามารถทาออปแอมปในทางอดมคต ดงนนจงมแรงดนเอาตพตไมเปนศนย ไอซเบอร 741 ไดมขว 1 และ 5 สาหรบตอเขาวงจรออฟเซตนล (Offset Null) คอ ใชความตานทานแบบเกอกมาขนาด 10 กโลโอหม ชนด B (Linear) ดงรป 2-17

การปรบออฟเซตนลทาไดโดยตอขว 2 , 3 ของไอซลงกราวด นามเตอรวดแรงดนไฟฟากระแสตรงทขว 6 เทยบกบกราวด ปรบความตานทานเกอกมา 10 กโลโอหม จนไดแรงดนไฟฟาทเอาตพตทขว 6 เทยบกบกราวดเปนศนย

รปท 2-17 แสดงการตอวงจรออฟเซต (Offset)

2.7.2 อนเวอรตงแอมปลไฟร (Inverting Amplifier)

การตอวงจรภายนอก เพอใหออปแอมปทาหนาทขยายสญญาณกระแสไฟฟากระแสตรง และกระแสสลบ โดยไดสญญาณเอาตพตตรงขามกบสญญาณอนพต ดงแสดงในรปท 2-18 แรงดนเอาตพตจะไดตามสมการ

VO = -1.2

RViR = - ACL . Vi (2.21)

29

เครองหมายลบในสมการแสดงวาเมอแรงดนอนพตเปนบวก จะไดแรงดนเอาตพตเปนลบหรอแรงดนอนพตเปนลบ จะไดแรงดนเอาตพตเปนบวก ดงนน สญญาณอนพตจะตรงขามกบสญญาณเอาตพต คอ สญญาณอนพตจะตางเฟส (Out off Phase) กบสญญาณเอาตพต 180 องศา

รปท 2-18 อนเวอรตงแอมปลไฟร (Inverting Amplifier)

ไอซจาพวกออปแอมปจะมกระแสไบแอสทางอนพต (Input Bias Current ; Ib ) เมอไมมสญญาณอนพตจะไมมกระแสไหลผานความตานทาน R1 และ R2 ดงนน จงมแรงดนอนพตทาใหเกดแรงดนเอาตพต Vos = IbR2 จงแกไขโดยการตอ R3 ระหวางขวนอนอนเวอรตง (Non Inverting) (+) อนพต และกราวดดงรป

รปท 2-19 แสดงวงจรออปแอมปขยายสญญาณ

30

จากรปท 2-19 แสดงการตอ R3 เพอแกแรงดนเอาตพตออฟเซต (Output Voltage Offset)เนองจากมกระแสไบแอสทางอนพต (Input Bias Current )โดยท R3 มคาเทากบ R1 ขนานกบ R2

2.7.3 นอนอนเวอรตงแอมปลไฟร (Non Inverting Amplifier) การตอวงจรภายนอกออปแอมป ทาหนาทขยายแรงดนไฟฟากระแสตรง

หรอกระแสสลบ โดยจะไดสญญาณเอาตพตเทากบอนพต ดงแสดง ดงรปท 2-20 แรงดนเอาตพตจะไดดงสมการ

VO = ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +

121

RR Vi = A CL . Vi (2.22)

รปท 2-20 นอนอนเวอรตงแอมปลไฟร (Non Inverting Amplifier)

เมอสญญาณอนพต เมอจายเขาขวนอนอนเวอรตง(Non Inverting ) สญญาณ

แรงดนเอาตพตจะมเฟสเหมอนกนกบแรงดนสญญาณอนพต คอ เมอแรงดนอนพตเปนบวกโดยแรงดนอนพต ( 1+( R1 / R2 ) ) เทาในรปท 2-21

VO = ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +

101001 Vi = 11 Vi (2.23)

2.7.4 ซมมงอนเวอรตงแอมปลไฟร (Summing Inverting Amplifier) ในการตอวงจรภายนอกใหออปแอมป ทาหนาทขยายสญญาณรวม โดยทสญญาณแรงดนอนพตแยกจากกนถกนามารวมกน แรงดนเอาตพตจะมคาเทากบ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−= V3

RR

V2RR

V1RR

V3

F

2

F

I

F (2.24)

31

ใชหลกการของการวางซอน (Superposition) คอ คดวา V2 ลดวงจรลงกราวด ดงนนแรงดนเอาตพตจะเทากบ V1

RR

V1

FO1 −= (2.25)

และถา V1 ลดวงจรลงกราวด จะไดแรงดนเอาตพตเทากบ

V2'RR

1V1

FO2 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

V2RR

RRR

1V32

3

1

FO2 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= (2.26)

ดงนน Vo = VO1+ VO2

V2RRR

R1V1

RR

V32

R

1

F

1

Fo

3

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++−=

10010100

101001V1

10100

( )12O VV10V −= (2.27) 2.7.5 วงจรเปรยบเทยบสญญาณ (Comparator)

ในกรณทจะใหออปแอมป ทาหนาทเปนวงจรเปรยบเทยบสญญาณ (Comparator) ดงแสดงดงรปท 2-21

ในรปท 2-21 (ก) ม Vref ทขวนอนอนเวอรตง (Non Inverting) เมอสญ-ญาณอนพต (Vi) ทขวอนเวอรตง (Inverting) (-) แรงดนเอาตพต Vo จะเปน+Vs เมอ Vi < Vref และแรงดนเอาตพต Vo จะเปน -Vs เมอ Vi >Vref

ในรปท 2-21 (ข) ม Vref ทขวอนเวอรตง (Inverting) (-) และมสญญาณอนพต (Vi) ทขวนอนอนเวอรตง ( Non -Inverting) (+) แรงดนเอาตพต Vo จะเปน +Vs เมอ Vi > Vref และแรงดนเอาตพต Vo จะเปน -Vs เมอ Vi < Vref

32

รปท 2-21 แสดงวงจรเปรยบเทยบสญญาณ (Comparator)

2.7.6 ดฟเฟอรเรนเชลเตอร ( Op-amp Differentialtor) วงจรพนฐานของดฟเฟอรเรนเชลเตอร ( Op-amp Differentialtor ) ดง

แสดงทรป 2-22 จะใหแรงดนเอาตพตเทากน Vo = - FCR

dtdVi (2.28)

โดยท dtdVi เปนอตราการเปลยนแปลงแรงดนอนพต

รปท 2-22 ดฟเฟอรเรนเชลเตอร ( Op-amp Differentialtor)

33

คารแอคแตนซของคาปาซสเตอร Xc = 1 / ( 2OfC )แปลงผกผนกบความถ ดงนน แรงดนเอาตพตจะเพมขนตามความถ ในทางปฏบต R S ตออนกรมกบคาปาซสเตอรดงรปท 2-20 เพอลดอตราการขยายของแรงดนเทากบ R f / R S เมออนพตมความถสงขน วงจรจะทาหนาทเปนดฟเฟอรเรนเชลเตอร (Differentialtor) เมออนพตมความถนอยกวา f C

fC = CRs2π

1 (2.29)

ถาอนพตมความถมากกวา fc วงจรจะทาหนาทเหมอนกบ อนเวอรตงแอมปลไฟร (Inverting Amplifier) ดวยมอตราขยายเทากบ

ViVo = -

RsRf (2.30)

ผลคณของ Rf * C ในสมการขางตนเรยกวาเวลาคงท (Time Constant) ควรจะเทากบชวงเวลาสญญาณอนพต 1 ไซเคล สาหรบสญญาณอนพตเปนรปคลนไซน ( Sine Wave ) Vi = Vm sinω t (2.31) โดยท Vm = แรงดนสงสด (Peak Voltage) ของรปคลนไซน ( Sine Wave ) ω = ความถของสญญาณอนพต เรเดยน / วนาท (rad / s) = 2 π f แรงดนเอาทพต = - R f C dt

d ( Vm sinω t ) (2.32)

สญญาณของแรงดนเอาตพตจะลาหลงแรงดนอนพต 90 องศา ตามแสดงในรปท 2-22 และแรงดนเอาตพตมคาสงสดเทากบ รปท 2-23 แสดงแรงดนอนพตและเอาตพตสาหรบดฟเฟอรเรนเชลเตอรออปแอมป

34

2.8 งานวจยทเกยวของ งานวจยของ กมลศกด สระดม และธรวฒน แกวขา เสนอ ชดสาธตพลสวดมอดดเลชนอนเวอรเตอรเปนการสรางชดสาธต อนเวอรเตอร ประเภทการปรบความกวางของพลส ซงใชแรงดนอนพท 220 โวลท 50 เฮรตซ ลกษณะของชดสาธตจะแบงออกเปน 2 ชด คอภาคควบคมและภาคกาลง เปนงานวจยททาขนเพอเปนสอการสอน ในหวขอเรองอนเวอรเตอรในวชาเพาเวอรอเลกทรอนกสเพอใชในการเรยนการสอนโดยสามารถทาการวดสญญาณในจดตางๆ เพอทาการเปรยบเทยบกนได จากการทดสอบชดสาธตสามารถปรบความถไดตงแต 1 ถง 82 เฮรตซ โดยขบมอเตรไมเกน 0.37 kW งานวจยของ ธนาวน ชนวฒนาประณธ และรกษณ บวทอง เสนอชดแผงสาธตคอนเวอรเตอรและอนเวอรเตอรเพอควบคมซงโคนสมอเตอร ลกษณะของแผงสาธตจะแบงออกเปนสองสวนคอ ชดคอนเวอรเตอรและอนเวอรเตอร โดยชดคอนเวอรเตอรควบคมโดยวธการปรบมมกระตนของ เอสซอาร สวนชดอนเวอรเตอรควบคมโดยการปรบความกวางของพลส ซงใชแรงดนอนพท 220 โวลท 50 เฮรตซ จากการทดสอบชดคอนเวอรเตอรสามารถจายแรงดนไฟฟากระแสตรงได 0 – 220 โวลท สวนชดอนเวอรเตอรสามารถปรบความถไดตงแต 5 ถง 85 เฮรตซ โดยขบมอเตอรขนาดไมเกน 0.4 Kw งานวจยของ พรเทพ กลนนโรธน และสายนต สมพนธารกษ เสนออนเวอรเตอรหนงเฟส แบบซงโคนสดวย PWM วตถประสงคของงานวจยนคอ การสรางอนเวอรเตอรหนงเฟสแบบซงโคนสขนาด 1KVA เพอลดปญหาเกยวกบฮารโมนกสโดยใช IGBT เปนอปกรณททาหนาทเปนสวตซ ในการจายพลงงานใหกบภาระ(LOAD) คาแรงดนเฉลยทางเอาทพทเปลยนแปลงไดโดยวธการมอดเลตความกวางของพลส (PWM) ซงงสามารถควบคมไดดวยการเปลยนแปลงความถทาใหสามารถควบคมเพาเวอรทจายใหกบภาระ(LOAD) ได งานวจยของรฐชฎาภรณ จงภภพ, ศ รพร ศรสานตวงศ และสพตรา อศวพลงกล การมอดเลตความกวางของพลสดวยโปรแกรมคอมพวเตอร โดยใชภาษา C++เปนตวเขยนโปรแกรมสรางสญญาณ PWM วตถประสงคของโครงงานนกคอสรางสญญาณ PWM เพอนาไปใชในการควบคมการทางานของสวตซในวงจรคอนเวอรเตอร และอนเวอรเตอรแบบตางๆ งานวจยของ Keyue Smedley เสนอการพฒนาคาตวประกอบกาลงของคอนเวอรเตอร 1 เฟส โดยใชเทคนค อนตเกรตรเซต คอนโทรล วตถประสงคของงานวจยนคอ สรางชดควบคม บส คอนเวอรเตอร ซงเปนคอนเวอรเตอรหนงเฟส โดยใชเทคนคอนตเกรตรเซตคอนโทรล เปนตวควบคมคาตวประกอบกาลง โดยใชแรงดนดานอนพท 85 V ถง

35

270 Vrms ความถ 100 KHz ซงการทางานไดแบงเปนสองสวน คอภาคกาลงและภาคควบคม โดยผลการทดสอบวงจรมคา PFC = 9.9 ถง 1 และสามารถลดฮารโมนกสขณะใชโหลดทดสอบเตมพกดได THD =5.6% งานวจยของ K.Hirachi and J. Yoshisuga เสนอสวตซโหมดควบคมคาตวประกอบกาลงของเครองจายไฟสารอง (UPS) โดยใชหมอแปลงความถสงวตถประ สงคของวจยนคอสรางชดควบคมคาตวประกอบกาลงของ UPSโดยใชหมอแปลงความถสงโดยชดควบคมนจะตอบสนองตอ UPS ทมสเปคดงน 2KVA, 3KVA, และ 5KVA

36

บทท 3

ขนตอนการดาเนนงาน ในการสรางและออกแบบการทางานทงหมด ไดมการวางแผนการดาเนนงานเพอเปนแนวทางในการปฏบตงาน สามารถแสดงไดดงแผนผงการทางานดงน

37

3.1 วธการศกษาทนามาใช การทาโครงงานเรอง Power Factor Correction and Harmonics Corrent Improvement Using Voltage Feedback PWM method ไดนาทฤษฎหลายอยางมาประกอบในการสรางดงน 3.1.1 วธการศกษาวงจรเรยงกระแสไฟฟา 1 เฟส ศกษาการปรบปรงเพาเวอรเฟคเตอรของวงจรเรยงกระแสไฟฟา 1 เฟส เปนการศกษาเกยวกบกระแสฮารโมนกสทเกดขนเปรยบเทยบกบมาตรฐานของ IEC 61000-3-2 Class A( ดจากภาคผนวก ข. ) เพอใหไดคากระแสฮารโมนกสทเกดขนจากวงจรเรยงกระแสนนผานมาตรฐานดงกลาวโดยศกษาจากผเชยวชาญเฉพาะเรอง การศกษาวงจรการมอดเลตความกวางของพลส ( Pulse Width Modulation หรอ PWM) ซงนาไปใชในการควบคมการทางานของมอสเฟต โดยศกษาจากตารา , วทยานพนธ และปรกษากบอาจารยทปรกษาโครงงาน เพอใหไดวงจร PWM ทเหมาะสม ในการนาไปใชในการควบคมการทางานของเพาเวอรมอสเฟต (MOSFET) ในวงจร โดยการปรบความกวางของสญญาณ หรอ ดวตไซเกล (Duty Cycle) ท 50 % 3.1.2 วธการศกษาแหลงอปกรณทจาเปนตองใชในการทาโครงงาน เปนการศกษาเกยวกบแหลงขอมลอปกรณทใชทาในโครงงานน โดยศกษาจากผทมความรมประสบการณ แลจากงานวจยของนกศกษารนกอนๆ เพอใหทราบถงแหลงประสบการณทมคณภาพ และราคาถก และสวนใหญจะเปนการใชอปกรณเดมทมอยกอนแลว จงทาใหสามารถลดคาการใชจายในการทาโครงงานได การออกแบบวงจรสามารถทาการออกแบบเปน 2 สวนใหญๆ คอการออกแบบวงจรควบคม และวงจรคอนโทรล ซงมแผนการดาเนนงานตามลาดบขนตอน Flow Chart ดงทจะแสดงตอไปน ซงเปนแผนการทางานตงแตเรมตนโครงงานจนการะทงจนกระทงสนสดโครงงานดงน

38

3.2 การออกแบบวงจรกาลง ภาควงจรกาลงประกอบดวย ตวเหนยวนา ( Inducter) , ไดโอด (Diode) , คาปาซเตอร (Capacitor) , และอปกรณการสวตซ (MOSFET) ทาหนาทแปลงไฟฟากระ แสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรง และลดฮารโมนกสทางดานอนพท ดงรปท

L1

RLOADD6

D5

D7

C1

0

M1

V3

FREQ = 50VAMPL = 12VOFF = 0

D3D1

D4D2

รปท 3-1 วงจรกาลง

การออกแบบวงจรกาลงจะมขอกาหนดของพกดดงน - พกดกาลงทางดานเอาตพต = 50 วตต (Watts ) - พกดแรงดนกระแสสลบทางดานอนพท = 12 โวลท ( Volts ) - พกดของความถ = 50 เฮรตซ ( Hz ) จากขอกาหนดของพกดสามารถหาคาของอปกรณตางๆไดดงน จากแรงดนทางดานอนพท = 12 โวลท ใหแรงดนเอาตพต = 24 โวลท Vbase = 12 V = 1pu Pbase = 50 W = 1pu ใหการสญเสยในการสวตชง = 0 pu1P P touin =λ A16.4

V12W50

VP

Ibase

basebase ===

Ω=== 88.2A16.4

V12IV

Zbase

basebase

2pu12V24VVout(pu) ==

39

2.08A24V50W

VP

Iout

baseout ===

ใหแรงดนรปเปล ( Voltage Ripple) มคา 5% 0.1(0.05)(2)(0.05)VV out(pu)ripple === 1.2V120.1Vripple =×=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

nωω∆Ic 2

2.08A24V50WI2 ==

2758.68uF)(1.2)(2)(2 π2)(2

2.08AC ==

เลอกใช C = 4,700uF เพอให ได Vdc เรยบมากทสด การหาคาอนดคเตอร (L)ความถในการสวตซชง = 25 KHz ใหกระแสรปเปล( Current Ripple)มคา 10% )(0.1)(II 50Hz25kHz = pupu 0.1)(0.1)(1 ==

IVωLXL ==

n

nin I

VnωωX ==

Ln

nL XI

VX =

50050Hz25kHz

ff

n s ===

12V1V pun == 16.41.0 ×=nI 0.416A=

0.41650012XL ×

=

057.0= 183.47uH

ωXL L ==

เลอกใช L ขนาด 183.47 uH

40

3.3 การออกแบบวงจรควบคม ภาคควบคมประกอบดวยวงจรสรางสญญาณสญญาณสวตซใหกบอปกรณสวตซ (MOSFET) เบอร IRFP 460 ( ดคณลกษณะของมอสเฟตจากภาคผนวก ข.) ภาคควบคมเปนการควบคมแรงดนขาออกแบบวงปด (Open Loop) การสรางชดการมอดเลตความกวางของพลส (Pulse Width Modulation) ของชนงานตวนจะเปนการควบคมโดยใชวธเปรยบเทยบสญญาณอางองรปสามเหลยมกบสญญาณไฟตรงทางดานเอาทพท ซงสามารถแบงเปนวงจรชดหลกๆไดดงน

1. วงจร Voltage Error Amp 2. วงจรสรางสญญาณอางองรปสามเหลยม 3. วงจรเปรยบเทยบ(Comparator) 4. วงจรขบ(Gate Drive) 5. วงจรจายไฟฟากระแสตรง โดยสามารถสรางเปนชดบลอกไดอะแกรมไดดงน

วงจรเปรยบเทยบ(Comparator)

วงจรขบเกตมอสเฟต ( )

MOSFET

วงจรสราง/ปรบระดบ สญญาณสามเหลยม

วงจรVoltage Error Amp

รปท 3-2 แสดงชดบลอกไดอะแกรมของชดควบคม

41

3.3.1 วงจร Voltage Error Amp

รปท 3-3 วงจร Voltage Error Amp

การทางานของวงจรในรปท 3-3 คอทาหนาทเปนวงจร Voltage Error Amp โดยมการทางานดงน เมอมแรงดนทางดานเอาทพทของวงจรปอนเขามา R1 และ R2 ททาหนาทเปนวงจรแบงแรงดน จะทาการตรวจจบแรงดนทางดานเอาทพทมาในอตราสวน

41

ของแรงดนทางดานเอาทพท มาทาการเปรยบเทยบกบ Vref = 5V โดยลกษณะการทางานคอถาแรงดนทางดานเอาทพทสง Vo ทออกมาทางดานเอาทพทของ Opamp 741จะมคาตา และ ถาแรงดนทางดานเอาทพทตา Vo ทออกมาทางดานเอาทพทของ Opamp 741จะมคาสง จากนนสญญาณทไดออกมานกจะถกสงไปยงวงจร Comparator อกทหนง สวน R3,R4,R5 และ R6 เปนสวนประกอบของวงจรลบดวยออปแอมป ซงทาการคานวณใหไดอตราขยายเทากบ 1 เทานนเอง สวน R7 ไมมผลในการคานวณเพราะใสเปนโหลดธรรมดา ในการนาวงจรลบดวย ออปแอมปมาทาหนาทเปน Voltage Error Amp น มขอดคอ จะมการทางานทงาย และออกแบบไดงายไมยงยาก แตสามารถควบคมการทางานไดอยางนาพอใจมาก

42

3.3.2 วงจรสรางสญญาณสามเหลยม

รปท 3-4 วงจรสรางสญญาณสามเหลยม

วงจรสรางสญญาณสามเหลยมใชไอซเบอร ICL 8038 ซงเปน IC ทสามารถสรางรปคลนไดสามแบบคอ รปคลนสามเหลยม รปคลนสเหลยม และรปคลนไซนแลวแตการนาไปใชงาน (ดคณลกษณะของไอซไดจากภาคผนวก ข.) ในทนใชเฉพาะสญญาณสามเหลยม โดยตองการสามเหลยมทความถ 25 KHz มหลกการออกแบบดงน

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

+=

+=

BA

B21

R2RR

10.66RAC

1TT

1f

( )C

0.66TTR,R 21BA

×+= ; กาหนดคา C=3.9 nF

13.54kΩ3.9nf

0.6680us=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ×

=

ใช RL=82K, RC= 10K (ใชตามคาทระบใน Data sheet)

43

3.3.3 วงจรเปรยบเทยบสญญาณ (Comparator)

รปท 3-5 วงจรเปรยบเทยบสญญาณ

วงจรเปรยบเทยบสญญาณ ทาหนาทเปรยบเทยบสญญาณขาเขา 2 สญญาณ โดยในทนจะทาการเปรยบเทยบสญญาณไฟตรงทไดจากชดวงจร Error Amplifier กบรปคลนสามเหลยม ถาสญญาณสามเหลยมมคามากกวาสญญาณไฟตรงทไดจากชดวงจร Error Amplifier จะทาใหสญญาณออกเปนคาบวก และถาสญญาณสามเหลยมมคานอยกวาสญญาณทไดจากชดวงจร Error Amplifier จะทาใหสญญาณขาออกเปนลบ ซงสญญาณขาออกนจะเปนสญญาณสเหลยม ซง IC ทใชในการเปรยบเทยบสญญาณคอ IC เบอร LF 351 NS (ดคณลกษณะจากภาคผนวกข.) สญญาณขาออกนจะถกสงไปยงวงจรขบเพาเวอรมอสเฟต 3.3.4 วงจรขบเกตมอสเฟส(Gate Drive Mosfet) วงจรขบเกตมอสเฟส(Gate Drive Mosfet) ทาหนาทรกษาสญญาณทสงไปยงขาเกต

รปท 3-6 วงจรสรางสญญาณขบเกตมอสเฟต

44

ในการออกแบบวงจรขบเกตของวงจรมอสเฟต ไดเลอกใช IC TLP 250 ของโตชบา ซงเปนไอซสาเรจรปทใชในการขบเกตมอสเฟสโดยสามารถใชไดกบความถสงสดท 25 KHz

3.3.5 วงจรจายไฟฟากระแสตรง

รปท 3-7 วงจรแหลงจายไฟตรง+15V และ -15V

รปท 3-8 วงจรแหลงจายไฟตรง+5V และ -5V

จากวงจรในรปท 3-3เปนการใชหมอแปลงไฟฟากระแสสลบลดขนาดของแรงดนไฟฟาลงเหลอ 36 โวลท ทมความถ 50 เฮรตซ จากนนใชไดโอดแบบฟลบรดจเรยงกระแส และใชตาปาซเตอรขนาด 1,000 uF 50 โวลท และ0.1 uF 50 โวลท เรยงกระแสใหเรยบแลวจายไปยงไอซเรกกเรเตอร(IC Reugulator) เบอร 7815 และ เบอร 7915 ซง IC เบอร 7815 จะทาการสรางสญญาณไฟฟากระแสตรงใหไดคา = +15โวลท และ IC เบอร

45

7915จะทาการสรางสญญาณไฟฟากระแสตรงใหไดคา = -15 โวลท เพอนาสญญาณไฟทงสองคานไปจายเปนไฟเลยงใหกบ IC เบอรตางๆทใชในการทดลองโครงงานน และเพอไมใหมสญญาณรบกวนจงไดนาคาปาซเตอร (C)ขนาด0.1 uF 50 โวลท และ10 uF 50 โวลท มาตอเพอกรองสญญาณทางดานเอาทพทกอนนาไปใชงาน จากวงจรในรปท 3-4 เปนการใชหมอแปลงไฟฟากระแสสลบลดขนาดของแรงดนไฟฟาลงเหลอ 24 โวลท ทมความถ 50 เฮรตซ จากนนใชไดโอดแบบฟลบรดจเรยงกระแส และใชตาปาซเตอรขนาด 1,000 uF 50 โวลท และ0.1 uF 50 โวลท เรยงกระแสใหเรยบแลวจายไปยงไอซเรกกเรเตอร(IC Reugulator) เบอร 7805 และ เบอร 7905 ซง IC เบอร 7805 จะทาการสรางสญญาณไฟฟากระแสตรงใหไดคา = +5โวลท และ IC เบอร 7905จะทาการสรางสญญาณไฟฟากระแสตรงใหไดคา = -5 โวลท เพอนาสญญาณไฟทงสองคานไปจายเปนไฟเลยงใหกบ IC เบอรตางๆทใชในการทดลองโครงงานน และเพอไมใหมสญญาณรบกวนจงไดนาคาปาซเตอร (C)ขนาด0.1 uF 50 โวลท และ10 uF 50 โวลท มาตอเพอกรองสญญาณทางดานเอาทพทกอนนาไปใชงาน 3.4 เครองมอทใชในการทดลอง 1. มลตมเตอรยหอฟลค(FLUK)รน FV43

รปท 3-9 มลตมเตอรยหอฟลค(FLUK)รน FV43 เปนเครองมอวดคากระแส แรงดน คา PF และคากระแสฮารโมนกสขาเขาของวงจรเรยงกระแสหนงเฟส

46

2. ฟงกชนเจนเนอรเรเตอรยหอ LEADER รน LFG-1300

รปท 3-10 ฟงกชนเจนเนอรเรเตอรยหอ LEADER รน LFG-1300 เปนเครองกาเนดสญญาณความถแบบตางๆ 3.5 การออกแบบลายวงจร การออกแบบลายวงจร (แผน PCB) โดยใชโปรแกรม Protel 99 SE เพอความสวยงามและความสะดวก โดยแยกการออกแบบวงจรเปนสวนๆดงน วงจรบสคอนเวอรเตอร, วงจรสรางสญญาณสามเหลยม, วงจรแหลงจายไฟตรง และวงจรเปรยบเทยบ วงจรขบเกตมอสเฟส วงจร Error Amplifier ซงทงสามวงจรทกลาวไวในสวนทายนไดทาการออดแบบใหอยในแผนเดยวกน ซงแตละวงจรททาการออกแบบนนไดทาการทดลองกบแผนโฟโตบอรดกอนแลว จากนนกไดนาลายวงจรทออกแบบไวไปทาเปนแผน PCB หลงจากนนกทาการตรวจสอบความถกตองพรอมทงแกไขในสวนทผดพลาดโดยแผนลายวงจรทออกแบบทงหมดอยท ภาคผนวก ก.

47

3.6 สรางระบบตนแบบ เมอไดแผนวงจรในขนตอนท 3.5แลวทาการประกอบอปกรณตางๆ ลงบนแผนวงจรตามทออกแบบไว จะไดแผนวงจรทพรอมทดสอบการทางานดงตอไปน 3.6.1 วงจรบสคอนเวอรเตอร

รปท 3-11 ลกษณะการวางอปกรณวงจรบสคอนเวอรเตอร 3.6.2 วงจรสรางสญญาณสามเหลยม

รปท 3-12 ลกษณะการวางอปกรณวงจรสรางสญญาณสามเหลยม

48

3.6.3 วงจรแหลงจายไฟตรง

รปท 3-13 ลกษณะการวางอปกรณวงจรแหลงจายไฟตรง

3.6.4 วงจรเปรยบเทยบ วงจรขบเกตมอสเฟส วงจร Error Amplifier

รปท 3-14 ลกษณะการวางอปกรณวงจรเปรยบเทยบ วงจรขบเกตมอสเฟส วงจร Error

49

3.6.4 วงจรรวมทงหมด

รปท 3-15 ลกษณะการวางอปกรณรวมทกวงจร

50

บทท4

ผลการทดลอง

4.1 การนาเสนอผลการทดลอง ผลการศกษาครงนเปนการเกบขอมลเพอทาการเปรยบเทยบรปคลนสญญาณและคาของกระแส, แรงดนและกระแสฮารโมนกสทางดานขาเขาของวงจร รวมถงคาเพาวเวอรเฟคเตอรและแรงดนทางดานเอาทพตของวงจร โดยทาการแสดงรปคลนสญญาณทไดจากการจาลองการทางาน (Simulation) และทไดจากการสรางขนมาจากอปกรณจรง นามาเปรยบเทยบกน และทาการเปรยบเทยบคาพารามเตอรตางๆทกลาวมาขางตนระหวางการใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดน และเทคนคทใชในการทาโครงงานน 4.2 การทดสอบโดยการจาลอง (Simulation) 4.2.1 การทดสอบโดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบมการปอนกลบแรงดน ( Voltage Feedblack Amplifier Pulse Width Modulation )

R16

1k

R17

10k

DbreakD1

DbreakD2

DbreakD3

DbreakD4

V1

FREQ = 50VAMPL = 30VOFF = 0

V65

L1

183.34uH1 2

0

R111.53

0

C14700u

D5

MUR160

M1

MbreakN

R21

1k

R2210k

0

0

V115

R1214k

5k

V125

U16

LF351/NS

+3

-2

V+

7

V-4

OUT6

B25

B11

V245

V255

0

R381k

0V15

TD = 0

TF = 0.00002PW = 0.001uPER = 0.00004

V1 = -5

TR = 0.00002

V2 = 10

0

R401k

0

1k

15

-5

U9

uA741

+3

-2

V+7

V-

4

OUT6

OS11

OS25

รปท 4-1 วงจรในการจาลอง(Simulation) โดยใชโปรแกรม Orcad Capture CIS 9.2

51

4.2.2 ผลการจาลองโดยใชโดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลส แบบมการปอนกลบแรงดน (Voltage Feedblack Amplifier Pulse Width Modulation )

(ก). รปสญญาณสามเหลยม

Time

0s 40us 80us 120us 160us 200us 240usV(GLIMIT1:IN,R38:1)

-10V

0V

10V

20V

Pulse signal from Gate Drive

(ข). สญญาณพลสวดมอดจากการ เปรยบเทยบสญญาณสามเหลยมกบคา Error ของแรงดนทางดานเอาทพท

Time

7.100ms 7.200ms 7.300ms 7.400ms 7.500ms 7.600ms 7.006ms V(V15:+,V15:-)

0V

5.0V

-4.9V

9.9V

52

Time

0s 40us 80us 120us 160us 200us 240usV(GLIMIT1:OUT,0)

-10V

0V

10V

20V

Pulse signal from Gate Drive

(ค). สญญาณพลสวดมอดเมอผานวงจรขบเกตมอสเฟต

Time

0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms-I(V1)

-4.0A

0A

4.0A

Input Current circuit Boostconverter

(ง). รปกระแสขาเขาของวงจรจากการ Simulate

Frequency

0Hz 0.400KHz 0.800KHz 1.200KHz 1.600KHz 2.000KHz 2.400KHz-I(V1)

0A

0.5A

1.0A

1.5A

(จ). สเปคตรมของกระแสฮารโมนกสขาเขาของวงจร Boost Converter

รปท 4-2 จากการจาลองการทางาน (Simulation) โดยใชโปรแกรม Orcad CaptureCIS 9.2

53

4.2.3 ผลการทดลองโดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลส แบบ มการปอนกลบแรงดน ( Voltage Feedback Amplifier Pulse Width Modulation ) โดยใชอปกรณจรง

(ก). รปสญญาณสามเหลยม

(ข). สญญาณพลสวดมอดจากการ เปรยบเทยบสญญาณสามเหลยมกบคา Error ของแรงดนทางเอาทพต

54

(ค). สญญาณพลสวดมอดเมอผานวงจรขบเกตมอสเฟส รปท 4-3 สญญาณจากการทดลองโดยใชอปกรณจรง

ผลทไดจากการเปรยบเทยบการทางานของวงจรจากการจาลองการทางาน (Simulation) และการทดลองจากอปกรณจรง คอ สญญาณในรปท 4-2 และ 4-3 จะเหนวารปคลนทงสองมลกษณะผดเพยนกนเลกนอย ดงนนจงสามารถนาไปขบเกตของมอสเฟสไดและสงเกตสญญาณกระแสจากการจาลองการทางาน (Simulation) จะมลกษณะคลายสญญาณไซน สรปไดวาสามารถนาวงจรจากการ จาลองการทางาน (Simulation)มาสรางเปนวงจรจรงได 4.3 การทดสอบโดยวงจร Boost converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดน ในการทดลองไดทาการทดลองขบเกตมอสเฟสดวยเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสโดยทาการทดลองทกาลงโหลด 10 วตต, 20 วตต, 30 วตต, 40 วตต และ50 วตตโดยทาการวดและบนทกรปคลนสญญาณและคาของกระแส, แรงดน, คาผลรวมของกระแสฮารโมนกส และคาตวประกอบกาลงทางดานขาเขาของวงจร และแรงดนทางดานเอาทพตของวงจร และนาคาทไดนนไปเรยบเทยบกบคาทวดไดจากการทดลองโดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบมการปอนกลบแรงดน และทาการวเคราะหความแตกตางของรปคลนทคาโหลดตางๆ 4.3.1 ผลการทดลองวงจร Boost Converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดนแสดงดงตอไปน

55

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร รปท 4-4 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม

ฮารโมนกสของกระแสทโหลด 10 วตต จากรปท 4-4 เปนผลการทดลองของวงจร Boost converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดน โดยมกาลงทโหลด 10 วตต จากรปคลนสญญาณทวดไดสามารถวเคราะหไดดงน รปคลนของแรงดนขาเขาจะมลกษณะเปน

56

รปคลนไซนทมการกระเพอมทงทางดานบวกและดานลบ สวนรปคลนของกระแสจะมลกษณะผดเพยนไปจากไซนและมการกระเพอมของสญญาณมาก มคาคาตวประกอบกาลง(Power Factor) = 0.81 สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแสจะสงเกตเหนไดวาจะมทงสเปคตรมของฮารโมนกสทงค และค โดยมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (% Total Haromonics Distion )= 37.9% ลทโหลด10 วตต นมแรงดนเอาทพท = 14.62 โวลท

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร รปท 4-5 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม

ฮารโมนกสของกระแสทโหลด 20 วตต

57

จากรปท 4-5 เปนผลการทดลองของวงจร Boost converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดน โดยมกาลงทโหลด 20 วตต จากรปคลนสญญาณทวดไดสามารถวเคราะหไดดงน รปคลนของแรงดนขาเขาจะมลกษณะเปนรปคลนไซนทมการกระเพอมทงทางดานบวกและดานลบ สวนรปคลนของกระแสจะมลกษณะผดเพยนไปจากไซนและมการกระเพอมของสญญาณมาก มคาคาตวประกอบกาลง(Power Factor) = 0.81 สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแสจะสงเกตเหนไดวาจะมทงสเปคตรมของฮารโมนกสทงค และค โดยมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (% Total Haromonics Distion )= 33.5% ทโหลด10 วตต นมแรงดนเอาทพท = 33.53 โวลท

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

58

ค. สญญาณแรงดนเอาทพตของวงจร รปท 4-6 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม

ฮารโมนกสของกระแสทโหลด 30 วตต จากรปท 4-6 เปนผลการทดลองของวงจร Boost converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดน โดยมกาลงทโหลด 30 วตต จากรปคลนสญญาณทวดไดสามารถวเคราะหไดดงน รปคลนของแรงดนและ กระแสจะมลกษณะคลายกบผลการทดลองทโหลด 10 วตตและ 20 วตต และมคาคาตวประกอบกาลง(Power Factor) = 0.81 สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแสจะสงเกตเหนไดวาจะมทงสเปคตรมของฮารโมนกสทงค และค โดยมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (% Total Haromonics Distion )= 37.1% ทโหลด30 วตต นมแรงดนเอาทพท = 25.80โวลท

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

59

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร รปท 4-7 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม

ฮารโมนกสของกระแสทโหลด 40 วตต จากรปท 4-6 เปนผลการทดลองของวงจร Boost converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดน โดยมกาลงทโหลด 40 วตต จากรปคลนสญญาณทวดไดสามารถวเคราะหไดดงน รปคลนของแรงดนและ กระแสจะมลกษณะคลายกบผลการทดลองทโหลด 10 วตต , 20 วตต และ 30วตต และมคาคาตวประกอบกาลง(Power Factor) = 0.80 สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแสจะสงเกตเหนไดวาจะมทงสเปคตรมของฮารโมนกสทงค และค โดยมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (% Total Haromonics Distion ) = 38.3% ทโหลด40 วตต นมแรงดนเอาทพท = 32.02 โวลท

60

ก. สญญาณแรงดน , กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร รปท 4-8 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม

ฮารโมนกสของกระแสทโหลด 50 วตต จากรปท 4-8 เปนผลการทดลองของวงจร Boost converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดน โดยมกาลงทโหลด 50 วตต

61

จากรปคลนสญญาณทวดไดสามารถวเคราะหไดดงน รปคลนของแรงดนและ กระแสจะมลกษณะคลายกบผลการทดลองทโหลด 10 วตต , 20 วตต ,30วตต และ 50 วตต และมคาคาตวประกอบกาลง(Power Factor) = 0.81 สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแสจะสงเกตเหนไดวาจะมทงสเปคตรมของฮารโมนกสทงค และค โดยมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (% Total Haromonics Distion )= 38.6% ทโหลด40 วตต นมแรงดนเอาทพท = 32.11โวลท 4.3.2 ผลการทดลองวงจร Boost Converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบมการปอนกลบแรงดนทโหลดตางๆ มลกษณะสญญาณของกระแส, แรงดน, คาผลรวมของกระแสฮารโมนกส ดานขาเขาของวงจร, คาตวประกอบกาลงและแรงดนทางดานเอาทพตของวงจร

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

62

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร รปท 4-9 แสดงสญญาณแรงดน,กระแส ,คาตวประกอบกาลง,แรงดนและสเปคตรม

ฮารโมนกส ของกระแสทโหลด 10 วตต จากรปท 4-9 สามารถวเคราะหสญญาณไดวา สญญาณแรงดนจะมลกษ-ณะเปนรปคลนไซนทมการกระเพอมของสญญาณเลกนอย สวนสญญาณกระแสจะมลกษณะคลายสญญาณไซนมาก มคาตวประกอบกาลง (P.F) = 0.94 และมคาของแรงดนทางดานเอาทพทเมอคงท = 24.9 โวลท สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแส จะสงเกตเหนไดวาจะมเฉพาะสเปคตรมของฮารโมนกสคและมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (%Total Harmonics Distion) = 12.6% ซงถานาคา THD ทไดนไปเปรยบเทยบกบวธทไมมการปอนกลบแรงดน ทโหลด 10 วตตจะเหนไดวา วธทมการปอนกลบแรงดนสามารถลดทอนฮารโมนกสไดดกวา

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

63

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร รปท 4-10 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม

ฮารโมนกสของกระแสทโหลด 20 วตต

จากรปท 4-10 สามารถวเคราะหสญญาณไดวา สญญาณแรงดนจะมลกษณะเปนรปคลนไซนทมการกระเพอมของสญญาณเลกนอย สวนสญญาณกระแสจะมลกษณะคลายสญญาณไซนมาก มคาตวประกอบกาลง (P.F) = 0.95 และมคาของแรงดนทางดานเอาทพทเมอคงท = 24.9 โวลท สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแสจะสงเกตเหนไดวาจะมเฉพาะสเปคตรมของฮารโมนกสค และมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (% Total Haromonics Distion )=12.9% ซงถานาคา THD ทไดนไปเปรยบเทยบกบวธทไมมการปอนกลบแรงดน ทโหลด 20 วตต จะเหนไดวา วธทมการปอนกลบแรงดนสามารถลดทอนฮารโมนกสไดดกวา

64

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร รปท 4-11 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม ฮารโมนกส

ของกระแสทโหลด 30 วตต

65

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร รปท 4-12 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม

ฮารโมนกสของกระแสทโหลด 40 วตต

66

จากรปท 4-12 สามารถวเคราะหสญญาณไดวา สญญาณแรงดนจะมลกษ-ณะเปนรปคลนไซนทมการกระเพอมของสญญาณเลกนอย สวนสญญาณกระแสจะมลกษณะคลายสญญาณไซนมาก มคาตวประกอบกาลง (P.F) = 0.95 และมคาของแรงดนทางดานเอาทพทเมอคงท = 24.9โวลท สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแสจะ สงเกตเหนไดวาจะมเฉพาะสเปคตรมของฮารโมนกสค และมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (% Total Harmonic Distion ) = 13.1% ซงถานาคา THD ทไดนไปเปรยบเทยบกบวธทไมมการปอนกลบแรงดน ทโหลด 40 วตต จะเหนไดวา วธทมการปอนกลบแรงดนสามารถลดทอนฮารโมนกสไดดกวา

ก. สญญาณแรงดน ,กระแสขาเขาของวงจรและคาตวประกอบกาลง

ข. สเปคตรมฮารโมนกสของกระแส

67

ค. สญญาณแรงดนเอาทพทของวงจร

รปท 4-13 แสดงสญญาณแรงดน ,กระแส ,คาตวประกอบกาลง, แรงดนและสเปคตรม ฮารโมนกสของกระแสทโหลด 50 วตต

จากรปท 4-13 สามารถวเคราะหสญญาณไดวา สญญาณแรงดนจะมลกษณะเปนรปคลนไซนทมการกระเพอมของสญญาณเลกนอย สวนสญญาณกระแสจะมลกษณะคลายสญญาณไซนมาก มคาตวประกอบกาลง (P.F) = 0.94 และมคาของแรงดนทางดานเอาทพทเมอคงท = 24.9 โวลท สวนรปกระแสฮารโมนกสของกระแสจะสงเกตเหนไดวาจะมเฉพาะสเปคตรมของฮารโมนกสค และมเปอรเซนตผลรวมของฮารโมนกส (% Total Haromonics Distion )=13.1% ซงถานาคา THD ทไดนไปเปรยบเทยบกบวธทไมมการปอนกลบแรงดน ทโหลด 50 วตต จะเหนไดวา วธทมการปอนกลบแรงดนสามารถลดทอนฮารโมนกสไดดกวา เพอใหเหนผลการทดลองทชดเจนมากยงขนจงนาผลทไดจากการทดลองวงจร Boost Converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบมการปอนกลบแรงดน และไมมการปอนกลบแรงดนมาแสดงในตาราง และ เพอความเขาใจตรงกนอษรยอทใชในตารางบนทกผลมความหมายดงตอไปน

V(in) = แรงดนไฟฟาจายเขา (V) I(in) = กระแสไฟฟาจายเขา (A) I(out) = กระแสไฟฟาจายออก (A) V(out) = แรงดนไฟฟาจายออก (V) PF = คาเพาเวอรเฟคเตอร THD = คาผลรวมของสเปคตรมกระแสฮารโมนกส (%)

68

ตารางท 4.1 ผลการทดลองทดลองวงจร Boost Converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดน

V(in) V(out) I(in) I(0ut) PF THD

(v) V Am Am %

12 14062 0.637 0.158 0.81 37.9 12 33.53 0.619 0.155 0.81 33.5 12 25.80 0.699 0.152 0.81 37.1 12 32.02 0.62 0.235 0.81 38.3 12 32.11 0.634 0.232 0.80 38.6

ตารางท 4.2 ผลการทดลองทดลองวงจร Boost Converter โดยใชเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบมการปอนกลบแรงดน

V(in) V(out) I(in) I(0ut) PF THD (v) V Am Am % 12 24.9 0.534 0.2424 0.95 12.6 12 24.9 0.531 0.1539 0.93 12.9 12 24.9 0.553 0.1525 0.94 13.8 12 24.9 0.539 0.2141 0.95 13.1 12 24.9 0.553 0.2128 0.94 13.1

เพอใหสามารถเปรยบเทยบผลการเปลยนแปลงของกระแสและแรงดนทางดานเอาทพทระหวางวงจรทควบคมดวยเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบมการปอนกลบแรงดน และไมมการปอนกลบแรงดนไดอยางชดเจนจงไดนาผลการทดสอบมาสรางกราฟแสดงความสมพนธดงตอไปน

69

ผลการเปรยบเทยบแรงดนเอาทพท

01020

3040

1 2 3 4 5

LOAD(W)

OU

T PU

T VO

LTA

GE(

V)

VoutแบบไมปอนกลบแรงดนVoutแบบปอนกลบแรงดน

รปท 4-14 ผลการเปรยบเทยบแรงดนเอาทพททเปลยนแปลงตามคาโหลด(Load) ขณะทวงจรควบคมดวยเทคนคการมอดเลตความกวางของพลส แบบไมมการปอนกลบแรงดนและมการปอนกลบแรงดน

ผลการเปรยบเทยบคาเพาเวอรเฟคเตอร

0.70.8

0.91

1 2 3 4 5

LOAD(W)

คา

P.F P.Fแบบไม

ปอนกลบแรงดนP.Fแบบปอนกลบแรงดน

รปท 4-15 ผลการเปรยบเทยบคาเพาเวอรเฟคเตอรทเปลยนแปลงตามคาโหลด(Load) ขณะทวงจรควบคมดวยเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดนและมการปอนกลบแรงดน

70

ผลการเปรยบเทยบกระแสเอาทพท

0

0.1

0.2

0.3

1 2 3 4 5

LOAD(W)

OUT

PUT

CU

RR

ENT(

A)

I OUT แบบไมปอนกลบแรงดนI OUT แบบปอนกลบแรงดน

รปท 4-16 ผลการเปรยบเทยบกระแสเอาทพททเปลยนแปลงตามคาโหลด (Load)ขณะทวงจรควบคมดวยเทคนคการมอดเลตความกวางของพลส แบบไมมการปอนกลบแรงดนและมการปอนกลบแรงดน จากรปท 4 -14 เปนการเปรยบเทยบแรงดนเอาทพททเปลยนแปลงตามคาโหลด

(Load) ขณะทวงจรควบคมดวยเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดนและมการปอนกลบแรงดนซงสามารถเหนไดอยางชดเจน วาวธการทใชในโครงงานนมแรงดนทางดานเอาทพทคงทมากกวาอยางเหนไดชด จากรปท 4-15 เปนการเปรยบเทยบคาเพาเวอรเฟคเตอรทเปลยนแปลงตามคาโหลด (Load) ขณะทวงจรควบคมดวยเทคนคการมอดเลตความกวางของพลส แบบไมมการปอนกลบแรงดนและมการปอนกลบแรงดน ซงสามารถเหนไดอยางชดเจนวาวธการทใชในโครงงานนมคาเพาเวอรเฟคเตอรดกวาคดเปนเปอรเซนตคอ 13.7 % จาก รปท 4-16 เปนการเปรยบเทยบกระแสเอาทพทท เปลยนแปลงตามคาโหลด (Load) ขณะทวงจรควบคมดวยเทคนคการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดนและมการปอนกลบแรงดนจากกราฟ จะเหนไดวาคากระ แสทางดานเอาทพทในโครงงานทเรานาเสนอนจะเปนไปตามทฤษฎ คอ ถาคาความตานทานมากกระแสจะไหลนอย และ ถาคาความตานทานนอยกระแสจะไหลมาก โดยทโหลด 10 วตต เราใชความตานทานคา 470 โอหม , ทโหลด 20 วตต เราใชความตานทานคา 560 โอหม, ทโหลด 30 วตตเราใชความตานทานคา 1.5กโลโอหม, ทโหลด 40 วตตเราใชความตานทานคา 460 โอหม , ทโหลด 50 วตต เราใชความตานทานคา 450 โอหม

71

4.5 ผลการเปรยบเทยบกระแสฮารโมนกสกบมาตรฐาน IEC 61000-3-2 ตารางท 4.3 มาตรฐานเปอรเซนตของกระแสฮารโมนกส ในมาตรฐาน IEC 61000-3-2

ลาดบฮารโมนกส n

กระแสฮารโมนกสสงสด A

ฮารโมนกสค

3 2.30 5 1.14 7 0.77 9 0.40 11 0.33 13 0.21

15 39n ≤≤ 0.15 15/n

ฮารโมนกสค 2 1.08 4 0.43 6 0.30

40n8 ≤≤ 0.23 8/n ตารางท 4.4 แสดงกระแสฮารโมนกสของวงจรบสคอนเวอรเตอรชนดใชหลกการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมปอนกลบแรงดน

Load (W)

)A(3I

)A(

5I)A(

7I

(A)9I

)A(

11I)A(

13I)A(

15I)A(

17I)A(

19I)A(

21I

)A(23I

)A(

25I

)A(27I

)A(33I

10 3.85 0.83 0.97 0.51 0.68 0.23 0.23 0.23 0.01 0.23 0.00 0.00 0.00 0.25 20 3.27 0.28 1.00 0.28 0.28 0.32 0.28 0.28 0.00 0.28 0.28 0.28 0.00 0.00 30 3.87 0.78 0.93 0.00 0.83 0.00 0.23 0.23 0.00 0.00 0.23 0.00 0.00 0.00 40 4.13 0.47 1.21 0.53 0.51 0.33 0.01 0.33 0.33 0.33 0.33 0.00 0.00 0.00 50 4.32 0.87 1.23 0.87 0.87 0.00 0.00 0.31 0.31 0.31 0.31 0.00 0.00 0.00

72

ตารางท 4.5 แสดงกระแสฮารโมนกสของวงจรบสคอนเวอรเตอรชนดใชหลกการมอดเลตความกวางของพลสแบบมการปอนกลบแรงดน

Load

(W) )A(3I

)A(

5I

)A(7I

(A)9I

10 1.02 0.68 0.00 0.11 20 1.13 0.85 0.00 0.00 30 1.10 0.53 0.00 0.00 40 1.08 0.51 0.00 0.00 50 1.08 0.50 0.00 0.00

จากตารางท 4-4 และ 4-5 จะเหนไดวาทโหลดเทาใดกตาม นาเอาคากระแสฮารโมนกสมาเปรยบเทยบกบมาตรฐานIEC 6100-3-2 คลาส A ปรากฎวา กระแสฮารโมนกสของวงจรบสคอนเวอรเตอร ชนดใชหลกการมอดเลตความกวางของพลส แบบปอนกลบแรงดนสามารถผานมาตรฐานทก ๆ คาโหลด แตกระแสฮารโมนกสของวงจรบสคอนเวอรเตอรชนดใชหลกการมอดเลตความกวางของพลสแบบไมมการปอนกลบแรงดนจะไมผานมาตรฐานทกๆคาโหลดเลยแตถาดเปนฮารโมนกสท (3,5,7…) จะผานเปนบางคาเทานน สวนกระแสฮารโมนกสคนนเราไมไดทาการแสดงคาใหดในตารางแตถาสงเกตจากผลการทดลองในหวขอ 4.2 และ 4.3 จะเหนไดอยางชดเจนเลยวาวงจรบสคอนเวอรเตอร ชนดใชหลกการมอดเลตความกวางของพลส แบบไมปอนกลบแรงดนจะมฮารโมนสคอยดวย แตวงจรบสคอนเวอรเตอรชนดใชหลกการมอดเลตความกวางของพลส แบบปอนกลบแรงดนทเปนโครงงานของเราน จะไมมฮารโมนกสคอยเลย ดงนนเปนการแสดงใหเหนอยางชดเจนแลววา โครงงานของเรานสามาตรฐานผานมาตรฐานทงฮารโมนกสคและค

73

บทท 5 สรป อภปรายและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผลการทดลอง วงจรบสคอนเวอรเตอรชนดแกไขคาตวประกอบกาลงและลดกระแสฮารโมนกสขาเขาของวงจร สามารถทาใหกระแสทางดานอนพทอยในเกณฑมาตรฐานของ IEC 6100-3-2 ชน A โดยผานมาตรฐานททกพกดโหลด โดยทพกดโหลด 10วตต มคา THD =12.6 % ทพกดโหลด 20 วตต มคา THD = 12.9 % , ทพกดโหลด 30 วตต มคา THD = 13.8 % , ทพกดโหลด 40 วตต มคา THD=13.1 % , ทพกดโหลด 50 วตต มคา THD= 13.1 % สาหรบคาตวประกอบกาลง ดานขาเขาของวงจรทนาเสนอททก ๆ พกดโหลดมคาเขาใกลหนง มคาประมาณ 0.94 – 0.95 ทาใหรปรางของกระแสทางดานเขาของวงจรมรปรางใกลเคยงไซนมากขน เมอนาผลมาเปรยบเทยบกบโครงงานทใชหลกการสวตซแบบ PWM แบบ Close Loop พบวาวงจรทนาเสนอในโครงงานนใหคณภาพของกระแสทางดานอนพทดกวา เพราะคาตวประกอบกาลงดานเขาของวงจรทนาเสนอนจะสงกวาประมาณ 13.7% และคาเปอรเซนตความผดเพยนรวมของฮารโมนกส ( % THD ) ของกระแสจะตากวาโดยเฉลยเทากบ 23.98 % เมอนาผลมาเปรยบเทยบกบโครงงานทใชหลกการสวตซแบบ PWM แบบ Open Loop 5.2 ปญหาทเกดขน 5.2.1 IC ขบเกตมอสเฟตเกดความเสยหายบอยครง 5.2.2 การบนทกผลการทดลอง ไมสามารถวดสญญาณรปคลนของกระ กระแส และแรงดนพรอมกนได เนองจากอปกรณการตอรวมทใชวดกระแสนนมพกดตาไมสามารถทจะใชงานในยานสงๆได 5.2.3 มอสเฟตเกดความเสยหายบอยครง

74

5.3 ขอเสนอแนะจากการทาโครงงาน 5.3.1 จากปญหาขอท 1 ควรตอ คาความตานทานประมาณ 1 KΩ ทางดานอนพท และเอาทพทของ IC ขบเกตมอสเฟต 5.3.2 จากปญหาขอท 2 ควรหาอปกรณทมพกดสงๆเตรยมไวกอนทาการทดลอง 5.3.3 จากปญหาขอท 4 กอนการทดสอบควรศกษาอปกรณใหเขาใจกอนวามพกดและคณสมบตอยางไร

75

บรรณานกรม

1. กมลศกด สระดม และธรวฒน แกวขา , “ ชดสาธตพลสวดมอดดเลชน อนเวอรเตอร ”, ปรญญานพนธ ภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตร อตสาหกรรม, มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร, 2544. 2. ชศกด ชรกษา และถวล มาทง , “ วงจรเรยงกระแส 1 เฟส สมรรถนะสง ชนดปรบปรงตวประกอบกาลงดานขาเขา โดยวธมอดเลตความกวางของ พลส แบบไซน” ,ปรญญานพนธ ภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตร อตสาหกรรม, มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร, 2545. 3. ธนาวน ชนวฒนาประณธ และรกษณ บวทอง, “ ชดแผงสาธตคอนเวอร เตอรและอนเวอร - เตอรเพอควบคมซงโคนสมอเตอร” , ปรญญานพนธ ภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรม , มหาวทยาลยเทคโน โลยพระจอมเกลาธนบร, 2544. 4. พรเทพ กลนนโรธน และสายนต สมพนธารกษ, “ อนเวอรเตอรหนงเฟส แบบซงโคนสดวย PWM ” , ปรญญานพนธ ภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรม , มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร, 2545. 5. ภมใจ คาแดง และวสนต จนศลา , “วงจรเรยงกระแส 1เฟสชนดปรบปรง ตวประกอบกาลงดานขาเขาของไฟฟา” , ปรญญานพนธ ภาควชาครศาสตร ไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรม , มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลา ธนบร, 2544. 6. รฐชฎาภรณ จงภภพ, ศ รพร ศรสานตวงศ และ สพตรา อศวพลงกล , “ การมอดเลตความ - กวางของพลสดวยโปรแกรมคอมพวเตอร” , ปรญญานภาควชาวศวกรรมอเลกทรอนกส และ โทรคมนาคมคณะวศว- กรรมศาสตรอตสาหกรรม , มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลา-ธนบร, 2544. 7. สวฒน ดน, “ เทคนคและการออกแบบสวตชงเพาเวอรซพพลาย” กรงเทพมหานคร: เอนเทลไทยจากด , 2537. 8. โคทม อารยา , “อเลกทรอนกสกาลง 2 ” กรงเทพมหานคร:ซเอดยเคชนจากด, 2544.

76

9. Geun - Hie Rim , Won – Ho Kim and Iouri Kang , A Simplified Analog Controller for Power Facter Correction Converter ” , Industrial Electronics , IEEE Transaction ON, Vol.42 August 1995. 10. ROBETO Martinaz and Prasad N. Enjeti , “A High – Preformance Single Phase Rectifier With Input Power Factor Correction” , Power Electronic, IEEE Transaction ON , Vol.1 , No.2 , March 1996. 11. K. Hirachi , J. Yoshitsugu,A. Chibari and M. Nakaoka , “Switched -Mode PFC Rectifier with High – Frequency Transformer Link for High – Power Density Single Phase UPS” Power Electronics , IEEE Transaction ON , Vol.1 , No.2 , March 1997.

77

ภาคผนวก ก

แผนลายทองแดงและตาแหนงการลงอปกรณ

78

รปตาแหนงการวางอปกรณวงจรควบคม

รปลายทองแดง วงจรควบคม

79

รปตาแหนงการวางอปกรณวงจรบส คอนเวอรเตอร

รปลายทองแดงวงจรบส คอนเวอรเตอร

80

รปตาแหนงการวางอปกรณวงจรสรางสญญาณสามเหลยม

รปลายทองแดงวงจรสรางสญญาณสามเหลยม

81

รปตาแหนงการวางอปกรณวงจรแหลงจายไฟ V5,V15 ±±

รปลายทองแดงวงจรแหลงจายไฟ V5,V15 ±±