สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รายงานการวจย

เรอง

การปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา และคาความเพยนกระแส อนพตรวมตา สาหรบวงจรจดหลอดฟลออเรสเซนต T5

โดย สรายธ ทองกลภทร

งานวจยเรองนไดรบทนอดหนนเพอการวจยจากงบสงเสรมงานวจย (สวพ.) คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม ศนยนนทบร พ.ศ. 2555

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

การปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา และคาความเพยนกระแส อนพตรวมตา สาหรบวงจรจดหลอดฟลออเรสเซนต T5

โดย สรายธ ทองกลภทร

งานวจยเรองนไดรบทนอดหนนเพอการวจยจากงบสงเสรมงานวจย (สวพ.) คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม ศนยนนทบร พ.ศ. 2555

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ก

คานา โครงงานวจยนเปนการพฒนาวงจรจดหลอดฟลออเรสเซนต T5 เพอปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา และคาความเพยนกระแสอนพตรวมตา สาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต ขนาด 28 วตต จานวน 1 หลอด บลลาสตอเลกทรอนกสชดนมแนวคดทตองการสรางชดจดหลอดไฟ หรอบลลาสตอเลกทรอนกสทใชสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต T5 เพอปรบปรงคาตวประกอบกาลงดานอนพต และปรบคาความเพยนของรปสณญาณทผดเพยนไปจากสญญาณไซน ดงนนบลลาสตอเลกทรอนกสชดนจะประกอบดวยวงจรการประยกตใชวงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนแบบบรดจ วงจรชารจปมเพอปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาในสวนหนาของวงจรบลลาสต และสวนหลงใช วงจรแปลงผนไฟฟาแบบกงบรดจแปลงกระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนซอนกรมตอโหลดขนาน (SRPLI) การสรางบลลาสตอเลกทรอนกสชดนออกแบบและทดสอบหาความถทใช ใหไดเอาตพต 28 วตต ตามขนาดของหลอดไฟ ดงนนการออกแบบเพอใหหลอดไฟไดทางานเตมความสามารถโดยการทดสอบหาความถทเหมาะสมทสดเพอใหหลอดไฟทางานไดเตมประสทธภาพ คาสาคญ : บลลาสตอเลกทรอนกส / คาตวประกอบกาลงไฟฟา /หลอดไฟฟลออเรสเซนต T5

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ข

ผวจย นายสรายธ ทองกลภทร ชอเรอง การปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา และคาความเพยนกระแส อนพตรวมตา สาหรบวงจรจดหลอดฟลออเรสเซนต T5 ประเภทการวจย การวจยเพอสรางองคความร สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา พ.ศ. 2555

บทคดยอ โครงงานวจยนนาเสนอการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา และคาความเพยนกระแสอนพตรวมตา สาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต ขนาด 28 วตต 220 โวลต 50 เฮรตซ จานวน 1 หลอด บลลาสตอเลกทรอนกสชดนมแนวคดทตองการสรางชดจดหลอดไฟ หรอบลลาสตอเลกทรอนกสทใชสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต T5 เพอปรบปรงคาตวประกอบกาลงดานอนพต และปรบคาความเพยนของรปสณญาณทผดเพยนไปจากสญญาณไซน ดงนนบลลาสตอเลกทรอนกสชดนจะประกอบดวยวงจรการประยกตใชวงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนแบบบรดจ วงจรชารจปมเพอปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาในสวนหนาของวงจรบลลาสต และสวนหลงใช วงจรแปลงผนไฟฟาแบบกงบรดจแปลงกระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนซอนกรมตอโหลดขนาน (SRPLI) การสรางบลลาสตอเลกทรอนกสชดนออกแบบและทดสอบหาความถทใช ใหไดเอาตพต 28 วตตตามขนาดของหลอดไฟเพอใหหลอดไฟไดทางานเตมความสามารถโดยการทดสอบหาความถทเหมาะสมทสด จากผลการทดสอบความถทเหมาะสม คอ 45 กโลเฮรตซ ซงเปนความถทเหมาะสมสาหรบวงจรบลลาสตน โดยมคาตวประกอบกาลงไฟฟาอนพตเทากบ 0.97 ขณะจายกาลงไฟฟาสงสดของบลลาสตมประสทธภาพเทากบ 91.5 เปอรเซนต คาสาคญ : บลลาสตอเลกทรอนกส / คาตวประกอบกาลงไฟฟา /หลอดไฟฟลออเรสเซนต T5

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ค

กตตกรรมประกาศ

การจดทารายงานวจยฉบบนสาเรจไดดวยด เนองจากไดรบการสนบสนนการพจารณาทนจากงบประมาณสงเสรมงานวจย พ .ศ .2555 มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม ประโยชนอนใดทเกดจากรายงานการวจยเลมนเปนผลมาจากความกรณาของทกทานดงกลาวขางตน ผทาวจยใครขอขอบพระคณทกทานไวเปนอยางสง

สรายธ ทองกลภทร ผจดทางานวจย

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

1

บทท 1 บทนา

1.1 ปญหาและทมาของงานวจย ปจจบนการใชงานหลอดไฟฟลออเรสเซนตแบบ T5 ขนาด 28 วตต มการใชงานและกาลงเปนทนยมใชงานกนมากขน เนองจากเปนหลอดไฟทใหแสงสวางทราบเรยบและแสงสวางทมากกวาหลอดไฟฟลออเรสเซนต T8 ขนาด 36 วตต ทใชงานอยในปจจบน เมอเทยบกาลงไฟฟาทเทากน และหลอดไฟแบบ T5 ยงไดรบการสนบสนนการใชงานจากการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย (กฟผ.) เนองจากทดสอบการใชงานสามารถลดการใชพลงงานไฟฟาไดถงรอยละ 30 ของการใชกาลงไฟฟาและแสงสวางทมปรมาณใกลเคยงกนสาหรบหลอดไฟแบบ T5 ขนาด 28 วตต เทยบกบ T8 เทยบกบขนาด 36 วตต ดงรปท 1

รปท 1 การสองสวาง และ อณหภมแวดลอมหลอด T5 และ T8; ทมา http://www.emsd.gov.hk/

ในสวนของสภาวะแวดลอมยงสามารถลดการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดออกสชนบรรยากาศ ซงเปนตวการสาคญททาใหเกนมลภาวะกาซเรอนกระจกสงผลใหเกดรงสความรอนสะสมในชนบรรยากาศและบนผวโลก อยางไรกตามการทาหลอดไฟ T5 ซงเปนหลอดไฟชนดกาซดสชารจ จงจาเปนตองมบลลาสตเพอใชเปนอปกรณชวยในการเรมสตารทการทางานและรกษาระดบกาลงไฟฟาใหไดตามกาลงของหลอดไฟในสวนของบลลาสต โดยปจจบนจะใชบลลาสตอเลกทรอนกสซงมการพฒนาและใชงานกนมากขนและใชวงจรเพอปรบปรงคาตวประกอบกาลงดานอนพต และทาใหรปคลนกระแสอนพตใกลเคยงสญญาณไซนเพอลดคาความเพยนของกระแสอนพตรวม (Total Harmonic Distortion : THDi) ซงบลลาสตทมการใชงานในปจจบนมคาตวประกอบกาลงไฟฟาประมาณ 0.95 ลาหลง ทาใหคาความเพยนกระแสรวมสงกวารอยละ 15 ดงนนผวจยจงมแนวคดในการวจยการสรางบลลาสตอเลกทรอนกสสาหรบหลอดไฟแบบ T5 ใหไดคาตวประกอบกาลงมากกวา 0.95 และคาความเพยนฮารมอนกรวม (Total Harmonic Distortion : THD) นอยกวา

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

2

รอยละ 15 เพอใหบลลาสตอเลกทรอนกสมประสทธภาพมากขน บลลาสตชดนจะใชวธการอดคายประจจากดานเอาตพตประกอบกบการใชวงจรพาสซฟวลเลยฟลลเพอปรบคาตวประกอบกาลงไฟฟาทาใหแรงดนและกระแสไฟฟาดานเอาตพตของวงจรเรยงกระแสมความเรยบของสญญาณไฟฟากระแสตรงสมบรณโดยไมตองใชตวเกบประจไฟฟาทมขนาดใหญชวยชดเชยการกระเพอมของแรงดนไฟฟาเอาตพตท จะจายใหวงจรจดหลอดไฟ จงลดอปกรณตวเกบประจไฟฟาทใชในการฟลลเตอรแรงดนซงมขนาดใหญไดอกหนงตวเปนตนแบบในการใชงานในประเทศชาตตอไป

1.2 งานวจยทเกยวของในอดต ในป 1993 Kazimierczuk [1] นาเสนอบลลาสอเลกทรอนกสสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต

คลาสด ในการวจยบลลาสตนใชแรงดนไฟตรงจายใหกบวงจรบลลาสต แตในงานจรงใชวงจรเรยงกระแสสลบเปนไฟตรงประกอบกบวงจรแปลงผนคลาสด (dc to ac inverter) ทนามาใชเปนวงจร บลลาสตอเลกทรอนกส ซงมขอเสยทวงจรเรยงกระแสไฟตรงตองใชตวเกบประจ CB ทมขนาดใหญชวยชดเชยแรงดนกระเพอม (ripple) ทาใหไดโอดในวงจรเรยงกระแสทางานในชวงทสน เปนผลทาใหเกดกระแสฮารมอนก และคาตวประกอบกาลงไฟฟามคาตา ประสทธภาพรวมของวงจร 89.4 %

รปท 1.1 วงจรบลลาสตอเลกทรอนกสคลาสด

ในป 1995 Wu และคณะ [2] นาเสนอบลลาสอเลกทรอนกสสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต

ซงใชพนฐานของวงจรแปลงผนบสในสภาวะการทางานกระแสไมตอเนอง (Discontinuous mode boost converter ; DCM) ประกอบกบวงจรแปลงผนคลาสดทางานเปนสองภาค คอ ภาคของการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา และภาคของบลลาสต ขอด คองายตอการควบคมการทางาน ขอเสย คอวงจรของบลลาสตตองใชอปกรณมากโดยเฉพาะสวตชกาลง

LR1gV

2gV

BC

1Q

2Q

rLbC

rC

DCV

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

3

รปท 1.2 วงจรบลลาสตอเลกทรอนกสสองภาค ในป 1997 Wu และคณะ [3] ไดพฒนาใหบลลาสตทางานสองภาครวมกนเปนภาคเดยวกน

โดยใชสวตชกาลงในวงจรบลลาสตหนงตวทางานเปนสวตชของวงจรบสและทางานเปนสวตชของบลลาสตไปพรอมกนในภาคเดยว ขอด คอสามารถลดสวตชกาลงไดหนงตว ขอเสย คอ 1.ในสวนของวงจรไฟตรงทผานวงจรบส (DC bus voltage) มคาสงเนองจากวงจรทางานทวฎจกรงานท 50 % จงจาเปนตองใชตวเกบประจทบส และสวตชกาลงทมพกดสง

รปท 1.3 วงจรบลลาสตอเลกทรอนกสภาคเดยวคลาสด

ในป 2000 Jinrong Qian, Fred C. Lee [4] นาเสนอบลลาสตอเลกทรอนกส ทมการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาดวยวธชารจปมแหลงจายแรงดนไฟฟา ขอด คอ สามารถปรบคาระดบแรงดนไดกวางจงสามารถใชงานขณะแรงดนตาลงได ขอเสย คอ แรงดนบสมคาสงทาใหตองใชสวตชกาลงทมพกดสง และ คาตวประกอบยอดคลนสง (Crest Factor)เทากบ 2.4 ซงเกนคามาตรฐานอตสาหกรรม (มอก.1506-2541) คอไมเกน 1.7 เทา

ACV

1B

LR

1Q

2Q

rL

rC

bC

BC

pfL

3Q

pfD

Boost converter Half-Bridge SRPLI

ACV

1B

LR1Q

2Q

rLrC

bCpfL

pfD

buck-boost semi-stage

BC 1D2D

3DClass D Inverter

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

4

รปท 1.4 บลลาสตอเลกทรอนกสชารจปมแหลงจายแรงดนไฟฟา(VS-CPPFC)

1.3 วตถประสงคของงานวจย 1.3.1 ออกแบบและสรางบลลาสตอเลกทรอนกสสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนตสาหรบ

หลอดไฟ T5 1.3.2 ทดสอบการทางานของวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสและศกษาถงสมรรถนะของวงจร 1.3.3 ปรบปรงคาตวประกอบกาลงใหมากกวา 0.95 และคาความเพยนฮารมอนกรวมนอยกวา รอยละ 15 1.3.4 ลดการใชพลงงานไฟฟาในตวบลลาสต

1.4 ขนตอนการดาเนนงาน 1.4.1 ศกษาขอมลจากงานวจยและโครงการอนๆ ทเกยวของ เพอกาหนดรปแบบของ การ ออกแบบหรอวธการของระบบทเหมาะสมกบโครงการน และมประสทธภาพสงทสด จากเอกสารอางองตางๆ 1.4.2 ดาเนนการออกแบบวงจรเรยงกระแสไฟฟากระแสสลบเปนไฟกระแสตรงวงจรกาลง ดวยวงจรอเลกทรอนกสกาลงแบบกงบรดจ ออกแบบวงจรควบคมเพอใชควบคมสวตช กาลง และวงจรเรโซแนนซเพอใชในการจดหลอดฟลออเรสเซนต 1.4.3 จาลองการทางานของวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสทออกแบบดวยโปรแกรม คอมพวเตอร พรอมกบปรบปรงแกไขคาตวแปรบางตวใหสมบรณและดทสด

1.4.4 สรางวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสตนแบบ สาหรบทดสอบหาประสทธภาพการทางาน ของวงจรทออกแบบ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

5

1.4.5 ปรบปรงแกไขใหไดตามขอกาหนด รวบรวมขอมล วเคราะหผลของขอมลและจดทา รายงานผลการวจยเพอเสนอตอสถาบนวจยและพฒนาของมหาวทยาลยเทคโนโลย ราชมงคลสวรรณภมตอไปตามกาหนดเวลาทกาหนดไวในแผนวจย

1.5 ขอบเขตงานวจย 1.5.1 สรางบลลาสตอเลกทรอนกส ใชสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต T5 ขนาด 28 วตต

ขนาดแรงดนไฟฟา 220 โวลต 50 เฮรตซ จานวน 1 หลอด 1.5.2 สรางบลลาสตอเลกทรอนกส ทมความถจดไสหลอดในชวง 25 – 50 กโลเฮรตซ 1.5.3 สรางบลลาสตอเลกทรอนกส ทมคาตวประกอบกาลงไฟฟาอนพต ทมคามากกวา 0.95 และคาความเพยนฮารมอนกสรวมนอยกวารอยละ 15 1.5.4 ประยกตใชวงจรเรยงกระแสแบบบรดจ และวงจรแปลงผนแบบกงบรจนามาสรางเปน วงจรกาลงของวงจรบลลาสตอเลกทรอนกส

1.6 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 1.6.1 ไดบลลาสตอเลกทรอนกสสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนตแบบ T5 ทมประสทธภาพ

สง ประหยดพลงงานลดการสญเสยลดจากบลลาสต 2-4 วตตตอหลอดเปนผลสาเรจ เบองตน(P)

1.6.2 นามาใชในองคกรตางๆ เพอเปนโครงการลดพลงงานไฟฟา เปนการประหยดพลงงาน ในองคกรและของชาตได จะเกดผลสาเรจกงกลาง (I)

1.6.3 พฒนาเปนโครงการดานการผลตดานอตสาหกรรมเพอเปนผลตภณฑลดพลงงานไฟฟา และลดการนาเขาจากตางประเทศได จะเกดผลสาเรจตามเปาหมาย (G)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

6

บทท 2 ทฤษฎและหลกการพนฐาน

ในบทนจะอธบายถงทฤษฎและหลกการพนฐานทเกยวของกบบลลาสตอเลกทรอนกส โดยการวเคราะหเพอคานวณหาจดทางานและศกษาตวแปรตางๆ ทมผลตอความถสวตชของ บลลาสตอเลกทรอนกสทกาเนดสญญาณขบนานนจาเปนตองเขาใจวงจรกาลงและวงจรควบคมทใชประกอบในวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสคลาสด ทงสวนของการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาดวยวงจรชารปมแหลงจายกระแส และสวนของวงจรแปลงผนคลาสดทใชเปนวงจรกาลงของ บลลาสต โดยทงสองสวนจะทางานสมพนธกนเปนภาคเดยว รวมถงวงจรควบคมการทางานของสวตชกาลง

โครงสรางของบลลาสตอเลกทรอนกส บลลาสตอเลกทรอนกสเปนอปกรณทใชควบบคกบหลอดไฟฟาฟลออเรสเซนตเพอทดแทน

บลลาสตแบบขดลวดพนบนแกนเหลก โดยใชไฟฟากระแสสลบความถสงแทนการใชไฟฟากระแสสลบความถตากบหลอดไฟเพอลดกาลงสญเสยของบลลาสตแตยงสามารถจดหลอดใหตดสวาง และควบคมกระแสไฟฟาผานหลอดไฟใหมคาตามทกาหนดได ดงรปท 2.1 แสดงโครงสรางโดยทวไปของบลลาสตอเลกทรอนกสสาหรบหลอดฟลออเรสเซนตซงประกอบไปดวยวงจรและสวนประกอบทสาคญ ดงตอไปน

รปท 2.1 โครงสรางพนฐานของบลลาสตอเลกทรอนกส

1.) วงจรกรองสญญาณความถและวงจรปองกนดานเขา (EMI and Protection circuit Stage) ทาหนาทกรองสญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic Interference: EMI) จากภายนอกทจะมารบกวนบลลาสตอเลกทรอนกสและจากภายในบลลาสตอเลกทรอนกสทจะไปรบกวนอปกรณภายนอกทตอกบสายกาลงรวมกน สวนวงจรปองกนทาหนาทปองกนกระแสกระชาก (Surge current) และแรงดนเกนชวขณะในขณะเปดไฟ

StageFilterand

Rectifier AC

220 V50 Hz Filter

EMILamp 2 x 36 w

Lamp Driving Stage and

Inverter & Mode ContorlFlurescent

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

7

2.) วงจรแปลงผนไฟฟากระแสสลบเปนไฟฟากระแสตรง (Rectifier circuit Stage) ทาหนาท

เปลยนไฟฟากระแสสลบดานเขาเปนไฟฟากระแสตรงเพอจายใหกบวงจรอนเวอรเตอรความถสง ดานเขาหลอดไฟฟลออเรสเซนต

3.) วงจรกรองสญญาณและปรบคาตวประกอบกาลง (Filter Stage and Power factor correction circuit Stage) มหนาทปรบรปคลนของกระแสดานเขาใหมลกษณะใกลสญญาณไซน (Sine) เพอเพมคาตวประกอบกาลงและลดฮารมอนกดานเขาของบลลาสตอเลกทรอนกส

4.) วงจรอนเวอรเตอรและวงจรกาเนดสญญาณขบนาสวตช(Inverter and Drive circuit Stage) มหนาทเปลยนไฟฟากระแสตรงใหเปนไฟฟากระแสสลบความถสง วงจรอนเวอรเตอรทนยมใชกนในปจจบนโดยทวไปจะใชสวตชไวงานเปนทรานซสเตอร (BJT หรอ MOSFET) และทางานแบบเรโซแนนซภาคแรงดนศนย (Zero Voltage Switch, ZVS) แรงดนออกของอนเวอรเตอรเปนรปคลนสเหลยมมคาเฉลยเทากบศนย วงจรกาเนดสญญาณขบนาเพอควบคมการทางานสวตชอเลกทรอนกสกาลง ใหทางานตามความถ ทตองการใหเหมาะสมกบวงจรเรโซแนนซเพอจดหลอดไฟ

5.) วงจรจดหลอดไฟฟลออเรสเซนต (Lamp Driving Stage) ทาหนาทจดหลอดไฟฟลออเรส เซนตและควบคมหลอดไฟใหทางานในสภาวะปกต โดยอาศยวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบในการสรางความถสงใหกบวงจรเรโซแนนซซงประกอบดวยตวเกบประจททางานรวมกบตวเหนยวนาทาใหเกดปรากฏการณเรโซแนนซเพอสรางแรงดนไฟฟาจดหลอด และเปนทางผานของกระแสอนไสหลอดขณะทางานปกต จะตอขนานหลอดไฟเพอรกษาระดบแรงดนไฟฟาของหลอดไฟใหทางานสภาวะคงทอยางตอเนอง

6.) หลอดฟลออเรสเซนต (Fluorescent lamp) มหนาทเปลยนพลงงานไฟฟาใหเปนแสงสวาง ซงมคณสมบตทางไฟฟา คอ ตองการแรงดนสงในการจดหลอด, ตองการแหลงจายพลงงานไฟฟาทมลกษณะเปนแหลงจายกระแสฟา ในขณะทางานมความตานทานพลวตเปนลบและปรมาณแสงแปรตามกระแสไฟฟาผานหลอด จากบลอกไดอะแกรมโครงสรางบลลาสตอเลกทรอนกสควบคมปรมาณแสงวางอตโนมต จะเหนไดวาในบลอกไดอะแกรมม 3 สวน ไดแก EMI Filter , Rectifier and Filer Stage และ Inverter & Mode Control and Lamp Driving ในแตละภาคมหลกการทางานดงน คอเมอปอนแหลงจายไฟฟากระแสสลบ 220 V 50 Hz ใหกบวงจรภายใน EMI Filter ซงในภาควงจร EMI ฟลเตอรซงมหนาทกรองกระแสและแรงดนทมความสงและมองเสมอนเปน Harmonic Source ซงเกดจากวงจรภาคหลกเพอไมใหเขาไปรบกวน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

8

ใน Line input ใหอยในระดบทยอมรบไดกอนจะเขาไปในภาควงจร Rectifier and Filer Stage หรอ วงจรเรยงกระแสและวงจรกรองความถทางดานเอาตพต ซงวงจรเรยงกระแสจะมหนาทเรยงกระแสจากไฟฟากระแสสลบเปลยนเปนไฟฟากระแสตรง เพอจายใหกบวงจรในภาค Inverter and Mode Control and Lamp Driving แตแรงดนทไดจะเปนแรงดนไฟฟากระแสตรงกระเพอมตอเนองไป ดงนนจะตองมวงจรฟลเตอรหลงวงจรเรยงกระแส เพอทจะชวยปรบแรงดนไฟฟากระแสตรงกระเพอมทผานการเรยงกระแสออกมาใหเปนแรงดนไฟฟากระแสตรงทเรยบมากขน เมอไดแรงดนไฟฟากระแสตรงทเรยบมากขนกใหเปนแรงดนไฟฟา หรอเปนแหลงจายไฟฟากระตรงใหกบวงจรโหลด Inverter & Mode Control and Lamp Driving ซงเปนวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนซอนกรมแบบแยกตวเกบประจนน หมายความวา วงจรในภาคดงกลาวประกอบดวยวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ (Half– Brige Inverter) และมโหลดเปนวงจรเรโซแนนซ อนกรมใแบบแยกตวเกบประจ หรอตอโหลดขนาน (Series – Resonant Parallel - Load) ซงวงจรทงสองทรวมกนนถอไดวาเปนสวนหนงของวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนซ โดยวงจรในภาคนจะทาหนาทสรางแรงดนสงความถสงในการจดหลอด โดยอาศยหลกการของวงจร เรโซแนนซเขามาชวยในการจดไสหลอดและทาใหหลอดทางานในสภาวะปกต ในสวนของการปรบหรอกาหนดการทางานของ Mode Control ซงจะมหนาทควบคมการทางานของวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ (Half – Brige Inverter) จะทาการปรบหรอกาหนดความถของ Oscillate ของสวตชนนจะเปนตวกาหนด ความสวางของหลอดไฟฟลออเรสเซนต หรอนนกคอการเปลยนแปลงความสวางขนอยกบความถนนเอง

สวนประกอบของบลลาสตอเลกทรอนกสทนาเสนอ สวนประกอบของบลลาสตอเลกทรอนกสสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนตทนาเสนอ จะมสวนประกอบสาคญดงโครงสรางของบลลาสตดงรปท 2.1 แตจะมการนาเสนอในรายละเอยดของวงจรใหมมประสทธภาพ ดวยการนาเสนอในสวนประกอบตางๆ ดงน

2.1 วงจรกรองความถและวงจรปองกนดานเขา (EMI and Protection circuit Stage) สญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic Interference: EMI) สาเหตการเกดสญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟา ในวงจรอเลกทรอนกสจะเกดจากธรรมชาตของการทางานของอปกรณภายในวงจร เชน การคายประจของไฟฟาสถต ซง มองคประกอบของ EMI จะมอยดวยกน 3 สวน คอ แหลงกาเนด, เหยอและทางผาน เปนตน และเมอพจารณาลกษณะทางผาน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

9

ของสญญาณรบกวน EMI สามารถแบงออกไดเปน 2 ลกษณะไดแก 1.)สญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟาในตวนา (Conducted EMI) เปนสญญาณรบการทไหลจากแหลงกาเนดผานตวนาไปยงเหยอ ตวนาดงกลาว ไดแก สายนาสญญาณภายในวงจรระบบกราวนด และบรเวณใกลเคยงรวมทงระบบจายพลงงานไฟฟากระแสสลบและเครองมอทดสอบแล 2.)สญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟาทแพรกระจายทางอากาศ (Radiated EMI) เปนสญญาณรบกวนทมการแพรกระจายจากแหลงกาเนดไปทางอากาศ ซงเปนปญหาสาคญททาใหเกดสญญาณรบกวนไปยงวงจรใกลเคยงได ซงสญญาณรบกวนนจะอยในชวงความถสง (30 MHz – 1 GHz) ในการปองกนสญญาณกวนทางสนามแมเหลกไฟฟา EMI เปนการรบกวนตอสญญาณควบคมทผานมาทางการนากระแสไฟฟา (conductive) หรอผานการเชอมโยงทางสนามไฟฟา (electric field หรอ capacitive coupling) หรอผานการเชอมโยงทางสนามแมเหลก (magnetic field or inductive coupling) ตนกาเนดของ EMI คอ การเปลยนแปลงทรวดเรวของแรงดนหรอของกระแสทเกดขนในระบบทตอถงกนผานทางสายไฟฟา หรอทเกดขนในบรเวณใกล ๆ กนจนเกดการเชอมโยงดงกลาว การปองกนสญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟา EMI จะม 3 วธไดแก 1.) ลดการกาเนด EMI ทแหลงจายกาลงไฟฟา เชน ใสวงจรสนบเบอร และลดลงการใชแผนทองแดงพนรอบหมอแปลง 2.) สรางอปสรรคขดขวางในสอกลางทจาถายทอด EMI จากแหลงจายกาลงไฟฟาสตวรบ 3.) ออกแบบวงจรสวนทมสญญาณขนาดเลก ใหมการปองกนตอเสยงรบกวน (Noise) และEMI มากขนซงไดนามาใชกบงานวจยน ในการปองกนสญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟา เนองจากสญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟาทผานมาทางสายไฟฟา สวนใหญจะผานมาทางสายกาลงหรอสญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟาทเกดขนอยบรเวณใกลๆกน จนเกดการเชอมโยงดงกลาว เนองจากการควบคมและภาคกาลงมกใชสายกาลงรวมกน วธปองกน EMI คอ การตอวงจรกรองสญญาณความถ EMI รวมทงอปกรณทปองกนแรงดนเสรจ ไดแก วารสเตอร (Va) เปนอปกรณปองกนแรงดนเสรจซงจะกลาวในหวขอตอไป ในหวขอของวารสเตอร วงจรพนฐานของวงจรกรองสญญาณความถ EMI ดงรปท 2.2

รปท 2.2 แสดงวงจรกรองสญญาณความถ EMI

C3AC 50 Hz220 V Va CircuC2 ( X )MC1 ( X )

C2 ( Y )

Vin

Common - ModeL1

Difference - Mode

C1 ( Y )

L3

To Rect

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

10

ประสทธภาพในการลดสญญาณทางสนามแมเหลกทางไฟฟาของวงจรกรองความถ EMI จะขนอยกบคาความตางอมพเเดนชระหวางอนพตของวงจรกรองความถ EMI กบแหลงจายไฟสลบ และ คาความแตกตางอมพแดนชระหวางเอาตพตของวงจรกรองความถ EMI กบอนพตของอนเวอรเตอร โดยถาคาความแตกตางของอมพแดนชมคามากอตราลดทอนสญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟาจะเปนไปไดมากดวย โดยปกตอนเวอรเตอรจะมคาอมพแดนชตา สวนแหลงจายแรงดนไฟสลบมกมคาของอมพแดนชสง ดงนนคาอมพแดนชของวงจรกรองความถ EMI ทอนพตตองมคาอมพแดนชตาๆ และเอาตพตของวงจรกรองความถ EMI ตองมคาอมพแดนชสงๆเพอใหอตราลดทอนสญญาณรบกวนมคาสง การตอ C1(Y) และ C2(Y) ทดานอนพตของวงจรจะทาใหอนพตของวงจรกรองความถ EMI มคาอมพแดนชตาและเนองจาก L1 และ L2 จะตอกลบทางกนและเชอมโยงกน กระแสไฟฟาตางภาคกนจะทาใหเกดฟลกชแมเหลกหกลางกนจงไมมแรงดน ตกครอมท L1 และ L2 และจะทาใหอมพแดนชทเอาตพตของวงจรกรองความถ EMI มคาสง C(X) ทอยในวงจรจะมผลในการลดทรานเซยนต โดย C1(X) จะลดทรานเซยนตทเกดในสายไฟสลบไมใหเขาหาอนเวอรเตอรสวน C2(X) จะลดทรานเซยนตทเกดจากอนเวอรเตอรไมใหผานไปยงสายไฟสลบได ในสวนพารามเตอรของวงจรกรอง EMI จะเปนอปกรณดงน ตวเกบประจชนด “X” และตวเกบประจชนด “Y” เปนตวเกบประจสาหรบการลดทอนสญญาณรบกวน ใชกบแรงดนไฟสลบ 110 โวลต หรอ 220 โวลต การตอตวเกบประจเพอลดทอนสญญาณรบกวนตามมาตรฐานความปลอดภยของ IEC ไดกาหนดใหตอใชงานแยกแยกประเภทตามตาแหนงการใชงานดงตอไปน - ตวเกบประจชนด “X” (X- capacitor) ใหใชตอไดเฉพาะตาแหนงทไมทาใหผใชอปกรณไดรบอนตราย จากไฟฟาดดหากตวเกบประจเกดลดทะลหรอทางานผดพลาด การใชตวเกบประจชนด “X” จะไมมการจากดคาความจสงสดของตวเกบประจไว ตวเกบประจชนด “X” ยงแบงออกไดเปน “X1” และชนด “X2” ตามอตราทนแรงดนสงสดของตวเกบประจ โดยตวเกบประจ ชนด “X1” มคาอตราทนแรงดนสงสดใชงานมากกวา 1,200 โวลต สวนตวเกบประจชนด “X2” มคา อตราทนแรงดนสงสดใชงานตากวา 1,200 โวลต - ตวเกบประจชนด “Y” (Y- capacitor) ยอมใหใชในตาแหนงทอาจทาใหผใชอปกรณไฟฟาไดรบอนตรายจากไฟฟาดด ถาตวเกบประจเกดลดวงจรหรอทะลหรอทางานผดพลาดตวเกบประจชนด “Y” จดเปนอปกรณทเสยงกบความปลอดภยจงตองมมาตรฐานเกยวกบความปลอดภยสง และตองมโครงสรางทปองกน การลดทะลไดด คาความจของตวเกบประจชนด “Y”

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

11

ตองมคาตาเพอจากดกระแสรวไหลหรอจากดกระแสดสชารจจากตวเกบประจชนด “Y” ลงดน (ตามมาตรฐานความปลอดภยเครองใชไฟฟาภายในบานทวไปจะตองมคากระแสรวลงดนนอยกวา 0.5 มลลแอมป) ลกษณะการตอตวเกบประจชนด “X” และ ตวเกบประจชนด “Y” 2.1.1 ประเภทของวงจรกรองความถ EMI สญญาณรบกวนทางแมเหลกไฟฟาสามารถแบงไดเปน 2 แบบ ไดแก EMI แบบวธรวม (Common - Mode) ซงไดแกสญญาณรบกวนทางสนามแมเหลกไฟฟาทเกดขนระหวางสายใดสายหนงกบสายดน และ EMI แบบวธตาง (Differential-Mode) ซงไดแกสญญาณรบกวนทางสนาม แมเหลกไฟฟาท เกดขนระหวางสายกาลงทงสอง ดงนนวงจรกรองความถ EMI สามารถแบงได 2 ประเภท ไดแก วงจรกรองความถ EMI แบบวธตาง (Differential-Mode) และวงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม (Common-Mode) ซงในงานวจยนนจะใชวงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม (Common-Mode) เทานน เนองจากจะเปนวงจรกรองความถทนยมใชกนอยางแพรหลาย และวงจรไมยงยากสามารถกาหนดคาของตวเกบปะจไฟฟาและคาตวเหนยวนาไฟฟาไดอยางแนนนอน ดวยการใชสตรคานวณแทนคา 1.) วงจรกรองความถ EMI แบบวธตาง รปท 2.2 แสดงวงจรกรองความถ EMI ซงเปนวงจรกรองความถ EMI แบบวธตาง จะคลายกบวงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม ขนาดของตวเกบประจ C3 คอ มาตรฐานจะมลกษณะเดยวกนกบวงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม จะทาใหขจดสญญาณรบกวนทางแมเหลกไฟฟา EMI แบบวธตางไดด ในทานองเดยวกน Phase กบ Neutral Line จะสมดลกนดวยวงจรกรองความถ EMI แบบวธตาง ซง L3 และ L4 จะชวยใหควบคมสมดลของความตานทาน ของ วงจรแบบวธรวม และเพมความตานทานวงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม ของคาตวเหนยวนา L - Choke ในวงจรกรองความถEMI แบบวธรวม จะมคาความซมซาบสมพนธลดลง เพราะถกจากดดวยความถสง ภายใตเงอนไขตวเหนยวนาในวงจรกรองความถ EMI แบบวธตาง จะอยภายใตเงอนไขของสญญาณรบกวนทางแมเหลกไฟฟา EMI แบบวธรวมมากกวาตวเหนยวนา L - Choke ในวงจรกรองความถEMI แบบวธรวม 2.) วงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม รปท 2.2 วงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม มหนาทกรองสญญาณรบกวนทางแมเหลกไฟฟาทเกดขน ระหวางสายกาลงใดสายหนงกบสายดนในวงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม เราจะใชตวเหนยวนาไฟฟา L1 และ L2 คาหนง จะทาหนาทกรองความถ EMI รวมกบตวเกบประจไฟฟา C1(X) และ C2(X) ดงรปท 2.2 เนองจาก L1 และ L2 จะตอกลบทางกนและเชองโยงกน กระแสตางภาคกนจะ ทาใหเกดฟลกชแมเหลกหกลางกนจงไมมแรงดนตกครอมท L1 และ L2 โดยใช C1(X) และ C2(X) ชวยลดทรานเซยนตทเกดใน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

12

สายไฟสลบไมใหผานเขาสวงจรภายในได เรมแรกความเหมาะสมในการกาหนดคา การใชงานเรมตนจะพจารณาคาใกลเคยงทประมาณ 24 dB ของ attenuation ของอตราขยายทความถสวตชของแหลงจายสวตชนน ซงแนวทางในการกาหนดคาควรนาผลตอบสนองของสญญาณตวนา (Conducted Noise) จรงโดยดจากลกษณะของสเปกตรมของสญญาณตวนาในการแกไขหรอปรบปรง อยางหนงทแนนอนในการหาคาจะกาหนดความถหกมม (Conner Faeqcney ) ของความถหา จะไดจากสมการท 2.1 และ 2.2

Attenuation (-dB) = 40 log swfcf (2.1)

และ (att/40)10swfcf ×= (2.2) เมอ fC คอ ความถหกมม ( Conner frequency ) fSW คอ ความถสวตชง Att คอ คา attenuation ทความถสวตชง ซงให dB เปนลบ ( - ) สวนการพจารณาในการหาคาความเหนยวนาและตวเกบประจทใชกบวงจรกรองความถ EMI จะไดสมการท 2.3

C

L

fR

Lπ

ζ= (2.3)

เมอ L คอ ตวเหนยวนาของวงจร ζ คอ ปจจยททาใหการหนวง ( Damping factor) fC คอ ความถหกมม (Conner frequency ) ของวงจรกรองความถ EMI RL คอ อมพแดนชสายเขา

L)f(2

1C 2

Cπ

= (2.4)

เมอ C คอ ตวเกบประจในวงจร L คอ ตวเหนยวนาในวงจร fC คอ ความถหกมม (Conner frequency ) ของวงจรกรองความถ EMI

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

13

หมายเหต 1.) การพจารณาคาปจจยททาใหการหนวง (Damping Factor) ใหคดทตาสดควรใชคาไมนอยกวา 0.707 เนองจากคานเปนคาระดบการหนวงของคาใชงานปกตในการใชงานจรงทไมมผลตองวงจรภายใน 2.) การพจารณาคาอมพแดนชสายทางดานเขา (RL) ใหใชท 50 Ω เนองจากมการกาหนดจากหนวยงานทใชวธการทดสอบ LISN เพอทดสอบคาอมพแดนชทางดานเขา ซงผลทไดคาอมพแดนช เทากบคาทกลาวมา 2.1.2 วารสเตอร ( Visitor) เกณฑการเลอกใชวารสเตอรปองกนแรงดนเกน 1.) เลอกพกดการทนแรงดน (Maximum Operating Voltage) ใหเหมาะสมกบการปองกนแรงดนเกนในการใชงาน โดยควรเผอแรงดนเกนของเหลงจายทอาจเปนไปไดไวดวย เชน เผอแรงดน แหลงจายเกน 10% เปนอยางนอย เชน กรณแรงดนแหลงจาย 220 โวลตเผอไว หากยงเลอกวารสเตอรทนแรงดนสงมากขนจะมผลด กระแสรวไหลมคาลดนอยลงแตมผลเสย คอแรงดนเกนคาตา ๆ เชน 265 โวลต สามารถผานเขาวงจรได จงทาใหการเลอกอปกรณตาง ๆ ทใชในวงจรตองสามารถทนแรงดน 27 Vac หรอพจารณาถง 1.) Energy absorption ก.) กระแสเสรจ (Surge current) ข.) การดดซบกาลงเกน (Energy absorption) ค.) การทนกาลงเฉลย (Average power dissipation) โดยคดจากจานวนครงของคากระแสเสรจและหรอกาลงเกน ซงกหมายความวาคากระแสชวขณะ (I) แรงดนชวขณะ (E) และกาลงชวขณะ (P) สงสด จากการทางานจรงของวงจร ตองมคาไมเกนขดจากดสงสดของ I, E, P ของวารสเตอรทนได คอ I ≤ imax (2.5) E ≤ Emax (2.6) P ≤ Pmax (2.7) ก.) เลอกพกดการทนกระแสเสรจ ( Maximum surge current) ขนกบจานวนพลสกระแส และความกวางของพลสกระแสดวย โดยปกตคาทแสดงในสเปกของวารสเตอรจะเปนคาท

ประมาณความกวางพลส เปนสเหลยมขนาดความกวาง (tR) เปน 20 μS หรอ 2 ms ดงนน หากเปน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

14

พลสตาง ๆ กตองแปลงเปนพลสรปสเหลยมทมความกวางพลสเปนคามาตรฐาน เพอหาคายอดของกระแสเสรจแลวใชกราฟการเสอมพกด (derating curve) ชวย (หมายเหต เลอกพกดจากกระแสเสรจ ไมใชแรงดนเสรจ) ข.) เลอกพกดการทนกาลง ( Maximum energy absorption) ซงคานวณไดงาย ๆ โดยการแปลงรปคลนทตรวจวดไดจากออสซลโลสโคป ใหประมาณเปนรปสเหลยมเพอหาคาพลงงานหรอพนทใตกราฟจากสมการท 2.8 Emax= Vmax imax tR (2.8) โดยท Emax = การดดซบกาลงเกนสงสด (maximum energy absorption) Vmax = แรงดนคอมวารสเตอร ขณะทกระแสชวครมคาสงสด (voltage across the

varistor at imax) tR = ความกวางพลช (pulse width) (หนวยเปนวนาท) ในการคดโหลดทวารสเตอรจะตองทนไดนน ควรเผอกรณทเลวทสด (Worst case condition) เชนหากวารสเตอรตออยในวงจรทมตวเหนยวนาคา L อยในวงจร วารสเตอรจะตองทน

พลงงานทงหมด 21Li

2 ของการคายพลงงาน จากตวเหนยวนาในวงจร ซงเปนการคดเผอไวเพอความ

ปลอดภย ค.) เลอกพกดการกระจายกาลงเฉลย (Maximum average power dissipation) จากขนตอนใน ขอ ก. และ ขอ ข. กเพยงพอในการเลอกเบอรวารสเตอรได แตในการเลอกใชงานวารสเตอร ควรตรวจสอบดดวยวาวารสเตอรคาทเลอกมานน ยงคงมพกดการกระจายกาลงเฉลยสงกวา พกดกลงใชงาน เชน การคานวณจากสมการท 2.9 minT = maxE/P (วนาท) (2.9)

โดยท minT = คาบเวลาของกระแสเสรจ (วนาท)

E = คากาลงเกนทดดซบในแตละคาบ (Value of An individual energy absorption cycle)

maxP = คากาลงสงสด (maximum power dissipation) (หนวยเปนวตต)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

15

2.) Metal Oxide Varistors (MOVs, Voltage – Dependent Resistors) จากคณสมบตของวารสเตอรทวามคาแรงดนขนอยกบความตานทานในขณะทมคาแรงดนปกตนนวารสเตอร จะมคาความตานทานสง แตจะมผลตอวงจรเพยงเลกนอย เมอเกนแรงดน สไปกเขามาในวงจรเพยงเลกนอย คาแรงดนจะลดลงอยางรวดเรวในขณะทกระแสทไหลผานวารส- เตอรทตอขนานจะมคามากขน วารสเตอรเปนทนยมอยางแพรหลายทงน เนองจากมราคาถก และมความสามารถในการดดกลนพลงงานในชวงทรานเซยนตไดด แตกมขอเสยคอจะเกดความเครยดซาๆ ขนในตวอปกรณ ซงจะทาใหเสอมคณภาพได นอกจากนยงมคาความชนของคาความตานทานสง ขอจากดของวารสเตอรสาหรบใชในการลดปญหาของทรานเซยนต คอภายใตสภาวะเปดอปกรณจะมอายการใชงานทสน โดยจะมประสทธภาพลดลงเมอตอขนานยงไปกวานนจากการทคาความสมพนธ ของความชนของความตานทานวารสเตอรมคาสงนน หมายความวาความสามารถในการทนกระแสในสภาวะความเครยดทมกระแสคาสงนนจะไมดเทาทควรถงแมวา วารสเตอรแรงดนตาจะมคาการทนกระแสไดถง 1000 โวลต ทคากระแสเพยง 20 - 30 (แอมแปร) ดวยเหตนเองเมอเกดแรงดนคาสงทสามารถทาลายวงจร วารสเตอรกจะเปนตวปองกนวงจร

2.2 วงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนเตม ( Rectifier circuit Stage ) วงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลน หมายถง วงจรทไดรบไฟฟากระแสสลบ จานวน 1 ไซเคล แลวเปลยนไปเปนไฟฟากระแสตรงทมคาเฉลยรปคลนทางดานออกครบ 1 ไซเคล แบงออกเปน 2 ประเภท คอ

1.) วงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบหมอแปลงแทปกลาง (Center–Tapped Transformer)

2.) วงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบบรดจ (Single – Phase Pull – Wave Diode Bridge Rectifier)

2.2.1 วงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบหมอแปลงแทปกลาง

เปนวงจรเรยงกระแสทประกอบดวยไดโอด 2 ตว ของขดลวดทตยภมของหมอแปลงแทปกลาง ดงรปท 2.3 หมอแปลงแทปกลาง คอ หมอแปลงชนดแปลงขนดวยอตราสวนจานวนรอบของขดลวด 1:2 ขดลวดทตยภมแบงออกเปน 2 สวน แตละสวนมจานวนรอบเทากน โดยมแทปกลาง (Center-Tapped , CT) เปนจดแรงดนอางอง คอมคาแรงดนเปนศนย

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

16

รปท 2.3 วงจรเรยงกระแสแบบหมอแปลงแทปกลาง

2.2.2 วงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนแบบเตมบรดจ

วงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนแบบบรดจ คอวงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนนนเอง ไดแรงดนดานออกทตกครอมไดโอดเปนแรงดนไฟฟากระแสตรงกระเพอมตอเนองไมขาดหายเปนชวงๆ เหมอนวงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนทกประการ สวนทแตกตางไปจากวงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลน คอ การตอวงจรไปใชงาน และจานวนไดโอดทใช ซงวงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบรดจตองใชไดโอดในการทางาน 4 ตว แตละซกของสญญาณไฟฟากระแสสลบตองใชไดโอดทางาน 2 ตว หรอถาใชหมอแปลงทนามาตอรวมในการทางานดานทตยภมใชเพยง 2 ขว โดยไมตองมแทปกลางวงจร และแรงดนของวงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนแบบบรดจแสดงดงรปท 2.3

การทางานของวงจรในครงบวกของแรงดนดานออก จดA จะเปนบวกเมอเทยบกบจด B ไดโอด D1 และ D4 ไดรบไบแอสตรง กระแสไหลผาน D1, LR และ D4 ในขณะทครงลบของแรงดนดานเขาทจด B จะเปนบวกเมอเทยบกบจด A ทาใหไดโอด D2 และ D3 ไดรบไบแอสตรงและ D1, .D4 ไดรบไบแอสกลบ จงมกระแสไหลผาน D2 , LR และ D3 จะเหนวาในขณะครงบวกหรอครงลบของแรงดนดานเขา กระแสทไหลผานโหลดจะมทศทางเดยวกนทาใหแรงดนตกครอมโหลดดงรปท 2.4 จากลกษณะการทางานของวงจรจะเหนวาในแตละครงของแรงดนดานเขามคาไดโอดสองตวนากระแสและอกสองตวหยดนากระแส และมแรงดนตกครอมไดโอดทอนกรมกนอยเทากน ซงไดโอดแตละตวจะมแรงดนตกครอมตวเองอย 0.7 V (Colin D. Simpson, 1996) ทงน ในวงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจจะมไดโอดนากระแสสองตวตออนกรมกบความตานทานโหลด จงทาใหแรงดนดานออกทโหลด pV มคาลดลง พจารณาจากรปท 2.3 สามารถเขยน

เปนสมการท 2.10

2(0.7V)VVVVV p(in)D4D1p(in)p(out) −=−−= (2.10)

iv

2:1

iv

iv

1D

2D

RCT

0

mViv

t

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

17

เมอ )in(pV คอ คาแรงดนสงสดทางดานเขา

)out(pV คอ คาแรงดนสงสดทางดานออก

แรงดนคาเฉลยทางดานออก(avg) หรอแรงดนทางดานออกกระแสตรง (DC) และสมการแรงดนใชงานทางดานออก(rms) สามารถหาไดสมการท 2.11 และ 2.12

p(out)p(out)

o(avg) 0.636Vπ2V

V == (2.11)

p(out)p(out)

o(rms) 0.707V2

VV == (2.12)

สวนความถทางดานออก จะมคาเปนสองเทาของความถทางดานเขา นนคอ

ti2ff npuoutput = (2.13)

การเลอกไดโอดใช Safety Factor = 0.8 เพอเผอไวปองกนอนตรายจากการเพมแรงดนไดบางแรงดนยอนกลบสงสดทตกครอมไดโอดโดยไมพง (Peak Inverse Voltage, PIV) ซงจะเกดทางดานลบหรอครงวฏจกรลบทางดานเขา ขณะทไดโอดไดรบไบแอสกลบ ดงนนไดโอดแตละตวจะไดรบแรงดนตกครอมไดโอดยอนกลบเพยงตวละครงเทานน ไดโอดแตละตวจะไดรบแรงดนยอนกลบ เทากน แตเมอพจารณาไดโอดทางานในแตละครงของแรงดนดานเขามคาไดโอดสองตวนากระแสและอกสองตวหยดนากระแส นนหมายความวา เมอไดโอดตวใดตวหนงเกดการเสยหาย ไดโอดอกตวจะไมสามารถทนแรงดนได เพราะแรงดนสงสดจะตกครอมทไดโอดอยตวเดยว ดงนน ในการเลอกไดโอด ตองเลอก PIV ดงสมการท 2.14

PVPIV = (2.14)

สวนกระแสทผานไดโอด จะเทากบกระแสสงสดทไหลผานโหลด นนคอ

2πI

I o(avg)o(peak)

×= (2.15)

ใชคา Safety Factor = 0.8 เทากบแรงดน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

18

ดงนน การเลอกไดโอดควรมแรงดนยอนกลบสงสดทตกครอมไดโอดโดยไมพงทลาย (PIV) ทมาก และคา Current Peak Rating หรอ maxfI ซงกาหนดมาจากผผลตการเลอก PIV ตองสงกวา PV โดยใชคา Safety Factor = 0.8 เพอเผอไวปองกนอนตรายจากการเพมแรงดนไดบาง และกระแสกเชนเดยวกน ควรเลอกคากระแสทมากกวาคาทใช Safety Factor ในการเลอกไดโอดไปใชงานในวงจร รปท 2.3 แสดงวงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบบรดจ

รปท 2.3 วงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบเตมบรดจ

รปท 2.4 แรงดนทจดตางๆของวงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนแบบบรดจ

inV

avgV

π π2 π3 π41D 4D 2D 3D

pV−

t

t

pV+

0

pV+

0 1D 4D 2D 3D

D3

D2D4

D1

inV

Fuse

LR

B A

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

19

การเลอกใชไดโอดเรยงกระแสมขอควรพจารณาดงตอไปน

1.) การพจารณาเลอกไดโอด สาหรบวงจรเรยงกระแส

ก.) คากระแสกระชาก FSMI (Maximum Surge Current)

กระแสกระชากสงสดทผานไดโอดเรยงกระแส จะเกดขนขณะเปดเครอง เมอตวเกบประจฟลเตอรยงไมมประจสะสมอย คากระแสสงสดอาจคานวณไดจาก

ESR)(R

VI

S

peakFSE += (2.16)

เมอ peakV คอ แรงดนยอดสงสดของไฟฟาสลบทางดานเขา

ESR คอ คาความตานทานแผงในตวเกบประจคาตาสด

sR คอ คาของความตานทานจากดกระแส

โดยทวไปแลวไดโอดเรยงกระแสจะมคาอตราทนกระแส กระชาก FSMIประมาณ 20-30 เทา ของอตราทนกระแสเฉลยขณะไบแอสตรงของมน ไดโอดเรยงกระแสทใชจะตองมคาอตราทนกระแสกระชากมากกวาทคานวณไดจากสมการท 2.16 คาของกระแสกระชาก อาจลดลงไดโดยการเพมคาของ sR แตประสทธภาพของสวตชงเพาเวอรซพพลายจะลดลงเนองจากกาลงสญเสยทเกดขนทตวตานทานจากดกระแส

ข.) คากระแสสงสดเมอถกไบแอสตรง FSMI (Maximum Forward Current)

คากระแสสงสดทเกดขนในวงจรเรยงกระแส จะเกดขนในจงหวะทตวเกบประจฟลเตอรมการเกบประจอกครงหลงจากคายประจออกไปใหโหลด คากระแสสงสดเมอถกไบแอสตรงของไดโอดเรยงกระแส FSMI จงหาไดจากคากระแสสงสดของตวเกบประจฟลเตอร

ค.) คากระแสเฉลยเมอถกไบแอสตรง FMI (Maximum Average Forward Current) เปนคากระแสเฉลยสงสดทไดโอดเรยงกระแส จะไดรบขณะทางานการพจารณาคา FMI ของไดโอดไวทประมาณ 1.5 - 2 เทา จากทคานวณได เพอเพมความปลอดภยและยดอายการใชงาน

ง.) อตราทนแรงดนไบแอสกลบสงสด RRMV

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

20

ในสวตชงเพาเวอรซพพลายปกตวงจรเรยงกระแสตองตอเขากบแรงดนไฟฟา

กระแสสลบ 220 โวลต ดงนนอตราทนแรงดนไบแอสกลบสงสดของไดโอด RRMV จงตองมคา ไมตากวาคาแรงดนยอดสงสดของแรงดนไฟฟาสลบอยางไรกตาม ควรพจารณาเผอคาแรงดนไบแอสกลบ ใหมากกวาแรงดนสงสดของแรงดนไฟฟาสลบเอาไวดวย สาหรบทอาจเกดทรานเซยนตขนไดในไฟฟาสลบ

2.) ชนดและการเลอกใชไดโอด เนองจากวงจรแปลงผนไฟฟาจะมคาความถ การทางานของวงจรตงแต 20 kHzขนไปไดโอดทใชในวงจรแปลงผนไฟฟาจงจาเปนตองมคณสมบตทวไปดงนคอ 1. มแรงดนตกครอมขณะนากระแสตา 2. มชวงเวลาคนตว rrt สน 3. สามารถทนกาลงไดสง และสามารถรบความถไดสง ซลคอนไดโอดทใชในวงจรเรยงกระแสทวๆไปจะไมสามารถนามาใชกบ วงจรแปลงผนไฟฟาไดเนองจากมชวงเวลาคนตวมาก กาลงงานสญเสยในรปความรอนจะเกดขนสงและมประ-สทธภาพตา ปกตไดโอดทใชในวงจรแปลงผนไฟฟาควรเลอกใชจากไดโอด 3 ชนดดงตอไปน คอ 1. ฟาสต-รคพเวอรไดโอด (Fast Recovery Diode) 2. อลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด (Ultra Fast Recovery Diode) 3. ชอตตกไดโอด (Schottky Diode) 1.) ฟาสต-รคพเวอรและอลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด ฟาสต-รคพเวอรไดโอดมชวงเวลาคนตว rrt ประมาณ 200 ถง 750 นาโนวนาท ซงสนกวาซลคอนไดโอดมาก และฟาสต-รคพเวอรไดโอดมอตราทนแรงดนไบแอสกลบไดสงถง 1,000 โวลต สวนอลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอดจะมชวงเวลาคนตว rrt ประมาณ 25 ถง 100 นาโนวนาท และมอตราทนแรงดนไบแอสกลบไดสงถง 1,000 โวลตเชนเดยวกน แรงดนตกครอมขณะนากระแส FV ของไดโอดทงสองชนดมคาอยทชวงเดยวกน คอ ประมาณ 0.6 ถง 1.5โวลต เนองจากแรงดนตกครอมขณะนากระแสของ ฟาสต-รคพเวอร และ อลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอดมคาคอนขางสงไดโอดทงสองชนดนจงเหมาะกบวงจรแปลงผนไฟฟาทมคาแรงดนทางดานออกทมคาแรงดนตงแต 12 โวลตขนไป

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

21

2.) ชอตตกไดโอด ชอตตกไดโอดมคาแรงดนตกครอมขณะนากระแสคอนขางตา ทประมาณ 0.5 โวลต จงเหมาะกบวงจรแปลงผนไฟฟาทมแรงดนทางดานออกตาๆ และกระแสสง เชน ทคาแรงดนทางดานออกเทากบ 5 โวลต เนองจากลกษณะโครงสรางภายในทแตกตางจากฟาสต-รคพเวอร และอลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด ชอตตกไดโอดจะไมเกดประจสะสมขนภายในตวไดโอดขณะนากระแส ชวงเวลาคนตว rrt ของชอตตกไดโอดจงมคาสนมาก โดยมคานอยกวา 10 นาโนวนาท และอาจถอวาชอตตกไดโอดไมมกาลงสญเสยในชวงนได อยางไรกตาม ชอตตกไดโอดมขอเสยอย 2 ประการ คอชอตตกไดโอดทผลตไดในปจจบน มอตราทนแรงดนขณะไบแอสกลบไดสง 100 โวลตเทานน และชอตตกไดโอดมกระแสรวไหลสง ทาใหมกาลงสญเสยขณะถกไบแอสกลบคอนขางสง และยงมปญหาทเกดขนเมอ นาชอตตกไดโอดมาใชในวงจรแปลงผนไฟฟาอกประการหนง คอชอตตกไดโอดจะใหทรานเซยนต ขณะเรมหยดนากระแสสง 3.) ตวตานทานกาจดกระแส RS ตวตานทาน (Rs) เปนตวทาหนาท จากดกระแส ปองกนกระแส กระชาก ทจะเกดขนในวงจร (Peak Limit Current) การพจารณาเลอก Rs พจารณากราฟความสมพนธแรงดนกบกาลงไฟฟา เพอใหได Rs อยางเหมาะสม และทาใหการทางานของวงจรเปนไปอยางมประสทธภาพดงรปท 2.5 จะเลอกใชคา Rs ประมาณ 3 โอหม 5 วตต

รปท 2.5 แสดงการพจารณาคาความตานทานจากดกระแส RS อยางเหมาะสม

ในงานวจยนไดเลอกใชวงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบบรดจ เนองจากเปนวงจรทไมตองใชหมอแปลงแบบแทป จงไมตองยงยากในการสราง และวงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

22

บรดจนมแรงดนยอนกลบสงสดทตกครอมไดโอดโดยไมพง (PIV) นอยกวาการใชหมอแปลงแทป กลาง 1 เทาตว สวนไดโอดทเลอกใชสามารถทจะเลอกใชไดโอดชนด ฟาสต-รคพเวอรไดโอด หรออลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด กไดซงมอตราทนแรงดนไบแอสกลบไดสงเชนเดยวกนมชวงเวลาคนตวสน สามารถทนกาลงไดสง และสามารถรบความถไดสง สวนฟวสทไดเลอกใช เปนฟวสชนดขาดชา (T) ซงโดยทวไปแลว สวตชงเพาเวอรซพพลายจะใชฟวสชนดขาดชา (T) สาหรบวงจรเรยงกระแสในขณะเรมทางานมกมกระแสกระชาก การใชฟวสชนดขาดชาจะทาใหฟวสไมตดวงจรขณะทางาน(สวฒน,2538.) และตวตานทานจากดกระแส RS จะพจารณาการกาหนดคาความตานทานจากดกระแส RS จากรปท 2.5 ในการกาหนดคา

2.3 การปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาดวยวงจรชารจปมแหลงจายกระแส [ 5 ] ในงานวจยนปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา ดวยวงจรชารจปมแหลงจายกระแส (หรอ CS-CPPFC) ใหทางานรวมกบวงจรแปลงผนกระแสตรงเปนกระแสสลบเพอความคมการทางานของหลอดไฟฟลออเรสเซนต ทางานในภาคเดยวสวตชอเลกทรอนกสกาลง 1 ตวตวใดตวหนงจะทางานในวงจรแปลงผนและวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาอยางสมบรณ นอกจากนสามารถลดคาตวเกบประจใหนอยลงได ดงนนบลลาสตอเลกทรอนกสปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาแบบชารจปมภาคเดยวจงนามาใชในวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสน

2.3.1 หลกการของวงจรชารจปมแหลงจายกระแส ( CS-CPPFC ) จากรปท 2.6 แสดงบลอกไดอะแกรมของวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา แบบชารจปมแหลงจายกระแส สญญาณ S เปนแหลงกระแสความถสงเพอชารจและดสชารจใหตวเกบประจไฟฟา Cin เพอใหไดคาตวประกอบกาลงไฟฟาทใกลเคยง 1 โดยทวไปแลวบลลาสตอเลกทรอนกสเปนตวแปลงแบบอนกรมเรโซแนนซขนานโหลด ซงงายทจะไดสญญาณความถสงน

รปท 2.6 บลอกไดอะแกรมของวงจรชารจปมแหลงจายกระแส

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

23

การปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาดวยวงจรชารจปมแหลงกระแส[5] ไดรบการนามาใชและวเคราะหในงานวจยนดงรปท 2.7 แหลงกระแสความถสง IS ในขณะนนจะชารจตวเกบประจไฟฟา Cin และดสชารจ Cin เพอดดซบพลงงานจากสายกระแสสลบและปมพลงงานทเกบไวในตวของมนไปทตวเกบประจ CB ดงนนตวเกบประจ Cin สามารถเปนตวแทนของแหลงกระแสความถสง ดงนน Cin สามารถทงชารจหรอดสชารจเปนแหลงกระแสความถสง iS ดงนนจงสามารถเรยกวาเปน “เซลลตวแปลงแบบชารจปมแหลงกระแส” ตวเกบประจชารจปมน Cin สามารถเลอนไปขนานกบ Dy โดยอาศยกฎการเลอนคาปาซเตอร รปท 2.8 แสดงการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาดวยวงจรชารจปมแหลงกระแส

รปท 2.7 ตวแปลงแกเพาเวอรแฟคเตอรชารจปมแหลงกระแส

รปท 2.8 วงจรปรบปรงตวประกอบกาลงไฟฟา ( PFC) ชารจปมแหลงกระแส

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

24

2.3.2 การวเคราะหวงจรและรปคลนสญญาณของวงจรชารจปมแหลงจายกระแส

รปท 2.9 รปคลนสญญาณและการทางานของวงจรชารจปมแหลงจายกระแส หลกการทางานของวงจรชารปมแหลงจายกระแส การวเคราะหวงจรการทางานของวงจรชารจปมแหลงจายกระแสเพอปรบปรงตวประกอบ

กาลงไฟฟาดานอนพตของบลลาสตอเลกทรอนกสเงอน ดงรปท 2.8 หลกการวเคราะหวงจร และรปคลนการสวตซสามารถแบงสภภาวะการทางานไดเปน 4 สภาวะไวในรป 2.9

สภาวะท 1 : สภาวะการชารจ [to, tl]: กอน to, แหลงกระแส ig มคาลบ และมนไหลผานไดโอด Dy. แรงดนทโหนด m ถกยดเขากบแรงดนบส VB. ท to นน ig กลายเปนบวก และเรมทจะชารจ Cin. แรงดนทตวเกบประจทชารจ VC เรมขนในขณะท Vin ลดลง ดงนน ตวเกบประจทชารจ Cin สะสม

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

25

พลงงานความถสงจากบส DC สภาวะนหยดท tl ซงแรงดนทโหนด m ลดลงไปทแรงดนอนพตของสายนน และ Dx เรมทจะเหนยวนา การแปรเปลยนชารจทงหมดใน Cin ไดดงสมการท 2.17

ΔQ = Cin (VB -|vg|) (2.17) ซง VB คอแรงดนครอมตวเกยประจไฟฟา CB ไมมกระแสไลนอนพตในระยะน

สภาวะท 2 : สภาวะยดเหนยว [t1, t2]: ท t1 ไดโอด Dx เรมทจะตดและ vm ถกยดเหนยวไวกบแรงดนอนพตไลนทกรองมาแลว แหลงกระแส ig ไหลผานอนพตไลนและ Dx. ดงนน แหลงกระแสความถสง ig ดดซบพลงงานโดยตรงจากอนพตกระแสสลบ ท t2 กระแส ig กลายเปนลบ ขณะท Dx จะหยดนากระแสเองโดยธรรมชาต ชวงเวลานกระแสไลนทกรองแลว ig ไดดงสมการ 2.18

Ix = ig = Ig sin ωg t t1 < t < t2 (2.18)

ซง Ig และ ωg เปน กระแสและความถสงสดของแหลงกระแส ig ตามลาดบ

สภาวะท 3 : สภาวะดสชารจ [t2, t3]: ท t2 แหลงกระแส ig มสภาวะเปนลบ และ Dx จะหยดนากระแสโดยธรรมชาต เนองจาก vin ยงตากวาแรงดน DC bus VB Dy ไมสามารถทางานทเวลาน แหลงกระแส ig กาลงดสชารจ Cin และแรงดนทโหนด m เพมขน vm ขนไปถงแรงดน DC bus ซง Dy เรมทจะเหนยวนาท t3

สภาวะท 4 : สภาวะยดเหนยว [t3, t4]: ท t3 Dy เรมทจะเหนยวนาแหลงกระแส ig และแรงดนทโหนด m ถกยดเหนยวกบแรงดน DC bus จนกระทง ig มสภาวะเปนบวก และ Dy จะปดโดยธรรมชาตท t4 กระแสไลนอนพตทกรองแลวเฉลยเทากบกระแสไดโอดเฉลย ix ในรอบสวตซการทางานหนง รอบการทางาน 1 ไซเคล ซงไดดงสมการท 2.19

ix

avg = 1/Ts ∫ ix dt = i/Tx ∫ is dt (2.19)

ซง Ts คอระยะการสวทซ หลงการแทนคา is เขาไปในสมการท 2.19 จะไดสมการท 2.20

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

26

ix avg = Is/π - ΔQ/Ts (2.20)

ซง ΔQ เปนคาแปรชารจของ Cin และ ΔQ = Cin (VB – |vg|) ดงนน กระแสไลนทกรองแลว เฉลย ix ในคาบการสวตซหนงรอบการทางาน คอ

ix avg = (Is/π - Cin fx VB) + Cin fx |Vg| (2.21)

เพอทจะไดคาตวประกอบกาลงไฟฟาเปนหนง กระแสอนพทเฉลยควรจะเปนสดสวนตอแรงดนอนพตไลน เทอมแรกของสมการขางบนควรเปนศนย ซงใหสมการท 2.22

Is = π Cin fs VB (2.22)

จากสมการท 2.22 เปนหลกการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาใหเปนหนง ดงนน จากสมการท 2.21 จงนยามสมการท 2.23

ixavg = Cin fs |vg| (2.23)

สมการท 2.23 แสดงใหเหนวาคาตวประกอบกาลงไฟฟาทเปนหนงสามารถหาไดตราบใดทสมการ (2.22) สามารถยอมรบได

2.4 การชดเชยการกระเพอมของแรงดนไฟฟากระแสตรงจากวงจรเรยงกระแส

การกระเพอมของแรงดนไฟฟาทไดจากวงจรเรยงกระแสกอนจายใหโหลดสามารถใชตวเกบประจ CB ชวยชดเชยการกระเพอมหาไดโดยสมการท 2.24

DCDCin

inB VVP2

PCΔπ

≥ (2.24)

2.5. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนกระแสสลบ(Inverter and Drive circuit Stage ) วงจรแปลงผนไฟฟากระตรงเปนไฟฟากระแสสลบหรอ Inverter Circuit เปนวงจรทางไฟฟาหรอวงจรทางอเลกทรอนกส ททาหนาทแปลงผนกาลงไฟฟากระแสตรง (DC Power) เปนกาลงไฟฟากระแสสลบ (AC Power) ทมทงแรงดนและความถทางดานออกตามตองการ ซงจะมความหมาย แตกตางจากคาวาออสซลเลเตอรเพราะออสซลเลเตอรจะใหกาเนดเพยงความถสวนแรงดนและ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

27

กระแสหรอกาลงไฟฟาตามากๆ ไมสามารถนาไปใชไดกบวงจรทตองการกาลงไฟฟาสงๆ ไดสวนวงจรแปลงผนไฟฟากระตรงเปนไฟฟากระแสสลบ หรอจะใหกาเนดทงความถ แรงดนและกระแสไฟฟาหรอกาลงไฟฟาสงๆ ไดตามตองการวงจรแปลงผนไฟฟากระตรงเปนไฟฟากระแสสลบหรอ 1 เฟส มหลายชนดสวตช อเลกทรอนกสทนยมใชในวงจรแปลงผนไฟฟากระตรงเปนไฟฟากระแสสลบหรอคอ ทรานซสเตอรกาลง มอสเฟทกาลง จทโอ และไอจบท สวนวงจรแปลงผนไฟฟากระตรงเปนไฟฟากระแสตรง หรอ Converter Circuit เปนวงจรทางไฟฟาหรอวงจรทางอเลกทรอนกสททาหนาแปลงผนกาลงไฟฟากระแสตรงจากคาหนง เปนกาลงไฟฟากระแสตรงอกคาหนงจงถกเรยกวาวงจรแปลงผนไฟฟาไฟตรงเปนไฟตรง (DC– to – DC Converter) บางครงอาจเรยกวา ชอปเปอร (Chopper) ดงนนวงจรแปลงผนไฟฟาจงเปรยบเสมอนวงจรแปลงผนไฟฟากระตรงเปนไฟฟากระแสสลบ ทมการเรยงกระแสหรอการเรกตไฟเออร (Rectifier) อกครงหนงเพอใหทางดานออกเปนไฟตรงนนเอง 2.5.1 วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบม 2 แบบ คอ 1. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ

วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ(Half-Bridge Inverter Circuit) หรอวงจรแปลงผนไฟฟา 1 เฟสแบบกงบรดจ ดงแสดงในภาพท 2.10 วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ ( Half - Bridge Inverter Circuit) จะใชสวตชสองตวในการขบวงจรใหทางาน นนกหมายความวาควบคมโดยใหสวตชตวหนงทางานและสวตชอกตวหนงหยดทางานสลบกบไปมา ทาใหกระแสไหลผานโหลดมทศทางตรงกนขามกนสลบกนไปมาตลอดเวลา ดงนนถาควบคมให 1t และ 2t = 10 mS จะไดคลนแรงดนดานออกเปนไฟสลบทมความถ 50 Hz และเมอควบคมให 1t และ 2t = 10 μS จะไดคลนแรงดนดานออกเปนไฟสลบทมความถ 50 kHz

รปท 2.10 วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส แบบกงบรดจ

dcV

1S

2S

OI

OV R

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

28

จากภาพท 2.10 สามารถคานวณหาคากระแสไหลผานวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ ( Half – Bridge Inverter Circuit ) ไดดงสมการท 2.25

2/DC

op V

PI = (2.25)

เมอ pI คอ กระแสไหลผานวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ

oP คอ กาลงไฟฟาทางดานออกวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ

DCV คอ แรงดนไฟฟากระแสตรงจากแหลงจายไฟกระแสสลบอนพต

สาหรบตวเกบประจไฟฟา 21 C,C กสามารถทจะคานวณไดจากสมการท 2.26

DCs2

DC

o

VfVP100

CΔ

= (2.26)

เมอ sf คอ ความถทใชในการสวตชหรอความถเรโซแนนช

Δ DCV คอ ผลตางของการกระเพอมคาสงสดและตาสดของแรงดนทตวเกบประจไฟฟา

2. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส แบบเตมบรดจ สาหรบวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส แบบเตมบรดจ แสดงในภาพท 2.11 คอวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ 1 เฟสแบบบรดจ จะควบคมโดยใหสวตช 1S และ 2S ทางานพรอมกน ในขณะท 3S และ 4S หยดทางาน ทาใหการไหลผานโหลดในทศทางททาใหเกดแรงดนดานบวกครอมโหลด และในชองเวลาถดไปควบคมใหสวตช 3S และ 4S ทางานและใหสวตช 1S และ 2S หยดทางาน ผลกคอกระแสไฟฟาผานโหลดจะมทศทางตรงกนขามกบครงแรก แรงดนครอมโหลดจะเปนลบ

รปท 2.11 วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส แบบบรดจ

1S

4S

3S

2S4D

3D

2D

1D

OI

OV RdcV

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

29

งานวจยนพจารณาใชวงจรวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ และจากหวขอหลกการทางานของบลลาสตอเลกทรอนกสดงกลาวขางตน จงเลอกใชวงจรแปลงผนไฟฟกระแสตรงไฟฟากระแสสลบ ทใชทรานซสเตอรกาลง หรอวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ (Half-Bridge Inverter Circuit) ในการจดสรางบลลาสตอเลกทรอนกสชนดกระตนตวเองน เนองจากไมมความยงยากมากนกงายตอการการศกษา สวนวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ แบบบรดจกสามารถทจะนาวงจรนไปใชงานได แตจะเปนการสนเปลองอปกรณมากกวาในการสราง และประการสาคญวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ (Half-Bridge Inverter Circuit) เปนทนยมนามาใชในการสรางบลลาสตอเลกทรอนกสมากทสด

2.5.2 วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบแบบเรโซแนนช

วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบแบบเรโซแนนชหรอ เรยกวา Resonant Inverter Circuit เมอปอนแรงดนหรอกระแสรปสเหลยมใหกบวงจงเรโซแนนชอนกรมหรอขนาน ถาตวประกอบคณภาพ Q ของวงจรเรโซแนนชมคาสง และความถของแรงดนและกระแสไฟฟารปสเหลยมมคาใกลเคยงกบความถเรโซแนนช วงจรจะทาหนาทเปนวงจรกรองทกาจดฮารมอนกสทสาม และฮารโมนกสอบดบสงอนๆ ผลกคอกระแสผานวงจรเรโซแนนชอนกรมหรอแรงดนครอมวงจรเรโซแนนชขนานจะเปนรปไซนโดยใกลเคยง 1 เนองจากคา Q มคาสง กระแสของวงจรอนกรมหรอแรงดนของวงจรขนาน จะแปรคาไปอยางมากรอบๆ ความถเรโซแนนชโดยมคาสงสดใกลเคยงความถเรโซแนนช เราอาจใชคณสมบตขอนในการควบคมกาลงทจายใหแกโหลด (โดยทวไปโหลดคอ R อนกรม หรอ R ขนานของวงจรเรโซแนนชนนเอง) การควบคมกาลงเชนนเรยกวาการควบคมดวยความถ (Frequency Control) อยางไรกด ถาวงจรทางานทความถคงตวเรายงสามารถควบคมกาลงโดยวธอนๆได เชนควบคมแอมพลจดของรปสเหลยม (Amplitude Control) หรอใชแรงดนหรอกระแสรปสเหลยม และควบคมความกวางพลชของปรมาณเกอบสเหลยมนน เนองจากวงจรเรโซแนนชประกอบดวยรแอกแตนชททาเกดความตางเฟส ระหวางกระแสและแรงดนไฟฟา การถายทอดพลงงานจงอาจมไดทงสองทศทาง คอจากแหลงสวงจรเรโซแนนชและจากวงจรเรโซแนนชสแหลง (แมวาพลงงานสทธยงคงถายทอดจากแหลงสวงจรอยด) ดงนนสวตชทใชในวงจรแปลงผนไฟฟา(Inverter) จะตองเปนสวตชสองทศทาง คอใหกระแสไหลไดสองทศทางถากงเปนแหลงแรงดน หรอแรงดนไดสองทศทางถาเปนกงกระแสขอไดเปรยบทสาคญของ การใชวงจรเรโซแนนชในวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงไฟฟากระแสสลบ คอการลดการสญเสยในสวตช การลดการสญเสยเกดขนเมอสวตชตดวงจรทกระแสศนย (ZCS) หรอสวตชตอวงจรทแรงดนศนย

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

30

(ZVS) อยางไรกดวงจรเรโซแนนชไมสามารถลดการสญเสยในสวตชไดเสมอไป แมจะลดการสญเสยไดแตสวตชในวงจรเดยวกนบางตวอาจตดวงจรทกระแสศนยและบางตวอาจตดวงจรทแรงดนศนย เพราะฉะนนจะตองพจารณาเรองนโดยละเอยด และจะตองไมดวนสรป วาถาใชวงจรเรโซแนนชกจะไมมปญหาการสญเสยในการสวตช

ขอเสยของวงจรเรโซแนนช คอ ทใกลความถเรโซแนนช กระแสไฟฟาไหลเวยนหรอแรงดนไฟฟาตกครอมวงจรอาจมคาสง โดยเฉพาะกรณ Q คาสงทาใหเกดการสญเสยในองคประกอบวงจรและเกดความดนทสวตชสงขน พลงงานสะสมท L และ C กมคาสงดวย (หมายความวาขนาดทางกายภาพจะใหญขน) ในกรณทกระแสไหลเวยนมคาสง การสญเสยในชวงเวลานากระแส (Conduction Loss) กมคาสงดวยเชนกน

วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงไฟฟากระแสสลบแบบเรโซแนนชทมใชทสาคญ เชนเปนเครองใหความรอนแบบเหนยวนา เปนบลลาสตอเลกทรอนกส และเปนแหลงจายกาลงในระบบทใชกาลงสายไฟสลบ (AC Bus) ความถสง ฯลฯ ในหวขอนเราจะเรมตนการจาแนกชนดวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงไฟฟากระแสสลบแบบเรโซแนนชชนดตาง

2.5.3 วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบแบบเรโซแนนช

เราอาจใชเกณฑตางๆ กนในการจาแนกชนดของ วงจรแปลงผนไฟฟาแบบ เรโซแนนซ เกณฑทอาจใชเกณฑหนง คอ ลกษณะการกาเนดแรงดนและกระแสไฟฟาสเหลยมทปอนใหแกวงจรเรโซแนนซ ไดแก การใชวงจรทมขวรวมหรอการใชวงจรสมมาตร เชน วงจรครงบรดจหรอกงบรดจ วงจรเตมบรดจ เปนตน

ลกษณะของวงจรเรโซแนนช และ กงวงจรทเปนแหลงจายกาลงจะตองสอดคลองกนถาวงจรเรโซแนนชมตวเหนยวนาไฟฟาตออนกรมซงเรยกไดวาเปนกงกระแสอกแหลงตองเปนกงแรงดน และ ถาวงจรเรโซแนนชมตวเกบประจตอขนานซงเราเรยกไดวาเปนกงแรงดน อกแหลงกตองเปนกงกระแส

วธทใชในการควบคมวงจรกาลงเปนเกณฑใน การจาแนกชนดของ วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ ไดเกณฑหนงโดยทวไปการควบคมกาลงจะใชวธการแปลงผนความถจากประมาณ 0.5 เทาถง 1.5 เทา ของความถเรโซแนนช อกวธหนงคอการ ใชความถคงตว แตใชแรงดนหรอกระแสทมรปรางเกอบสเหลยมปอนใหแกวงจรเรโซแนนช และควบคมวงจรกาลงโดยการแปลงผนความกวางพลชของรปคลนเกอบสเหลยมนน

วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ แบบเรโซแนนชโดยทวไปทางานทความถสง และปรมาณไฟสลบดานออกมความถเทากบความถการสวตชซงใกลเคยงกบ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

31

ความถเรโซแนนช อยางไรกดเราอาจใชปรมาณไฟสลบความถสงมาสงเคราะหเปนปรมาณไฟสลบความถตาได

ดงนน สามารถจาแนกวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ แบบ เรโซแนนชไดพอสงเขป ไดแก

1. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบชน E

2. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบโซแนนชอนกรม

3. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนชขนาน

4. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนชอนๆ

- วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ

- วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนช แบบแยกตวเกบประจ

- วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟา กระแสสลบทใชตวเกบประจครอมสวตช

5. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟา กระแสสลบเรโซแนนชทใชแหลงจายเกอบสเหลยม 6. วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนชภาคกระแสไม

ตอเนอง

ซงในทนจะขอกลาวเฉพาะ วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบแบบแยกตวเกบประจ หรอตอโหลดขนาน(Series-Resonant Parallel-Load Inverter Circuit, SRPLI) เนองจากเปนวงจรทนยมนามาใชสรางวงจรของบลลาสตอเลกทรอนกสเพอจดประสงค คอ

1.) ในการจดหลอดไฟฟลออเรสเซนต จะตองมคาแรงดนสง ซงแรงดนดงกลาวสามารถสรางไดโดยอาศยหลกการของเรโซแนนช เพราะเนองจากหลอดไฟฟลออเรสเซนตมคณสมบตทางไฟฟาแบบไมเชงเสน ทาใหมคาความตานทานเปนอนนตกอนและ มคาความตานทานพลวตในขณะทางานปกตเปนลบ สามารถพจารณาวงจรสมมลไดในรปท 2.12 ก.

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

32

2.) หลอดไฟฟลออเรสเซนตจะทางานไดอยางมประสทธภาพในชวงความถสง ซงแรงดนดงกลาวสามารถสรางไดโดยอาศยหลกการของเรโซแนนช ดงนน จงตองใชวงจรแปลงผนไฟฟาแปลงแรงดน DC จากภาคของวงจรเรยงกระแส ใหเปนแรงดน AC ทมความถสงดงกลาว

igC

rL

sV

2/Rf 2/Rf

2/Rf 2/Rf

igVigI

Lamp Model

รปท 2.12 ก) วงจรสมมลชวงกอนจดตดหลอดและขณะจดหลอดใหตดสวาง

igC

rL

sV

2/R f 2/Rf

2/R f 2/Rf

lampR lampV

igI

Lamp Model

รปท 2.12 ข) วงจรสมมลชวงทางานปกต

จากรปท 2.12 ข. จะเหนไดวาวงจรในสวนนเปน RLC Series Resonant โดยคาความตานทานจะไดจากคาความตานทานทหลอดขณะทางาน ซงความถทไดจะมาจากความถการสวตชทาใหสามารถกาหนดคาของตวเหนยวนาไฟฟา rL และตวเกบประจ rC ได เมอพจารณาเรองความถเรโซแนนช วงจร SRPLI เหมาะสมทสดทจะประยกตใชวงจรในการทางานควบคกบการใชงานของหลอดไฟฟลออเรสเซนต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

33

1.) วงจรอนกรมเรโซแนนชกระแสสลบ (Resonance in Series AC Circuits)

ในหวขอวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนชแบบแยกตวเกบประจจากรปท 2.14 ก. จะเหนไดวาวงจรดดแปลงมาจากวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนชอนกรม โดยทโหลดของทงสองวงจรเปนวงจรเรโซแนนชอนกรม ซงสามารถหาคาตางๆของวงจรไดดงตอไปนคอ

sV

R L C

รปท 2.14 ก) วงจรอนกรม RLC

0

LX

CX

)XX( CL −

rf

Capa

citive

Reac

tance

Induc

tive

Reac

tance

รปท 2.14 ข) กราฟแสดงความถเรโซแนนช

ในวงจรอนกรมในรปท 2.14 ก ) เปนวงจรเรโซแนนชอนกรมไฟฟากระแสสลบ เมอพจารณาในรปเรโซแนนช รแอกแตนชชนดความเหนยวนาไฟฟา LX ตออยกบรแอกแตนชชนดความจไฟฟา CX ตอรวมกนซงจะไดผลรวม รแอกแตนช X ของสมการเปนศนย ซงจะไดความ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

34

ตานทานเปนอมพแดนชของวงจร 1 เฟส รแอกแตนชชนดความเหนยวนาไฟฟา ทาใหผลรวมของกระแสนาหนาแรงดน ดงนน LX และ CX จะหกลางกน เมอสมการของผลรวมรแอกแตนชเปนศนย พจารณารปท 2.14 ข) แสดงวา LX และ CX เปนรวมของรแอกแตนชเปนศนย ซงผลรวมของรแอกแตนชในวงจรอนกรม ดงสมการท 2.27

cXXX Ltot −= (2.27)

เมอ XL > XC จะเปนวงจรความเหนยวนาไฟฟา เมอคาความเหนยวนาไฟฟามคามากกวาความจไฟฟา และเชนเดยวกนเมอ XC > XL กจะเปนวงจรความจไฟฟา เมอความจไฟฟาม

คามากกวาความเหนยวนาไฟฟา และผลรวมของอมพแดนชในวงจรดงแสดงในรปท 2.14 ก) สาหรบวงจรอนกรม RLC หาไดจากสมการ 2.28 และมมเฟสระหวาง sV และ I หาไดจากสมการ 2.29

2CL

2tot )X(XRZ −+= (2.28)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

RXtanθ tot1 (2.29)

ตามทไดอธบายขางตน เมอรแอกแตนชชนดความเหนยวนาไฟฟา มคามากกวา รแอกแตนชชนดความจไฟฟา แสดงวาเปนวงจรแบบความเหนยวนาไฟฟา กระแสจะลาหลงแรงดน เมอรแอกแตนชชนดความจไฟฟามคามากกวาหรอใหญกวา กแสดงวาวงจรเปนแบบความจไฟฟา กระแสกจะนาหนาแรงดน นนเอง อมพแดนชของวงจรกระแสสลบซงผนแปรกบความถ เพราะวารแอกแตนชชนดความเหนยวนาไฟฟาผนแปรตรงกนกบความถและรแอกแตนชชนดความจไฟฟากเชนเดยวกน ผนแปรตรงกนกบความถ เชนกน ซงมความสมพนธระหวางความถและรแอกแตนช คอ

fL2LXL πω == (2.30)

fC2

1C

1XC πω == (2.31)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

35

ทความถเรโซแนนช รแอกแตนชชนดความเหนยวนาไฟฟาและความจไฟฟา XL > XC โดยสามารถเขยนเปนสมการท 2.32

fC2

1fL2

ππ =

LC2

1fr π

∴ = (2.32)

จะเหนไดวาความถเรโซแนนช rf สามารถหาไดจาก สมการของ XL และ XC ในทานองเดยวกน กสามารถหาคา L หรอ C ไดโดยความถเรโซแนนชจากสมการของความถ เรโซแนนช LC รวมกน ซงเมอรคาใดคาหนง L หรอ C และความถเรโซแนนช ดงนนเมอตองการหาคา C สามารถหาดงสมการท 2.33

Lf4

1C 2

r2π

= (2.33)

จากทไดกลาวมาขางตน คานวณคา L และ rf กเชนเดยวกนกบคา C โดยการกลบคา C เปน L กจะไดสมการท 2.34

Cf4

1L 2

r2π

= (2.34)

หรอสามารถหาคา L หรอ rL ไดจากสมการท 2.35

r

Lr f2

QRL

π= (2.35)

โดย Q คอ คณภาพของวงจรเรโซแนนชทใช (Resonant Quality) LR คอ โหลดเปนความตานทาน rf คอ ความถทใชในวงจรเรโซแนนช

และการหาคากระแสเรโซแนนช เมอ Z = R จะไดจากการคานวณ โดยกฎของโอหม คอ

RE

I r = (2.36)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

36

จากหวขอวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ แบบเรโซแนนชดงกลาวขางตนเลอกใชวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนชแบบแยกตวเกบประจเนองจากเปนวงจรทนยมนามา ใชสรางวงจรของบลลาสตอเลกทรอนกสเพอจดประสงคในการจดหลอดไฟฟลออเรสเซนต จะตองมคาแรงดนสงซงแรงดนดงกลาวสามารถสรางไดโดยอาศยหลกการของเรโซแนนช เพราะเนองจากหลอดไฟฟลออเรสเซนตมคณสมบตทางไฟฟาแบบไมเชงเสน ทาใหมคาความตานทานเปนอนนตกอนและมคาความตานทานพลวตในขณะทางานปกตเปนลบ และหลอดไฟฟลออเรสเซนตจะทางานไดอยางมประสทธภาพในชวงความถสง ซงแรงดนดงกลาวสามารถสรางไดโดยอาศยหลกการของเรโซแนนช ดงนน จงเลอกใชวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนชแบบแยกตวเกบประจหรอ Series -Resonant Parallel-Load Inverter Circuit (SRPLI) นนเอง

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

37

บทท 3 การออกแบบวงจรบลลาสตอเลกทรอนกส

ในบทนจะกลาวถงการออกแบบสวนประกอบของวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต ชนดกระตนตวเอง ทงสวนของการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาดวยวงจรชารจปมแหลงจายกระแส และ สวนของวงจรควบคมการทางานของสวตชอเลกทรอนกสกาลงดวยการสรางสญญาณกระตนตวเอง พรอมทางานในสภาวะปกต

หลกการทางานของบลลาสตอเลกทรอนกสชารจปมแหลงจายกระแส ( CS-CPPFC ) เพอใหงายตอการวเคราะหจะกาหนดใหหลอดไฟฟลออเรสเซนตทางานในสภาวะคงตว

อปกรณสารกงตวนาทกตวจะพจารณาในทางอดมคต ดงนน วงจรของบลลาตส รปท 3.1 รปท 3.1 รปจาลองบลลาสตอเลกทรอนกสชารปมแหลงจายกระแส CS-CPPFC

ลกษณะของการทางานของวงจรสามารถทจะพจารณาแตละชวงเวลาการทางานเพอใหงาย

ตอการวเคราะหออกแบบสวนประกอบบตางๆ ของวงจร การวเคราะหจะแบงการทางานในสภาวะคงตวออกเปน 6 สภาวะการทางาน โดยทโหลดของวงจรบลลาสตจะเปนวงจรเรโซแนนซอนกรมและขนานดหลดดวยตวเกบประจ Cr เพอดดซบพลงงานความถสง และ ตวเกบประจไฟฟา Cin ทาหนาทเปนตวเกบประจเพอชารจปม ดงแสดงในรป 3.2 และรปคลนสญญาณ ดงรปท 3.3

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

38

รปท 3.2 สภาวะการทางานของวงจรบลลาตส

สภาวะการทางานทง 6 สภาวะ มการทางานดงน สภาวะท 1 (a) : ชวงเวลา toถง tl : ท to, S2 ปดและ S1 เปด เนองจาก iL ยงเปนลบ

กระแสเรโซแนนซนไหลตอเนองผาน Dx และ สาย AC เพอดดซบพลงงานจากสายอนพต จากวงจรเทยบเทาของมนในรป 3.2 (a) กระแสเรโซแนนซนกกาลงชารจ CB Dx ปดโดยธรรมชาตท tl ซงกระแสตวเหนยวนาเรโซแนนซเทากบศนย

สภาวะท 2 (b) : ชวงเวลา t1ถง t2 : กระแสตวเหนยวนาเรโซแนนซกลบกนท t1 เพราะวา vm ตอนนมคาสงกวาแรงดนไลนทกรองมาแลว แตตากวารแรงดนของ DC bus VB ทง และ Dx และ Dy ปดลง ig ดสชารจ Cin และ Cin เปนสวนหนงของสวนประกอบเรโซแนนซโดยแทจรง ในระหวางคาบเวลาน Cin ถกดสชารจไปหมดสนท t2 ซง Dy กลายเปนไบแอสไปดานหนาและเรมทจะเหนยวนากระแสตวเหนยวนาเรโซแนนซ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

39

สภาวะท 3 (c) : ชวงเวลา t2ถง t3 : พลงงานหลอดไฟทใหมาโดยคาปาซเตอรบลอค DC และตวแปลงนนกกลายเปนถงโหลดขนานเรโซแนนซอนกรมไปโดยงาย โหมดนสนสดจนกระทง t3 เมอ S1 ปดลงไป

สภาวะท 4 (d) : ชวงเวลา t3ถง t4 : S2 เปด เมอ S1 ปด ท t3 Dy ยงคงเหนยวนากระแสตวเหนยวนาเรโซแนนซ il กลายเปนลบท t4 ซง Dy จะปดโดยธรรมชาต

สภาวะท 5 (e) : ชวงเวลา t4ถง t5 : vm ไมสามารถเปลยนทนททนใด เพราะวา Cin ถกตอในลกษณะขนานกบ Dy กระแสตวเหนยวนาเรโซแนนซแบบลบกาลงชารจ Cin และ vm ลดลงจนถง t5 ซง vm เทากบแรงดนไลนทกรองแลว และ Dx เรมทจะเหนยวนา วงจรเทยบเทาไดแสดงไวในรป 3.2 (e)

สภาวะท 6 (f) : ชวงเวลา t5ถง t6 : vm ถกยดเหนยวโดยแรงดนอนพทไลนทกรองแลว และถงเรโซแนนซทาใหตนตวโดยอนพทไลน ถงเรโซแนนซดดซบพลงงานจากสาย AC โหมดนสนสดท t6 เมอ S2 ดบลง

จากการทางานทง 6 สภาวะ สามารถวเคราะหรปคลนสญญาณทไดจากสวนตางๆ ของวงจรบลลาสต ทง 6 สภาวะ มสญญาณ ดงรปท 3.3

รปท 3.3 รปคลนสญญาณในชวงการทางาน 6 สภาวะ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

40

จากวงจรรปท 3.2 ชวงเวลา [t1, t2] และ [t4, t5] ตวเกบประจไฟฟา Cin ถกตอกบวงจร เรโซแนนซอยทคาสงสดใกลจดตดศนยของแรงดนอนพทไลน เนองจากการชารจประจทเกบไวทงหมดใน Cin จะดสชารจในระหวางชวงเวลาน อยางไรกตามการชารจประจทเกบไวทงหมดใน Cin จะไดดงสมการท 3.1

ΔQ = Cin (VB – vg) (3.1)

ΔQ ไปถงคาสงสดของมนเมอ vg = 0 ซงใชเวลานานทสดเพอชารจและดสชารจใหเตม Cin เพอรกษาการทางานของการสวตชทแรงดนศนย ความถของการสวตชตองมคาสงกวาความถ เรโซแนนซ ดงสมการท 3.2

r

rin

rins

LCCCC

f

+

>π2

1 (3.2)

3.1 วงจรกรองความถและวงจรปองกนดานเขา (EMI and Protection circuit Stage) วงจรกรองความถ EMI ในวงจรนจะใชวงจรกรองความถแบบวธรวม เพอปองกนสญญาณรบกวน EMI จากภายนอกทจะเขามารบกวนบลลาสตอเลกทรอนกส และจากภายในตวบลลาสตอเลกทรอนกสทจะออกไปรบกวนอปกรณภายนอกทตอรวมกน และสวนปองกนดานเขาจะปองกนกระแสกระชาก และแรงดนเกนชวขณะในขณะเรมสตารทหลอดไฟฟลออเรสเซนต

3.1.1 วงจรกรองความถ EMI วงจรกรองความถ EMI เปนแบบวธรวม (Common mode) จากบทท 2.1.1 หวขอท 2วงจรกรองความถ EMI แบบวธรวม ซงในหนาทกรองสญญาณและฮารโมนกส จากดานอนพตของสายกาลง (Line Input) ซงจดเรมตนในการพจารณาคา Attenuation ของความถสวตชงทตองการจะพจารณาจดเรมตนทดทสด เราจะใชคา Attenuation ท 24 dB ซงจะพจารณาความถสวตชในวงจรทใชในการทางานเรมตนคอท 40 kHz เนองจากความถหกมม (Conner frequency) ของวงจรกรองความถ EMI เปนแบบวธรวมจะไดคาดงน

(aat/40)sw

10fcf ×= (3.3)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

41

เมอ fC คอ ความถหกมม (Conner frequency ) fSW คอ ความถสวตชง(จากเขอบเขตของโครงการไดกาหนดยานความถ 25-50 kHz จะพจารณาใชความถท 50 kHz ) Att คอ คา attenuation ทความถสวตชชง ซงให dB เปน (-) (เลอกจดเรมตนทดทสดจะพจารณาคา attenuation ท 24 dB) เพราะฉะนนความถหกมม ( Conner frequency) ในวงจรกรองความถ EMI มคาเทากบ

(-24/50)3 10)10(50cf ××= kHz16.55= ดงนน ความถหกมม ( Conner frequency) จะมคาเทากบ 10.05 kHz ในสวนของการหาตวเหนยวนาไฟฟาและตวเกบประจไฟฟาทใชกบวงจรกรองความถ EMI จะพจารณาคาปจจยททาใหเกดการหนวง (Damping facer) จะใชคาท 0.707 ซงคานเปนคาระดบ การหนวงของคาใชงานตามปกตทไมมผลตอวงจรภายใน สวนการพจารณาคาอมพแดนซของสายกาลงไฟฟาดานอนพต (Line Input) จะใชคา 50 Ω ในการพจารณาซงจะกลาวในหวขอท 2.1.1 ดงนน ในการคานวณหาคาตวเหนยวนาไฟฟาและตวเกบประจจะหาคาไดดงน จาก

C

L

fR

Lπζ

= (3.4)

เมอ L คอ คาตวเหนยวนาไฟฟา ζ คอ ปจจยททาใหการหนวง ( Damping facer) fC คอ ความถหกมม (Conner frequency ) ของวงจรกรองความถ EMI RL คอ อมพแดนซของสายกาลงไฟฟาดานอนพต ดงนน คาตวเหนยวนาไฟฟาทใชกบวงจรกรองความถ EMI จะมคาเทากบ

31016.55

0.70750L××

×=π

700= μH

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

42

ดงนน เลอกใชคาความตวเหนยวนาไฟฟา L1 และ L2 เทากบ 1.12 mH และคาตวเกบประจไฟฟาจะหาไดจาก

L)f(2

1C 2

Cπ

= (3.5)

เมอ C คอ คาตวเกบประจไฟฟา L คอ คาตวเหนยวนาไฟฟา fC คอ ความถหกมม (Comer frequency ) ของวงจรกรองความถ EMI ดงนน คาตวเกบประจไฟฟาทใชกบวงจรกรองความถ EMI จะมคาเทากบ

623 10700)1016.55(2

1C−××××

=π

F0.14 μ=

ดงนน จงเลอกใชคาตวเกบประจไฟฟา C1 และ C2 เทากบ F 0.22 μ จากการคานวณหาคาตวเหนยวนาไฟฟาทใชในโครงการน ไดเลอกตวเหนยวนาไฟฟา L1 และ L2 ขนาดแกนเฟอรไรต EE – 25 แบบ 2 ขดลวดขนานระหวางสายไลนกบสายนวเทรอล ขดลวดอาบนายาเบอร 23 AWG ทาการพนขดละ 20 รอบ ชองวางอากาศ (Air gap) ขนาด 1mm. ทาการวดดวย LCR มเตอร วดไดคา 1.12 mH ทความถ 100 kHz ซงตวเหนยวนาไฟฟา L ท 40 kHz ซงตวเหนยวนาไฟฟา L ทใชสามารถเลอกใชไดหลายขนาดของแกนเฟอรไรต ซงในการนเลอกใชแกนเฟอรไรต เนองจากเปนการเหนยวนาแมเหลกบนแกนเฟอรไรต จะมผลทาใหเกดความหนาแนนฟลกซแมเหลกสงกวาการเหนยวนาแมเหลกทเกดขนบนแกนอากาศมาก เฟอรไรตมคาจดอมตว ฟลกซแมเหลกคอนขางสง ประมาณในชวง 3,000 ถง 4,000 เกาส และเกดการสญเสยในตวมนตาทความถสงๆ (สวฒน,2538.) การเลอกใชขนาดของแกนเฟอรไรต ขนอยกบความเหมาะสมในการนาไปใชงาน เชนเดยวกบขดลวดทใชพน จานวนรอบทใชพน แตการกาหนดคาตวเหนยวนาไฟฟาทใชนนสามารถ กระทาไดดงตวอยางวธการคานวณหาคาตวเหนยวนาไฟฟาในการพนจานวนรอบขดลวด ในภาคผนวก ค. สวนตวเกบประจไฟฟา C1 และ C2 ทจะกาหนดในวงจรจะใชขนาด F0.22 μ 630 V ชนดไมลาร ประกอบเปนวงจรกรองความถ EMI ดงรปท 3.4

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

43

Vin220 V 50 Hz C1 M C2

L2

L1

To RectifierVa Circuit

รปท 3.4 สวนของวงจรกรองความถ EMI

3.1.2 วงจรปองกนแรงดนไฟฟาดานเขาเกน จากรปท 3.4 จะใชอปกรณวารสเตอร ( Va ) ปองกนแรงดนเกนดานเขา การ

เลอกใชวารสเตอรตองเลอกพกดการทนแรงดนใหเหมาะสมกบการปองกนแรงดนไฟฟาเกน ควรเลอกแรงใหเกนคาแรงดนไฟฟาของแหลงจายรอยละ 10 เปนอยางนอย วงจรนเลอกใชวารสเตอรเบอร S07K275 สามารถทนแรงดนได 275 โวลต (อาร.เอม.เอส)

3.2 วงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบบรดจ วงจรเรยงกระแส 1 เฟส เตมคลนแบบบรดจจะมหนาทเรยงกระแสไฟฟากระแสสลบดานอนพตใหเปนไฟฟากระแสตรง เพอจายใหวงจร ภายในบลลาสต ซงการออกแบบวงจรจะเปน ดงนดงน แหลงจายไฟฟากระแสสลบ 220 V 50 Hz จะไดคาแรงดนสงสดทางดานอนพต P(in)V

ดงน

0.707Vrms

VP(in) = (3.6)

311.70.707220

VP(in) == V

จากลกษณะการทางานของวงจรจะเหนไดวาในแตละครงของแรงดน ดานเขาจะม ไดโอดสองตวนากระแสและสองตวหยดกระแส และมแรงดนตกครอมไดโอดทอนกรมกนอยเทากนมคาแรงดน V)0.7(2 1.4 V × (Colin D.Simpson, 1996) ทาใหแรงดนดานเอาตพต (out) PV มคา

ลดลงดงสมการท 3.4 คอ 1.4VV P(in)P(out) −= V

77.309V4.1V17.311V )out(P =−=∴ V (3.7)

ใชคา Safety Ractor = 0.8 ควรเลอกไดโอดทมคา PIV มากกวา 387.2 โวลต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

44

พจารณาเมอไดโอดทางานในแตละครงของแรงดนดานอนพต มคาไดโอดสองตวนากระแสทงสองตวหยดนากระแส นนหมายความวาเมอไดโอดตวใดเกดเสยหายไดโอดอกตวจะไมสามารถทนแรงดนไดเพราะแรงดนสงสดจะตกครอมทไดโอดอยตวเดยว ดงนนในการเลอกไดโอดตองเลอกแรงดนยอนกลบสงสดทตกครอมไดโอด (Peak Inverse Voltage, PIV) ดงสมการท 3.8

PVPIV = (3.8)

เพราะฉะนน จะไดแรงดนยอนกลบสงสดทตกครอมไดโอดโดยไมเกดการเสยหาย เทากบ

PIV = 309.77 โวลต

ดงนน จงควรเลอกไดโอดทมอตราทนแรงดนไบแอสกลบ สงสดของไดโอดไดมากกวา 309.77 โวลต

สวนกระแสทผานไดโอดจะเทากบกระแสสงสดทผานโหลดหรอพจารณากระแสไหลผานวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ ในการเลอกใชไดโอดนนเองจากสมการท3.9

2/V

PI

DC

oo = (3.9)

เมอ oI คอ กระแสดานออกทไหลผานวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ

oP คอ กาลงของโหลดวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ

(หลอดไฟฟลออเรสเซนต 36 วตต)

DCV คอ แรงดนกระแสตรงทางดานออกของวงจรเรยงกระแส (เพอใหงายตอการ

พจารณา เลอกกาหนด VDC = 310 โวลต )

เพราะฉะนน กระแสทไหลผานวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระกระแสสลบคอ

23.02 / 310

36I0 == แอมป

ดงนน จงควรเลอกไดโอดทคากระแสสงสดเมอถกไบแอสตรงของไดโอดไดมากกวา 0.23A

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

45

จากการคานวณหาคากระแสและแรงดนสาหรบการเลอกไดโอดขางตนและทฤษฎ เรองชนดและการเลอกใชไดโอดในบทท 2 เพราะฉะนนจงเลอก อตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด ขนาด 1 A 400 V เบอร 1N4004 เนองจากสะดวกในการใชงานและราคาไมสงสวนฟวสทใชในงานวจยน ไดเลอกใชฟวสขาดชา(T) เพอชวยยดอายการใชงานของวงจรซงฟวสจะชวยปองกนลดวงจรขน ดงนนแหลงจายไฟฟาทใชขนาด 220 V จงเลอกใชฟวสขนาด 1A 250 V และความตานทาน (RS) เปนตวทาหนาทจากดกระแสปองกนกระแสกระชากทเกดขนในวงจร (Peak Limit Current) จะพจารณาเลอกคาความตานทาน (RS) จากกราฟความสมพนธแรงดนกบกาลงไฟฟาเพอใหไดความตานทาน (RS) อยางเหมาะสมซงทาใหการทางานของ วงจรเปนไปอยางมประสทธภาพในโครงงานนจะเลอกใชความตานทาน (RS) ประมาณ 3 Ω 5 วตต

220 VVin

50 Hz

Fuse Rs

EMIFilter Circuit

To Inverter

Bridge Rectifier Full

รปท 3.5 สวนของวงจรเรยงกระแส วงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมคลนแบบบรดจ ทใชในโครงงานน ดงแสดงในรปท 3.5 ซงแหลงจายทใชเปนไฟฟากระแสสลบ 220 V 50Hz โดยตอเขาวงจรกรองความถ EMI เพอลดกระแสและแรงดนสง กอนทจะไปทางดานเขาของวงจรเรยงกระแส 1 เฟสเตมบรดจ เพอแปลงใหเปนไฟฟากระแสตรงปอนใหกบวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ (Inverter Circuit) ตอไปโดยไหลผานบรดจ จะมไดโอด 4 ตว ทางานครงวฎจกรละสองตวของแรงดนทางดานอนพต เมอแปลงใหเปนไฟฟากระแสตรงดงกลาว

3.3 การปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟา การปรบปรงคาตวประกอบกาลงฟาทนามาใชในวงจรบลลาสตน คอวงจรชารจปมแหลงจายกระแส (Current Source Charge Pump Power Factor Correction : CS-CPPFC) ประกอบตอจากวงจรเรยงกระแสทางดานอนพต ซงวงจรชารจปมมสมบตของวงจรชวยใหแรงดนไฟฟากระแสตรงจากวงจรเรยงกระแสเปนฟาตรงทสมบรณ โดยเรมชารจกระแส และดสชารจชวยชดเชยใหแรงดนกระเพอมนอยลงและ ดงคากระแสจาการเรมสตารตของบลลาสต จงทาใหกระแสดาน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

46

อนพตเปนรปไซนมเฟสเดยวกบแรงดนไฟฟาดานอพต (in phase) ซงเปนผลใหคาตวประกอบกาลงไฟฟามคาใกลเคยง 1 จากวงจรดงรปท 3.1 จะตองออกแบบตวเกบประจชารจปม Cin ใหเหมาะสมกบวงจรบลลาสต ดงน กาลงไฟฟาอนพทคงทเปนผลผลตของแรงดนอนพตขณะใดขณะหนงและกระแสอนพททกรองแลวเฉลยในรอบการสวทซครงหนง ซงแสดงโดยสมการท 3.10

2

( ) ( ) ( )xin in x B g in x g

Ip t C f V v t C f v t

π⎛ ⎞= − +⎜ ⎟⎝ ⎠

(3.10)

โดยการเฉลยสมการขางบนในรอบของ line หนง ถา vg = VpsinωLt ซง wL เปนความถของ ไลน คาเฉลยของกาลงอนพต Pi ไดดงสมการ 3.11

22 1

2x

in p in x B in x pI

P V C f V C f Vπ π

⎛ ⎞= − +⎜ ⎟⎝ ⎠

(3.11)

ภายใตการทางานของวงจรปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาใหใกลเคยง 1 เทอมแรกของ (3.12) เปนศนย ดงนน สามารถเขยนสมการไดดงสมการท 3.12

21

2in in x pP C f V= (3.12)

จากสมการสมดลระหวางอนพตและเอาตพต จะไดดงสมการท 3.13

out inP Pη= (3.13)

ซง PO และ η เปนกาลงเอาตพต และประสทธภาพการแปลง ตามลาดบตวเกบประจชารจปม ดงนน Cin สามารถกาหนดโดยสมการท 3.14

22 out

ins p

PC

f Vη= (3.14)

( )2in 311k40

362C

××

=

Cin = 18.61 nF

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

47

ไดโอด DX และ D2 เปนไดโอดททางานรวมกบ Cin ตองใชไดโอดทสามารถใชกบความถสง เลอกใชไดโอดชนด อลตราฟาสต-รคพเวอรไดโอด (Ultra Fast Recovery Diode) ในงานวจยนเลอกใชไดโอดเบอร UF4007

3.4 วงจรกรองแรงดนไฟฟากระแสตรง การการกรองรปคลนสญญาณแรงดไฟฟากระแสตรงจากชรจปม หรอ ชดเชยกระเพอมของ

แรงดนไฟฟาทไดกอนจายใหโหลดสามารถใชตวเกบประจ CB ชวยชดเชยการกระเพอมหาไดโดยสมการท 3.15 ดงน

DCDCΔinπin

VVPP

C2

B ≥ (3.15)

( )( )( )( ) F1560.05283.142

28 μ10.23=≥

ดงนน จงเลอกใชตวเกบประจ CB เทากบ 10 μF (ใกลเคยงกบคาคานวณ)

3.5 วงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ จากหวขอเรองวงจรเรโซแนนซใบบทท 2.5 จากทไดทาการศกษาทาใหทราบวาความถ เรโซแนนซ rf สามารถหาคาไดจากสมการรแอกแตนซ XL และ XC ซงรแอกแดนซมความสมพนธระหวางความถ ดงสมการท 3.17 และ 3.18

fL2LXL πω == (3.17)

fC2

1C

1XC πω

== (3.18)

เพราะฉะนน ความถเรโซแนนซกสามารถหาไดจากสมการดงท 3.19

LC2

1fr π= (3.19)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

48

และในทานองเดยวกนกสามารถทจะหาคาของตวเหนยวนาไฟฟาและตวเกบประจไฟฟาได เชนกน เมอตองการทราบคาตวเกบประจสามารถไดดงท 3.20

Lf4

1C 2

r2π

= (3.20)

ถาตองการหาคาเหนยวนาไฟฟา กสามารถหาไดจากสมการดงท 3.21

Cf4

1L 2

r2π

= (3.21)

ดงนน เมอตองการใชงานกบความถเรโซแนนซยาน 40 kHz จากสมการท 3.14 โดยกาหนดคาตวเกบประจไฟฟา Cr ท 10 nF 630V คอวงจรเรโซแนนซอนกรม LCR สามารถทจะหาคาตวเหนยวนาไฟฟาไดดงน

Cf4

1L 2

r2π

= (3.22)

mHrL 02.1)1010()1050(4

19232π

=××

=−

ดงนน จงเลอกใชคาตวเหนยวนาไฟฟา Lr = 1.02 mH , Cr = 10 nF และ Cd = 220 nF

หมายเหต Cd มหนาทปองกนความถตาไปรบกวนวงจรเรโซแนนซในการจดหลอดและขณะทางาน จากการคานวณหาคาของความเหนยวนาไฟฟาทใชในงานวจยนไดเลอกใชตวเหนยวนาไฟฟา Lr ขนาดแกนเฟอรไรต EE25 ขดลวดอาบนายา 29 AWG ทาการพนจานวนรอบ ชองวางอากาศ (Air Gap) ขนาด 1 mm ทาการวดโดยใช LCR meter วดไดคา 1.02 mH ทความถ 10kHz เพอนาไปทดสอบความถเรโซแนนซ 50 kHz ซงตวเหนยวนาไฟฟา Lr ในโครงการนเลอกใชแกนเฟอร-ไรต ซงเปนเหตผลเดยวกนทกลาวมาแลวของคาตวเหนยวนาไฟฟา L ของวงจรกรองความถ EMI

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

49

วงจรเรโซแนนซอนกรมตอโหลดขนาน (Series – Resonant Parallel – Load) ทนามาใชในการจดหลอดไฟฟลออเรสเซนต จะตองมคาแรงดนสงทตวเกบระจไฟฟา Cr ทาใหหลอดตดสวาง ซงทาใหแรงดนดงกลาวสามารถสรางไดโดยอาศยหลกการของเรโซแนนซ เพราะเนองจากหลอดไฟฟลออเรสเซนต มคณสมบตทางไฟฟาแบบไมเชงเสนทาให มคาความตานทานเปนอนนตกอนและมคาความตานทานพลวตในขณะทางานปกตเปนลบ ดงนนเมอหลอดทางานในสภาวะปกตหรอหลอดตดแลวกจะเปนลกษณะเดม เพยงแตผลของเรโซแนนซจะหมดไป เนองจากมกระแสไหลผานหลอดไฟทาใหตวเกบประจไฟฟา Cr ไมสงผลตอการเรโซแนนซอก

จากหวขอวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ ดงกลาวขางตนทไดเลอกใชในโครงการน ไดทาการคานวณหาคาตางๆของวงจรซงวงจรในสวนนประกอบดวยวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบกงบรดจ และวงจรเรโชแนนซ อนกรมตอโหลดขนานซงสามารถเรยกวงจรรวมไดวาเปนวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเรโซแนนซอนกรมตอโหลดขนาน (Series – Resonant Parallel – Load Inverter : SRPLI) จากลกษณะของวงจรแปลงผนไฟฟากระแสตรงเปนกระแสสลบแบบกงบรดจจะเหนไดวาทรานซสเตอรกาลงทง 2 ตว ตองทางานสลบกนตลอดเวลาโดยมสญญาณมากระตนการทางานใหกบทรานซสเตอร ทง 2 ตว ซงสญญาณพลสทใชในบลลาสตนไดใชการสรางสญญาณกระตนตวเอง เปนตวกาเนดสญญาณพลซขนมาใชงานในวงจร เพอควบคมการทางานของสวตชอเลกทรอนกสกาลงทใชทรานซสเตอรเปนสวตช ดงนนความสวาง และความเขมแสงของหลอดไฟฟลออเรสเซนตจะขนอยกบวงจรเรโซแนนซ ซงเปนวงจรกาหนดความถในวงจรบลลาสตนนเอง

3.6 วงจรควบคม TL494 และวงจร IR2110 วงจรแปลงผนคลาสดอทสรางขนจะใชการควบคมการทางานของสวตชกาลงดวยวงจร

TL494 เปนตวกาเนดความถ 45 กโลเฮรตซ และตอเขากบวงจรขบ IR2110 ดงนนจะตองกาหนดคาความตานทาน RT และตวเกบประจ CT (ภาคผนวกท 1) ของกราฟคณลกษณะการกาหนดความถของวงจร TL494 จะไดคาตางๆ คอ CT เทากบ 0.001 μF และ RT เทากบ 21 kΩ แตคาความตานทานตองปรบตงใหมคาเหมาะสมกบการใชงานจรงจงเลอกใชคาความตานทานปรบคาได 50 kΩ มาใชในวงจรเพอใหไดความตานทานตามตองการจรง และความถทถกตอง ดงรปท 3.6 วงจรกาเนดสญญาณพลสออกแบบใหมเอาตพตเปนสญญาณพลส (pulse width modulation , PWM) ดงนนจะไดสญญาณ output1 และ output2 ทมความถ 45 กโลเฮรตซ และวฎจกรงานประมาณ 50 % จากนน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

50

สญญาณเอาตพตทงสองทไดจากวงจร TL494 ตอเขากบวงจรขบ IR2110 ดงรปท 3.7 จะไดสญญาณ Vg1 และ Vg2 ทใชในการขบเกตของมอสเฟตได

รปท 3.6 วงจรควบคม TL494 กาเนดสญญาณพลส PWM

รปท 3.7 วงจรขบเกต IR2110

9

10

12

11

2

3

4

5

6

15

14

13

7

8

TL494

+15 V

G

F 0.001μ

Ωk22

Ω150

161

output 1output 2

Ω150( )ΩΩ

k7.3k10

( )ΩΩ

k19k50

1

2

4

3

8

9

10

11

12

7

6

5

13

14

IR2110

+15 V

G

F 0.1μ

F 0.1μ

F 6.8μ

Ω10

Ω10

g1V

g2V

output 1

output 2

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

51

x

L1

C1

L 2

MLr

VaC2

M2

M1

220 V50 Hz

Cin

FL 28 WLamp

CrCb

D1

D2

D3

D4

D5 D6

CB

บทท 4 ผลการทดลอง

ในบทนจะกลาวถงผลการทดลองของวงจรในสวนตางๆ ทไดจากการทดลองจากวงจรตนแบบ โดยจะแสดงผลการทดลองดวยคาทวดไดในวงจร มผลการทดลองดงตอไปน

4.1 วงจรบลลาสตอเลกทรอนกส จากการออกแบบวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสทใชสาหรบหลอดไฟฟลออเรสเซนต T5

เมอนามาประกอบเปนวงจรตนแบบจะไดวงจรดงรปท 4.1 และทาการทดลองเพอพจารณาหาประสทธภาพของวงจร

รปท 4.1 วงจรบลลาสตอเลกทรอนกสตนแบบ

ตารางท 4.1 อปกรณของวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสทใชในการทดลอง

อปกรณ รายละเอยด L1 , L2 650 μH

Lr 1.25 mH C1 , C2 0.22 μF

CB 10 μH Cin 15 nF Cb 10 nF

D1 = D2 = D3 = D4 1N4007 D5 = D6 UF4007 M1 , M2 IRF840 Lamp T5 28 W.

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

52

ตารางท 4.1 อปกรณของวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสทใชในการทดลอง (ตอ)

อปกรณ รายละเอยด วงจรกาเนดความถ 45 kHz TL494

วงจรขบเกต IR2110

4.2 ผลการทดลองวงจรบลลาสตอเลกทรอนกสทางดานพลงงานไฟฟา ผลการวดคาทางไฟฟาตางๆ ของวงจร จะปรบแรงดนไฟฟาอนพตดวยแหลงจายแรงดนไฟฟาปรบคาได โดยเรมการปรบแรงดนทหลอดไฟเรมตด เพอตองการเหนถงปรมาณความสวางตาสด ทสามารถกระทาได จนถงคาแรงดนไฟฟาปกตทแรงดน 220 โวลต (อาร.เอม.เอส.)ความสวางคาสวางสงสด 100 เปอรเซนต ทกาลงไฟฟาเอาตตามขนาดกาลงวตตของหลอดไฟ และไดนาคาตางๆ ทไดจากการวดแสดง ดงแสดงในรปท 4.2 และ 4.3

4.2.1 รปคลนแรงดนและกระแสไฟฟาอนพต

รปคลนสญญาณของแรงดนและกระแสไฟฟาทางดานอนพต เมอผานวงจรกรอง EMI และวงจรชารจปมแหลงจายกระแส ซงจากทฤษฎการทางานของ วงจรชารจปมจะชวยชดเชยแรงดนไฟฟากระแสตรงทจะเขาวงจรอนเวอรเตอร ใหมคาแรงดนเปนไฟกระแสตรง ในโหมดนจะทาใหกระแสและแรงไฟฟาดานหลงวงจรเรยงกระแสไมมมมตางเฟสกน ดงนนรปคลนกระแสและแรงดนไฟฟาจะมลกษณะดงรปท 4.2 และ รปท 4.3 โดยทลกษณะคากระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาอนพตเปนรปไซนมเฟสเดยวกน (in phase) ซงคาตวประกอบกาลงไฟฟาจะมคาเทากบ 0.97

รปท 4.2 รปคลนแรงดนและกระแสไฟฟาอนพตมเฟสเดยวกน

แรงดนไฟฟาอนพต

กระแสไฟฟาอนพต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

53

รปท 4.3 รปคลนแรงดนและกระแสไฟฟาอนพตทมคาตวประกอบกาลงไฟฟาเทากบ 0.97

จากรปคลนสญญาณกระแสไฟฟาอนพตมาวเคราะหสญญาณฮารมอนกส และหากราฟคา

ความเพยนสญญาณกระแส THD เทากบ 12.4 เปอรเซนต จะไดรปกราฟของฮารมอนกส ดงรปท 4.4

รปท 4.4 แสดงกราฟสญญาณฮารมอนกส และ คาความเพยนของกระแสไฟฟาอนพต

4.2.2 รปคลนกระแสและแรงดนไฟฟาเอาตพตทหลอดไฟ

รปคลนกระแสและแรงดนไฟฟาเอาตพตทโหลดหลอดไฟฟลออเรสเซนต ดงรปท 4.5 และ รปท 4.6 จะมลกษณะเปนรปไซน ( Sine wave ) ทความถสงตามสญญาณสวตช แสงสวางทไดจงมความสวางทเรยบโดยประสทธภาพของเอาตพตทจายโหลดมคาเทากบ 91.5 เปอรเซนต ดงสมการ ท 4.1 และคาตวกระกอบยอดคลน (Crest factor) คานวณไดจากสมการท 4.2 มคาเทากบ 1.46 เทา

แรงดนไฟฟาอนพต

กระแสไฟฟาอนพต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

54

ดงรปท 4.7 ซงอยในคามาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรม (มอก.1506-2541) ทกาหนดตอง มคา ไมเกน 1.7 เทา ของคาตวประกอบยอดคลนของความถสงแตละความถ ดงนนบลลาสตทไดทาวจยนจงไดมาตรฐานตามขอกาหนด

%η 100inPoutP

×= (4.1)

%%η 91.510030.7028.10

== ×

รปท 4.5 รปคลนกระแสและแรงดนไฟฟาเอาตพตทหลอดไฟฟลออเรสเซนต

รปท 4.6 รปคลนกระแสและแรงดนไฟฟาเอาตพตทหลอดไฟฟลออเรสเซนต

แรงดนเอาตพตทหลอดไฟ

กระแสเอาตพตทหลอดไฟ

แรงดนเอาตพตทหลอดไฟ

กระแสเอาตพตทหลอดไฟ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

55

(o)rms

(o)p

I

I factor crest = (4.2)

ดงนน เทา61.40.5490.805factor crest ==

รปท 4.7 รปคลนความถสงของกระแสไฟฟาเอาตพตทหลอดไฟฟลออเรสเซนตมคาตวประกอบ ยอดคลน (crest factor) เทากบ 1.46 เทา

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บทท 5 สรปผลและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผลการวจย

งานวจยนนาเสนอการสรางบลลาสตอเลกทรอนกสสาหรบจดหลอดไฟฟลออเรสเซนต T5 และการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาใหมากวา 0.95 และคาความเพยนตากวา 15 เปอรเซนตเพอทาใหวงจรและการทางานของหลอดไฟมประสทธภาพสง วงจรนใชการปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาดวยวงจรชารจปมแหลงจายกระแสเพอชดเชยกระแสดานอนพตเพอใหเปนไฟตรงทสมบรณกอนจายเขาวงจรจดหลอดไฟ ซงมผลทาใหไฟฟากระแสตรงทจายไปยงโหลดมความเรยบทสมบรณ ดงนนแรงดนและกระแสจงมรปคลนใกลเคยงสญญาณไซนและมเฟสเดยวกน และลดความเพยนฮารมอนกสรวม (THD) ตาลงได

จากการทดสอบวงจรบลลาสตตนแบบทไดออกแบบ และวเคราะหทางทฤษฎ การทดลองจรงกบวงจรทสรางขน สวตชดวยความถ 45 กโลเฮรตซ คาตวประกอบกาลงไฟฟาอนพตเทากบ 0.97 คาตวประกอบยอดคลน (Crest factor) เทากบ 1.46 เทา (คามาตรฐาน มอก.1506-2541 กาหนดไวไมเกน 1.7 ) คาความเพยนของสญญาณกระแสไฟฟาอนพต (THD) เทากบ 12.3 เปอรเซนต ดงนนบลลาสตในขณะจายกาลงไฟฟาสงสดมประสทธภาพรวมของวงจร 97 เปอรเซนต

5.2 ขอเสนอแนะ งานวจยนเปนแนวทางเบองตนของการสรางบลลาสตอเลกทรอนกสสาหรบจดหลอดไฟ

ฟลออเรสเซนต T5 ททางานภาคเดยวบนฐานวงจรแปลงผนแบบกงบรดจใหมประสทธภาพสง ดวยการใชวงจรชารจปมแหลงจายกระแสปรบปรงคาตวประกอบกาลงไฟฟาอนพต ลดการสญเสยในสวนตางๆ ของวงจรบลลาสตตนแบบนสามารถทาการวจยเพอพฒนาขนตอไปในสวนตางๆ ดงน 5.2.1 ศกษาและวเคราะหเพอหาวธการลดจานวนอปกรณ

5.2.1 คาตวประกอบกาลงไฟฟาควรปรบปรงใหมคาอยางนอย 0.99

5.2.3 ศกษาและวเคราะหวธการหรไฟ โดยไมกระทบกบประสทธภาพของวงจรภายใน

5.2.4 คาความเพยนของสญญาณกระแสไฟฟาอนพต (THD) ควรพฒนาใหตากวา 10 เปอรเซนต