Miniproject : Boost convertor (DC-DC 5V to 12V)
ชื่อ นายกฤติน กีรติมนัสวิน 5730304021
ชื่อ นายวิศรุต โสมะเกษตริน 5730304811
จากทฤษฎี
= 0.583
วงจรทบระดับแรงดันหรือวงจรบูสต์คอนเวอร์เตอร์ (Boost Converter) ดังที่แสดงในรูปคือวงจรที่ทำการเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้า
โดยแรงดันด้านขาออกจะมีค่าสูงกว่าแรงดันด้านขาเข้า
รูป วงจรทบระดับแรงดันไฟฟ้า
การวิเคราะห์การทำงานของวงจรทดระดับแรงดันในสภาวะคงที่ ได้มีการกำหนดเงื่อนไขในการทำงานของวงจร
เพื่อให้ง่ายต่อการวิเคราะห์ดังนี้
1.
กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ ณ
ตำแหน่งเดียวกันในแต่ละคาบจะมีค่าเป็นบวกและมีค่าเท่ากันเสมอ ดังสมการ
2. แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำแต่ละคาบจะเท่ากับศูนย์
ดังสมการ
3. ตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่เพื่อทำให้แรงดันด้านขาออกมีค่าคงที่
4. กำลังไฟฟ้าด้านขาเข้าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าด้านขาออก
ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของวงจรเป็นหนึ่งร้อยเปอร์เซนต์
หลักการทำงานของวงจรทบระดับแรงดันเพื่อให้แรงดันด้านขาออกมีค่าตามต้องการ
จะเริ่มต้นที่ข้อกำหนดคือ แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำในแต่ละคาบจะเท่ากับศูนย์และสามารถหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำได้โดยวิเคราะห์การทำงานของสวิตช์ในแต่ละโหมดการทำงานในสภาวะคงที่
เมื่อ
switch on
จากรูป เมื่อสวิตช์นำกระแส
กระแสจากแหล่วงจ่ายฟ้ากระแสตรงจะไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำผ่านสวิตช์ซึ่งทำให้ตัวเหนี่ยวนำประจุพลังงานไฟฟ้า
ขณะเดียวกันไดโอดจะถูกกระตุ้นให้ทำงานย้อนกลับทำให้ไม่สามารถนำกระแสได้จากกฎของเคอร์ชอฟฟ์
เมื่อ switch OFF
จากรูป
เมื่อสวิตช์ไม่นำกระแสตัวเหนี่ยวนำจะคืนพลังงานผ่านทางไดโอดและโหลดทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่อง
จากสูตรจะคำนวณหาค่า L(ขดลวดเหนี่ยวนำ) , C(ตัวเก็บประจุ) ที่เหมาะสมเพื่อแปลงแรงดัน(V) จาก 5V
เป็น 12V ดังนี้
*กำหนดค่า Ripple หรือ ค่าระลอกคลื่น = 0.01
f(ความถี่) = 20000 Hz
หา D(duty cycle) = 1 - (Vin/Vout)
= 1 - (5/12)= 0.583
หา L = (Vin*Ripple*D)/f
= (5 * 0.01 * 0.583)/20k
L = 1.45 mH
= (5 * 0.01 * 0.583)/20k
L = 1.45 mH
หา C = (Io*Ripple*D)/f
= ( 2*0.583*0.01)/20k
C =
6.32 mF
การกำหนดค่าSquare wave
voltage source
กำหนดค่า
Vpeak_peak เท่ากับ 5 V
ความถี่ เท่ากับ 20000Hz
ค่า Duty cycle เท่ากับ 0.583
กำหนดค่า
Vpeak_peak เท่ากับ 5 V
ความถี่ เท่ากับ 20000Hz
ค่า Duty cycle เท่ากับ 0.583
เมื่อคำนวณหาค่าที่เหมาะสมแล้วนำมาเขียนวงจรใน PSIM
วงจรทบแรงดันไฟฟ้า(Boost converter)
กราฟแสดงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าขาออก(Vs,Vout)
กราฟแสดงแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่ขดลวดเหนี่ยวนำ(VL,IL)
กราฟแสดงแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สวิตซ์ (Vsw,Isw)
วิจารณ์และสรุปผล
วงจรทบแรงดันไฟฟ้าหรือBoost converter ทำหน้าที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้า จนทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกมากกว่าเข้า โดยใช้ขดลวดเหนี่ยวนำ,ตัวเก็บประจุฯลฯ และการต่อวงตามรูปดังล่าว จนทำให้สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้นั้นเป็นผลมาจากขดลวดเหนี่ยวนำ,ตัวเก็บประจุที่ต่อตามวงจรดังกล่าว ซึ่งการแปลงแรงดันไฟฟ้าจาก 5-12V นี้ แรงดดันไฟฟ้าที่ 12V สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็กได้
เอกสารที่เกี่ยวข้อง
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Boost_converter
http://www.learnabout-electronics.org/PSU/psu32.php
http://www.academia.edu/9099986/Power_Electronics_unit_7_