เครื่องสำรองไฟฟ้า อเนกประสงค์ ชาร์จไฟได้ทั้งจากในบ้านและรถยนต์

.

เครื่องสำรองไฟฟ้า อเนกประสงค์
ชาร์จไฟได้ทั้งจากในบ้านและรถยนต์

งบประมาณ 500 บาท (ไม่รวมแบตเตอรี่)

โครงงานนี้สามารถนำไปใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟสำรองเพื่อการใช้งานที่หลากหลาย

จะพร้อมใช้ หรือตรงใจตรงความต้องการขนาดไหนมาดูกัน

 

ไม่มีไฟใช้ มือถือแบตหมดแทบจะขาดใจ เชื่อว่าหลายๆ ท่านคงเคยประสบกับเหตุการณ์เหล่านี้มาไม่มากก็น้อย ยิ่งถ้าใครชอบเที่ยวสไตล์บุกป่าลุยขึ้นเขา กางเต็นท์ในแหล่งที่ไม่มีไฟฟ้าให้ใช้ แต่มือถือดันแบตหมดเสียก่อน ไฟฉายก็ไม่มี อย่างนี้คงต้องเหงาไปอีกจะถ่ายรูปสวยๆ ก็ไม่ได้ โดยทั่วไปโทรศัพท์มือถือมักจะต้องชาร์จไฟวันต่อวัน ถ้าเราต้องพักในป่าเขานานหลายวัน มือถือเราก็คงแบตหมดก่อนแน่ แล้วเราจะนำไฟฟ้าสำรองมาจากไหนล่ะ

แน่นอนครับเพาเวอร์แบงค์ช่วยได้สำหรับงานนี้ แต่ก็ติดอุปสรรคในด้านความจุไฟฟ้าที่ก็มีไม่มากนัก โครงงานนี้จึงถูกออกแบบขึ้นเพื่อเป็นเครื่องมือในการสำรองไฟฟ้าไว้ใช้ในยามจำเป็น โดยมีคุณสมบัติเฉพาะในด้านความสามารถในการชาร์จไฟที่สะดวกมากขึ้น สามารถชาร์จแบตเตอรี่ขนาดหลายแอมป์ได้จากทั้งที่บ้านหรือจากในรถระหว่างที่กำลังเดินทางท่องเที่ยวอยู่ก็ได้ ทำให้มั่นใจได้ว่าถึงแม้คุณจะวางแผนที่จะท่องเที่ยวหลายแห่ง ย้ายที่กางเต็นท์ไปเรื่อย แต่ระหว่างเดินทางคุณก็สามารถชาร์จไฟไว้ใช้ยามค่ำคืนได้ด้วย

ส่วนทางด้านของโหลดหรืออุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าถูกออกแบบให้เป็นลักษณะของโมดูล เพื่อให้ผู้ใช้งานสามารถเพิ่มจำนวนหรือสร้างตามจำนวนที่ต้องการใช้งานได้อย่างสะดวก โดยออกแบบไว้เป็นต้นแบบให้ 2 แบบคือ โมดูลไฟแสงสว่าง Power LED ขนาด 1 วัตต์ และโมดูลวงจรชาร์จไฟผ่านพอร์ต USB ที่สามารถจ่ายกระแสไฟได้สูงสุด 1 แอมป์ เพื่อนำไปใช้ชาร์จไฟให้กับโทรศัพท์มือถือ, เครื่องแทปเลต (เฉพาะระบบ Android)  หรือต่อเป็นแหล่งจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่ใช้ไฟจากพอร์ต USB ต่างๆ เช่น ลำโพง USB, เครื่องเล่นเพลง MP3 หรืออื่นๆ

สำหรับการสำรองไฟฟ้าจะใช้วงจรชาร์จประจุสำหรับแบตเตอรี่แบบแห้ง (Seal Lead Acid Battery) ขนาด 6 โวลต์ โดยผู้ใช้สามารถเลือกใช้ตามขนาดความจุแบตเตอรี่ที่ต้องการได้ เช่นในโครงงานนี้ทดลองใช้กับแบตเตอรี่ 6 โวลต์ ขนาด 12Ah ซึ่งมีขนาดและน้ำหนักพอประมาณและสำรองไฟไว้ใช้งานได้อย่างเพียงพอ

หลักการทำงานของวงจร

หลักการทำงานของวงจรเครื่องสำรองไฟฟ้าอเนกประสงค์นี้แบ่งออกได้เป็น 3 ส่วนหลักๆ ดังนี้คือ วงจรชาร์จไฟให้กับแบตเตอรี่, วงจรสวิตช์ควบคุมการจ่ายไฟของแบตเตอรี่ และวงจรโมดูลโหลดแบบต่างๆ

1

รูปที่ 1 วงจรเครื่องสำรองไฟฟ้าอเนกประสงค์

วงจรชาร์จไฟให้กับแบตเตอรี่จะใช้ IC1 เบอร์ LM317 ทำหน้าที่เป็นวงจรจ่ายกระแสคงที่ (Constant Current with Current Limiter) ดังแสดงในรูปที่ 1 โดยมีบริดจ์ไดโอด BD1 ทำหน้าที่รับกระแสไฟอินพุตจากแหล่งจ่ายไฟตรงจากภายนอก 12 โวลต์ และมี C1 และ C2 เป็นตัวกรองแรงดันไฟให้เรียบมากขึ้น R1 และ LED สีเขียวจะติดสว่างเมื่อมีการป้อนไฟเข้าให้กับวงจร

2

รูปที่ 2 วงจรโมดูลหลอดไฟแสงสว่าง Power LED

กระแสไฟชาร์จจะถูกควบคุมโดย IC1 ในการจ่ายไปชาร์จให้กับแบตเตอรี่ โดยเมื่อมีการป้อนไฟจากแหล่งจ่ายไฟเข้า กระแสไฟส่วนหนึ่งจะไหลผ่านไปที่รีเลย์ด้วย จึงทำให้รีเลย์ทำงานและต่อหน้าสัมผัส COM เข้ากับ NO เข้าสู่โหมดการชาร์จไฟให้กับแบตเตอรี่ 6 โวลต์ ผ่านทางไดโอด D2 และฟิวส์

การควบคุมแรงดันและปริมาณของกระแสชาร์จสามารถตั้งค่าได้ผ่านทาง VR1โดยควบคุมผ่านทางขา 1 (ADJ)ของ LM317 และมีตัวต้านทาน R7 ตรวจสอบและควบคุมปริมาณกระแสชาร์จโดยต่อแบบอนุกรมเข้ากับวงจรอยู่ แรงดันที่ตกคร่อม R7 จะทำหน้าที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟชาร์จให้มีค่าสูงสุดไม่เกิน 1 แอมป์ โดยควบคุมผ่านทางทรานซิสเตอร์ Q2 ที่ต่ออยู่ที่ขา ADJ สำหรับ Q1 ทำหน้าที่เป็นวงจรควบคุมเพื่อแสดงผลการชาร์จ (Charging) โดยจะควบคุมให้ LED สีแดงติดสว่างตลอดเวลาหากแบตเตอรี่ยังอยู่ในโหมดการชาร์จ จนกระทั่งแบตเตอรี่ถูกชาร์จจนเต็มแล้ว (กระแสไฟไหลผ่าน R7 ลดลง) Q1 ก็จะหยุดทำงานและทำให้ LED สีแดงดับลงไปด้วย

วงจรสวิตช์ควบคุมการจ่ายไฟของแบตเตอรี่ใช้รีเลย์ 12 โวลต์ ทำหน้าที่ในการสวิตช์เลือกอย่างอัตโนมัติว่าจะอยู่ในโหมดการชาร์จไฟ (เมื่อมีแหล่งจ่ายไฟต่อจากภายนอกเข้ามา) หรือจะอยู่ในโหมดป้อนไฟให้กับโหลด (เมื่อไม่มีแหล่งจ่ายไฟต่อเข้ามา) และมีฟิวส์ 3 แอมป์ ต่ออนุกรมกับแบตเตอรี่เพื่อป้องกันการลัดวงจรกรณีเกิดความผิดพลาดจากการต่อโหลด ส่วน R9 และ LED สีน้ำเงินทำหน้าที่แสดงผลการจ่ายไฟจากแบตเตอรี่เพื่อจ่ายให้กับโหลด

3

รูปที่ 3 วงจรโหลด USB ชาร์จเจอร์

โมดูลโหลดแบ่งออกเป็น 2 แบบ เริ่มจากโมดูลหลอดไฟแสงสว่าง Power LED ขนาด 1 วัตต์ ดังแสดงในรูปที่ 2 โมดูลนี้จะใช้ Power LED มาต่ออยู่บนแผ่นระบายความร้อน (ส่วนใหญ่มาพร้อมตัว LED) แล้วต่อเข้ากับตัวต้านทาน 5.6 โอห์ม ขนาด 1/2 วัตต์ เพื่อควบคุมปริมาณการไหลของกระแสไฟ ส่วนด้านอินพุตและเอาต์พุตจะเชื่อมต่อกันโดยตรงเพื่อส่งกระแสไฟไปเข้าโมดูลตัวต่อๆ ไป

โหลด USB ชาร์จเจอร์ถูกออกแบบเพื่อทำหน้าที่เป็นวงจรจ่ายไฟผ่านพอร์ต USB ที่จ่ายกระแสไฟสูงสุดได้ที่ 1 แอมป์ ดังแสดงในรูปที่ 3 โดยใช้ไอซี BA05CC0T ซึ่งเป็นไอซีเรกูเลเตอร์แบบ LDO (Low Dropout Regulator) ให้แรงดันเอาต์พุตคงที่ 5 โวลต์ และจ่ายออกทางขา 3 ของไอซีผ่าน C1 และต่อไปยังขา VBUS ของพอร์ต USB ส่วน R1 และ R2 ค่า 330k และ 110k ทำหน้าที่เป็นวงจรแบ่งแรงดันเพื่อสร้างแรงดันอ้างอิงที่ขา D+ และ D- ประมาณ 1.2 โวลต์ เพื่อให้อุปกรณ์ที่ต้องการชาร์จไฟ เช่นโทรศัพท์มือถือ ตรวจสอบพบว่ามีวงจรชาร์จไฟต่อเข้ากับมือถืออยู่และเริ่มกระบวนการชาร์จไฟเข้าต่อไป ทั้งนี้วงจรนี้จะรองรับเฉพาะมือถือระบบ Android เป็นหลักเช่น โทรศัพท์ยี่ห้อ Samsung เป็นต้น

การสร้างและการปรับแต่ง

รูปที่ 4 แสดงลายทองแดงขนาดเท่าแบบของเครื่องสำรองไฟฟ้าอเนกประสงค์และวงจรโมดูลโหลดทั้ง 2 แบบ และรูปที่ 5 แสดงการลงอุปกรณ์ด้านบนแผ่นวงจรพิมพ์ ขั้นแรกให้ผู้อ่านตรวจเช็คลายทองแดงบนแผ่นวงจรพิมพ์ก่อนว่า ลายทองแดงทุกเส้นเชื่อมต่อกันสมบูรณ์และไม่มีการลัดวงจรที่ส่วนใด หากตรวจสอบพบก็ให้แก้ไขให้สมบูรณ์ก่อนแล้วจึงเริ่มลงอุปกรณ์บนบอร์ด

4_1

(ก) ลายวงจรพิมพ์สำหรับวงจรชาร์จแบตเตอรี่

4_2

(ข) ลายวงจรพิมพ์สำหรับวงจรเพาเวอร์แอลอีดี

4_3

(ค) ลายวงจรพิมพ์สำหรับวงจรชาร์จโทรศัพท์มือถือ

รูปที่ 4 แสดงลายทองแดงขนาดเท่าแบบของเครื่องสำรองไฟฟ้าอเนกประสงค์และวงจรโมดูลโหลดทั้ง 2 แบบ

5_1

(ก) ตำแหน่งการวางอุปกรณ์บนวงจรพิมพ์สำหรับวงจรชาร์จแบตเตอรี่

5_2

(ข) ตำแหน่งการวางอุปกรณ์บนลายวงจรพิมพ์สำหรับวงจรเพาเวอร์แอลอีดี

5_3

(ค) ตำแหน่งการวางอุปกรณ์บนลายวงจรพิมพ์สำหรับวงจรชาร์จโทรศัพท์มือถือ

รูปที่ 5 แสดงการลงอุปกรณ์ด้านบนแผ่นวงจรพิมพ์

ขั้นต่อไปให้เริ่มลงอุปกรณ์บนแผ่นวงจรพิมพ์ตามแบบในรูปที่ 5 โดยเริ่มจากตัวอุปกรณ์ที่มีความสูงน้อยที่สุดก่อน เช่นกลุ่มตัวต้านทาน แล้วจึงเริ่มลงอุปกรณ์ที่มีความสูงเพิ่มขึ้นทีละระดับ สำหรับการลงอุปกรณ์ตัวบริดจ์ไดโอด BD1, D2 และ R7 ค่า 0.68 โอห์ม 3 วัตต์ การติดตั้งให้บัดกรีตัวอุปกรณ์ในลักษณะยกลอยขึ้นจากผิวของแผ่นวงจรพิมพ์เล็กน้อย เพื่อช่วยในการระบายความร้อนขณะทำงาน ส่วน IC1 เบอร์ LM317 ต้องติดตั้งแผ่นระบายความร้อนขนาดใหญ่พอสมควรให้เพียงพอต่อการระบายความร้อนด้วย

สำหรับการลงอุปกรณ์บนบอร์ดโมดูลมีขั้นตอนเช่นเดียวกัน ตัวโมดูลหลอดแสงสว่าง Power LED ควรติดตั้งแผ่นระบายความร้อนให้กับ LED ด้วย ซึ่งส่วนใหญ่จะติดตั้งมาด้วยแล้วหรือจำหน่ายมาเป็นชุดพร้อมกัน ส่วนการติดตั้งบนแผ่นวงจรพิมพ์ก็ควรยกให้ลอยขึ้นเหนือพื้นเล็กน้อยด้วย ตัวโมดูล USB ชาร์จเจอร์ให้ติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆ ตามรูปและติดตั้งแผ่นระบายความร้อนขนาดเล็กสำหรับตัวถัง TO220 ให้กับไอซี BA05CC0T ด้วย รูปที่ 6 และ 7 แสดงภาพเครื่องต้นแบบของโครงงานนี้

หลังจากลงอุปกรณ์ต่างๆ จนครบถ้วนแล้ว ให้ตรวจสอบความถูกต้องให้แน่ใจอีกครั้ง จากนั้นจึงเริ่มต้นขั้นตอนการปรับแต่ง โดยยังไม่ต้องเชื่อมต่อแบตเตอรี่ 6 โวลต์เข้ากับวงจร พร้อมแล้วให้ป้อนไฟตรง 12 โวลต์ เข้าไปที่อินพุตของบริดจ์ไดโอด BD1 สังเกตว่า Power LED สีเขียวจะติดสว่าง นำโวลต์มิเตอร์มาวัดที่ขา 2 ของ LM317 แล้วปรับ VR1 จนกระทั่งอ่านค่าแรงดันได้ 8.05 โวลต์พอดี จากนั้นให้นำแบตเตอรี่ 6 โวลต์ ต่อเข้ากับวงจรชาร์จ แล้วนำโวลต์มิเตอร์มาวัดคร่อมที่ขั้วบวกและลบของแบตเตอรี่จะอ่านค่าได้ประมาณ 7.35 โวลต์ ถ้าแบตเตอรี่ยังมีประจุไฟไม่เต็มจะสังเกตเห็น LED สีแดงติดสว่างแสดงผลว่าขณะนี้วงจรกำลังชาร์จประจุไฟเข้าแบตอยู่ (Charging)

pic6

รูปที่ 6 แสดงเครื่องต้นแบบที่ประกอบเสร็จแล้ว

ต่อไปให้ทดลองต่อบอร์ดโมดูลโหลดต่างๆ โดยปลดแหล่งจ่ายกระแสไฟด้านอินพุตออก จะสังเกตได้ว่ารีเลย์จะหยุดทำงานและหน้าคอนแทคจะดีดกลับไปสัมผัสกับตำแหน่ง NC แทน หลอด LED สีน้ำเงินติดสว่างแสดงสถานะว่าแบตเตอรี่พร้อมจ่ายกระแสไฟไปยังโหลดแล้ว ให้ทดลองนำโหลดโมดูล Power LED มาเชื่อมต่อจะเห็นว่าหลอดไฟจะติดสว่างทันที จากนั้นให้ทดลองนำโมดูล USB ชาร์จเจอร์มาเชื่อมต่อแล้วทดลองนำโทรศัพท์มือถือหรืออุปกรณ์ USB ต่างๆ เช่นเครื่องเล่น MP3, ลำโพง USB หรืออื่นๆ มาทดลองต่อใช้งาน

สุดท้ายทดลองป้อนไฟจากแหล่งจ่ายไฟกลับเข้าไปที่บริดจ์ไดโอดอีกครั้ง รีเลย์จะทำงานและเปลี่ยนขั้วจาก NC กลับมาตำแหน่ง NO ตัดการเชื่อมต่อกับโหลดและเริ่มชาร์จไฟเข้าไปยังแบตเตอรี่อีกครั้ง ถ้าทุกอย่างทำงานได้ตามนี้แล้วก็แสดงว่า วงจรเครื่องสำรองไฟฟ้าอเนกประสงค์นี้พร้อมใช้งานแล้ว

การนำไปใช้งาน

จากคุณสมบัติเฉพาะของวงจรนี้ที่ต้องการให้เป็นวงจรชาร์จแบตเตอรี่สำรองไฟฟ้าที่สามารถชาร์จไฟได้ทั้งที่บ้านและในรถยนต์ จึงทำให้มันเหมาะมากสำหรับการนำไปใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟสำรองในการท่องเที่ยวเพื่อพักค้างแรมในสถานที่ที่ไม่มีไฟฟ้าใช้ เช่นการนอนกางเต็นท์บนภูเขา หรือในพื้นที่ป่า เป็นต้น และใช้โมดูลหลอดแสงสว่าง Power LED ในการให้แสงสว่างในที่พัก และโมดูล USB ชาร์จเจอร์สำหรับชาร์จโทรศัพท์มือถือไว้ใช้งาน

pic7-1

pic7-2

รูปที่ 7 แสดงตัวอย่างการเชื่อมต่อเพื่อการใช้งาน

8_1

8_2

รูปที่ 8 แสดงตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเครื่องสำรองไฟฟ้าในการนำไปใช้เพื่อการท่องเที่ยวหรือใช้เป็นไฟฉุกเฉินภายในบ้าน

แต่ถ้าหากเราไม่ได้นำเครื่องนี้ไปใช้นอกสถานที่เช่นเพื่อการท่องเที่ยว เรายังสามารถประยุกต์ใช้งานวงจรนี้เป็นไฟฉุกเฉินตามบ้านก็ได้ เนื่องจากมันสามารถสวิตช์เปิดปิดหลอดไฟได้ตามแหล่งจ่ายไฟเข้า ดังนั้นหากไฟฟ้าในบ้านดับไป วงจรก็จะต่อแบตเตอรี่เข้ากับโมดูลหลอดไฟ LED ให้ทันที จึงทำให้ในบ้านไม่มืดหากเกิดไฟฟ้าดับ ดังแสดงตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานของโครงงานนี้ในรูปที่ 8

                นอกจากนั้นโครงงานนี้ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้อีกหลายแบบทีเดียว เช่นการทำเป็นไฟฉายความสว่างสูงเพื่อใช้ในสวนหรือที่นา การเพิ่มเติมโหลดโมดูลแบบอื่นๆ ให้ตรงตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการ ทั้งนี้คงต้องขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้ใช้งานในการที่จะสร้างสรรค์ หรือการนำไปประยุกต์ใช้เครื่องนี้ในรูปแบบอื่นๆ ต่อไป หวังว่าโครงงานนี้คงจะตอบโจทย์ความต้องการของผู้อ่านหลายๆ ท่านได้นะครับ

 

 

Leave a Comment