Thiết kế bộ biến đổi DC/DC nâng áp theo nguyên lý băm xung Uout=24V, Imax=5A

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Bộ biến đổi DC – DC tăng áp Boost Converter -Bộ biến đổi DC - DC tạo ra điện áp một chiều được điều chỉnh để cung cấp cho các phụ tải biến đổi.. Trong một số trường

Đề tài:

Thiết kế bộ biến đổi DC/DC nâng áp theo nguyên lý băm xung

Uout=24V, Imax=5A

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT………

…….1

1.1 Bộ biến đổi DC – DC tăng áp (Boost Converter)………

………1

1.2 Cấu trúc bộ Boost Converter……

………1

1.3 Mosfest ………

………3

1.4 IC555………

………4

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MÔ PHỎNG……… 5

2.1 Tính toán mạch lực bộ Boost Converter………

………5

2.1.1 Tính toán chọn linh kiện………

………5

2.1.2.Tính toán chọn Mosfet………

…………7

2.1.3.IC555………

………8

2.2 Mô phỏng hệ thống trên Psim………

………9

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM…………

………11

3.1 Chế tạo………

………11

3.2 Kết quả thực nghiệm………

……… 17

3.3.Nhận xét, đánh giá………

……… 22

3.4.Kết luận………

………23

Tài liệu tham khảo……….

………23

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1.Bộ biến đổi DC – DC tăng áp (Boost Converter)

-Bộ biến đổi DC - DC tạo ra điện áp một chiều được điều chỉnh để cung cấp cho các phụ tải biến đổi Trong một số trường hợp, điện áp một chiều được tao ra bằng cách chỉnh lưu từ lưới có các điện áp biến thiên liên tục Bộ biến đổi DC - DC thường được sử dụng trong các yêu cầu điều chỉnh công suất nguồn một chiều, ví

dụ như máy tính, thiết bị đo lường, thông tin liên lạc, nạp điện cho ắc quy Ngoài

ra các bộ biến đổi DC - DC còn được sử dụng để điều khiển động cơ một chiều

Bộ biến đổi DC - DC là bộ biến đổi công suất bán dẫn, có hai các thực hiện kiểu chuyển mạch: dùng các tụ điện chuyển mạch và dùng các điện cảm chuyển mạch Dùng tụ điện chuyển mạch thì chúng ra phải tạo được nguồn dòng là tiến hiệu vào, còn dùng điện cảm chuyển mạch thì đầu vào là nguồn áp Dễ dàng nhận thấy, sử dụng điện cảm chuyển mạch sẽ đơn giản hơn, vì tạo ra một nguồn áp sẽ dễ hơn tạo

ra một nguồn dòng, hơn nữa nó còn có thể sử dụng ở các mạch có công suất lớn

Bộ biến đổi DC - DC tăng áp có tác dụng điều chỉnh điện áp đầu ra lớn hơn điện

áp đầu vào Điện áp DC đầu vào mắc nối tiếp với một cuộn cảm khá lớn có vai trò như một nguồn dòng Một khóa chuyển mạch mắc song song với nguồn dòng này đóng mở theo chu kỳ Năng lượng cung cấp từ cuộn cảm và nguồn làm cho điện áp đầu ra tawg lên Nó thường dùng để sử dụng điều chỉnh điện áp nguồn cup cấp và hãm tái sinh động cơ DC Vấn đề điều khiển bộ biến đổi tăng áp là một vấn đề phức tạp vì nó có tính phi tuyến và dễ bị ảnh hưởng của các tác động bên ngoài

1.2 Cấu trúc bộ Boost Converter

-Sơ đồ cấu trúc bộ Boost Converter:

Hình 1

-Bộ biến đổi tăng áp DC-DC gồm nguồn điện E, cuộn cảm L, khóa bán dẫn

transistor Q, diode D, tụ điện C và phụ tải R

-Khi transistor ở trạng thái khóa:

phân cực ngược và nó sẽ cắt mạch tải ra khỏi nguồn E đồng thời dòng trong cuộn dây L sẽ xuất hiện và tăng dần từ giá trị ban đầu là Imin nào đó, lúc này dòng qua tải được duy trì nhờ tụ C đóng vai trò là nguồn ( Tụ C phóng ) và đến thời điểm tacho Mosfet ngắt lúc này trên cuộn dây L1 xuất hiện 1 điện áp tự cảm chống lại sự

Anot của diode làm diode dẫn ngay lập tực và nó nạp bổ xung cho tụ C Quá trình như vậy cứ lặp đi lặp ra và có điện áp cấp cho tải

1.3.Mosfest

-Mosfet được chia làm 2 loại là Depleption và Enhancement.Trong khi

Depleption Mosfet được sử dụng như công tắc thường đóng thì Enhancement Mosfet hoạt động như một biến trở

-Trong mạch tăng áp, người ta thường sử dụng Enhancement Mosfet, cụ thể là Mosfet kênh N

Hình 4

-Khi đặt điện áp giữa chân Gate(G) và chân Source(S), dòng điện sẽ được phép chạy từ chân Drain(D) sang chân S Mosfet kênh N giống như một biến trở được điều khiển bằng điện áp Khi điện áp chân G thấp, điện trở giữa chân D và S rất cao, tương đương với công tắc mở Khi tăng điện áp chân G vượt qua điện áp ngưỡng, điện trở giữa chân D và S giảm xuống rất nhanh

1.4 IC555

Hình 5

*Ý nghĩa các chân:

1 – GND: chân cấp mát

2 – Trigger: xung, khiển xung, xung kích

3 – Output: đầu ra, xung ra

4 – Reset: Cài lại, khởi động lại, đặt lại

5 – Control Voltage: điều khiển điện áp

6 – Threshold: So sánh ngưỡng điện áp.

7 – Discharge: Xả tụ

8 – Vcc: Dương nguồn

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC 2.1 Tính toán mạch lực bộ Boost Converter

*Thông số yêu cầu của mạch cần thiết kế:

-Điện áp vào chọn nguồn 12V DC để tính toán thông số mạch lực.-Điện áp ra 24V DC

Datasheet Her602

Hình 7 2.1.2.Tính toán chọn Mosfet

IV max = IL + 0,5 t on V i ,min

L = 10 + 0,5.1,73u.12 20,76 u = 10,5 (A)

⇒ Chọn MOSFET kênh N: IRFZ44N

Hình 8

2.1.3.IC555

=>Để thay đổi điện áp ta điều chỉnh biến trở làm thay đổi tần số.

2.2.Mô phỏng trên Psim

-Điện áp đầu ra:

Hình 12

*Đồ thị dòng điện qua tải:

-Dòng điện đỉnh:

Hình 13 -Dòng điện qua tải:

Hình 14

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM

3.1 Chế tạo

Do điều kiện thực tế không cho phép, một số thông số và linh kiện sẽ được thay thế Cụ thể như sau:

-Điện áp đỉnh:

Hình 16 -Điện áp đầu ra:

Hình 17

*Đồ thị dòng điện qua tải:

-Dòng điện đỉnh:

Hình 18 -Dòng điện qua tải:

Hình 21

Hình ảnh sản phẩm thực nghiệm

Mạch tăng áp:

Hình 22

Mặt trước sản phẩm:

Hình 23 Mặt sau sản phẩm:

Hình 24 3.2 Kết quả thực nghiệm

Hình 25

Hình 27

Hình 28

Hình 29

-Sản phẩm lắp thêm bộ đo dòng, đo áp nên nhìn chuyên nghiệp, trực quan Đây là thiết bị nên sử dụng.

-Trong quá trình chọn nguồn đầu vào cần chọn nguồn đủ công suất, dòng của nguồn nên lớn hơn dòng qua tải tính toán

-Sau khi tính toán thông số linh kiện và tìm kiếm để mua đã phát sinh nhiều vấn

đề Đầu tiên là nhưng thông số linh kiện trên thị trường là cố định vậy nên phải chọn linh kiện trong mạch phù hợp với thực tế Giữa thực tế và lý thuyết luôn có

sự chênh lệch vì vậy cần phải cân bằng được hiểu biết lý thuyết và hiểu biết thực

3.4.Kết luận

-Sau thời gian nghiên cứu, nhóm đã nghiên cứu được cách làm mạch tăng áp, cách tính chọn các linh kiện, lựa chọn linh kiện phù hợp để làm ra một mạch tăng áp hoàn chỉnh

-Các nguyên lý hoạt động của mạch tăng áp, công thức tính toán chuẩn được nhómnghiên cứu kỹ và kiểm chứng

Tài liệu tham khảo

[1] Datasheet Hr602; Hr302; NE555; IRFZ44N

[2] Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế Điện tử Công suất, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật