Đề tài thiết kế mạch xung áp một chiều không đảo chiều, điều chỉnh điện áp 0 12VDC u v =24v, i max=5a

Như đã biết ứng dụng của Điện tử công suất trong truyền động điện – điềukhiểntốc độ động cơ là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển.. Các nhà sảnxuấtkhông ngừng cho ra đời các sản

Giảngviên: Ths.VũNgọcMinh

Giảngviên: Ths.VũNgọcMinh

HẢIPHÒNG12/2022

Như đã biết ứng dụng của Điện tử công suất trong truyền động điện – điềukhiểntốc độ động cơ là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển Các nhà sảnxuấtkhông ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bándẫncông suất và các thiết bị điều khiển đi kèm Do đó khi thực hiện đồ án chúng

em đãcố gắng cập nhật những kiến thức mới nhất, những công nghệ mới trong lĩnh vựcđiềukhiểncácphần tử bándẫn côngsuất

Với yêu cầu thiết kế bộ băm xung một chiều không đảo chiều để phục vụcácmục đích đưa ra, chúng em đã cố gắng tìm hiểu về các phương án công nghệsaocho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế Với hi vọng đồánđiện tử công suất này là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp dụng trong thực tếnênchúng em đã cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ và tính toán cụ thể các thông số của

sơ đồmạch

Tuy nhiên do trình độ hiểu biết của chúng em còn hạn chế nên không thểtránhkhỏi những sai sót Chúng em mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy côđể giúp chúng em hiểu rõhơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứng dụngthực tế của nó để bản đồ áncủa chúng em được hoàn thiện hơn Trong quá trìnhlàm đồ án chúng em đã nhậnđược sự giúp đỡ, hướng dẫn của thầy Vũ Ngọc Minh.Chúng em xin chânthành cảm ơn!

ườngcongđiệnáp

Hình1.1Sơđồnguyênlývàđườngcongđiệnáp

Cácbộbămápmộtchiềuthườnggặphiệnnaylàcácbộbămápnốitiếp.Trongphầnthiếtkếnàyquan tâmnhiềuđếncácloạibăm ápđó Trongkhoảng thờigian0

÷t1,khóaKđónglại,điệnáptrêntảiU Rsẽcógiátrịđiệnápnguồn(U R=E).Còntrongkhoảng t1

 Chấtlượngđiệnáptốthơnso vớicác bộbiếnđổiliêntục;

 Kíchthướcgọn,nhẹ

Nhượcđiểmcơ bảncủacác bộbiếnđổixungáplà:

 Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của các bộ biến đổi khilàmviệc trong hệ thống kín;

 Tần số đóng cắt lớn sẽ tạo ra nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bịđiềukhiển

Đối với các bộ biến đổi công suất trung bình (hàng chục kW) và nhỏ (vàikW),ngườit a t h ư ờ n g d ù n g c á c k h ó a đ i ệ n t ử l à c á c b ó n g b á n d ẫ n l ư ỡ n g c

ự c I G B T Trong trường hợp công suất lớn (vài trăm kW trở lên) người ta thường dùngGTOhoặctriristo.Tùythuộcđầuvàođiệnápmàngườitachiara:bộbiếnđổixungápcóđảochiềuvà bộ biếnđổixung ápkhông đảo chiều

d d

1.1.1 :Mạchxungápmộtchiều

Các bộ biên đổi xung áp một chiều có vai trò đặc biệt quan trọng trongphạmvi ứng dụng ngày càng to lớn Nếu điện áp xoay chiều có thể dùng máy biến áp đểbiến đổi điện áp thì điện ápmột chiều bắt buộc phải dùng bộ biến đổi xung áp Cácbộ biến đổi xung áp dần loại trừ các loại biến

áp tần số thấp trong các bộ nguồn,dẫn đến kích thước các thiết bị điện tử ngày càng nhỏ gọn.Hai loại bộ biến đổixung áp một chiều: các bộ băm xung áp (chopper) và các bộbiến đổi nguồn DC-DC

Ưuđiểm:

 SửdụngcácphầntửMOSFET,IGBT,đặtbiệtlàMOSFET,vớicáctầnsốđóng cắtcao,vàichụcđến vài trăm kHz;

 Nhờtầnsốđóngcắtcaogiảmđượcđộđậpmạchcủadòngđiện,điệnápmộ

t chiều,tiếntớilý tưởng;

 Kíchthướccácphầntửphảnkhácnhưđiệncảm,tụđiệngiảmđángkể,giảmkíchthước bộ biến đổinói chung đến mứcrất nhỏ;

 Khôngdùngbiếnápnguồntầnsốthấpnữa.Giảmtổnhao,tiếtkiệmsắtthép

Nhượcđiểm:

 Phátsinh nhiềuvấnđềnghiêncứu

Phần tử cơ bản là khóa điện tử V, là một van điều khiển hoàn toàn (GTO,IGBT,MOSFET, BJT), được mắc nối tiếp giữa tải và nguồn DiodeDcó vai tròquantrọng trong sự hoạt động của sơ đồ, gọi là diode không Diode này sẽ dẫndòng tảiVkhóa

KhiVthôngi R +Ldi =EKhi

Vkhóa iR+ Ldi =0

Hình1.2: Sơđồnguyên lý

Từ0đếntx:Vthôngnốitảivàonguồn,Ut=E.TừtxđếnT,Vkhóalại,tảibịcắtkhỏinguồn, nếutải có tính cảm, dòng tảitiếptụcduy trìqua Điôt,Ut=0

d d

Q

)

−

E R

E−E R

Hình1.3 a,Dòng liêntục b,Dòng giánđoạn

Hình1.3làđồthịdòng điệnliêntụcvà gián đoạn tươngứngvớicác côngthứcởtrên

(

E R

Hình1.4Ký hiệu

1.2.2 :Tranzito

Làphầntửbándẫncócấutrúcgồmbalớpbán n,tạonên hai lớp tiếp giáp p-n Cấu trúc này thường đưuọc gọi là BJT, được thểhiệnquahình 1.5

dẫnp-n-phoặcn-p-Hình1.5C ấ u tạovàkýhiệucủa transistor

Hình 1 6: Quá trình quá độ của transistor

Hình1.7:Mạch trợgiúpđóngmởvàthôngsốchính

1.2.3 :MOSFET

MOSFETcócấutrúcbándẫnchophépđiềukhiển bằngđiệnápvớidòngđiệnđiều

khiểncực nhỏ

Hình1.8:C ấ u tạovàkýhiệu củaMOSFET

bị khoá lại, sức điện động tự cảm của cuộn kháng L sẽ duy trì dòngqua cuộn kháng vẫn theo chiều cũ,năng lượng tích trữ trong cuộn kháng sẽđược nạp cho tải và tụ C (dòng iL2).Khi van T lại dẫn điện, tụ C sẽ phóngđiện qua tải và duy trì cho điện áp trêntải là bằng phẳng, đồng thời cuộnkhánglại được tíchnănglượng.Đồthịđiệnápvà dòngđiện.

Tương ứng trong khoảng 0t1, dòng qua van T là iT=

iL1Trongkhoảngt1T,dòngquadiodelàID=iL2

ĐiệnáptrêncuộnkhángsẽbằngEkhivanTdẫnvàkhivanTkhoásẽcógiátrị là–U1

Hình1.9:Đồthịxungcủabộ xungápmộtchiềukhôngđảo chiều

KhivanTdẫn, diodesẽchịumộtđiệnáp ngược:

Khivan Tbị khoá, Tsẽcómột điệnápthuận:

Hình1.10Sơđồthay thếcủa bộ xungáp

Đường cong Utsẽ có điểm cực trị đối với Như vậy khithayđổita có thể thay đổi được điện áp ra Để đảm bảo có thể tăngđiệnáp ra lớn hơn vào, điện trở trong của nguồn R0phải đủ nhỏ (xemcôngthức(1.10).NếucoiR0làkhông đáng kể, từ(1.11) suyra:

<1

(1.12)Cóthểnhậnthấy Ut<E0khi0<<0,5vàUt>EE0khi0,5<

Chọn12AlàdòngđịnhmứcchocuộnLđểtránhtoả

nhiệtsẽgâyrahiệntượngbãohoàcuộncảmvà cuộncảmnàydùng để lọc nhiễu.-Diode schottky: MBR1545→ổn định điện áp đầu ra <vì mắc ngược như diodezenet>E

-U rayêucầu0÷12V→ Chọn C out =25V/1000 μF >điệnáprayêucầu

Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, …

Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola

-Ởđâythìtầnsốđóngcắtthíchhợplà180KHz

CHƯƠNG3:MÔPHỎNG

3.1 :Phầnmềmmôphỏng

Hình3.1:Giaodiệnphầnmềmproteus

Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch

vàARES dùng để vẽ mạch in Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi

ĐiềuKhiển khá tốt, nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR,

HC11,MSP430,ARM7/LPC2000 cácgiaotiếpI2C,SPI,CAN,USB,Ethenet, ngoàira còn mô phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả Proteus là bộcôngcụchuyênvề mô phỏng

mạchđiệntử

ISIS đã được nghiên cứu và phát triển trong hơn 12 năm và có hơn

12000người dùng trên khắp thế giới Sức mạnh của nó là có thể mô phỏng hoạt động củacác hệviđiềukhiểnmàkhôngcầnthêm phần mềmphụtrợnào.Sauđó,phần

mềmISIScóthểxuất filesang AREShoặc cácphầnmềmvẽ mạchinkhác

Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp,

chophépta tùychọn đườngnét,màusắcmạchđiện,cũngnhưthiếtkếtheocác

Xây dựngmạchnhưtronghình, tasẽ đo đượcdạng tínhiệuranhưhình3.3

Hình3 3 : T í n hiệura

3.3 :Mạchthực

Dựatrênsố liệu vàcácthôngsố đãcho,taxâydựngđượcmạch thực nhưhình3.4

Hình3 4 : Mạchthực

Điệntửcôngsuất–VõMinh Chính–PhạmQuốcHải–TrầnTrọngMinhTínhtoán thiếtkế thiết bịđiệntử côngsuất – TrầnVănThịnh