Nghiên cứu ,thiết kế chế tạo mạch boots biến đổi DCDC

Bộ biến đổi dcdc được định nghĩa là bộ điều khiển dòng điện và điện áp 1 chiều khi nguồn cấp là nguồn 1 chiều. Khi làm việc ở chế độ điều áp 1 chiều,1 linh kiện điện tử công suất đang ở trạng thái dẫn sẽ tiếp tục dẫn vì điện áp nguồn không đi qua vị trí điểm không.Để khóa linh kiện phải cưỡng bức chuyển mạch bằng cách đặt lên linh kiện 1 điện áp ngược.Đặc tính chuyển mạch có thể phân làm 2 loại:nguồn áp và nguồn dòng.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

Ngày…Tháng…Năm…

Giáo viên hướng dẫn

Lời nói đầu

ùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trêncon đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức

để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao

C

Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Nghiên

củng cố về mặt kiến thức trong quá trình thực tế

Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn

Mục lục

Chương 1: Giới thiệu chung về mạch biến đổi DC-DC 1.1.Khái quát về bộ biến đổi DC-DC………

1.2.Các linh kiện trong mạch………

1.2.1 Điện trở ………

1.2.2 Tụ điện………

1.2.3.Linh kiện bán dẫn………

1.2.4.Giới thiệu IC NE555………

1.2.5 Mosfet………

1.2.6 Cuộn cảm………

Chương 2:Thiết kế sơ đồ mạch

2.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch boots (tăng áp)………

2.2 Bộ dao động cho chuyển đổi điện áp………

2.3 Khối công suất cho chuyển đổi 12vdc lên 24vdc………

2.4.Tính toán các linh kiện trong mạch………

2.4.1.Nguồn cấp………

2.4.2.Khối tạo dao động NE555………

2.4.3.Cuộn cảm………

2.4.4.Chọn diode chỉnh lưu………

2.4.5.Tụ điện………

Chương 3:Chế Tạo Và Hoàn Thiện 3.1 Thi công mạch in………

3.2 Sơ đồ board………

Chương 4:Kết luận

Chương 1:Giới thiệu chung về mạch biến đổi DC-DC

1.1.Khái quát về bộ biến đổi DC-DC

Bộ biến đổi dc-dc được định nghĩa là bộ điều khiển dòng điện và điện

áp 1 chiều khi nguồn cấp là nguồn 1 chiều

Khi làm việc ở chế độ điều áp 1 chiều,1 linh kiện điện tử công suất đang ở trạng thái dẫn sẽ tiếp tục dẫn vì điện áp nguồn không đi qua vị trí điểm không.Để khóa linh kiện phải cưỡng bức chuyển mạch bằng cách đặt lên linh kiện 1 điện áp ngược.Đặc tính chuyển mạch có thể phân làm

Bảng 1.3: Bảng kí hiệu điện trở theo chuẩn

c) Phân loại điện trở

-Phân loại theo cấu tạo có 3 loại cơ bản:

Than ép: Loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp.Màng than: Loại này có công suất > 3W và hoạt động ở tần số cao.Dây quấn: Loại này có công suất > 5W và hoạt động ở tần số thấp

Phân loại theo công suất:

-Công suất nhỏ: Kích thước nhỏ

-Công suất trung bình: Kích thước lớn hơn

-Công suất lớn: Kích thước lớn nhất

- Lưu ý:

-Kích thước càng lớn khả năng tàn nhiệt càng nhiều

-Kích thước càng nhỏ khả năng tản nhiệt càng ít

-Khi ghép nối các điện trở nên chọn có cùng công suất

-Khi thay thế điện trở cũng phải chọn loại cùng công suất

Điện trở công

Hình 1.4: Một số loại điện trở trong thực tế

Ký hiệu giá trị điện trở

33Ω

0.33 kΩ

3,3 kΩ

33kΩ

0,33 MΩ

3,3

Bảng 1.5: Bảng giá trị điện trở

1.2.1.2 Xác định chất lượng của điện trở.

-Để xác định chất lượng của điện trở chúng ta có những phương pháp

sau:

Quan sát bằng mắt: Kiểm tra xem màu sắc thân điện trở có chỗ nào bị đổi màu hay không Nếu có thì giá trị của điện có thể bị thay đổi khi làm việc

Dùng đồng hồ vạn năng và kết hợp với chỉ số ghi trên thân của điện trở

để xác định chất lượng của điện trở

- Những hư hỏng thường gặp ở điện trở:

Đứt: Đo Ω không lên

Cháy: do làm việc quá công suất chịu đựng

Tăng trị số: Thường xảy ra ở các điện trở bột than, do lâu ngày hoạt tính của lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số của điện trở

Giảm trị số: Thường xảy ra ở các loại điện trở dây quấn là do bị chạm một số vòng dây(sự cố này ít xảy ra nhất)

1.2.1.3.Các loại điện trở đặc biệt.

- Điện trở nhiệt (Thermitor).

Loại này được chế tạo từ chất bán dẫn, nên có khả năng nhạy cảm vớinhiệt độ

Nhiệt độ tăng làm tăng giá trị của điện trở (Nhiệt trở dương)

Nhiệt độ tăng làm giảm giá trị của điện trở (Nhiệt trở âm)

- Điện trở cảm nhận độ ẩm.

Độ ẩm tăng làm tăng giá trị của điện trở (dương)

Độ ẩm tăng làm giảm giá trị của điện trở (âm)

- Quang trở (Light Dependent Resistor): Được chế tạo có đặc điểm là

khi ánh sáng chiếu vào sẽ làm thay đổi giá trị điện trở

- Biến trở (Variable Resister).

- Công dụng: Dùng để biến đổi(thay đổi) giá trị điện trở, qua đó làm thayđổi điện áp hoặc dòng điện ra trên biến trở

Loại thông thường Loại vi chỉnh

Bảng 1.6 : Kí hiệu một số loại biến trở

Loại thông thường đòi hỏi sự điều chỉnh với độ chính xác không cao.Loại vi chỉnh được dùng để hiệu chỉnh độ chính xác của mạch điện

-Lưu ý:

Đối với VR loại than, thực tế có 2 loại: A và B

Loại A: Chỉnh thay đổi chậm đều, được sử dụng để thay đổi âm lượng lớn nhỏ trong Ampli, Cassette, Radio, TV, hoặc chỉnh độ tương phản

(Contrass), chỉnh độ sáng (Brightness) ở TV, Biến trở loại A còn có tên gọi là biến trở tuyến tính.

Loại B: Chỉnh thay đổi đột biến nhanh, sử dụng chỉnh âm sắc trầm bổng

ở Ampli Biến trở loại B còn có tên gọi là biến trở phi tuyến hay biến trởloga

*Hư hỏng thực tế:

-Đối với các VR loại than thường gặp các hư hỏng như: đứt, bẩn, rỗ mặt than Trường hợp mặt than bị bẩn, rỗ mặt sẽ xảy ra hư hỏng thường gặp trong thực tế ví dụ như ở máy Ampli vặn Volume nghe sột sẹt Để khắcphục nhanh hỏng hóc trong trường hợp này ta dùng xịt gió thổi sạch các cáu bẩn, rồi nhỏ một ít dầu máy khâu vào biến trở là xong

- Cách đo biến trở:

Vặn đồng hồ về thang đo Ohm

Đo cặp chân 1-3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên thân biến trở

Đo tiếp cặp chân 1-2 rồi dùng tay chỉnh thử xem kim đồng hồ thay đổi:+ Nếu thay đổi chậm ta xác định VR là loại A

+ Nếu thay đổi nhanh ta xác định VR là loại B

+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển hẳn về ∞ là biến bị trở đứt+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về ∞ rồi lại trở lại vị trí gần

Ký hiệu là: C

Được xác định bằng biểu thức:

C

.f.X 2.

1 C

Tụ biến dung và tụ

vi chỉnh

Bảng 1.7: Kí hiệu một số loại tụ điện

c) Phân loại tụ điện.

Có rất nhiều phương pháp phân loại nhưng ở đây ta dựa trên cơ sở chất chế tạo bên trong tụ điện thì có các loại sau:

-Nhóm tụ Mica, tụ Sêlen, tụ Ceramic nhóm này làm việc ở khu vực tần

số cao tần

-Nhóm tụ sứ, sành, giấy, dầu: Nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trung bình

-Tụ hoá học hoạt động ở khu vực có tần số thấp

d) Công dụng của tụ điện

-Trong các mạch chỉnh lưu nói trên điện áp hay dòng điện ra tải tuy có cực tính không đổi, nhưng các giá trị của chúng thay đổi theo thời gian một cách chu kỳ, gọi là sự đập mạch (gợn sóng) của điện áp hay dòng điện sau chỉnh lưu

Một cách tổng quát khi tải thuần trở, dòng điện tổng hợp ra tải là:

1 1

cos sin

n

n n

các sóng hài xoay chiều có giá trị, pha và tần số khác nhau phụ thuộc và loại mạch chỉnh lưu Vấn đề đặt ra là phải lọc các thành phần sóng hài này để cho i t ít đập mạch, vì các sóng hài gây sự tiêu thụ năng lượng vô ích và gây sự nhiễu loạn cho sự làm việc của tải

Trong mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ thành phần một chiều I0 tăng gấp đôi so với mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ, thành phần sóng hài cơ bản (n=1)

bị triệt tiêu, chỉ còn các sóng hài bậc từ n = 2 trở lên Vì vậy mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ đã có tác dụng lọc bớt sóng hài

Người ta định nghĩa hệ số đập mạch KP của bộ lọc:

KP càng nhỏ thì chất lượng của bộ lọc càng cao

-Người ta đã tính toán rằng khi chỉnh lưu nửa chu kỳ KP = 1,58, khi chỉnh lưu hai nửa chu kì KP = 0,667

Để thực hiện nhiệm vụ lọc nói trên, các bộ lọc sau đây thường được dùng:

+ Lọc bằng tụ điện

Trường hợp này đã được nêu ra trong trường hợp tải điện dung của mạchchỉnh lưu Nhờ có tụ nối song song với tải, điện áp ra tải ít nhấp nhô hơn

Kp = Biên độ sóng hài lớn nhất của it (hay ut)

Giá trị trung bình của it (hay ut)

C Rt Ur

Hình 1.8: Lọc bằng tụ điện

Do sự phóng và nạp tụ qua các 1/2 chu kỳ và do các sóng hài được rẽ qua mạch C xuống điểm chung, dòng điện ra tải chỉ còn thành phần một chiều và một lượng nhỏ sóng hài bậc thấp Việc tính toán hệ số đập mạch của bộ lọc dẫn tới kết quả:

-Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn dòng một chiều

-Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ.-Đơn vị đo điện dung ở mạch điện tử gồm: pF (Pico Fara), nF (nano Fara), µF (Micro Fara)

-Khi sử dụng tụ ta phải quan tâm đến 2 thông số:

-Điện dung: Cho biết khả năng chứa điện của tụ

-Điện áp: Cho biết khả năng chịu đựng của tụ

e) Ghép tụ:

- Ghép nối tiếp làm giảm trị số của tụ, Ghép song song làm tăng trị số của tụ.

- Ghép tụ hoá nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nối cùng cực

0 1

5 0H.3

U = 25V

C = 0,01 µF

Bảng 1.9: Một số loại tụ và giá trị của chúng

-Cũng tương tự như điện trở, tuỳ theo kích thước của tụ mà người ta có thể ghi trực tiếp giá trị của tụ và điện áp chịu đựng lên thân tụ Ví dụ như các hình 4, 5, 6, 7

-Nếu tụ nhỏ người ta có thể quy ước như hình 1, 2, 3:

-Với tụ 104 thì tương ứng là 10 104 đơn vị tính là pF

-Với tụ ký hiệu bằng 2 số thì đọc trực tiếp đơn vị là nF: 68 tương ứng 68nF

-Với tụ 01 thì tương ứng là 0,01 và đơn vị tính là µF

1.2.2.3 Xác định chất lượng của tụ điện.

Dùng thang đo Ohm của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim

- Khi đo tụ >100µF Chọn thang đo x1

- Khi đo tụ 10àF đến 100 µF Chọn thang đo x10

- Khi đo tụ 104 đến 10 µF Chọn thang đo x1K

- Khi đo tụ 102 đến 104 Chọn thang đo x10K

- Khi đo tụ 100pF đến 102Chọn thang đo x1M

- Khi đo tụ <100pF Chọn thang đo x10M

Đo 2 lần có đảo chiều que đo:

- Nếu kim vọt lên rồi trả về hết: Khả năng nạp xả của tụ còn tốt

- Nếu kim vọt lên 0Ω : Tụ bị nối tắt (Bị đánh thủng, bị chạm, chập)

- Nếu kim vọt lên trả về không hết: Tụ bị rò rỉ

- Nếu kim vọt lên trả về lờ đờ: Tụ bị khô

- Nếu kim không lên: Tụ bị đứt (Chú ý: Kiểm tra tụ không đúng thang

đo, không đủ kích thích cho tụ nạp xả được)

1.2.3 : Linh kiện bán dẫn

1.2.3.1.Diode bán dẫn

Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn

- Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm :Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống  tạo thành một lớp iôn

trung hoà về điện lớp iôn này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.

Hình 2: Cấu tạo của diode

Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode

- Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn

Hình 2.1 :Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn

1.2.3.2 Phân cực thuận cho Diode.

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V

Hình 2.2:Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode

* Kết luận : Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân

cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuậnđạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V

1.2.3.3 Phân cực ngược cho Diode.

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫnN), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp

ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng

1.2.3.4 Các loại Diode

- Diode Zener

* Cấu tạo : Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai

lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế

độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode

Hình 2.3:Hình dáng Diode Zener ( Dz )

-Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi, Dz là diode ổn áp, R1 là trở hạn dòng

-Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho

dù nguồn U1 thay đổi

-Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA

-Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => 2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz < 30mA

Nếu U1 < Dz thì khi U1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi

Nếu U1 > Dz thì khi U1 thay đổi => áp trên Dz không đổi

1.2.3.5 Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA

Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv

Hình 2.4:Diode phát quang LED

1.2.3.6:Ứng dụng của Diode bán dẫn

- Các phần tử tích cực dùng để chỉnh lưu là các phần tử có đặc tuyến Volt - Ampe không đối xứng sao cho dòng điện đi qua nó chỉ đi qua nó chỉ đi qua một chiều Người ta thường dùng chỉnh lưu Silic, để có công suất nhỏ hoặc trung bình cũng có thể dùng chỉnh lưu Selen Để có công suất ra lớn (>100W) và có thể điều chỉnh điện áp ra tùy ý, người ta dùng Thyristor để chỉnh lưu

- Các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp là chỉnh lưu nửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu cầu mà trong đó sơ đồ chỉnh lưu cầu

có nhiều ưu điểm hơn cả

- Mạch chỉnh lưu phải có hiệu suất (tỷ số giữa công suất ra và công suất hữu ích ở đầu vào) cao, ít phụ thuộc vào tải và độ gợn sóng của điện áp

ra nhỏ

-Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấpdòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu

có thể là các diode bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác

- Khi chỉ dùng một diode đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ hay