Đề tài TÍNH TOÁN THIẾT kế MẠCH NGHỊCH lưu điên ̣ áp môt PHA ̣ 12VDC – 220VAC

Khái niệm Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ biến đổi điều hoà theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định.Dòng điện xoay chiều thư

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

TP.HCM, tháng 6 năm 2021

Trong thời đại ngày nay điện tử công suất đóng một vai trò hết sức quan trọngtrong đời sống Việc biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhờ các mạchcông suất được ứng dụng rộng rãi Đặc biệt nhờ có sự phát triển của van bán dẫncông suất mà lĩnh vực này ngày càng phát triển mạnh mẽ Ta có thể phân loại thànhmột số dạng biến đổi sau: AC→DC (Chỉnh lưu); DC→AC (Nghịch lưu); AC→AC(Điều chỉnh điện áp xoay chiều); DC→DC (Điều chỉnh điện áp một chiều) Mỗinhóm trên đều có những ứng dụng riêng của nó trong từng lĩnh vực cụ thể.

Quá trình thực hiện đồ án này dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Hữu Phướcnhóm thực hiện đề tài đi sâu tìm hiểu mảng biến đổi năng lượng một chiều ra nănglượng xoay chiều mà cụ thể là mạch kích điện áp 12V một chiều lên điện áp 220Vxoay chiều công suất 30W Mạch này được ứng dụng nhiều trong đời sống sinhhoạt Mạch có nhiê ̣m vụ cung cấp nguồn năng lượng cho tải khi xảy ra sự cố mấtđiện Do thời gian thực hiện không nhiều nên còn nhiều hạn chế Chúng em sẽ tiếptục tìm hiểu và phát triển mở rộng hơn nữa các ứng dụng của mạch sau này

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Phước đã tậntình quan tâm hướng dẫn nhóm thực hiện đề tài trong suốt thời gian qua Do cònviệc hạn chế về trình độ ngoại ngữ, chuyên môn và thiếu kinh nghiệm làm bài nênbáo cáo của nhóm còn nhiều khiếm khuyết, sai sót Nhóm thực hiện đề tài mongnhận được nhiều ý kiến đóng góp cũng như những lời khuyên hữu ích từ thầy có thểthấy rõ những điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng đề tài đạt đếnkết quả hoàn thiện hơn và tạo tiền đề cho nhóm sau này.

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày… tháng … năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Đă ̣t vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 1

1.3 Nô ̣i dung của đề tài 1

1.4 Ý nghĩa của đề tài 1

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Cơ sở lý thuyết 3

2.1.1 Dòng điện một chiều DC (Direct Current) 3

2.1.2 Dòng điện xoay chiều AC (Alternating Current) 4

2.1.3 Bộ đổi điện (Bộ kích điện) 5

2.2 Nghịch lưu 6

2.2.1 Giới thiệu về nghịch lưu 7

2.2.1.1 Nghịch lưu phụ thuộc 7

2.2.1.2 Nghịch lưu độc lập 7

2.2.2 Phạm vi ứng dụng của mạch nghịch lưu 11

2.3 Tổng quan và giới thiệu các linh kiện 11

2.3.1 IC (Intergrated Cicuit) 11

2.3.1.1 Tổng quan về IC 11

2.3.1.2 IC CD4047 12

2.3.1.3 IC LM358 14

2.3.2 Transistor 16

2.3.2.1 Tổng quan về Transistor 16

2.3.2.2 Transistor 2N3055 17

2.3.2.3 Transistor H1061 19

2.3.3 Linh kiện điện tử thụ động 20

2.3.3.1 Tổng quan về linh kiện điện tử thụ động 20

2.3.3.2 Điện trở (Resistor) 20

2.3.3.3 Tụ điện (Capacitor) 22

2.3.4 Diode 25

2.3.4.1 Tổng quan về Diode 25

2.3.4.3 Nguyên lý hoạt đô ̣ng 25

2.3.4.4 Mô ̣t số loại Diode thường gă ̣p 25

2.3.5 Cầu chì (Fuse) 27

2.3.6 Máy biến áp (MBA) 29

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 31

3.1 Sơ đồ khối mạch toàn mạch 31

3.2 Thiết kế 32

3.2.1 Phân tích yêu cầu thiết kế mạch nghịch lưu 32

3.2.2 Tính toán, thiết kế mạch điều khiển 33

3.2.3 Thiết kế mạch động lực 34

3.2.4 Lựa chọn máy biến áp 34

3.3 Mạch nghịch lưu sử dụng IC CD4047 35

3.4 Thi công mạch 37

3.5 Thực nghiệm test mạch 38

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 40

4.1 Kết luận 40

4.1.1 Về board mạch 40

4.1.2 Về kiến thức nắm được 40

4.2 Phương hướng phát triển đề tài 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

Hình 2 1: Minh họa sơ đồ mạch điện một chiều DC 3

Hình 2 2: Dòng điện có chiều không thay đổi theo thời gian 4

Hình 2 3: Hình ảnh mô phỏng máy phát điện xoay chiều 4

Hình 2 4: Điện áp dòng điện xoay chiều 5

Hình 2 5: Dạng sóng vuông 5

Hình 2 6: Dạng sóng giả sin 6

Hình 2 7: Dạng sóng chuẩn sin 6

Hình 2 8: Sơ đồ nghịch lưu độc lập dòng một pha có điểm giữa 8

Hình 2 9: Sơ đồ nghịch lưu độc lập dòng sử dụng cầu H 8

Hình 2 10: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha 10

Hình 2 11: Hình ảnh một số loại IC thông dụng 12

Hình 2 12: Hình ảnh IC CD4047 DIP14 13

Hình 2 13: Sơ đồ khối IC CD4047 14

Hình 2 14: Cấu tạo và sơ đồ chân LM358 15

Hình 2 15: Hình ảnh ba nhà Vật lý đã phát minh ra Transistor 16

Hình 2 16: Hình ảnh cấu tạo Transistor 17

Hình 2 17: Hình ảnh sơ đồ chân và kí hiệu của Transistor 17

Hình 2 18: Hình ảnh dạng sò và sơ đồ chân của Transistor 2N3055 18

Hình 2 19: Hình ảnh dạng TIP và sơ đồ chân của Transistor 3055 18

Hình 2 20: Hình dạng và sơ đồ chân Transistor H1061 19

Hình 2 21: Kí hiê ̣u điê ̣n trở thường gă ̣p trên mạch điê ̣n 20

Hình 2 22: Mô ̣t số loại điê ̣n trở 21

Hình 2 23: Mô ̣t số loại điê ̣n trở khác 21

Hình 2 24:Cấu tạo bên trong tụ điê ̣n 23

Hình 2 25: Mô ̣t số kí hiê ̣u của tụ điê ̣n trên mạch điê ̣n 23

Hình 2 26: Mô ̣t số loại tụ điê ̣n 24

Hình 2 27: Kí hiê ̣u Diode trên mạch điê ̣n 25

Hình 2 28: Hình ảnh Diode chỉnh lưu 26

Hình 2 29: Mô ̣t loại của Diode Schottky 26

Hình 2 30: Hình ảnh và kí hiê ̣u của Diode phát quang (LED) 26

Hình 2 31: Hình ảnh và kí hiê ̣u của Diode thu quang 27

Hình 2 32: Hình ảnh Diode Zener 27

Hình 2 33: Hình ảnh mô ̣t số loại cầu chì 28

Hình 2 34: Mô ̣t số kí hiê ̣u cầu chì thường gă ̣p trên mạch điê ̣n 29

Hình 2 35: Hình ảnh mô phỏng và kí hiệu MBA 30Y Hình 3 1: Sơ đồ khối mạch nghịch lưu 31

Hình 3 2: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 33

Hình 3 3: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 34

Hình 3 5: Máy biến áp đối xứng 12V 3A 35

Hình 3 6: Sơ đồ nguyên lý sử dụng IC CD4047 35

Hình 3 7: Hình ảnh mô phỏng 3D của mạch nghịch lưu 37

Hình 3 8: Mạch đồng đã in và ngâm 37

Hình 3 9: Board mạch đã hàn xong 38

Hình 3 10: Mặt dưới của board 38

Hình 3 11: Đo điện áp ở đầu ra của máy biến áp 39

Hình 3 12: Hình ảnh test với tải là bóng đèn 20W 39

Bảng 3 1: Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch 36

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đă ̣t vấn đề

Hiê ̣n nay vào thời kì công nghê ̣ tiên tiến, nền kỹ thuâ ̣t bán dẫn công suất đangphát triển nhanh chóng dẫn đến các thiết bị biến đổi điê ̣n năng dùng các linh kiê ̣nbán dẫn công suất đã được sử dụng nhiều trong công nghiê ̣p và đời sống nhằm đápứng nhu cầu sử dụng điê ̣n năng ngày càng cao của con người

Viê ̣c tạo ra dòng điê ̣n đồng thời đã tạo ra bước tiến vĩ đại trong lịch sử loàingười cùng với sự phát triển công nghiê ̣p như hiê ̣n nay thì không thể nào phủ nhâ ̣n

sự tích cực của dòng điê ̣n Dòng điê ̣n xoay chiều được tạo ra theo nhiều phươngpháp khác nhau như thủy điê ̣n, nhiê ̣t điê ̣n,… mà trong đó có phương pháp dùng

nguồn điê ̣n mô ̣t chiều thông qua bô ̣ biến đổi nghịch lưu để tạo ra dòng điê ̣n xoay

chiều cũng là mô ̣t phát minh lớn của con người

Trong quá trình học tâ ̣p và thực hành môn điê ̣n tử công suất, nhóm thực hiê ̣n đề

tài quyết định tìm hiểu và nghiên cứu “ Mạch nghịch lưu” để có thể nắm vững kiến

thức lý thuyết và áp dụng kiến thức đó vào trong cuô ̣c sống hằng ngày

1.2 Mục tiêu của đề tài

Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất

Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của mạchnghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án tối ưu nhất để

áp dụng trên đồ án của mình và ngoài thực tiễn

1.3 Nô ̣i dung của đề tài

Nô ̣i dung chính của đề tài này gồm có:

 Sơ lược về dòng điê ̣n mô ̣t chiều, dòng điê ̣n xoay chiều, bô ̣ đổi điê ̣n

 Sơ lược về mạch nghịch lưu và các loại nghịch lưu

 Tổng quan và giới thiê ̣u về các linh kiê ̣n sử dụng trong đề tài mạch nghịchlưu này

 Tính toán và thiết kế mạch mạch nghịch lưu

 Rút ra kết luâ ̣n và phương hướng phát triển

1.4 Ý nghĩa của đề tài

Giúp nhóm thực hiê ̣n đề tài củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thứcchuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế.

Đề tài còn mang tính chế tạo, thiết kế mô hình mạch điê ̣n giúp nhóm thực hiê ̣n

đề tài cũng như các sinh viên khác có thêm cảm hứng tham khảo, học tâ ̣p

Kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này sẽ giúp ích rất nhiều cho viê ̣ctrao dồi kiến thức lý thuyết cũng như kĩ năng thực hành làm viê ̣c nhóm, dễ dàng ápdụng những kiến thức kĩ năng đó trong học tâ ̣p và ngoài thực tế

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Dòng điện một chiều DC (Direct Current)

a Khái niệm

Dòng điện một chiều là dòng chuyển động đơn hướng của các điện tích Dòng

điện một chiều được tạo ra từ các nguồn như pin, tế bào năng lượng mặt trời Dòngđiện một chiều có thể di chuyển trong vật dẫn như dây điện hoặc trong các vật liệubán dẫn, vật liệu cách điện hoặc trong chân không ví như trong các chùm ion hoặcchùm electron Trong dòng một chiều, các điện tích chuyển động theo cùng mộtchiều là từ cực âm của nguồn điện sang cực dương, khác với chiều của dòng điệnxoay chiều và chiều dòng điện quy ước

Hình 2 1: Minh họa sơ đồ mạch điện một chiều DC

Hình 2 2: Dòng điện có chiều không thay đổi theo thời gian

2.1.2 Dòng điện xoay chiều AC (Alternating Current)

a Khái niệm

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ biến đổi điều hoà

theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định.Dòng điện xoay chiều thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặcđược biến đổi từ nguồn điện một chiều bởi một mạch điện tử thường gọi là bộnghịch lưu dùng các thyristor hoặc transistor

Hình 2 3: Hình ảnh mô phỏng máy phát điện xoay chiều

b Chu kỳ và tần số

Chu kỳ của dòng điện xoay chiều kí hiệu T là khoảng thời gian mà điện xoay

chiều lặp lại vị trí cũ, chu kỳ được tính bằng giây (s)

Tần số kí hiệu f là số lần lặp lại trạng thái cũ của dòng điện xoay chiều trong

một giây (Hz)

Công thức:

f = T1 (2.1)

Hình 2 4: Điện áp dòng điện xoay chiều

Hiện nay, hệ thống điện dân dụng của Việt Nam sử dụng là 220V 50Hz

2.1.3 Bộ đổi điện (Bộ kích điện)

a Khái niệm

Bộ đổi điện là thiết bị có tác dụng đổi nguồn điện một chiều DC sang điện xoaychiều AC để sử dụng cho các thiết bị xoay chiều

b Phân loại

Trên thị trường hiện nay có ba loại:

 Bộ đổi điện sóng vuông (square wave): là dạng kích điện cho ra sóngvuông Đây là dạng kích điện rẻ và dễ làm nhất Dạng này dùng được chohầu hết các thiết bị điện tần số 50 -60Hz nhưng nếu sử dụng lâu cho cácthiết bị sẽ làm hỏng thiết bị

Hình 2 5: Dạng sóng vuông

 Bộ đổi điện sóng giả sin (modified sine wave): cũng là một dạng sóngvuông nhưng được điều chỉnh cho giống dạng sóng sin Loại inverter này

có thể dùng cho tất cả thiết bị điện xoay chiều và hiện nay cũng có nhiềudạng đang bán trên thị trường

Hình 2 6: Dạng sóng giả sin

 Bộ đổi điện sóng chuẩn sin: Là dạng bộ đổi điện cho ra sóng sin dạng chuẩnnhư sin thật Hầu như không có khác biệt giữa điện lưới và nguồn điện racủa bộ đổi điện inverter này, nguồn điện ra này còn gọi là điện sạch Nếucần nối lưới, chắc chắn phải dùng dạng này Tuy có nhược điểm là tiêu haokhông tải cao nhưng do sóng sin chuẩn như điện lưới, thiết bị điện được bảo

vệ tốt nhất, không bị hỏng hóc như dùng loại sóng vuông hay giả sin Bộđổi điện sin chuẩn khi hoạt động không gây tiếng ồn, không gây méo hài

Hình 2 7: Dạng sóng chuẩn sin 2.2 Nghịch lưu

2.2.1 Giới thiệu về nghịch lưu

Bộ nghịch lưu là bộ biến đổi tĩnh đảm bảo biến đổi một chiều thành xoay chiều.Nguồn cung cấp là một chiều, nhờ các khóa chuyển mạch làm thay đổi cách nốiđầu vào và đầu ra một cách chu kì để tạo nên đầu ra xoay chiều Khác với bộ biếntần việc chuyển mạch được thực hiện nhờ lưới điện xoay chiều, còn trong bộ nghịchlưu hoặc trong bộ điều áp một chiều hoạt động của chúng phụ thuộc vào loại nguồn

và tải

Có hai loại nghịch lưu: nghịch lưu phụ thuộc và nghịch lưu độc lập

2.2.1.1 Nghịch lưu phụ thuộc

 Bộ nghịch lưu này làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới điện xoay chiềuđược gọi là bộ nghịch lưu phụ thuộc

 Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điềukhiển

 Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một chiềuđược đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở  của các tiristo thỏa mãn điềukiện (/2 <  <  ) lúc đó công suất của máy phát điện một chiều trả về lướixoay chiều

 Tần số và điện áp của mạch nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số lưới điệnquốc gia

2.2.1.2 Nghịch lưu độc lập

Bộ nghịch lưu độc lập (với các nguồn độc lập như acquy, máy phát điện…).Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các nguồn độc lập(không phụ thuộc vào lưới xoay chiều) thành xoay chiều với tần số pha tùy ý Tần

số và điện áp nghịch lưu nói chung có thể điều chỉnh được

Nghịch lưu độc lập được chia thành hai loại: Nghịch lưu độc lập nguồn dòng vànghịch lưu đô ̣c lâ ̣p nguồn áp

a Nghịch lưu độc lập nguồn dòng

Nghịch lưu độc lập nguồn dòng thì luôn định ra một dòng điện có biên độ, tần

số, góc pha và thứ tự pha không phụ thuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào tín hiê ̣uđiều khiển, dòng điện thường có dạng hình chữ nhật còn điện áp phụ thuộc vào tải

có thể là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ

 Nghịch lưu độc lập dòng một pha có điểm giữa:

Bây giờ nếu cho xung mở T2, Thyristor này mở và đặt điện thế điểm B vàomạch Catot T1 khiến T1 bị khóa lại, tụ điện C sẽ bị nạp ngược lại, sẵn sàng để khóaT2 khi cho xung mở T1 Phía thứ cấp nhận được dòng “sin chữ nhật” mà tần số của

nó thuộc vào nhịp phát xung mở T1, T2

 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng sử dụng cầu H

Sơ đồ mạch:

Hình 2 9: Sơ đồ nghịch lưu độc lập dòng sử dụng cầu H

Hoạt đô ̣ng của mạch:

Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi thyritstor T1, T2 lệch pha với tínhiệu điều khiển đưa vào đôi T3, T4 một góc 180 độ điện Điện cảm đầu vào nghịchlưu lớn do đó dòng điện vào id được san phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồndòng và dạng dòng điện nghịch lưu (i) có dạng xung vuông Khi đưa xung vào mởcặp van T1, T2, dòng điện i =i d=Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ Cbắt đầu nạp với cực (+) ở bên trái và cực (-) ở bên phải Khi tụ C nạp đầy, dòng qua

tụ giảm về không Do i = i c=id=const, nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó dòngqua tải tăng lên Sau một nửa chu kỳ (t=t1¿ người ta đưa vào mở cặp T3, T4 CặpT3, T4 mở tạo ra quá trình phóng điện của tụ C từ cực (+) về cực (-) Dòng phóngngược chiều với dòng qua T1, T2 sẽ làm cho T1 và T2 bị khóa lại Quá trình chuyểnmạch gần như tức thời Sau đó tụ C sẽ nạp điện theo chiều ngược lại với cực (+) ởbên phải và cực (-) ở bên trái Dòng nghịch lưu i¿i d=−id ( đã đổi dấu) Đến thờiđiểm t =t2, người ta đưa xung vào mở T1, T2 thì T3, T4 sẽ bị khóa lại và quá trìnhđược lặp lại như trước

Như vậy chức năng cơ bản của tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho cácThyritstor Tại thởi điểm t1, khi mở T3 và T4 thì T1 và T2 sẽ bị khóa lại bởi điện ápngược của tụ C đặt vào Khoảng thời gian duy trì điện áp ngược (t1¿t '1¿ là cần thiết

để duy trì quá trình khóa và phục hồi tính điều khiển của van và t '1−t1=tk ≥ t off làthời gian khóa của Thyritstor hay chính là thời gian phục hồi tính điều khiển

b Nghịch lưu độc lập nguồn áp

Nghịch lưu độc lập nguồn áp thì luôn định ra một điện áp có biên độ, tần số,góc pha và thứ tự pha không thuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điềukhiển, điện áp thường có dạng hình chữ nhật còn dòng điện phụ thuộc vào tải có thể

là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ

 Sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn áp mô ̣t pha

Hình 2 10: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha

Trong đó:

T1, T2, T3, T4: Là các IGBT có nhiệm vụ để đóng cắt hoặc điều chỉnh

thay đổi điện áp xoay chiều ra tải

R, L: là phụ tải

D1, D2, D3, D4: Là các diode dẫn dòng khi tải trả năng lượng về nguồn

nuôi

I s: là dòng nguồn xoay chiều dạng răng cưa

Khi is > 0 thì nguồn cung cấp năng lượng cho tải (các thyristor dẫn dòng)

Khi is < 0 thì tải trả năng lượng về nguồn nuôi (các diode dẫn dòng)

C: Tụ điện có nhiệm vụ san phẳng điện áp đầu vào và dự trữ năng

lượng dưới dạng điện trường

 Hoạt động của mạch:

Giả sử T2 và T4 đang cho dòng chạy qua (dòng tải đi từ B đến A) Khi t = 0 choxung mở T1 và T3, T2 và T4 bị khóa lại, dòng tải is = -Im không thể đảo chiều mộtcách đột ngột Nó tiếp chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch D1 đến E đến D3 đếntải đến D1 và suy giảm dần, D1 và D3 dẫn dòng khiến T1 và T3 vừa kịp mở đã bịkhóa lại Khi t =t1, i = 0, D1 và D3 bị khóa lại, T1 và T3 sẽ mở lại do vẫn còn xungđiều khiển tác đô ̣ng ở các cực G1, G3 dòng tải i > 0 và chạy theo chiều từ A đến B Giai đoạn t = 0 đến t1 là giai đoạn hoàn năng lượng Khi t = T2 ( tại thời điểm t2)cho xung mở T2 và T4, T1 và T3 bị khóa lại, dòng tải chạy qua D2 và D4 khiếncho T2 và T4 vừa kịp mở khóa đã bị khóa lại Khi t = t3, i = 0, T2 và T4 sẽ mở lại,

i < 0 chảy theo chiều B đến A Dòng tải I biến thiên theo quy luật hàm mũ giữa haigiá trị Im và –Im

2.2.2 Phạm vi ứng dụng của mạch nghịch lưu

Bộ nghịch lưu là bộ phận chủ yếu của các bộ biến tần, được sử dụng rộng rãitrong các lĩnh vực như cung cấp điện, các hệ điều khiển tốc độ động cơ điện xoaychiều, truyền tải điện năng HVDC ( high voltage direct curent)

Ứng dụng trong các bộ lưu điện UPS đang được phổ biến hiện nay UPS là mộtnguồn điện dự phòng, cung cấp tạm thời điện năng nhằm duy trì hoạt động của cácthiết bị điện khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn dữ liệu và an toàn hệ thống

Truyền tải điện cao áp một chiều, luyện kim, các bộ biến đổi cho các nguồnnăng lượng mới, làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, hệ thống chiếusáng, bộ chuyển đổi nguồn ở những nơi không có điện lưới như trên ô tô phục vụcho các thiết bị quạt, ti vi, trong lĩnh vực bù nhiễu công suất phản kháng

Nếu sử dụng inverter sóng vuông thì chỉ sử dụng hạn chế cho máy tính, TV,VCD, đèn thắp sáng vì dòng điện nó tạo ra có nhiều sóng hài Nếu dùng cho quạtđiện, sóng hài tạo ra tiếng kêu và nóng động cơ, lâu dài dẫn đến cháy tụ khởi động

và các cuộn dây Để dùng cho quạt và các phụ tải động cơ, biến áp cần dùngInverter sóng sin

2.3 Tổng quan và giới thiệu các linh kiện

2.3.1 IC (Intergrated Cicuit)

2.3.1.1 Tổng quan về IC

a Tên gọi và lịch sử ra đời

IC là viết tắt của từ Intergrated Cicuit, có nghĩa là mạch tích hợp được phát

minh bởi một kỹ sư người Đức vào ngày 12 tháng 9 năm 1958

b Cấu tạo cơ bản

IC là tập hợp các linh kiện bán dẫn nhỏ (như là transistor) và các linh kiện thụđộng (như là điện trở) được kết nối lại với nhau để thực hiện được một số chứcnăng xác định

c Công dụng

IC có công dụng trong việc giảm kích thước của mạch điện Đồng thời nhờ vào

IC mà độ chính xác của thiết bị được tăng lên và là một phần khá quan trọng củacác mạch logic

Có khá nhiều loại IC, loại lập trình được và cố định chức năng hay những loạikhông lập trình được Mỗi IC có tính chất riêng về môi trường như: nhiệt độ, điện

áp giới hạn, công suất làm việc và tất cả đều được ghi trong Datasheet của nhà sảnxuất tạo ra chúng

d Phân loại

 Theo tín hiệu được xử lý bao gồm các loại: IC digital, IC analog, IC hỗn

hợp

 Theo công nghệ bao gồm các loại: Monolithic, mạch màng mỏng hay mạch

phim, lai mạch dày kết hợp với chip

 Theo mức độ tích hợp bao gồm các loại: SSI, VLSI, LSI, ULSI.

 Theo công dụng bao gồm các loại: CPU, Memory, công nghệ RFID, IC

logic, ASSP, ASIC, IC cảm biến, DSP, ADC, DAC, FPGA, SoC, IC côngsuất có thể xử lý các dòng hay điện áp lớn, vi điều khiển ( microcontroller)

Hình 2 11: Hình ảnh một số loại IC thông dụng 2.3.1.2 IC CD4047

 Với mức tiêu thụ điện năng thấp, hoạt động đầu ra đệm đúng và bổ sung

 Các đầu vào có đệm kiểm tra tĩnh ở điện áp 20V được chuẩn hóa đặc tính

 Đặc tính đầu ra đối xứng được chuẩn hóa điện áp với tham số 5V, 10V,15V

 Đáp ứng tất cả các yêu cầu của tiêu chuẩn JEDEC.

Hình 2 12: Hình ảnh IC CD4047 DIP14

c Thông số kĩ thuâ ̣t

 Dải điện áp hoạt động: -0.5 ~ 20V

 Dải nhiệt độ hoạt động: -55 ~ 125 độ C

 Độ rộng xung đầu ra độc lập với xung kích

 Có thể truy xuất lại để mở rộng độ rộng xung

 Độ rộng xung dài có thể sử dụng các thành phần RC

 Độ chính xác độ rộng xung được duy trì theo từng chu kỳ

d Cấu tạo và sơ đồ khối

IC CD4047 gồm 14 chân, mỗi chân có một chức năng riêng biệt:Chân 1 : Đầu vào tụ C

Chân 2 : Đầu vào điện trở R

Chân 3 : Đầu vào R-C tạo dao động với tần số định sẵn Chân 4 : Trạng thái bền

Chân 5 : Trạng thái không bền

Chân 6 : Chân kích khởi âm

Chân 7 : Nguồn âm

Chân 8 : Chân kích khởi dương

Chân 9 : Reset

Chân 10 : Đầu ra xung vuông bán kỳ dương

Chân 11 : Đầu ra xung vuông bán kỳ âm

Chân 12 : Kích khởi lại

Chân 13 : Đầu ra OSC

Chân 14 : Nguồn dương

Tần số xung vuông được tính theo công thức:

f =4.4 RC1 (2.1)

Trong đó: f được tính bằng Hz

R được tính bằng Ohm

C được tính bằng Farads

Hình 2 13: Sơ đồ khối IC CD4047

e Hoạt động của IC

IC CD4047 có khả năng hoạt động ở một trong hai chế độ đơn ổn hoặc astable

Nó đòi hỏi một tụ điện bên ngoài (giữa chân 1 và 3) và một điện trở bên ngoài (giữachân 2 và 3) để xác định độ rộng xung đầu ra trong chế độ đơn ổn, và tần số đầu ratrong chế độ astable

Hoạt động của chân astable được phép khi đạt đầu vào chân 5 ở mức cao hoặcmức thấp của chân 4 hoặc của 2 chân Độ rộng của xung vuông của Q và Q´ là hàmcủa đầu vào phụ thuộc vào R C

Chân 5 astable cho phép mạch làm bộ tạo dao động đa hài qua cổng 5 Độ rộngxung ở chân 13 bằng 1/2 đầu ra Q trong chế độ astable Trong chế độ ổn định đơnkhi có điện dương ở đầu vào + trigger (8) khi chân - trigger (6) ở mức thấp các xungđầu vào có thể thuộc bất kỳ thời điểm nào tương ứng với xung đầu ra Chân 12 chophép kích mở trở lại khi nó là xung dương

2.3.1.3 IC LM358

a Khái niệm và đặc điểm

Là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp

Bộ khuếch đại này có ưu điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trongcác ứng dụng dùng nguồn đơn

b Thông số kỹ thuật

 Dải nguồn hoạt động:

Với nguồn đơn: 3 ~ 32VDC

Với nguồn đôi: 1.5 ~ 16VDC

 Độ lợi khuếch đại DC là 100dB

 Dải tần hoạt động là 1MHz

 Điện áp ngõ ra: 0 ~ ±1.5VDC

 Dòng hoạt động thấp: 500µA

c Cấu tạo và sơ đồ khối

Cấu tạo bên trong gồm hai bộ thuật toán nên tương thích với nhiều loại mạchlogic khác nhau

Có hai opamp bên trong đều có thể vận hành từ một nguồn duy nhất vào chân 8

Hình 2 14: Cấu tạo và sơ đồ chân LM358

d Hoạt đô ̣ng Op-amp

Đầu vào vi sai của mạch khuếch đại gồm có đầu vào đảo và đầu vào không đảo.Mạch khuếch đại thuật toán thực tế sẽ chỉ khuếch đại hiệu số điện thế giữa hai

đầu vào này Điện áp này được gọi là điện áp vi sai đầu vào.

Trong hầu hết các trường hợp, điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán sẽđược điều khiển bằng cách trích một tỉ lệ nào đó của điện áp ra để đưa ngược về đầu

và đảo Tác động này được gọi là hồi tiếp âm

Nếu tỷ lệ trên bằng 0, thì có nghĩa là không có hồi tiếp âm, mạch khuếch đạiđược gọi là hoạt động ở vòng hở Và điện áp ra sẽ được tính như sau:

V ra = (V + - V - ) * G vongho (2.2)

Trong đó: V + là điện áp tại đầu vào không đảo

V - là điện áp tại đầu vào đảo

G vongho là độ lợi vòng hở của mạch khuếch đại

Transistor là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như

một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử

b Lịch sử ra đời

Transistor lần đầu tiên được phát minh tại phòng thí nghiệm Bell ở New Jersey

vào những năm 1947 bởi ba nhà Vật lý tài giỏi của Hoa Kì đó là Jonh Bardeen,Walter Brattain và William Shockley

Hình 2 15:Hình ảnh ba nhà Vật lý đã phát minh ra Transistor

c Cấu tạo cơ bản

Một transistor bao gồm ba lớp ghép lại với nhau tạo thành hai mối nối tiếp giápP-N Nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận và ngược lại NPN sẽ làTransistor nghịch.

Về phương diện cấu tạo thì Transistor tương đương với hai Diode đấu ngượcchiều nhau Cấu trúc này được gọi là BJT (Bipolar Junction Transistor) vì dòng điệnchạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương

Hình 2 16:Hình ảnh cấu tạo Transistor

Ba lớp bán dẫn này sẽ được nối thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc B (Base) Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát E (Emitter) và cực thu C

(Collector)

d Hoạt động

Transistor hoạt động được nhờ đặt một điện thế một chiều vào vùng biên

(Junction) Điện thế này được gọi là điện thế kích hoạt.

Mỗi vùng trong transistor hoạt động như một Diode Vì mỗi transistor có hai

vùng và có thể kích hoạt với một điện thế thuận hoặc nghịch

Có bốn cách thức hoạt động cho cả hai PNP và NPN transistor: Phân cựcnghịch, Phân cực thuận nghịch, Phân cực thuận, Phân cực nghịch thuận