Nghiên cứu Driver cho hệ thống chiếu sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài “Nghiên cứu driver cho chiếu sáng LED sử dụng năng lượng mặt trời” Giảng viên hướng dẫn T S TRẦN VĂN THỊNH Sinh viên thực hiện NGUYỄN VIỆT ANH Lớp K21 TĐH Khoa Công nghệ điện tử Thông tin Ngành học Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá Khoá 2018 2022 Hệ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 5 2022 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD TRẦN VĂN THỊNH Page 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự do –.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: “Nghiên cứu driver cho chiếu sáng LED sử dụng lượng mặt trời” Giảng viên hướng dẫn : T.S: TRẦN VĂN THỊNH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VIỆT ANH Lớp : K21-TĐH Khoa: Công nghệ điện tử - Thông tin Ngành học: Kỹ thuật điều khiển tự động hố Khố : 2018-2022 Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, tháng /2022 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CN ĐIỆN TỬ - THƠNG TIN CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: NGUYỄN VIỆT ANH Lớp: K21 Khoá: K21 (2018-2022) Ngành đào tạo: Kỹ thuật điều khiển Tự động hoá Hệ đào tạo: Chính Quy 1/ Tên đề tài ĐATN: Thiết kế driver cho chiếu sáng LED sử dụng lượng mặt trời 2/ Nội dung nghiên cứu: + Tổng quan lượng mặt trời + Cơ LED + Hệ thống chiếu sáng LED lượng mặt trời + Tính tốn thơng số acquy + Tính tốn mạch động lực mạch điều khiển 3/ Cơ sở liệu ban đầu + Công suất LED 50W + Acquy 3,7V – 100Ah + Module LED 40V 4/ Ngày giao : ……………… 5/ Ngày nộp: ……………… TRƯỞNG KHOA (Ký, ghi rõ họ tên) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) Trần Văn Thịnh GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU Việc sử dụng nguồn lượng thay cho nguồn lượng dầu mỏ cạn kiệt xem lời giải tối ưu cho toán thiếu hụt lượng nạn ô nhiễm môi trường giới.Hệ thống đèn chiếu sáng LED dùng lượng mặt trời ứng dụng có nghĩa,áp dụng kỹ thuật tiên tiến đại nhằm tiết kiệm lượng,chi phí,cũng góp phần vào việc tạo hình ảnh Việt Nam xanh, Ngày với tình hình dân số công nghiệp phát triển không ngừng lượng thể rõ vai trò quan trọng trở thành yếu tố thiếu sống, nhiên nhu cầu sử dụng lượng ngày gia tang nguồn lượng truyền thống khai thác sử dụng hàng cạn kiệt trở nên khan hiếm.Một số nguồn lượng sử dụng nguồn nguyên liệu hoá thạch(dầu mỏ, than đá…) cho thấy tác động xấu đến môi trường gây ô nhiễm bầu khí gây hiệu ứng nhà kính,thủng tầng ozơn nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên khí thải từ việc đốt nguyên liệu gây mưa axit gây hại cho mơi trường sống người.Cịn nguồn lượng thuỷ điện( vốn coi loại lượng sạch) khơng đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tình trạng mức nước hồ chứa thường xuyên xuống mực nước chết.Trước tình hình đề phải tìm nguồn lượng để đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng lớn mạnh hàng ngày,thay nguồn lượng có hại cho mơi trường cạn kiệt trở nên cấp thiết, đòi hỏi nhiều quan tâm So với nguồn lượng khai thác sử dụng lượng gió ,năng lượng hạt nhân…Năng lượng mặt trời coi nguồn lượng rẻ,vô tận,là nguồn lượng không gây hại cho môi trường thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học,nhà nghiên cứu nguồn lượng tốt cho tương lai.Hệ thống quang điện sử dụng lượng mặt trời (Hệ pin mặt trời) có nhiều ưu điểm khơng cần ngun liệu, khơng gây nhiễm mơi trường,ít phải bảo dưỡng,khơng gây tiếng ồn…Hiện lượng mặt trời khai thác đưa vào ứng dụng sống cơng nhiệp nhiều dạng hình thức khác nhau,thông thường để cấp nhiệt điện GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Kính thưa thầy cơ! Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu thầy cô trường đặc biệt thầy cô khoa Điện Tử-Thông Tin Trường Đại Học Mở Hà Nội,đã tận tình dạy,truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập vừa qua Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Thịnh dành nhiều thời gian công sức,quan tâm theo dõi,tận tình hướng dẫn,động viên nhắc nhớ chúng em hoàn thành tốt đợt thực tập Qua em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình ,bạn bè người thân động viên giúp đỡ em nhiều trình học tập Sinh viên thực Việt Anh Nguyễn Việt Anh GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Mở đầu:………………………………………………………………….2 Lời cảm ơn:…………………………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI ……………………………… CHƯƠNG 2:CƠ BẢN VỀ ĐÈN ĐƯỜNG LED, HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG LED BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I:CƠ BẢN VỀ ĐÈN ĐƯỜNG LED 1:Đèn LED gì……………………………………………………… .6 1.2:Ứng dụng đèn LED…………………………………………… 1.3:Cấu tạo đèn LED………………………………………………….7 1.4 :Ưu điểm nhược điểm LED…………… ……………………8 + Ưu điểm…………………………………………………………… + Nhược điểm…………………………………………………………9 II:HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG LED BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2: Hệ thống chiếu sáng LED lượng mặt trời gì………………9 2.1:Tổng quan hệ thống…………………………………………………10 2.2:Cấu tạo hệ thống chiếu sáng LED lượng mặt trời…… 11 2.3:Nguyên lý hoạt động hệ thống chiếu sáng LED lượng mặt trời……………………………………………………………………… .12 2.4:Ưu điểm nhược điểm hệ thống chiếu sáng LED lượng mặt trời…………………………………………………………13 2.5:Ứng dụng hệ thống chiếu sáng LED sử dụng lượng mặt trời………………………………………………………………………… 14 2.6:Phạm vi tương lai hệ thống chiếu sáng LED sử dụng lượng mặt trời………………………………………………………………………… 15 2.7:Mức độ phổ biến hệ thống chiếu sáng LED sử dụng lượng mặt trời………………………………………………………………………… 18 2.8:Vì nên sử dụng hệ thống chiếu sáng LED sử dụng lượng mặt trời………………………………………………………………………… 15 CHƯƠNG 2:THÔNG SỐ ACCQUY 1:Accquy gì………………………………………………………………16 2:Cấu tạo chung Accquy……………………………………………….16 3:Thơng số accquy………………………………………………………….20 4:Ứng dụng accquy…………………………………………………….28 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1:Chọn sơ đồ mạch động lực…………… ……………………………… 29 2: Mạch Boost gì, cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch Boost…… 41 3:Thiết kế mạch…………………………………………………………… 58 KẾT LUẬN…………………………………………………………………61 GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI Điện mặt trời ? Hệ thống điện mặt trời hệ thống có tác dụng biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện thông qua pin mặt trời Năng lượng mặt trời cung cấp nguồn lượng vô hạn, khơng sinh khí thải CO2 đặc biệt khơng chi phí sử dụng, nguồn lượng tái tạo vô sạch, đáng tin cậy mang lại nhiều giá trị cho người Hình 1: Tấm pin lượng mặt trời Hình 2: Hệ thống lượng mặt trời nối lưới GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3: Sơ đồ hệ thống điện lượng mặt trời Hình 4: Hệ thống điện mặt trời áp mái CHƯƠNG 2:CƠ BẢN VỀ ĐÈN ĐƯỜNG LED,HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG LED BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I:CƠ BẢN VỀ ĐÈN ĐƯỜNG LED 1: Đèn LED - LED (viết tắt Light Emitting Diode, có nghĩa diode phát quang), diod có khả phát ánh sáng Chip LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n Trong hai khối bán dẫn, khối chứa điện tử điện tích âm (N) khối cịn lại mang lỗ trống điện tích dương (P) Khi chúng gặp nhau, điện tích GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP âm dương kết hợp với nhau, tạo electron giải phóng lượng dạng lượng tử ánh sáng Được biết đến từ năm đầu kỹ 20 Công nghệ đèn led chiếu sáng phát triễn mạnh mẽ Dần trở thay loại đèn truyền thống tuýp đèn huỳnh quang đèn sợ đốt, đèn compact Sự đời công nghệ led xem phá nghiên cứu khoa học ứng dụng sống Bắt đầu từ diode phát sáng với ánh sáng yếu đơn sắc đến nguồn phát sáng đa sắc Công suất lớn cho hiệu chiếu sáng cao, lại siêu tiết kiệm lượng 1.2:Ứng dụng đèn LED - Do tiện dụng đèn LED nên ngày sử dụng rộng rãi Ứng dụng đèn LED phụ thuộc hoàn toàn vào nơi mà đèn LED sử dụng Đầu tiên phận nhỏ công nghệ LED sử dụng phận hiển thị thiết bị điện tử, đèn quảng cáo, đèn trang trí, đèn giao thông Ngày với bước tiến nhảy vọt công nghệ LED nên đèn LED ngày ứng dụng rộng rãi lĩnh vực chiếu sáng dân dụng chiếu sáng công nghiệp chiếu sáng nhà ở, sân vườn, trường học, bệnh viện, shop, cửa hiệu, chiếu sáng nhà xưởng, đường phố, trang trí nội ngoại thất đại,v.v 1.3:Cấu tạo đèn LED +Phần tử phát sáng LED: Bản chất LED đi-ốt, chứa chíp bán dẫn có pha tạp chất để tạo tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt( kênh P) đến K-tốt (kênh N), điện tử lấp đầy chỗ trống sinh xạ ánh sáng, bước sóng phát có màu khác tùy thuộc vào tạp chất chíp bán dẫn LED phân thành ba loại theo dải cơng suất: cỡ nhỏ, cỡ trung bình, cỡ lớn +Bộ nguồn (Driver): Bộ nguồn cấp điện cho bóng LED siêu sáng phải đảm bảo cung cấp dòng điện điện áp ổn định phù hợp lới loại LED sử dụng linh kiện chế tạo nguồn phải có tuổi thọ sử dụng tương đương với tuổi thọ LED +Vỏ hay choá đèn: Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định bền, vỏ đèn chế tạo để có độ chống thấm nước cao, đồng thời đảm bảo khả tỏa nhiệt nhanh chóng +Bộ phận tản nhiệt: Phần tản nhiệt cho đèn LED thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phát sáng xuống nhiệt độ thấp nhanh nhất, phận đặc biệt quan trọng thiết kế đèn LED công suất lớn, phận tản nhiệt có kết cấu GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP khơng phù hợp phần tử LED nhanh bị già, hiệu suất phát sáng giảm đáng kể Hình Mạch in cấu tạo đèn LED 1.4: Ưu điểm nhược điểm đèn LED + Ưu điểm - Hiệu quả: LED có hiệu suất phát sáng cao bóng sợi đốt -Màu sắc: LED phát màu sắc ý muốn mà không cần lọc màu theo phương pháp truyền thống -Kích thước: Kích thước bóng LED siêu sáng nhỏ (có thể nhỏ mm2) bố trí dễ dàng mạch in -Thời gian bật tắt nhanh: Led có thời gian bật tắt nhanh kể từ lúc có tác động (micro giây) Điều quan trọng thơng tin liêc lạc, lĩnh vực u cầu có thời gian đáp ứng nhanh -Độ sáng tối: LED dễ dàng điều khiển độ sáng tối phương pháp điều chế độ rộng xung tăng giảm dòng điện tác động -Tuổi thọ đèn cao: Đây ưu điểm lớn đèn LED, tuổi thọ đèn LED vào khoảng 35000 đến 50000 giờ, lớn nhiều lần so với bóng huỳnh quang sợi đốt -Độ bền cao: LED làm từ vật liệu bán dẫn, nên khó bị phá huỷ va đập -An tồn: LED khơng gây độc hại, khơng phát tia gây hại, thân thiện với môi trường + Nhược điểm GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Không phủ nhận ưu điểm vượt trội bóng đèn led Khơng có hồn hảo bên cạnh ưu điểm bóng đen Led có số nhược điểm nhỏ sau: Trên sở chi phí đầu tư ban đầu, bóng đèn Led đắt hơn, đo giá lumen, so với công nghệ chiếu sáng thơng thường Các chi phí bổ sung phần xuất phát từ sản lượng lumen tương đối thấp, kết hợp với chi phí ổ đĩa mạch nguồn cung cấp cần thiết Nhiều người nghĩ nhược điểm đèn Led giá thành cao so với loại đèn thông thường Nhưng thực ra, giá mua đèn Led cao tính đến lợi ích lâu dài, lợi ích từ việc tiết kiệm điện, lợi ích từ việc khơng phải thay bóng thường xun tính chi phí cho đèn led thắp sáng rẻ Nhược điểm đèn Led khoảng cách chất lượng loại đèn Led thị trường xa Chính nhược điểm làm cho nhiều người sử dụng bóng đèn Led chiếu sáng bị nhầm lẫn chất lượng bóng đèn Led Mua phải đèn có chip Led chất lượng, dẫn đến bóng đèn Led giảm độ sáng nhanh đổi sang màu ánh sáng khác sau thời gian ngắn sử dụng (chỉ khoảng tháng) Người sử dụng biết đổi sang loại đèn Led khác tốt hơn, khơng biết khơng sử dụng đèn Led quay lại sử dụng loại đèn thơng thường Phần lớn hiệu suất bóng đèn led phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh môi trường hoạt động Điều đặc biệt quan trọng xem xét tơ, ngồi trời, y tế, qn ứng dụng mà thiết bị phải hoạt động phạm vi rộng lớn nhiệt độ, yêu cầu phải có tỷ lệ thất bại thấp II: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG LED BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2: Hệ thống chiếu sáng LED lượng mặt trời + Điện lượng mặt trời dần phát triển Việt Nam, Việt Nam điện lượng mặt trời dừng lại việc phục vụ nhu cầu sinh hoạt gia đình số dự án lớn Nhưng số nước phát triển hệ thống điện lượng mặt trời phủ sóng khắp đất nước, ứng dụng sử dụng đèn đường điện lượng mặt trời điển Hệ thống chiếu sáng LED sử dụng điện lượng mặt trời hệ thống sử dụng lượng mặt trời (NLMT) thông qua pin mặt trời tạo nguồn điện nhằm cung cấp cho đèn chiếu sáng trời, hệ thống gọi hệ thống đèn đường sử dụng điện lượng mặt trời,các loại đèn đường thường sử dụng đèn huỳnh quang đèn LED 2.1:Tổng quan hệ thống GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • • • Tụ gốm đa lớp: Là loại tụ gốm có nhiều lớp cực cách điện gốm Tụ đáp ứng cao tần điện áp cao loại tụ gốm "thường" khoảng lần Tụ mica màng mỏng: cấu tạo với lớp điện môi mica nhân tạo hay nhựa có cấu tạo màng mỏng (thin film) Mylar, Polycarbonate, Polyester, Polystyrene (ổn định nhiệt 150 ppm/C) Tụ bạc - Mica: loại tụ điện mica có bàn cực bạc, nặng Điện dung từ vài pF đến vài nF, độ ổn nhiệt bé Tụ dùng cho cao tần thích hợp • Tụ siêu hóa (Super Chimical Capacitance): dùng dung mơi đất hiếm, tụ nặng tụ nhơm hóa học có trị số cực lớn, đến hàng Farad Tụ dùng nguồn pin cấp cho vi xử lý hay mạch đồng hồ (clock) cần cấp điện liên tục • Tụ hóa sinh: Siêu tụ điện thay cho pin việc lưu trữ điện thiết bị điện tử di động, dùng Alginate tảo biển nâu làm dung môi > lượng điện tích trữ siêu lớn giảm 15% sau chu kỳ 10.000 lần sạc • Tụ tantalum: Tụ có cực nhơm dùng gel tantal làm dung mơi, có trị số lớn với thể tích nhỏ Tụ vi chỉnh tụ xoay: Có loại gốm, loại mica loại kim loại - Là loại tụ thường có giá trị nhỏ, thường từ 100 pF đến 500 pF Tụ xoay xoay để thay đổi giá trị điện dung thường sử dụng mạch điều chỉnh radio để thay đổi tần số cộng hưởng dò đài Nguyên lý hoạt động tụ điện: Tụ điện có khả tích trữ lượng dạng lượng điện trường cách lưu trữ electron, phóng điện tích để tạo thành dịng điện Đây tính chất phóng nạp tụ, nhờ có tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều Nếu điện áp hai mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp xả tụ dễ gây tượng nổ có tia lửa điện dòng điện tăng vọt Đây nguyên lý nạp xả tụ điện phổ biến Ứng dụng tụ điện: • • • Đối với mạch nguồn xung, tụ hóa dùng để lọc nguồn đầu vào hay lọc nguồn đầu Đối với mạch nguồn xung đầu đĩa, đầu thu kts thường sử dụng tụ hóa 50V40uF nối từ cuộn hồi tiếp vào chân mồi IC nguồn Đối với mạch loa, tụ hóa dùng để mở công suất lớn không bị cháy loa ổn định công suất tiếng cho loa Các bạn thấy, loa sau thời gian dài sử dụng có tượng loa bên to bên nhỏ, có tụ hóa bị khơ, bạn phải thay tụ GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP hóa nằm cạnh IC cơng suất tiếng tụ nằm gần đường out put loa + Diode D: Điốt (Diode) bán dẫn hay gọi Điốt, linh kiện điện tử bán dẫn cho phép dòng điện qua theo chiều mà khơng chạy ngược lại Điốt bán dẫn thường có nguyên lý cấu tạo chung khối bán dẫn loại P ghép với khối bán dẫn loại N nối với chân anode cathode Mạch chỉnh lưu mạch điện điện tử chứa linh kiện điện tử có tác dụng biến đổi dịng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Mạch chỉnh lưu dùng nguồn chiều mạch tách sóng tín hiệu vơ tuyến thiết bị vô tuyến Trong mạch chỉnh lưu thường chứa Điốt bán dẫn để điều khiển dòng điện đèn chỉnh lưu thủy ngân linh kiện khác Điốt linh kiện bán dẫn Khả chỉnh lưu tinh thể nhà vật lý người Đức Ferdinand Braun phát năm 1874 Điốt bán dẫn phát triển vào khoảng năm 1906 làm từ tinh thể khoáng vật galena Ngày hầu hết ốt làm từ silic, chất bán dẫn khác selen germani sử dụng Các điốt tín hiệu chuyển mạch nhỏ có cơng suất xếp hạng dòng điện thấp nhiều, khoảng 150mA, tối đa 500mW so với điốt chỉnh lưu, chúng hoạt động tốt ứng dụng tần số cao ứng dụng cắt chuyển đổi xử lý dạng sóng xung thời gian ngắn Phân loại Diode : Chúng ta có số loại điốt thường thấy thị trường sau: • Điốt chỉnh lưu: thường hoạt động dải tần thấp, chịu dịng điện lớn có áp ngược chịu đựng 1000V Những diode chủ yếu để dùng chỉnh lưu dịng điện xoay chiều sang chiều • Điốt phát quang (đèn LED): đèn LED sử dụng nhiều làm đèn chiếu sáng, đèn báo hiệu, đèn quảng cáo • Điốt quang (photodiode) • Điốt Schottky • Điốt hạn xung hai chiều (TVS): diode có tần số đáp ứng cao từ vài chục kilo Hecz đến Mega Hezt Những diode thường sử dụng nhiều bo nguồn xung, thiết bị điện tử cao tần • Điốt tunnel (tunnel diode) GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Điốt biến dung (Varicap): Diode biến dung hay Varicap loại điốt bán dẫn có nhiệm vụ biến đổi điện dung Nó tạo để giống tụ điện có khả thay đổi điện dung Diode biến dung điều chỉnh mức điện dung đến vài chục pF, ứng dụng cho mạch điều hưởng tần số cao ( khoảng 50 MHz trở lên ) • Điốt zener: (điốt Zener) hay gọi với tên khác điốt đánh thủng – điốt ổn áp… Đây loại điốt bán dẫn làm việc chế độ phân cực ngược vùng điện áp đánh thủng (breakdown) Loại chế tạo nhằm mục đích tối ưu để hoạt động tốt miền đánh thủng Chúng sử dụng nhiều mạch nguồn điện áp thấp đặc tính ổn áp Đây diode có chức hoạt động đặc biệt cho dòng điện chạy từ K sang A nguồn điện áp đủ lớn điện áp ghim Khi có dịng điện ngược chạy qua ghim lại điện áp ghim thơng số datasheet Nguyên lý hoạt động Diode: Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự mang điện tích dương nên ghép với khối bán dẫn N (chứa điện tử tự do) lỗ trống có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối N Cùng lúc khối P lại nhận thêm điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang Kết khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống dư thừa điện tử) khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, số điện tử bị lỗ trống thu hút chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với tạo thành ngun tử trung hịa Q trình giải phóng lượng dạng ánh sáng (hay xạ điện từ có bước sóng gần đó) Hình 30: Điện áp tiếp xúc hình thành GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sự tích điện âm bên khối P dương bên khối N hình thành điện áp gọi điện áp tiếp xúc (UTX) Điện trường sinh điện áp có hướng từ khối n đến khối p nên cản trở chuyển động khuếch tán sau thời gian kể từ lúc ghép khối bán dẫn với trình chuyển động khuếch tán chấm dứt tồn điện áp tiếp xúc Lúc ta nói tiếp xúc P-N trạng thái cân Điện áp tiếp xúc trạng thái cân khoảng 0.7V điốt làm bán dẫn Si khoảng 0.3V điốt làm bán dẫn Ge Hai bên mặt tiếp giáp vùng điện tử lỗ trống dễ gặp nên trình tái hợp thường xảy vùng hình thành nguyên tử trung hịa Vì vùng biên giới hai bên mặt tiếp giáp hạt dẫn điện tự nên gọi vùng nghèo (depletion region) Vùng không dẫn điện tốt, điện áp tiếp xúc cân điện áp bên Đây cốt lõi hoạt động điốt Hình 31: Điện áp ngồi ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo dịng điện Nếu đặt điện áp bên ngược với điện áp tiếp xúc, khuếch tán điện tử lỗ trống không bị ngăn trở điện áp tiếp xúc vùng tiếp giáp dẫn điện tốt Nếu đặt điện áp bên chiều với điện áp tiếp xúc, khuếch tán điện tử lỗ trống bị ngăn lại vùng nghèo trở nên nghèo hạt điện tự Nói cách khác điốt cho phép dịng điện qua đặt điện áp theo hướng định Điốt dẫn điện theo chiều từ anode sang cathode Theo ngun lý dịng điện chảy từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp, muốn có dịng điện qua điốt theo chiều từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp, cần phải đặt anode điện cao cathode Khi ta có UAK > ngược chiều với điện áp tiếp xúc (Utiếp xúc) Như muốn có dịng điện qua điốt điện trường GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP UAK sinh phải mạnh điện trường tiếp xúc, tức là: UAK >UTX Khi phần điện áp UAK dùng để cân với điện áp tiếp xúc (khoảng 0.6V), phần lại dùng để tạo dòng điện thuận qua điốt Hình 32: Điện áp ngồi chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện Khi UAK > 0, ta nói điốt phân cực thuận dịng điện qua điốt lúc gọi dịng điện thuận (thường ký hiệu IF tức I-FORWARD ID tức I-DIODE) Dòng điện thuận có chiều từ anode sang cathode Khi UAK đủ cân với điện áp tiếp xúc điốt trở nên dẫn điện tốt, tức điện trở điốt lúc thấp (tầm khoảng vài chục Ohm) Do phần điện áp để tạo dòng điện thuận thường nhỏ nhiều so với phần điện áp dùng để cân với Utiếp xúc Thông thường phần điện áp dùng để cân với Utiếp xúc cần khoảng 0.6V phần điện áp tạo dòng thuận khoảng 0.1V đến 0.5V tùy theo dòng thuận vài chục mA hay lớn đến vài Ampere Như giá trị UAK đủ để có dịng qua điốt khoảng 0.6V đến 1.1V Ngưỡng 0.6V ngưỡng điốt bắt đầu dẫn U AK = 0.7V dịng qua Diode khoảng vài chục mA Ứng dụng Diode: Sẽ có nhiều điốt khác với mơi trường phạm vi ứng dụng khác nhau, nhiên theo nghĩ chúng dùng nhiều trường hợp sau: GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Dùng để chỉnh lưu dịng điện: Biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều • Dùng để giảm áp: Ta biết sau dịng điện qua diode diode gây sụt áp Trong nhiều trường hợp người ta sử dụng đặc tính để giảm áp Ví dụ bạn có đài chạy 3V mà có cục sạc 5V bạn đấu nối tiếp diode với đấu với đầu 5V Tại đầu cuối diode có điện áp khoảng gần 3V • Dùng để bảo vệ chống cắm nhầm cực: Rất nhiều thiết bị điện tử chiều không cho phép cấp nguồn ngược cực Nếu ngược cực thiết bị hỏng Để bảo vệ thiết bị an toàn người ta đấu thêm vào diode trước bắt cực thiết bị phép dòng điện theo chiều Khi dù bạn có cấp nguồn ngược cực tính thiết bị an tồn Hình 33: Các loại Diode + Mosfet : Mosfet hay Transistor Mosfet viết tắt cụm từ “Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor” tiếng Anh, nghĩa Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Tức Transistor vô đặc biệt sở hữu cấu tạo hoạt động khác với GVHD:TRẦN VĂN THỊNH Page 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Transistor thông thường Đây thiết bị bán dẫn sử dụng rộng rãi giống công tắc điện tử khuếch đại tín hiệu điện tử tương đối yếu Mosfet linh kiện gồm có 3: Chân nguồn (ký hiệu S), chân cổng (ký hiệu G), chân máng ( ký hiệu D) Phần thân Mosfet thường kết nối với phần chân nguồn, điều làm cho biến thành linh kiện chân giống bóng bán dẫn hiệu ứng trường Mosfet bóng bán dẫn phổ biến sử dụng mạch tương tự kỹ thuật số Cấu tạo mosfet: Mosfet có cấu trúc bán dẫn nên có khả điều khiển điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ G (Gate): Đây vị trí cực cổng G cực điều khiển cách lý toàn với cấu trúc bán dẫn lại lớp điện mơi cự kỳ mỏng lại có độ cách điện cực lớn dioxit-silic S (Source): Là phần cực nguồn D (Drain): Là phần cực máng làm nhiệm vụ đón hạt mang điện Mosfet có điện trở nằm cực G với cực S cực G với cực D vơ lớn, cịn điện trở cực D cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch cực G cực S (UGS) Khi điện áp UGS = điện trở RDS trở nên lớn, điện áp UGS > 0, hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS lớn điện trở RDS nhỏ Nguyên lý hoạt động mosfet: Mosfet vận hành chế độ đóng mở Vì phần tử với hạt mang điện nên Mosfet đóng cắt với tần số cao Nhưng để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn vấn đề điều khiển lại vô quan trọng Mạch điện tương đương Mosfet, nhìn vào ta thấy chế đóng cắt phụ thuộc vào tụ điện ký sinh Đối với kênh P : Điện áp để điều khiển mở Mosfet Ugs0 Dòng điện từ S đến D Đối với kênh N : Điện áp để điều khiển mở Mosfet Ugs >0 Điện áp điều khiển đóng Ugs