Tìm hiểu và thực hiện mạch kích điện áp từ nguồn ắc qui 12v lên 220v 500w

Tìm hiểu và thực hiện mạch kích điện áp từ nguồn ắc qui 12v lên 220v 500w

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

Tìm hiểu và thực hiện mạch kích điện áp từ

nguồn ắc qui 12V lên 220V-500W

Giáo viên hướng dẫn :Vũ Quang Hưng

Sinh viên thực hiện :Phạm Quang Sáng

Lớp : Tự động hoá 4 – K54

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP

CHƯƠNG II : SỬ DỤNG IC CD4047 và TRANSISTOR 2N3055

1 Sơ đồ nguyên lý

a Mạch điều khiển

b Mạch lực

c Linh kiện sử dụng

2 Giới thiệu chi tiết các linh kiện

a Mạch điều khiển

 IC CD4047

 IC LM324

b Mạch lực

 Transistor H1061

 Transistor 2N3055

3 Nguyên lý làm việc

4 Mạch in

a Mạch điều khiển

b Mạch lực

CHƯƠNG III : SỬ DỤNG IC SG3525 và MOSFET IRF3205

1 Sơ đồ nguyên lý

a Sơ đồ

b Linh kiện sử dụng

2 Giới thiệu chi tiết các linh kiện

a IC SG3525

b MOSFET IRF3205

3 Nguyên lý làm việc

4 Mạch in

CHƯƠNG IV : BIẾN ÁP

CHƯƠNG V : KẾT LUẬN

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Việc đảm bảo cung cấp nguồn điện liên tục và ổn định đang là nhu cầu hết sức cần thiết, hiện nay do nguồn điện lưới cung cấp chưa đủ nên việc mất điện xảy

ra rất thường xuyên Vì vậy sử dụng các nguồn điện dự phòng đang rất phổ biến, tuy vậy vấn đề đặt ra là có thể biến đổi các nguồn dự phòng một chiều như acquy thành nguồn điện xoay chiều có chất lượng và công suất đủ để sinh hoạt và sản xuất Trong đợt thực tập vừa qua nhóm em được phân công thực hiện mạch kích từ nguồn 12v lên 220v - 500w

Quá trình thực tập này dưới sự hướng dẫn của thầy Vũ Quang Hưng chúng

em đi sâu tìm hiểu mảng biến đổi năng lượng một chiều ra năng lượng xoay chiều

mà cụ thể là mạch kích điện áp 12V một chiều lên điện áp 220V xoay chiều công suất 500W.Mạch này được ứng dụng nhiều trong đời sống sinh hoạt Mạch có nhiêm vụ cung cấp nguồn năng lượng cho tải khi mất điện Do thời gian thực tập không nhiều nên sản phẩm thiết kế còn có nhiều lỗi do thực tế khác nhiều so với mạch lý thuyết.Chúng em sẽ tiếp tục tìm hiểu và phát triển mở rộng hơn nữa các ứng dụng của mạch sau này

Trong thời gian thực tập vừa qua nhóm em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy Vũ Quang Hưng.Thầy đã giúp chúng em có được thêm nhiều những kiến thức và kinh nghiệm quí báu để phục vụ cho việc học tập cũng như cho công việc trong tương lai.Sau đây chúng em xin trình bày về mạch

và những kiến thức chúng em đã tìm hiểu được trong thời gian thực tập vừa qua

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

Có 2 phương pháp để biến đổi điện áp 1 chiều 12V lên điện áp xoay chiều 220V

Phương pháp thứ nhất: Điện áp 1 chiều 12V được nghịch lưu thành điện áp 12V

xoay chiều sau đó điện áp 12V xoay chiều này được đưa qua máy biến áp để đưa lên điện áp 220V-500W.Đây là phương pháp biến đổi gián tiếp.Nhược điểm của phương pháp này là có sự hao tổn công suất trong quá trình nghịch lưu.Tuy nhiên với phương pháp này thì điện áp qua 1 số khâu nữa có thể cho dạng sin hơn ở đầu ra

Phương pháp thứ hai: Điện áp 1 chiều 12V được đưa thẳng vào biến áp để đưa

lên điện áp 220V xoay chiều.Điện áp 1 chiều này cho qua máy biến áp bằng cách đóng mở liên tục nhờ các van công suất với tần số của lưới điện 50Hz.Ưu điểm của phương pháp này là không có sự tổn hao công suất nhiều do có sự biến đổi trực tiếp và cấu tạo mạch khá đơn giản.Tuy nhiên phương pháp này cũng có những nhược điểm của nó.Điện áp đầu ra có dạng xung không sin ảnh hưởng lớn đến tải

cảm.Ở đây do thời gian tìm hiểu còn hạn chế nên chúng em thực hiện quá trình này bằng phương pháp hai tức là biến đổi trực tiếp.

CHƯƠNG II :BIẾN ĐỔI 12V DC SANG 220V AC DÙNG

Hình 1 : Mạch điều khiển sử dụng CD4047 và LM324

b Mạch lực

Mạch này thực hiện nhiệm vụ đóng mở cho dòng điện qua máy biến áp tạo dòng xoay chiều

6 transistor công suất 2N3055

Các Connector đầu vào và đầu ra của mạch

2 GIỚI THIỆU CHI TIẾT CÁC LINH KIỆN

Chân 4 : Trạng thái bền

Chân 5 : Trạng thái không bền

Chân 6 : Chân kích khởi âm

Chân 7 : GND

Chân 8 : Chân kích khởi dương

Chân 9 : Thiết lập lại trạng thái ban đầu

Chân 10 : Đầu ra Q không đảo

Chân 11 : Đầu ra Q đảo

Chân 12 : Kích khởi lại

Chân 13 : Đầu ra OSC

Hình 4 : Sơ đồ khối.

Hình 5 : Sơ đồ logic

 IC LM324

Hình 6 : Sơ đồ chân Chân 1: Đầu ra

Chân 2: Đầu vào đảo

Chân 3: Đầu vào không đảo

Chân 4: VCC

Chân 5: Đầu vào không đảo

Chân 6: Đầu vào đảo

Chân 7: Đầu ra

Chân 8: Đầu ra

Chân 9: Đầu vào đảo

Chân 10: Đầu vào không đảo

Chân 11: GND

Chân 12: Đầu vào không đảo

Chân 13: Đầu vào đảo

Chân 14: Đầu ra

Hình 7 : Sơ đồ mạch 1/4

b Mạch lực

 Transistor H1061(NPN)

Hình 8 :Hình dạng thực – kiểu đóng gói TO -220AB

Hình 9 :Thứ tự chân

Hình 10 : Bảng giá trị lớn nhất của điện áp giữa các cực và dòng qua nó

Đây là transistor công suất tầm trung khá phổ biến có thể dễ dàng tìm mua ngoài thị trường

 Transistor 2N3055(NPN)

Hình 11 : Hình dạng thật kiểu đóng gói TO-204AA (TO -3)

Hình 12 : Thứ tự chân

Hình 13 : Bảng giá trị lớn nhất của điện áp giữa các cực và dòng qua nó

Sau đó xung này được đưa qua 2 bộ khuếch đại thuật toán của LM324.Để tránh dòng vào quá lớn từ xung đầu ra của IC 4047 có thể gây hỏng LM324 ta cho dòng ra này qua 1 điện trở 4.7k ôm ở mỗi cổng ra Q và Q đảo.Sau khi xung vào

LM 324 sẽ được khuếch đại lên để có thể mở được transistor H1061 ở mạch lực.Xung đầu ra 4047 được cấp vào chân không đảo của của bộ khuếch đại thuật toán còn chân đảo lấy điện áp phản hồi đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán.Điện

áp bão hòa lấy là 12V.Xung đầu ra của LM 324 có nhiệm vụ đóng mở các transistor ở mạch lực với tần số 50Hz.

Khối mạch lực: Khi có xung dương đầu ra Q đầu ra Q đảo sẽ bằng 0, đến H1061

transitor này sẽ được thông cực B, điều này làm cho có dòng chủ đạo chảy qua cực

C về cực E của transistor này.Khiến có dòng chủ đạo qua cực B của transistor 2N3055 thứ nhất.Transistor này mở làm mở cặp 2 transistor 2N3055 mắc song song ở sau.Cặp transistor này mở làm dòng chính từ ắc qui chảy qua cuộn sơ cấp, qua cặp transistor rồi về đất.Do có dòng qua cuộn sơ cấp nên bên cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện 1 sức điện động sinh ra dòng chảy theo 1 chiều nào đó mà ta tạm gọi là nửa chu kì dương của cuộn thứ cấp.Tiếp đó khi có xung dương Q đảo đầu ra Q sẽ bằng 0 cặp transitor dưới sẽ mở sinh ra nửa chu kì âm bên cuộn thứ cấp.Cứ như thế việc đóng mở transistor với tần số 50Hz nhờ 4047 sẽ sinh ra điện áp biến thiên với tần số 50Hz ở cuộn sơ cấp.Tuy nhiên điện áp này sẽ có dạng xung vuông không sin

vì việc đóng mở nguồn 1 chiều 12V chỉ tạo ra được các xung vuông

4 MẠCH IN

a Mạch điều khiển

Hình 14 : Mạch in mạch điều khiển

b Mạch lực

Hình 15 : Mạch lực

CHƯƠNG III : BIẾN ĐỔI 12V DC SANG 220V AC DÙNG

SG3525 và MOSFET IRF3205

1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 16 : Sơ đồ nguyên lý

b LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

STT Loại Kí hiệu Giá trị Miêu tả cách đóng

a IC điều chế PWM Motorola SG3525

 Giới thiệu sơ lược về IC SG3525

IC này là IC dùng để tạo xung vuông dương,ưu điểm của IC này so với IC tương tự như TIMER 555,556 hay CD4047 là IC này có khả năng chuyển sang chế

độ Soft-Start khi điện áp vào không đạt yêu cầu hay shutdown để bảo vệ IC.Ngoài

ra IC này có hồi tiếp phản hồi và bù sai lệch về đầu vào để điều chỉnh sao cho đầu

Hình 18 : SG3525 tiếp vĩ ngữ DW được đóng gói theo chuẩn SO-16L

 Pin

Hình 19 : Sơ đồ pin của SG3525

 Giới thiệu về các chân của SG3525

• Pin 1- Inv.Input : Đầu vào đảo.

• Pin2 - Noninv.Input : Đầu vào không đảo.

• Pin 3- Sync : Chân đồng bộ hoá,cho phép đồng bộ xung với các đơn vị khác

hoặc với một bộ dao động gắn ngoài

• Pin 4 - OSC Output : Đầu ra xung của bộ tao dạo động gắn trong.

• Pin 5 - C T : Chân này gắn với một tụ điện quyết định tần số dao động của bộ

tạo dao động =>quyết định xung ra,CT= 0.001uF-0.2uF

• Pin 6 - R T : Gắn với một điện trở để quyết định tần số của bộ tạo dao động

=>quyết định xung ra,RT=2.0kΩ - 150kΩ

• Pin 7 - Discharge : Chân xả tụ,chân này được nối với tụ và 1 điện trở gắn

giữa CT sẽ quyết định thời gian cách giữa các xung

• Pin 8 - Soft-Start : Chân này nối với 1 tụ giúp khởi động êm hơn và chế độ

soft-start được kích hoạt khi so sánh với điện áp tham chiếu Vref

• Pin 9 - Compensation : Chân bù chân này được hồi tiếp về chân đầu vào

đảo góp phần điều chỉnh xung ra sẽ bù nếu có sai lệch về xung

• Pin 10 - Shutdown : Chân shutdown kiểm soát mạch soft-start và cả mức ra

.Khi điện áp cấp vào không đạt yêu cầu thì qua chân này sẽ điều khiển mạch soft-start hoạt động ngoài ra pin shutdown này cũng được nối hồi tiếp về đầu vào không đảo khi để điều chỉnh đầu ra nối đất để bảo vệ IC

• Pin 11 - Output A : Đầu ra A,xung vuông dương.

• Pin 12 - Ground : Nối đất.

• Pin 13 - V C : Điện áp collector của transistor mắc Darlington trong

SG3525(xem Hình 4 – Miêu tả các khối chức năng của SG3525).Điện áp

cấp vào pin này từ 4.5V đến 35V

• Pin 14 - Output B : Đầu ra B,xung vuông dương nhưng lệch so với xung ra

ở chân A

• Pin 15 - V CC : Điện áp vào.Dải điện áp hoạt động từ 8.0V đến 35V

• Pin 16 - V ref : Điện áp tham chiếu điện áp tham chiếu có giá trị thấp nhất là

5.0V cao nhất là 5.2V thông thường là 5.1V dòng lớn nhất vào pin này là 50mA tối ưu là 20mA.Điện áp này sẽ dùng để so sánh với điện áp vào chân Soft-Start để tham chiếu chế độ Soft-Start và Shutdown

Hình 20 : Sơ đồ khối chức năng

b MOSFET IRF3205

MOSFET IRF3205 là MOSFET loại N(MOSFET ngược) khi điện áp được đưa vào cực G đủ để mở MOSFET thì dòng từ D về S.IRF3205 được chế tạo có diode

từ S về D để trả công suất phản kháng về nguồn

 Các thông số cơ bản quan trọng của MOSFET

V DSS : Điện áp đánh thủng tiếp giáp giữa cực máng D(Drain) và cực nguồn

S(Source)

I D : Dòng liên tục tối đa qua cực máng 110A ( ở điện áp 10V )

I DM : Dòng xung tối đa qua cực máng 390A.

 Hình vẽ minh hoạ

Hình 21 : Sơ đồ thay thế

Hình 22 : Hình dạng thực tế đóng gói chuẩn TO-220AB

Hình 23 : Bố trí chân Pin 1 : Gate Pin 2 : Drain Pin 3 :Source Pin 4 : Drain

Điện áp ra được điều chỉnh nhờ biến trở RV2

Tần số điện áp ra được điều chỉnh bằng biến trở RV1

4 MẠCH IN.

Hình 24 Mạch in.

Hình 25 : Sơ đồ bố trí linh kiện.

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN BIẾN ÁP

Giới thiệu sơ lược về máy biến áp: Máy biến áp được sử dụng rộng rãi và rất phổ biến trong lĩnh vực điện Ta có thể dùng máy biến áp để tăng hoặc hạ áp tùy theo yêu cầu và mục đích sử dụng.Có nhiều loại máy biến áp, mỗi loại có những

ưu nhược điểm và ứng dụng khác nhau ví dụ như: biến áp tự ngẫu, biến áp xung, biến áp 1 pha, biến áp 3 pha…

Máy biến áp gồm các phần cơ bản sau: Lõi thép, dây quấn, khung

Với các số liệu ban đầu

Điện áp đầu vào 12V

Điện áp đầu ra 220V

Công suất 500W

HÌNH 16 & 17:Miêu tả các thông số MBA

Tiết diện thực của lõi sắt(phần trụ):

S0=K*S

Trong đó S=a*b

K=0.9 đối với lá thép E có bề dày 0.35mm

K=0.93 đối với lá thép E có bề dày 0.5mm

K=0.8-0.85 đối với lá thép bị han gỉ và lồi lõm’

Tiết diện thực tính theo công suất máy biến áp:

S0=1.2 =1.2 =26.83(cm2)

 Chọn chiều dài và chiều rộng của lõi lần lượt là 3.5 cm và 7.7 cmDòng điện bên cuộn sơ cấp: Isc=P/Usc=500/12=41(A)

Dòng điện bên cuộn thứ cấp: ITC=P/UTC=500/220=2.2(A)

Tính toán tiết diện của dây quấn sơ cấp và thứ cấp:

Tiết diện của dây quấn được tính theo mật độ dòng điện:

J=4(A/mm2)-công suất từ (0-50VA)

J=3.5(A/mm2)-công suất từ (50-100VA)

J=3(A/mm2)-công suất từ (100-200VA)

J=2.5(A/mm2)-công suất từ (200-500VA)

J=2(A/mm2)-công suất từ (500-1000VA)

Tính số vòng cần quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp:

Cuộn sơ cấp: Nsc=(K*Usc)/(BS0)+sai số=(45*11)/26.83+sai số=20(vòng)

Cuộn thứ cấp: Ntc=(K*Utc)/(BS0)+sai số=(45*220)/26.83+sai số=370(vòng)Trong đó K=45 ; B=1T

Như vậy khung biến áp và kích thước dây, số vòng cuộn sơ cấp đã được tính toán.Ở cuộn sơ cấp nối với nguồn 12V một chiều và mạch lực gồm 2 cuộn sơ cấp có số vòng bằng nhau được quấn cùng chiều nhau và nối chung đầu cuối để tạo thành điểm giữa chung.Điểm chung này được nối vào nguồn 12V một chiều

KẾT LUẬN

Qua quá trình lắp ráp và thử nghiệm 2 phương án trên phương án thứ nhất cần

số van nhiều hơn => cồng kềnh và khả năng chịu dòng của 2N3055 kém hơn rất nhiều so với IRF 3205.Ngoài ra độ linh hoạt của phương án thứ nhất cũng kém hơn so với phương án thứ hai.Mạch ở phương án thứ 2 có thể hiệu chỉnh được

cả tần số lẫn điện áp ra, như vậy sẽ linh hoạt hơn không đòi hỏi khắt khe về việc quấn biến áp như phương án thứ nhất

Quá trình chạy thử và những kết luận như trên nên ta sẽ lựa chọn phương án thứ hai

TÀI LIỆU THAM KHẢO