BÁO cáo vật lí bán dẫn tìm hiểu về nguồn xung (DC DC converter)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN GVHD: Phan Võ Kim Anhh LỚP L01_NHÓM Phạm Văn Anh Bùi Đặng Khương Duy Lê Trung Hiếu Trương Thị Mỹ Quyên THÁNG 05/2022 – TP.HCM BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HỒN THÀNH CƠNG VIỆC NHĨM 9_L01 HỌ TÊN Phạm Văn Anh MSSV 2110754 NHIỆM VỤ Phân tích sơ đồ mạch ĐÁNH GIÁ 100% Bùi Đặng Khương Duy Lê Trung Hiếu Trương Thị Mỹ Quyên BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHÓM GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI Như biết nguồn điện phần quan trọng mạch điện hay hệ thống điện Nguồn điện ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động mạch hay hệ thống Đối với mạch điện hay hệ thống cần địi hỏi nguồn đầu vào khác từ nguồn đầu vào cố định hay có sẵn Nguồn DC sử dụng rộng rãi sử dụng hầu hết mạch điện hay hệ thống điện Nhưng để sử dụng nguồn DC vào hệ thống nguồn DC cần phải biến đổi thành nguồn DC khác hay nhiều nguồn DC cung cấp cho hệ thống Ví dụ có nguồn đầu vào 12V mà hệ thống chạy tới 100V lúc phải biến đổi điện áp từ 12V lên 100V để chạy hệ thống Trong đề tài Bài tập lớn nhóm Nhóm 9_L01 Tìm hiểu Nguồn xung (DC/DC converter) Với hướng dẫn, hỗ trợ tận tình cô Phan Võ Kim Anh, anh chị, bạn bè, nhóm hồn thành đề tài giao cho Nhóm xin gửi lời cảm ơn cô Kim Anh, anh chị, bạn bè giúp đỡ suốt thời gian hoàn thiện đề tài MỤC LỤC ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HỒN THÀNH CƠNG VIỆC NHĨM 9_L01 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI MỤC LỤC I TÌM HIỂU VỀ NGUỒN XUNG (DC/DC CONVERTER) II PHÂN TÍCH MẠCH 14 III TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM I TÌM HIỂU VỀ NGUỒN XUNG (DC/DC CONVERTER) Hình 1.1 Hiện nguồn xung hay nói cách khác nguồn biến đổi DC-DC sử dụng phổ biến hầu hết mạch điện hệ thống điện tự động Với ưu điểm khả cho hiệu suất đầu cao, tổn hao thấp, ổn định điện áp đầu đầu vào thay đổi, cho nhiều đầu với đầu vào Nguồn xung có nhiều loại khác chia thành nhóm nguồn : Cách ly khơng cách ly[separator] * Nhóm nguồn khơng cách ly : + Boot + Buck + Buck - Boot * Nhóm nguồn cách ly : + flyback + Forward + Push-pull + Half Bridge + Mỗi loại nguồn có ưu nhược điểm khác Nên tùy theo yêu cầu nguồn mà ta chọn kiểu nguồn xung Sau nguyên tắc hoạt động nguồn nói nguồn hay dùng thực tế : Nguồn xung kiểu : Buck - Đây kiểu biến đổi nguồn cho điện áp đầu nhỏ so với điện áp đầu vào tức V[sub]in[/sub] 1) chế độ gián đoạn (dịng qua thức cấp ln 0) - Một mạch ứng dụng nguồn dùng Flyback sau: 10 BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM Đây mạch nâng ấp dùng nguồn chuyển đổi flyback Điện áp đầu vào 12V cho đầu tới 180V Sử dụng IC555 có ổn định điện áp đầu Nguồn xung kiểu : Push-Pull - Đây dạng kiểu nguồn xung truyền công suất gián tiếp thông qua biến áp, cho điện áp đầu nhỏ hay lớn so với điện áp đầu vào từ điện áp đầu vào cho nhiều điện áp đầu Nó gọi nguồn đẩy kéo - Xét sơ đồ nguyên lý sau : 11 BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM + Đối với nguồn xung loại Push-Pull dùng tới van để đóng cắt biến áp xung van dẫn nửa chu kì Nguyên tắc gần giống với nguồn flyback + Khi A mở B đóng cuộn dây Np phía sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía thứ cấp có điện điện áp sinh có cực tính + Dịng điện bên thứ cấp qua Diode cấp cho tải Như hình vẽ + Khi B mở A đóng cuộn dây Np phía sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía thứ cấp có điện điện áp sinh cực tính - Như hình vẽ: Với việc đóng cắt liên tục hai van ln ln xuất dịng điện liên tục tải Chính ưu điểm mà nguồn Push Pull cho hiệu suất biến đổi cao dùng nhiều nguồn UPS, Inverter Cơng thức tính cho nguồn Push-Pull Với : =Điện áp đầu -V = Điện áp đầu vào - Volts n2=0.5 x cuộn dây thứ cấp Tức cuộn dây thứ cấp quấn sau chia 1/2 Đợn vị tính Vịng n1=Cuộn dây sơ cấp f = Tần số đóng cắt - Hertz Ton,A = thời gian mở Van A - Seconds Ton,B = Thời gian mở Van B - Seconds - Một số lưu ý dùng nguồn đẩy kéo: + Trong thời điểm khơng hai van A B dẫn Mỗi van dẫn nửa chu kì Khi van mở van phải đóng ngược lại + Thời gian mở van phải xác, van cần phải có thời gian chết để đảm bảo cho hai van không dẫn Tham khảo sơ đồ ứng dụngh mạch Push-Pull 12 BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM Trong mạch nguồn đẩy kéo chức nâng điện áp từ 12V lên tới 310V TL494 làm chức tạo xung đóng cắt có thời gian chết để điều khiển van đóng cắt Cịn nhiều kiểu nguồn xung khác tơi nói đến nguồn hay dùg Các bạn tham khảo thêm nguồn tài liệu hay giáo trình Các tiêu quan tâm lựa chọn nguồn xung biến đổi DC - DC : - Cách ly/không cách ly: Điện áp đầu có cần cách ly với đầu vào khơng? Nếu khơng cần cách ly sử dụng loại không cách ly hay truyền công suất trực tiếp cho hiệu truyền cơng suất cao kiểu truyền thông qua lõi hay nhóm cách ly - Số mức điện áp đầu ra: Cần phải xem đầu có đầu ra? Nếu mà có nhiều đầu dạng nguồn flyback cho phép tạo nhiều mức điện áp đầu ổn định Trong loại nguồn khác khơng tạo khó xác - Công suất: Cần xem công suất nào? Trong dạng nguồn cách ly nguồn đẩy kéo hay PushPull thường tạo công suất cao so với dạng khác so với dạng nguồn không cách ly - Hiệu lõi: Công suất truyền/1 đơn vị khối lượng lõi: Hiệu lõi cao khối 13 BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM lượng lõi thấp - nguồn nhẹ.Nên nguồn xung sử dụng lõi Ferit cho hiệu suất cao Trong nhóm nguồn cách ly nguồn đẩy kéo có hiệu lõi cao cách ly với đầu vào Nhưng cơng suất q lớn bị giới hạn lõi phải chuyển sang dùng nguồn không cách ly hay truyền trưc tiếp => Nguồn xung vừa gọn nhẹ vừa xác có tính ổn định cao Ưu việt tính linh hoạt II PHÂN TÍCH MẠCH Chu kì đóng ngắt cơng tắt T Thời gian đóng Ton, thời gian ngắt Toff Hệ số đặc trưng cho độ rộng xung dương Ta viết phương trình cân điện cơng tắt đóng ngắt 14 BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM ＊ Khi cơng tắt đóng: Diode phân cực ngược, điện áp qua cuộn dây Vr = Vs - Vo Giả thiết điện áp nhấp nhô nhỏ xem điện áp ngõ số Ta có: VL = L IL(ON) = ＊ Khi công tắt mở: Suất điện động tự cảm ngược chiều điện áp đặt vào cuộn dây -Vo diode phân cực thuận, cuộn dây xả điện qua tải R, tụ lọc C qua Diode (hình) Dịng điện cuộn dây là: IL(OFF) = Ở trạng thái cân bằng, dòng điện vào cuộn dây ngược chiều Ta có: IL(ON) + IL(OFF) = => Do ta có Dịng điện nhấp nhơ qua cuộn chinh dòng qua tải : Iripple = ∆ = Do giá trị cuộn cảm dây : L =i Ngoài IL(max) = IL(min) = Để đảm bảo dông diện tải không âm : Xem xét dòng điện qua tụ điện: Điện áp tụ bắt đầu nạp từ Vmin đến Vmax tương ứng dòng điện tụ điện tăng từ lên max giảm (phần dịng điện dương) Ta có phương trình cân nút: IC = IL – I0 Tại thời điểm ban đầu t=0 IL=0 nên: Tại thời điểm t = dt Điện lượng nap vào tụ thời gian t: Q(t) = Với => Nhận xét: - Độ nhấp nhô mạch DC-DC thưởng nhỏ 1% - Khi thiết kế, việc chọn giá trị tự cảm cuộn dây nhỏ làm cho dịng điện nhấp nhơ tăng lên, đòi hỏi tụ điện phải lớn để đảm bảo độ nhấp nhô cho trước - Tăng tần số f mạch kích làm cho độ nhấp nhơ giảm, tồn hao đóng ngắt qua cơng tắt tăng lên, hiệu suất nguồn giảm xuống * Vai trò, chế độ hoạt động linh kiện mạch: Diode : Khi linh kiện bán dẫn tắt dòng qua tải lấy từ cuộn dây hay cuộn cảm mạch phần nhỏ tụ điện, lúc diode dẫn lập trình dịng qua tải dịng điện qua diode phải đảm bảo thực 15 BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHÓM nhiệm vụ bảo vệ linh kiện bán dẫn khỏi bị hỏng điện áp ngược cắt dịng đặt lên Khóa chuyển mạch điện tử : chuyển đổi điê ¢n áp dịng điê ¢n pha Cuộn cảm : Dùng để chặn dòng điện cao tần mạch điện Trong mạch Buck (hạ áp),khi dòng điện đầu đạt tới ngưỡng giá trị yêu cầu lập tực cảm đổi chiều dòng điện khiến diode phân cực ngược Tụ điện : Trong mạch DC tụ điện trở thành tụ lọc khiến dịng điện không tăng đột ngột mà chúng tăng từ từ, điện áp đầu tải từ từ tăng lên, lúc diode không dẫn điện bị phân cực ngược III TÀI LIỆU THAM KHẢO Semiconductor Physics and Devices_Basic Principles_Fourth Edition_Donald A Neamen_University of New Mexico - 16 ... KHẢO 16 BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM I TÌM HIỂU VỀ NGUỒN XUNG (DC/ DC CONVERTER) Hình 1.1 Hiện nguồn xung hay nói cách khác nguồn biến đổi DC- DC sử dụng phổ biến hầu hết mạch... Do nên nguồn buck sử dụng nhiều mạch giảm áp nguồn DC ví dụ từ điện áp 100VDC mà muốn hạ xuống 12VDC dùng nguồn Buck hợp lý Dưới ứng dụng nguồn Buck việc tạo nguồn 3.3V BÁO CÁO VẬT LÍ BÁN DẪN _L01_NHĨM... THIỆU VỀ ĐỀ TÀI MỤC LỤC I TÌM HIỂU VỀ NGUỒN XUNG (DC/ DC CONVERTER) II PHÂN TÍCH MẠCH 14 III TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 BÁO CÁO VẬT