ứng dụng tl494 thiết kế mạch dc dc buck converter

Hơn thế ngành giáo dục cũng phải nỗ lực đẩy mạnh các chương trình đào tạo ký sư ngành tự động hóa để đáp ứng được việc cung cấp nhân lực trong các ngànhcông nghiệp trong nước ,trực tiếp

LỜI NÓI ĐẦU

CH ƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ

IC TL494 VÀ MẠCH DC DC BUCK CONVERTER

1.1 Tìm hiểu về IC TL494.

1.2.Mạch DC DC Buck Converter.

CH ƯƠNG 2.TÍNH TOÁN MẠCH LỰC

2.1 Mosfet IRF3205.

2.2 Cuộn cảm EE25

2.3.Tụ

2.4 Điot

2.5 Điện trở

CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 IC TL494.

3.2 IR 2103.

3.3 Tần số làm việc của IC TL494.

3.4 Hệ số khuếch đại

3.5.Tìm hệ số phân áp trong mạch

3.6.Chọn Rp để điện áp đầu ra là 5 vôn

CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

4.1.Sơ đồ đi dây.

4.2 kết quả thực nghiệm.

4.3 Phần mạch in

KẾT LUẬN

Tài liệu tham khảo :

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay , trong nền công nghiệp hóa ,hiện đại hóa giúp cho con người tiết kiệmđược thời gian và sứ lao động Đồng thời tạo điều kiện tốt để nước ta thúc đẩyquá trình hội nhập nên kinh tế thế giới , bắt kịp sự phát triển về khoa học kỹ thuật

ở các nước phát triển để ứng dụng vào sản xuất

Để có thể bắt kịp sự phát triển khoa học công nghệ ứng dụng vào trong nền sảnxuất hàng hóa tại Việt Nam thì ngành tự động hóa phải thực sự nỗ lực , cải tiếnmạnh mẽ các công nghệ sản xuất tiến tiến , hiện đại trên thế giới

Hơn thế ngành giáo dục cũng phải nỗ lực đẩy mạnh các chương trình đào tạo ký

sư ngành tự động hóa để đáp ứng được việc cung cấp nhân lực trong các ngànhcông nghiệp trong nước ,trực tiếp tham gia việc thiết kế chế tạo và điều khiển máymóc thiết bị Điều này đòi hỏi ngành giao dục phải đào tạo và cung cấp một độingũ chuyên gia , kỹ sư có trình độ và có kinh nghiệm cao cho các ngành côngnghiệp

Là một sinh viên ngành tự động hóa , em cảm thấy rất tự hào khi được học tập vànghiên cứu các bộ môn trong ngành tự động hóa Việc kết hợp học tập lý thuyếttrên lớp và thực hành tại các xưởng em cảm thấy rất hữu ích

Và đặc biệt là trong đợt thực tập cuối khóa này chúng em đã có cơ hội kiểmnghiệm tính đúng đắn và ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã được học

Đề tài thực tập cuối khóa của chúng em là :” Ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC

DC Buck converter” với 3 nội dung chính :

• Tìm hiểu công nghê :IC TL494 và mạch dc dc Buck Converter

• Tính toán mạch lực

• Tính toán mạch điều khiển

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Nguyễn Duy Đỉnh đã quan tâm và hướng dẫn, giúp đỡ nhóm 22 lớp CĐ TĐH 3 – K52 tận tụy, nhiệt tình

Em xin chân thành cám ơn !

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ

Hình 1.2 sơ đồ chân IC TL494

• Nhiệm vụ của các chân:

• chân 1,2 nhận điện áphồi tiếp về tự động điều khiển điện ápra

• chân 3 đầu ra của mạch so sánh ,có thể lấy tín hiệu báo sự cố P,G từ chânnày

• chân 4 chân lệch điều khiển hiển IC h/đ hay không ,khi chân 4 =0v thì IChoạt động,nếu chân 4>0v thì IC khoá

• chân 5,6 hai chân của mạch dao động

• chân 7,9,10 nối đất

• chân 8 chân dao động ra

• chân 11 chân dao động ra

• chân 12 nguồn Vcc 12v

• chân 13 đc nối với áp chuẩn 5v

• chân 14 từ IC đi ra điện áp chuẩn 5v

• chân 15,16 nhận điện áp hồi tiếp

• Nguyên tắc hoạt động

TL 494 là IC cố định tần số xung điều biên độ rộng điều khiển mạch sự điều biêncủa xung đầu ra dc thực hiện bằng cách so sánh các dạng sóng răng cưa tạo ra bởicác biên độ dòng điện về thời giantụ điện cho 1 trong 2 tín hiệu điều khiển Tạingõ ra đc kích hoạt trong khi điện áp răng cưa lớn hơn các tín hiệu đ/áp Khi tínhiệu điều khiển tăng trong khi đó đầu vào của răng cưa là giảm lớn hơn do đódung lượng giảm theo t/gian.Một xung lái Flip-Flop luân phiên chỉ đạo cho 2 linhkiện là 2 transistor NPN

Các tín hiệu điều khiển được bắt nguồn từ 2 nguồn : Bộ so mẫu điều khiển thờigian tắt và các mạch điều khiển độ sai lệch khuyêch đại.Đk tín hiệu tắt dần là dc

so sánh trực tiếp bởi bộ kiểm soát t.g tắt.So sánh này với 1 điện ápcố định là 100mV.Điều này tạo ra 1 khoảng thời gian tắt là 3% đó là thời giantắt tối thiểu có thểPWM so sánh tín hiệu điều khiển dc tạo ra bởi các bộ sai lệch khuếch đại , 1 chứcnăng của bộ khuếch đại lỗi là để theo dõi điện áp đầu vào của nó trong 1 tín hiệuđiều khiển của biên độ đủ để cung cấp 100%đ.chế kiểm soát Các bộ khuếch đại

có thể được sử dụng để theo dõi dòng điện và dòng cung cấp hiện đại để nạp

• Ứng dụng của TL494

Một số ứng dụng của TL494 hiện nay :

1 Dòng nạp cho nguồn điều chỉnh 5V

2 Đồng bộ hóa

TL494 có thể dễ dàng đồng bộ hóa hai hay nhiều nguồn dao động trong hệ thống.

3 Đồng bộ hóa dao động của TL494 với một nguồn xung khác

Để đồng bộ hóa các TL494 để một đồng hồ bên ngoài, các bộ dao động nội bộ cóthể được sử dụng như một răng cưa, xung điện

4 Fail-Safe operation – giữ an toàn: bảo vệ Current Limiting - Hạn dòng

Để bảo vệ bộ dao động bên trong, chúng ta dùng thêm điện trở RT và tụ CT, RT

để hạn dòng (dẫn dòng xuống mass khi hệ thống bên ngoài bị ngắn mạch), còn RTlàm tụ xả điện áp nhanh hơn trong trường hợp bộ dao động bên trong ngưng, giảmnhiễu tín hiệu dao động

5.Current Limitin : Hạn dòng

TL494 thường được dùng để hạn các dòng điện ngược hoặc dùng để hạn dòng tải

Và thường được ứng dụng trong các điều khiển DC

Cả hai bộ khuếch đại có một chế độ cho phép trực tiếp cảm biến dòng tại điện áp đầu ra Một số kỹ thuật có thể được sử dụng để hạn dòng

6 Fold-Back Current Limiting – Hạn dòng điện ngược

7 Pulse-Current Limiting: Hạn dòng xung

Các kiến trúc nội bộ của TL494 không phù hợp trực tiếp hạn chế dòng xung.Vấn đề phát sinh từ hai yếu tố:

Các bộ khuếch đại bên trong không có chức năng như một chốt, chủ yếu dành chocác ứng dụng tương tự

Xung lái flip flop quá nhạy với tín hiệu tích cực của các bộ so sánh PWM như kíchhoạt một và chuyển kết quả đầu ra của nó sớm, tức là, trước khi hoàn thành giaiđoạn dao động

Khi xung kết thúc, các tín hiệu điều khiển đầu ra lại được kích hoạt và các xungvào thời gian còn sót lại xuất hiện trên đầu ra ngược lại

8 Các ứng dụng của Tắt-Thời gian điều khiển :Chức năng chính của điều khiển

thời gian tắt là để kiểm soát tối thiểu thời gian cung cấp dòng của TL494 Điềukhiển thời gian tắt cung cấp dòng điều khiển từ 5% đến 100% thời gian tắt

d-Nhiệm vụ của TL494 trong mạch DC DC Buck converter :

-TL494 trong mạch nhận tín hiệu phản hồi từ điện áp ở đầu ra đưa về chân 1, tínhiệu tại chân 1 được so sánh với tín hiệu chuẩn tại chân số 2 qua bộ khuếch đạithuật toán Dựa trên sự sai lệch giữa hai tín hiệu để điều biến độ rộng của xung đểđóng cắt IRF3205

• EE 25

• RUZA

• IRF3205

• IN 4148

1.2.1 Giới thiệu về mạch DC DC Buck Converter : Là mạch nguồn xung hiện nay

đang được dùng rất phổ biến bởi nó có ưu điểm là hiệu suất biến đổi năng lượngcao và khả năng thay đổi linh hoạt trong thiết kế.Chẳng hạn như có thể có nhiềuđầu ra (output Voltage) với nhiều cực khác nhau từ một đầu vào đơn(single Inputvoltage)

1.2.2 Cấu tạo và nhiệm vụ của toàn mạch :

1 Cấu tạo của mạch

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch :

- Điện áp đầu ra được đưa về chân 1 của IC TL494 để làm tín hiệu phản hồi tạiđây tín hiệu phản hồi được so sánh với tín hiệu chuẩn và dựa vào sự sai lệch củahai tín hiệu này để điều chế xung điều khiển việc đóng cắt IRF3205

- Nếu Vout < 5v thì TL494 điều chế xung làm cho IRF3205 mở rộng ra để xả ápđến đầu ra

- Nếu Vout = 5v thì TL494 điều chế xung làm cho IRF3205 khóa lại để giảm ápđến đầu ra

- Tín hiệu điều khiển từ TL494 đưa vào IR2103 được kích áp để điều khiển việcđóng cắt IRF3205.

- Mạch Boostrap có nhiệm vụ thực hiện việc kích áp

CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN MẠCH LỰC

2.1 Mosfet IRF3205.

- IRF3205 là một Mosfet kênh N hay Mosfet ngược

- Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistorthông thường mà ta đã biết Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so vớiBJT Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở Mosfet có nguyêntắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trởkháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu

- Cấu tạo của Mosfet : Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện

áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ

Hình 2.1 – IRF 3205

• G : Gate gọi là cực cổng

• D : Drain gọi là cực máng

• S : Source gọi là cực nguồn

- Trong đó : G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn cònlại bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2).Hai cực còn lại là cực gốc (S) và cực máng (D) Cực máng là cực đón các hạtmang điện

- Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùnglớn,còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G

- Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệuứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDScàng nhỏ

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của Mosfet :

Hình 2.5 – Sơ đồ mạch điện thí nghiệm cho mosfet

- Cấp nguồn một chiều Ud qua một bóng đèn LED vào hai cực D và S của MosfetQ1 (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa làkhông có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện

- Khi công tắc K đóng, nguồn Ug cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V =>đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng

- Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên => Q1 khóa =>Bóngđèn tắt

=> Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng

GS như trong Transistor thông thường ( Vì MOSFET là linh kiện có trở kháng đầuvào lớn nên dòng qua GS rất nhỏ) mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm chođiện trở RDS giảm xuống

2.1.2 Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của Mosfet.

- Thời gian trễ khi đóng/mở khóa phụ thuộc giá trị các tụ kí sinh Cgs,Cgd,Cds.Tuy nhiên các thông số này thường được cho dưới dạng trị số tụ Ciss, Crss,Coss.Nhưng dưới điều kiện nhất đinh như là điện áp Ugs và Uds Ta có thể tính đượcgiá trị các tụ đó

- Thông thường thì chân của Mosfet có quy định chung không như Transitor Châncủa Mosfet được quy định: chân G ở bên trái, chân S ở bên phải còn chân D ởgiữa

Trong sơ đồ mạch này IRF3205 đóng vai trò như một khóa điện tử, nó đóng mởliên tục với tần số lớn dưới sự điều khiển của điện áp tại cực G để tạo ra chuổixung chum qua cực S

2.2 Cuộn cảm EE25

- Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơnemay cách điện, lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ nhưFerrite hay lõi thép kỹ thuật

Hình 2.1: Cấu tạo của cuộn cảm EE25

- Gông dẫn từ được làm bằng lõi ferit, hình chữ E

- Cuộn cảm EE25 có chức năng ổn định dòng điện qua tải

(2-1) Q = C×U [culông]

- Người ta thường lấy tên của tụ là tên của chất diện môi Như:

Tụ gốm: Chất điện môi là gốm

Tụ giấy: Chất điện môi là giấy

- Hai tụ phân cực 100uF-25V dùng để ổn định điện áp trước và sau khi biến đổi

Hình 2.3.2 :Tụ hóa

b, Tụ không phân cực

Hình 2.3.3 : hình dáng và kí hiệu của Tụ không phân cực

Các loại tụ nhỏ thường không phân cực Các loại tụ này thường chịu được các

điện áp cao mà thông thường là khoảng 50V hay 250V Các loại tụ không phâncực này có rất nhiều loại và có rất nhiều các hệ thống chuẩn đọc giá trị khác nhau

Trong sơ đồ mạch buck ta dùng 2 tụ không phân cực có ghi trị số là 102 và 105

Cách đọc

Hình 2.3.4

• Tụ kí hiệu 102 C = = 1000 pF = 1 nF.

• Với tụ có trị số 105 C = = 1.000.000 pF = 1000nF.

2.4 Điot

2.4.1.Điôt xung RU2A

- Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diodexung để chỉnh lưu Diode xung là Diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chụcKHz , Diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí Diode xungđược, nhưng ngựơc lại Diode xung có thể thay thế cho vị trí Diode thường, Diodexung có giá thành cao hơn Diode thường nhiều lần

- Về đặc điểm hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường,tuy nhiên Diode xung thường có vòng đánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng haivòng

Hình 2.5.2: Đèn led và kí hiệu trong mạch

- Điện trở 330 Ω nối tiếp với LED để hạn chế dòng qua LED

- Led được sử dụng trong mạch DC DC Buck Converter để báo trạng thái có điện

CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của TL494 như sau:

Bảng 3.1 – thông số kĩ thuật của TL494

Hình 3.2.2 – Sơ đồ chân của IR 2103

3.2.2 Cấu trúc bên trong của IR2103 mô tả:

Hình 3.2.3 - Cấu trúc bên trong IR 2103

3.2.3 Các thông số kĩ thuật của IR2103 như sau:

Bảng 3.3 :Thông số kĩ thuật của IR2103

3.5.Tìm hệ số phân áp trong mạch

Hình 3.5

- Ta tính được hệ số phân áp của mạch là:

Kpa =

3.6.Chọn Rp để điện áp đầu ra là 5 vôn

- Điều kiện lý tưởng của khuếch đại thuật toán là:

CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM4.1.Sơ đồ đi dây

Hình 4.1 :sơ đồ đi dây

4.2 kết quả thực nghiệm.

4.2.1.Sơ đồ mặt phải :

Hình 4.2.14.2.2.Sơ đồ mặt trái :

Hình 4.2.24.2.3 Bảng thống kê số liệu

-Thiết bị đo : Đồng hồ vạn năng

Điện áptrên tải(V )

Dòng quatải(A)

Không có

3 3.5

Tải ấm

Nguyên nhân:

•Dây đồng quấn không được đều và chắc chắn

•Hai lõi Ferit ghép chưa sát nhau làm cho từ trở của mạch từ tăng lên dẫn đếndòng điện trong cuộn cảm tăng lên

•Lực điện từ do cuộn cảm sinh ra lớn

•Các vòng đây quấn chưa chặt và còn ít nên dòng điện qua tải không ổn địnhlàm cho từ trường do cuộn dây sinh ra cũng không ổn địnhtừ thông khépmạch trong lõi Ferit và qua không khí cũng không ổn định

• Lực điện từ sinh ra làm cho lõi Ferit dao động và va đập vào nhau phát

Với đề tài “Ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC Buck converter” , qua bảy

tuần thực tập em đã tổng hợp được khá nhiều lượng kiến thức đã được học trêngiảng đường ,sách vở, em đã hiểu được rõ hơn về nhiều kiến thức thực tế quý báu

Nó giúp em củng cố hơn về những kiến thức lý thuyết đã học và tích lũy thêmnhững kinh nghiệm trong công việc sau này

Em đã học được rằng sau này mỗi bài thực hành từ quy trình công nghệ bắt đầuđến khi kết thúc và rèn luyện cho bản thân sự tỉ mỉ , tính kiên trì cẩn thận, làm việcchính xác.

Ngoài việc tìm hiểu về ứng dụng của TL494 trong việc thiết kế mạch DC DCBuck converter em còn hiểu thêm về những tác phong làm việc , các thu thập ,tìmtòi các linh kiện và khả năng làm việc theo nhóm

Để hoàn thành được đợt thực tập này ngoài sự cố gắng nỗ lực cuẩ bản thân và sựhợp tác giữa các thành viên trong nhóm 22 lớp tự động hóa 3 K53, chúng em cònđược sự hướng dẫn tận tụy , sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo Nguyễn Duy Đỉnh

Do thời gian và năng lực bản thân còn hạn chế nên kết quả của em chắc chắncòn nhiều thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của thầy cô

Tài liệu tham khảo :

[1] Võ Minh Chính ,Trần Trọng Minh ,Phạm Quóc Hải- Điện tử công suất - NXBKhoa học và kỹ thuật 2007

[2] Lê Văn Doanh - Điện tử công suất - NXB Khoa học và kỹ thuật 2007

[3] Datasheet của IC TL494 , IR2103,IRF3205.