Đề tài : Sử dụng bộ biến đổi push - pull converter trong điện tử công suất.

Lời mở đầu Ngày nay điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại như truyền thông điện, giao thông, đường sắt, các quá trình điện phân trong công nghiệp hoá chất, trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau… Một cách đơn giản nhất có thể hiểu điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các bộ biến đổi là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công suất Bộ biến đổi push – pull converter là một bộ biến đổi được thiết kế theo kiểu DC – DC với việc sử dụng IC TL494 có độ lớn điện áp đầu ra có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn điện áp đầu vào. Việc áp dụng nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi push-pull nói riêng và môn điện tử công suất nói chung đã góp phần giải quyết những bài toán kĩ thuật phức tạp trong lĩnh vực tự động hoá cũng như trong đời sống hàng ngày. Giúp nâng cao và cải thiện chất lượng cuộc sống. Đối với sinh viên tự động hoá, môn học điện tử công suất là một môn rất quan trọng. Với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trong khoa chúng em đã từng bước tiếp cận môn học. Để có thể nắm vững lý thuyết và áp dụng vào thực tế, ở học kì này chúng em được thầy giáo cho đồ án môn học với đề tài về việc “Sử dụng bộ biến đổi push - pull converter trong điện tử công suất”. Đây là một đề tài có nhiều ứng dụng trong thực tế. Với sự cố gắng của các bạn trong nhóm cùng với sự chỉ bảo của thầy trong bộ môn và đặc biệt là thầy Kiên Trung đã giúp chúng em hoàn thành đề tài này Song với lượng kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn, bản báo cáo thực tập của chúng em không tránh khỏi những sai sót và hạn chế rất mong được sự chỉ bảo góp ý của các thầy cô và bạn về Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nhóm sinh viên thực tập lớp K16-CDBK 1 Mục lục Phần 1:Nguồn DC/DC theo kiểu push - pull 1.Giới thiệu một số loại nguồn DC - DC 2.Sơ đồ nguyên lý nguồn DC – DC push – pull (đẩy kéo) 3.Phân tích nguyên lí làm việc 4.Tính toán tham số Phần 2:Giới thiệu về IC TL494 1.Chức năng và sơ đồ chân linh kiện 2.Sơ đồ khối 3.Các tham số cơ bản Phần 3:Thiết kế nguồn DC/DC theo biến đổi đẩy-kéo sử dụng IC TL494 1.Sơ đồ nguyên lý 2.Phân tích nguyên lý làm việc 3.Tính toán chon các phần tử 4.Kết quả thực ngiệm Phần 4.Kết luận 2 Phần 1:Nguồn DC-DC theo kiểu đẩy kéo Giới thiệu một số loại nguồn DC – DC Buck: dùng để chuyển đổi điện áp (DC) xuống mức thấp hơn. Đây là một trong những bộ biến đổi kiểu switching hay được dùng nhất là kiểu Buck converter.Dùng để biến đổi điện áp một chiều sang một điện áp thấp hơn có cùng cực tính .Đây là điều cần thiết đối với các hệ thống sử dụng các cấp điện áp cỡ 24- 40V cần phải chuyển xuống thấp hơn 15 – 12- 5 V…với tổn hao rất thấp.Khi công tắc đóng nối Vin với cuộn cảm,dòng điện tăng lên trong cuộn cảm,tụ điện đang trong quá trình nạp.Khi công tắc ngắt ,dòng điện giảm từ từ ,điện áp sẽ sinh ra trong cuộn cảm sẽ có xu hướng giũ cho dòng điện không đổi,tụ điện bắt đầu phóng điện .Giá trị dòng điện ra tải là giá trị trung bình của dong qua cuộn cảm . -Boost: cung cấp điện áp ra cao hơn điện áp đầu vào. Khi công tắc đóng ,điện áp sẽ làm cho dòng qua cuộn cảm tăng lên ,dòng tải cấp bởi tụ điện . Khi công tắc ngắt ,dòng qua cuộn cảm giảm gây nên ở cuối của cuộn dây một điện ap cùng với điện áp Vin (điện áp trên tụ) làm cho điện áp đầu ra của tải cao hơn điện áp đầu vào Dòng ra và công suất ra tải:dòng tải ra và dòng qua phần tử đóng cắt – các transitor không bằng nhau và giá trị dòng ra của tải bao giờ cũng nhỏ hơn dòng qua các transitor đóng ngắt.Công suất đầu vào bao giờ cũng lớn hơn đầu ra .Do đó ,nếu điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào thì cũng đồng nghĩa với dòng điện đầu ra nhỏ hơn dòng vào. -Buck-Boost: Điện áp ra ngược cực tính so với điện áp vào. Đây là bộ switching đảo ,lấy điện áp một chiều đầu vào và đưa ra đầu ra điện áp một chiều có cực tính ngược lại so với đầu vào .Độ lớn điện áp đầu ra có thể nhỏ hơn hoăc lớn hơn đầu vào. Khi công tắc đóng ON ,điện áp Vin sinh dòng điện tăng dần trong cuộn cảm ,lúc này dòng ra tải là dòng điện phóng ra của tụ.Khi công tắc ngắt OFF dòng điện giảm dần trong cuộn cảm sinh ra điện áp trên cuộn ,diode dẫn cho phép dong nạp cho tụ và cung cấp cho tải. -Fly-back: Điện áp ra nhỏ hơn hoặc lớn hơn đầu vào và có nhiều đầu ra multi output). Trong các mô hình nguồn switching,mô hình kiểu Flyback là linh hoạt nhất. Cho phép người thiết kế tạo ra một hoặc nhiều cấp điện áp ra (kể cả đảo chiều cực tính) Các bộ biến đổi kiểu Flyback được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sử dụng nguồn pin hoặc acqui, có một nguồn điện áp vào duy nhất để cung cấp 3 cho hệ thống cần nhiều cấp điện áp(+5V,+12V,-12V) với hiệu suất chuyển đổi cao. Đặc điểm quan trọng của bộ biến đổi Flyback là pha(cực tính) của biến áp xung được biểu diễn bởi các dấu chấm trên các cuộn sơ cấp và thứ cấp. Khi công tắc đóng (ON),điện áp vào làm dòng điện qua cuộn sơ cấp tăng dần.Chú ý cực tính của điện áp trong cuộn sơ cấp là chiều âm ở nơi có điểm chấm và sinh ra điện áp cùng cực tính ở cuộn thứ cấp.(Độ lớn được quyết định bởi tỉ lệ số vòng dây sơ cấp – thứ cấp). Điện áp ở cuộn thứ cấp khoá diode chặn dòng qua cuộn thứ cấp trong thời gian công tắc đóng .Trong khoảng thời gian này,dòng tải được cấp bởi tụ điện phóng theo chiều như hình. Khi công tắc ngắt, dòng điện giảm dần trong cuộn thứ cấp là đảo chiều điện áp trên cuộn thứ cấp, mở diode cấp dòng qua tải và nạp cho tụ điện. Bộ biến đổi Flyback hoạt động cả ở hai chế độ liên tục (dòng qua cuộn thứ cấp luôn >0) hoặc chế độ gián đoạn (dòng thứ cấp trở về 0 ở mỗi chu kì) -Một số mô hình biến đổi dùng nhiều transitor được sử dụng: +Push-pull: Bộ biến đổi dùng hai transitor có hiệu quả đặc biệt ở điện áp thấp Dùng hai transitor để biến đổi DC-DC .Mỗi transitor lần lượt dẫn trong mỗi nửa chi kỳ và không bao giờ cùng dẫn.Khi transitor A dẫn thì cuộn sơ cấp phía trên được cấp điện,tương tự khi transitor B dẫn thì cuôn sơ cấp bên dưới có điện .điện áp đầu ra được lấy bên sơ cấp qua diode ra tải. +Half-Brigde: Dùng 2 transitor biến đổi cho các ứng dụng offline +Full-Brigde: Dùng 4 transitor – có thể cho công suất đầu ra cao nhất đối với tất cả các loại nguồn kể trên. 2. S ơ đồ nguyên lý nguồn DC – DC push – pull (đẩy kéo) 4 3.Phân tích nguyên lí làm việc -Chuyển đổi theo kiểu push – pull hay là chuyển đổi theo kiểu đẩy kéo +Khi chuyển đổi ở Mosfet 1 là ON (chuyển đổi ở Mosfet 2 là OFF) thì năng lượng được chuyển giao cho các phụ tải thông qua biến áp và diode D2 +Khi chuyển đổi ở Mosfet 2 là ON (chuyển đổi ở Mosfet 1 là OFF) thì năng lượng được chuyển giao cho phụ tải qua máy biến áp và diode D1 Chu kỳ cứ lặp đi lặp lại 2 trạng thái ngắt mở của mosfet 1 và 2 tạo điện áp đầu ra liên tục ở đầu ra máy biến áp. *Đặc điểm - Dùng hai transitor để biến đổi DC-DC .Mỗi transitor lần lượt dẫn trong mỗi nửa chi kỳ và không bao giờ cùng dẫn. -Điện áp đầu vào và đầu ra được cách ly với nhau,đảm bảo an toàn cho người và thiết bị bên đầu vào 5 4.Tính toán tham số - Việc chuyển đổi kéo đẩy cho máy biến áp tần số cao với một điện áp ra xoay chiều, nơi tiêu cực cũng như một nửa năng lượng tích cực swing transferes. Các điện áp được chính V1can + Vin,-Vin hay không tùy thuộc vào cặp của bóng bán dẫn (T1, T4 hoặc T2, T3) được bật lên hay là tắt. Ở phía thứ cấp điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và mịn màng qua tụ lọc cuộn cảm L và tụ lọc C out - Các chu kỳ nhiệm vụ t 1 /T về mặt lý thuyết có thể làm tăng tới 100%. Điều này là không thể trong thực tế vì Transitor được kết nối nối tiếp các bóng bán dẫn T1, T2 hoặc T3, T4 phải được chuyển với một sự khác biệt thời gian tránh ngắn mạch của nguồn cung cấp đầu vào. Tỉ lệ của máy biến áp phải được tính Các bóng bán dẫn của bộ chuyển đổi kéo đẩy có thể được chuyển đổi với các nhiệm vụ tối đa với chu kỳ là 0,5s. Điều này dẫn đến chu kỳ nhiệm vụ tối đa sau khi chỉnh t1 / T = 1. 6 Phần 2:Giới thiệu về IC TL494 1.Chức năng và sơ đồ chân linh kiện *Chức năng TL494: TL 494 là IC cố định tần số xung điều biến độ rộng (pwm )điều khiển mạch được thiết kế chủ yếu cho nguồn cung cấp +Hoàn thành điều biến độ rộng điều khiển mạch +Bộ dao động mạch chủ hay hoạt động phụ +Lỗi khuếch đại trên chip +Phản hồi trên chip +Điền chỉnh thời gian tắt +Đánh giá tỷ lệ điều chỉnh điện áp cho nguồn hay tản nhiệt +Kiểm soát đầu ra cho kéo – đẩy hoặc kết thúc hoạt động đơn +Điện áp khóa dưới *Sơ đồ chân TL494 7 * Nhiệm vụ các chân: + Chân 1 và chân 2 - Nhận điện áp hồi tiếp về để tự động điều khiển điện áp ra. + Chân 3 đầu ra của mạch so sánh, có thể lấy ra tín hiệu báo sự cố P.G từ chân này + Chân 4 - Chân lệnh điều khiển cho IC hoạt động hay không, khi chân 4 bằng 0V thì IC hoạt động, khi chân 4 >0 V thì IC bị khoá. + Chân 5 và 6 - là hai chân của mạch tạo dao động + Chân 7 - nối mass + Chân 8 - Chân dao động ra + Chân 9 - Nối mass + Chân 10 - Nối mass + Chân 11 - Chân dao động ra + Chân 12 - Nguồn Vcc 12V + Chân 13 - Được nối với áp chuẩn 5V + Chân 14 - Từ IC đi ra điện áp chuẩn 5V + Chân 15 và 16 nhận điện áp hồi tiếp 2.Sơ đồ khối 8 3.Các tham số cơ bản ĐIỀU KIỆN HOẠT ĐỘNG TL 494 Đặc điểm Ký hiệu Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất Đơn vị Nguồn cung cấp VCC 7,0 15 40 V Nhóm hiệu điện thế đầu ra VC1,VC2 - 30 40 V Nhóm đầu ra hiện tại IC1,IC2 - - mA Hiệu điện thế khuếch đại đầu vào Vin -0,3 - VCC-2.0 V Thong tin phản hồi lfb - - 0.3 mA Kết quả thực nghiệm lref - - 10 mA Thời gian điện trở RT 1.8 30 500 K& Thời gian tụ CT 0.0047 0.001 10 ∝F Tần số dao động foso 1.0 40 200 kHz 9 Đặc tính điện(VCC = 15V ,CT =0.01∝F ,RT=12k&) Đặc tính Ký hiệu Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất Đơn vị Phần tham chiếu Điện áp tham chiếu Vref 4.75 5.0 5.25 V Quy đinh dòng Regline - 2.0 25 mV Quy định tải Regload - 3.0 15 mV Ngắn mạch đầu ra ISC 15 35 75 mA Phần sản xuẩt Tiêu chuẩn quốc gia IC(off) - 2.0 100 ∝A Phôi tiêu chuẩn quốc gia IE(off) - - -100 ∝A Điện áp bão hòa Vsat(C) Vsat(E) - - 1.1 1.5 1.3 2.5 V Giới hạn điều khiển đầu ra IOCL IOCH - - 10 0.2 - 3.5 ∝A mA Điện áp đẩu ra tăng theo thời gian tr Điện áp đẩu ra giảm theo thời gian tf *Đặc tính điện Đặc tính Ký hiệu Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất Đơn vị Lỗi phần khuếch đại Điện áp bù đắp đầu vào VIO - 2.0 10 mV Hướng đầu vào hiện tại IIO - 5.0 250 nA Chế độ điện áp đầu vào IIB - -0.1 -0.1 A Mở vòng áp tăng VICR -0.3 tới VCC -2.0 V Sự thống nhất tăng tần số AVOL 70 95 - dB Giai đoạn thống nhất fC- - 350 - kHz Chế độ tỷ số loại thường găp m - 65 - deg Chế độ tỷ số nguồn cung cấp CMRR 65 90 - dB Tản nhiệt đầu ra PSRR - 100 - dB Nguồn đầu ra IO+ 2.0 -4.0 - mA Phần so sánh Ngưỡng điện áp đầu ra VTH - 2.5 4.5 V Tản nhiệt đầu vào II- 0.3 0.7 - mA Điều khiển thời gian tắt Hướng đầu vào hiện tại IIB - -2.0 4.5 V Chu kỳ tôi đa ,mỗi đầu ra ,đẩy-kéo DCmax Ngưỡng điện áp đầu vào Bộ dao động Tần số fosc - 40 - kHz Tiêu chuẩn độ lệch tần số fosc - 3.0 - % Tần số thay đổi theo hiệu điện thế -fosc - 0.1 - % 10 [...]... động sẽ trở thành: fOSC = 1/(RT × CT) Tuy nhiên, tần số dao động bằng tần số ra chỉ dành cho duy nhất-đã kết thúc ứng dụng Đối với các ứng dụng push- pull, tần số đầu ra là một nửa tần số dao động Single-kết thúc ứng dụng: f = 1/(RT × CT) Push- pull ứng dụng: s f = 1/(2RT × CT) Bộ dao động này được lập trình trong một phạm vi của 1 kHz đến 300 kHz Giá trị thiết thực cho RT và CT phạm vi từ 1 kΩ tới 500 kΩ... quá trình chuyển đổi turnoff là mong muốn, một bên ngoài phủ sóng răng cưa dốc (xem Hình 33) có thể được sử dụng mà không làm giảm các hiệu suất tổng thể của TL494 này 29 Phần 3:Thiết kế nguồn DC/DC theo biến đổi đẩy-kéo sử dụng IC TL494 1.Sơ đồ nguyên lý 2.Phân tích nguyên lý làm việc -TL494 hoạt động +Điện áp :7 v đến 40v +Nhiệt độ : -5 5 0C đến +1250C +Tần số dao động :1 đến 200KHz -TL494 là IC cố... phân áp như hình 23 - Current Limiting - 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 - Fold-Back Current Limiting – Hạn dòng điện ngược Hình 24 – mạch này sử dụng cầu phân áp để... kỹ thuật tăng dòng tải sử dụng TL494 Đồng bộ hóa TL494 có thể dễ dàng đồng bộ hóa hai hay nhiều nguồn dao động trong hệ thống Các bộ tự dao động chỉ được sử dụng để tạo các dạng sóng răng cưa mà tụ điện là phần tử đảm nhiệm chức năng này, và các bộ tự dao động này có thể bị khống chế bởi sóng răng cưa được cung cấp ngoài với các thiết bị đầu cuối - Master / Slave đồng bộ Để đồng bộ hóa hai hoặc nhiều... đầu khi điện áp trên tụ C chưa nạp thì thông qua cầu phân áp R1, R2 tải hoạt động bình thường Khi tụ C được nạp điện áp thì điện áp tại cực B (Q1) sụt áp, giảm dòng tải Các kết quả đầu ra đặc điểm được thể hiện trong hình 25 - Pulse-Current Limiting: Hạn dòng xung Các kiến trúc nội bộ của TL494 không phù hợp trực tiếp hạn chế dòng xung Các vấn đề phát sinh từ hai yếu t : • Các bộ khuếch đại bên trong. .. operation – giữ an toàn: bảo vệ 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 RT làm tụ xả điện áp nhanh hơn trong trường hợp bộ dao động bên trong ngưng, giảm nhiễu tín hiệu dao động 22 Thiết kế của TL494 các sử dụng cả hai bộ khuếch đại không đảo và đảo Việc điều khiển mạch trong hình 11, có thể... và CT Các bộ dao động làm việc trên thời gian nạp xả của tụ điện CT, với một dòng điên không đổi, các giá trị trong số đó là xác định bởi điện trở RT Điều này tạo ra một dạng sóng điện áp tuyến tính-đoạn đường nối Khi điện áp qua CT đạt 3 V.Việc nạp được xác định theo công thức: Inạp = 3 V/RT Chu kỳ của dạng sóng răng cưa l : T = (3 V × CT)/ICHARGE (2) 31 Các tần số dao động sẽ trở thành: fOSC = 1/(RT... thay đổi điện áp từ 0,5 V đến 3,5 V -Bộ khuếch đại sai lệch Một sơ đồ của mạch khuếch đại sai lệch được hiển thị trong hình 9 16 Cả hai bộ khuếch đại sai lệch hoạt động dựa vào sự chênh lệch điện áp giữa các nguồn cung cấp Vi, và phạm vi chênh lệch điện áp cho phép ở nguồn Vi là 0,3V đến 2 V so với Vi Cả hai bộ khuếch đại đều hoạt động và tín hiệu ở đầu ra luôn ở mức cao Điều này cho phép mỗi bộ khuếch... cách điều khiển ngõ vào khác nhau - Ngõ ra- Điều khiển ngõ vào Bộ điều khiển ngõ vào –ngõ rar xác định xem ngõ ra của các Transistor là hoạt động song song hay push- pull đầu vào này là nguồn cung cấp cho các flop xung lái-lật (xem Hình 14) 18 Sự điều khiển đầu vào đầu ra là không đồng bộ và có sự điều khiển trực tiếp trên đầu ra, của bộ dao động hoặc xung lái-flip-flop Đối với hoạt động song song,... tới tần số dao động của mạch đầu ra - Ở mạch này chân 9 và 10 là 2 chân đưa điện áp ra và cấp cho 2 mosfet IRF44N tại đây xung vuông từ IC tạo ra sẽ được khuếch đại rồi đưa vào biến áp xung - Đầu ra của biến áp xung là điện áp ta cần dùng điện 1 chiều được lấy qua diode , và được lọc san phẳng qua tụ hóa và tụ đất 3.Tính toán chon các phần tử - Các linh kiện trong mạch: +R1= 1K +R2=2.6K +R3=10K +R4=R5=1K . việc Sử dụng bộ biến đổi push - pull converter trong điện tử công suất . Đây là một đề tài có nhiều ứng dụng trong thực tế. Với sự cố gắng của các bạn trong nhóm cùng với sự chỉ bảo của thầy trong. của điện tử công suất Bộ biến đổi push – pull converter là một bộ biến đổi được thiết kế theo kiểu DC – DC với việc sử dụng IC TL494 có độ lớn điện áp đầu ra có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn điện. mỗi chu kì) -Một số mô hình biến đổi dùng nhiều transitor được sử dụng: +Push- pull: Bộ biến đổi dùng hai transitor có hiệu quả đặc biệt ở điện áp thấp Dùng hai transitor để biến đổi DC-DC .Mỗi