Luận văn thiết kếdriver đèn đường led dimming

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ DRIVER ĐÈN ĐƯỜNG LED DIMMING GVHD:Th.S VŨ HÙNG CƯỜNG K.S HÀ QUỐC MINH SVTH: NGUYỄN QUỐC NAM (DH31400738) Tp.Hồ Chí Minh Tháng 8/2018 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ DRIVER ĐÈN ĐƯỜNG LED DIMMING GVHD:Th.S VŨ HÙNG CƯỜNG K.S HÀ QUỐC MINH SVTH:NGUYỄN QUỐC NAM (DH31400738) LỚP: D14-DDT01 i NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ii NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN (Ký ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Luận văn khó hồn thành khơng đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy ThS Vũ Hùng Cƣờng KS Hà Quốc Minh Em cảm ơn tài hiệu hữu ích thầy Cƣờng cung cấp Em cảm ơn hỗ trợ vật chất để thực thử nghiệm sản phẩm thiết kế tốt nghiệp từ anh Minh Ngồi em xin cảm ơn thầy khoa Điện – Điện tử trƣờng Đại học Công nghệ Sài Gòn tạo điều kiện cho em đƣợc làm luận văn dƣới hƣớng dẫn thầy Nội dung luận văn mẻ em em coi việc nghiên cứu thực nhƣ thử thách trƣớc ngƣỡng cửa đời Công việc thiết kế hội tốt để em tập dợt góp phần thực sản phẩm điện tử ứng dụng nhằm hoàn thiện kỹ thiết kế mà ngƣời kỹ sƣ cần có Hai tháng thực luận văn em thực ngắn khối lƣợng công việc phải làm Càng sâu vào đề tài, em hiểu kiến thức mở rộng môn học Điện tử công suất phần liên quan ứng dụng kỹ thuật chiếu sáng Việc tiếp thu khối lƣợng kiến thức mở rộng gần nhƣ chiếm đa số thời gian đề tài thực em Em cố gắng để hồn tất cơng việc thiết kế, thực mạch thử nghiệm sản phẩm quảng thời gian cho phép Luận văn chắn có sai sót em chƣa có kinh nghiệm Mong quý thầy bạn đọc thơng cảm Mọi góp ý quý thầy cô bạn điều động lực thúc đẩy cho đề tài phát triển ngày hồn thiện hơn, góp thêm phần nhỏ vào kiến thức nghề nghiệp em, thêm động lực cho bạn sinh viên khóa sau mạnh dạn chọn đề tài thiết kế Điện tử công suất nhƣ luận văn tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn iv TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đèn LED chiếu sáng thành tựu công nghệ kỹ thuật điện tử Khả ứng dụng đèn LED chiếu sáng đa dạng, dùng cho nhiều mục đích khác nhƣ chiếu sáng nội thất, chiếu sáng công cộng, chiếu sáng giao thông,… Giá thành đèn LED có mắc đèn truyền thống nhƣng có đặc điểm nhƣ sau: - Tiết kiệm điện đến 40% dùng thay cho đèn truyền thống Ngồi cịn tiết kiệm đến 65% hệ thống chiếu sáng thơng minh - Rất dễ dàng tƣơng thích cho việc điều khiển Digital với điều khiển tự động điện tử Do việc LED hóa chiếu sáng đƣợc khuyến khích nhiều nƣớc giới đạt đƣợc nhiều thành đáng kể Chính sách LED hóa nƣớc ta đƣợc phủ khuyến khích liên quan có chƣơng trình xúc tiến LED hóa chiếu sáng giao thơng thành cơng đem lại nhiều lợi ích đáng kể: - Tiết kiệm ngân sách chi cho điện chiếu sáng cơng cộng - Góp phần thực thành phố thông minh Đề tài luận văn tốt nghiệp: “Thiết kế driver đèn đƣờng LED dimming” - Đề tài nhằm mục tiêu nghiên cứu, thiết kế chế tạo mẫu driver dimming, điều khiển đƣợc nhiều cấp quang thông cho đèn đƣờng LED để áp dụng vào hệ thống chiếu sáng đƣờng thông minh - Đề tài vận dụng kiến thức học phải tìm hiểu thêm phần kiến thức chuyên sâu Kỹ thuật chiếu sáng Điện tử công suất MỤC LỤC CHƢƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP: 1.3 PHẠM VI CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP: CHƢƠNG TỔNG QUAN KIẾN THỨC VÀ TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 2.1 TỔNG QUAN KIẾN THỨC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 2.1.1 Các loại đèn đƣờng cột cao nay: 2.1.2 Các tiêu chuẩn quy chuẩn thiết kế: 2.1.3 Ý tƣởng thiết kế luận văn: 2.2 NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN ĐẾN LUÂN VĂN TỐT NGHIỆP: CHƢƠNG LÝ THUYẾT CƠ SỞ VỀ BỘ NGUỒN CHUYỂN MẠCH DC-DC VÀ SƠ ĐỒ FLYBACK 3.1 BỘ NGUỒN CHUYỂN MẠCH DC-DC: 3.1.1 ĐẠI CƢƠNG 3.1.2 Phân loại nguồn chuyển mạch DC 3.1.3 Bộ biến đổi DC-DC mode chuyển mạch không cách ly: 10 3.1.4 Bộ biến đổi DC – DC mode chuyển mạch cách ly 13 3.2 BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK 15 3.2.1 Đại cƣơng 15 3.2.2 Sơ đồ biến đổi flyback mode vận hành 18 3.2.3 Mode vận hành không liên tục DCM 19 3.3 QUY TRÌNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK 21 3.3.1 Bƣớc 1: Thiết lập tỷ số vòng cho biến áp flyback 21 3.3.2 Bƣớc 2: Bảo đảm lõi khơng bị bão hịa chế độ vận hành mode DCM: 21 3.3.3 Bƣớc 3: Điều chỉnh điệm cảm sơ cấp với điện trở ngõ điện áp DC ngõ vào „min‟ 21 3.3.4 Bƣớc 4: Kiểm tra ứng suất dòng đỉnh transistor điện áp max 22 3.3.5 Bƣớc 5: Kiểm tra dòng hiệu dụng chọn cỡ dây quấn sơ cấp: 22 3.3.6 Bƣớc 6: Kiểm tra dòng hiệu dụng chọn cỡ dây quấn thứ cấp: 22 CHƢƠNG 23 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ DRIVER DIMMING CHO ĐÈN ĐƢỜNG LED 120W 23 4.1 ĐẠI CƢƠNG 23 4.1.1 Driver LED 23 4.1.2 Sơ đồ driver LED tiêu chuẩn thông số 25 4.2 TÍNH TỐN BỘ DRIVER ĐÈN LED SƠ ĐỒ FLYBACK VỚI IC ĐIỀU KHIỂN FL7733AMX 29 4.2.1 Giới thiệu driver LED điện áp ngõ cực rộng sơ đồ flyback với FL7733 29 4.2.2 Nguyên lý vận hành phƣơng pháp điều chỉnh phía sơ cấp 30 4.2.3 Quy trình thiết kế 32 4.3 TIẾN HÀNH LÀM MẠCH DRIVER 42 4.3.1 Bố trí mạch in (PCB): 42 BẢN VẼ THIẾT KẾ MẠCH DRIVER LED DIMMING 43 4.3.2 Chọn linh kiện: 44 4.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THIẾT KẾ: 48 4.5 ÁP DỤNG DRIVER ĐIỀU KHIỂN DIMMING ĐÈN 120W 50 CHƢƠNG 5: 53 KẾT LUẬN 53 PHẦN PHỤ LỤC 54 PHỤ LỤC A 55 DATASHEET FL7733 55 PHỤ LỤC B 56 DATASHEET MOSFET FCPF290N80 56 PHỤ LỤC C 57 CORE 3230 57 PHỤ LỤC D 58 DATASHEET DIODE FFPF20UP40S 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình 2.1: Đèn sodium cao áp đèn metal halide Hình 2.2 Đèn đƣờng LED 55W Hình 2.3: Đèn đƣờng sodium cao áp 150w Hình 2.4: Hệ thống đèn đƣờng LED Hình 2.5: Đèn đƣờng dùng sodium cao áp Hình 3.1: Bộ biến đổi Buck 10 Hình 3.2: Bộ biến đổi Boost 10 Hình 3.3: Bộ biến đổi Buck – Boost 11 Hình 3.4: Bộ biến đổi Cˆuk 12 Hình 3.5: Bộ biến đổi SEPIC (a) Zeta (b) 13 Hình 3.6: Bộ biến đổi Forward 13 Hình 3.7: Bộ biến đổi Flyback 14 Hình 3.8: Bộ biến đổi Cˆuk cách ly 15 Hình 3.9 Sơ đồ biến đổi flyback 16 Hình 3.10: Dạng sóng dịng điện 18 Hình 4.1: Bộ driver LED mẫu 23 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý LED driver (FL7733) 24 Hình 4.3: Bộ module LED 24 Hình 4.4: Bộ biến đổi flyback 25 Hình 4.5: Thành phần DC điện áp đầu khơng có gợn sóng 26 Hình 4.6: Nhìn từ xuống FL7733A 28 Hình 4.7: Coi từ dƣới FL7733A 28 Hình 4.8: Nhìn ngang FL7733A 28 Hình 4.9: Mạch ứng dụng tiêu biểu 29 Hình 4.10: Bộ biến đổi flyback đƣợc điều chỉnh phía sơ cấp 30 Hình 4.11: Dạng sóng cốt lõi biến đổi flyback PSR 31 Hình 4.12: Dạng sóng lý thuyết 33 Hình 4.13: Dạng sóng lý Vs 37 Hình 4.14: Dạng sóng VS cho việc chọn lựa t DIS 37 Hình 4.15: Mạch vịng lặp dạng sóng 40 Hình 4.16: Ví dụ bố cục 42 Hình 4.17: Nhìn từ FL7733 44 Hình 4.18: Cấu trúc cuộn dây biến áp 45 Hình 4.19: Nhìn từ xuống 47 Hình 4.20: Nhìn từ dƣới lên 47 Hình 4.21: Nhìn ngang 47 Hình 4.22: Các dạng sóng đầu vào đầu 48 Hình 4.23: Những dạng sóng vận hành điều kiện điện áp nguồn nhỏ 49 Hình 4.24: Sai số CC 49 Hình 4.25: PF THD 50 Hình 4.26: Thí nghiệm mức 51 Hình 4.27: Thí nghiệm mức 51 Hình 4.28: Thí nghiệm mức 52 Hình 4.29: Thí nghiệm mức 52 45 Cấu trúc cuộn dây biến áp: Hình 4.18: Cấu trúc cuộn dây biến áp Bảng 4.2: Chỉ số quấn dây Số Dây quấn NP1 NS NP2 NA Cực (S đến F) đến đến 11 đến đến Liệt kê vật liệu: Bảng 4.3: Tên linh kiện thơng số: Vị trí linh kiện C2 C3, C9 C4 C5, C6 C7, C8, C16 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C17 D1 Giá trị 10nF 2200pF 330nF/630V 470nF 1000uF/63V 10nF 10uF 4700pF 1uF 100pF 10pF 1nF FFPF20UP40S Số vòng 17 vòng 15 vòng 11 vòng vòng 46 D2 D3 D4, D5 F1 IC1 L1 P1 Q1 R3, R17 R4, R5, R6, R7, R8 R11, R12 R13 R14 R15 R16 R18 R19 R20 R21, R22 R23 R26 T1 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 VR1 GBU4J 1N4007 BAV21W 1.2A FL7733AMX 27mH POD817 FCPF290N80 10K 560K 15K 100R 47K 10R 150K 510R 0.39R 0.56R 0.2R 22K 120K PQ3230 LED + N GROUND L LED + MOV-14D431K 47 Một số hình ảnh board mạch hồn tất FAIRCHILD (FL7733AMX-120W): Hình 4.18: Nhìn từ xuống Hình 4.19: Nhìn từ dƣới lên Hình 4.20: Nhìn ngang 48 4.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THIẾT KẾ: Hình 4.21: Các dạng sóng đầu vào đầu Hình 4.21: Kết thử nghiệm cho ta thấy dạng sóng điều kiện điện áp đƣờng dây tối đa tối thiểu Dạng sóng dịng điện ngõ vào hình sin có hệ số cơng suất cao có sống hài thấp nhờ vào điều khiển chế độ không liên tục 49 Hình 4.22: Những dạng sóng vận hành điều kiện điện áp nguồn nhỏ Hình 4.22: Kết thử nghiệm cho thấy dạng sóng dịng áp điều kiện ngõ vào tối thiểu Thời gian dẫn dòng rò cực máng điện cảm máy biến áp Hình 4.23: Sai số CC Hình 4.23: Kết thử nghiệm cho thấy sai số CC đo toàn điện áp ngõ điện áp đƣờng dây CC đƣờng dây điện lực định mức điện áp ngõ thấp ± 3% tổng điều chỉnh CC cho đƣờng dây phạm vi điện áp ngõ cực rông từ 7V đến 55V ±1.76% 50 Hình 4.24: PF THD Hình 4.24: cho thấy PF THD đƣợc tải định mức PF đạt đƣợc lớn 0.9 THD đạt đƣợc nhỏ 7% đƣờng dây điện lực 4.5 ÁP DỤNG DRIVER ĐIỀU KHIỂN DIMMING ĐÈN 120W Dùng driver LED điều khiển Dimming với mức dòng ngõ driver để điều khiển modilde LED đèn đƣờng MES 120W/12.000lm, tƣơng ứng với mức quang thông yêu cầu đêm (xem mức công suất gần đúng) Mức tƣơng ứng với mức OFF: lm (≈0W) Mức tƣơng ứng với ¼ quang thơng tối đa: 3.000 lm (≈47W) Mức tƣơng ứng với ½ quang thơng ngõ ra: 6.000 lm (≈70W) Mức tƣơng ứng với ¾ quang thông ngõ ra: 9.000 lm (≈95W) Mức tƣơng ứng với 100% quang thông ngõ ra: 12.000 lm (≈120W) 51 Một số hình ảnh thí nghiệm điều khiển mức quang thông ngõ ra: Mức tƣơng ứng với ¼ quang thơng tối đa: 3.000 lm (≈47W) 6.000 lm (≈70W) Hình 4.25: Thí nghiệm mức Mức tƣơng ứng với ½ quang thơng ngõ ra: Hình 4.26: Thí nghiệm mức 52 Mức tƣơng ứng với ¾ quang thơng ngõ ra: 9.000 lm (≈95W) 12.000 lm (≈120W) Hình 4.27: Thí nghiệm mức Mức tƣơng ứng với 100% quang thông ngõ ra: Hình 4.28: Thí nghiệm mức 53 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Việt Nam nhƣ nƣớc giới thực việc LED hóa chiếu sáng, thay đèn truyền thống đèn LED cơng nghệ có nhiều ƣu điểm nhƣ: hao tổn điện năng, dễ điều khiển tự động, khơng nhấp nháy có hệ số thể màu cao Trong lợi ích tiết kiệm điện quan trọng Chính phủ ta khuyến khích LED hóa chiếu sang thị nhằm tiết kiệm ngân sách lƣợng Hiện việc phát triển khả chế tạo đèn LED nƣớc điều kiện quan trọng giúp cho cơng LED hóa chiếu sáng trở thành thực Trong đèn LED, driver LED thành phần quan trọng định độ bền vững đèn để sử dụng đƣợc ổn định lâu hỏng Hiện có nhiều sơ đồ driver LED đa dạng đƣợc áp dụng nhà chế tạo đèn LED khác Đề tài thiết kế luận văn nhằm nghiên cứu driver LED với sơ đồ flyback Nó biến đổi điện tử công suất, thuộc loại biến đổi DC – DC mode chuyển mạch cách ly Nó có đặc tính nhƣ sau: mật độ cơng suất cao ( kích thƣớc nhỏ gọn), sơ đồ đơn giản, vận hành ổn định, sóng hài giá thành rẻ Với hƣớng dẫn tận tình thầy ThS Vũ Hùng Cƣờng, khoa Điện – điện tử, trƣờng Đại học Công nghệ Sài Gòn STU KS Hà Quốc Minh, Giám đốc Công ty Cổ phần Giải pháp Cơ điện MES, luận văn thực đƣợc thành công với việc hoàn tất thiết kế, lắp ráp thử nghiệm sản phẩm driver LED dimming Hy vọng đề tài góp phần thúc đẩy cho đề tài nghiên cứu thiết kế sản phẩm điện tử có giá trị sử dụng thực khuyến khích đề tài tốt nghiệp tƣơng tự lĩnh vực điện tử công suất khoa Điện – Điện tử trƣờng Đại học chúng ta./- SV NGUYỄN QUỐC NAM LỚP D14 – DDT01, KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN STU 54 PHẦN PHỤ LỤC 55 PHỤ LỤC A DATASHEET FL7733 56 PHỤ LỤC B DATASHEET MOSFET FCPF290N80 57 PHỤ LỤC C CORE 3230 58 PHỤ LỤC D DATASHEET DIODE FFPF20UP40S 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCXDVN 259:2001; Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đƣờng, đƣờng phố, quảng trƣờng, đô thị [2] QCVN 07:2010/BXD; Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, Các công trinh hạ tầng kỹ thuật Đô thị Bộ khoa học công nghệ [3] QCVN 07-7:2016 BXD, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, Các cơng trình hạ tầng kỹ thuật, Cơng trình chiếu sáng Bộ khoa học công nghệ [4] CIE 115:2010 2nd Ed - LIGHTING OF ROADS FOR MOTOR AND PEDESTRIAN TRAFFIC [5] TC1-58 - Commission Internationale de l‟Éclairage (2010) Recommended System for Visual Performance Based Mesopic Photometry CIE Publication 191 Vienna: CIE [6] Mesopic optimisation of visual efficiency (Tối ƣu hóa mesopic hiệu thị giác), Helsinki University of Technology, Espoo ( Finland ),2005 [7] Cuong, VH, Giáo trình kỹ thuật chiếu sáng, Trung tâm Điện tử máy tính, Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ CHí Minh, 2007 [8] Pressman, A.I Billings, K.Morey,T Swiching Power Supply Design Mc Graw Hill,2009 - Các trang web tìm kiếm tài liệu:  Google.com.vn  vi.wikipedia.com  en.wikipedia.com