1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha

69 0 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Mạch Nghịch Lưu 1 Pha
Tác giả Vũ Vân Thanh, Nguyễn Đình Toàn, Nguyễn Hữu Hân, Trần Viết Duy
Người hướng dẫn Giáo Viên Hướng Dẫn
Trường học Đại Học Đà Nẵng
Chuyên ngành Khoa Cơ Khí
Thể loại Đồ Án Điện Tử Ứng Dụng
Định dạng
Số trang 69
Dung lượng 2,57 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHƯƠNG (6)
    • 1.1 Giới thiệu chương (6)
    • 1.2 Khái niệm và phân loại nghịch lưu (6)
      • 1.2.1 Khái niệm (6)
      • 1.2.2 Nghịch Lưu Dòng (6)
      • 1.2.3 Nghịch lưu áp (7)
      • 1.2.4 Nghịch lưu cộng hưởng (8)
      • 1.2.5 Nghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM (8)
    • 1.3 Mạch nghịch lưu mà nhóm chọn (10)
      • 1.3.1 Mục đích chọn đề tài (10)
      • 1.3.2 Sơ đồ khối (11)
    • 1.4 Kết luận chương (11)
    • 2.1 Giới thiệu chương (12)
    • 2.2 Các linh kiện thụ động (12)
      • 2.2.1 Điện trở (12)
      • 2.2.2 Diode (14)
      • 2.2.3 Tụ điện (15)
      • 2.2.4 Máy biến áp (19)
    • 2.3 Các linh kiện điện tử chủ động (21)
      • 2.3.1 BJT (21)
      • 2.3.2 MosFest (24)
    • 2.4 Vi mạch khuếch đại thuật toán- OP-AMP (26)
      • 2.4.1 Cấu tạo và ký hiệu (26)
      • 2.4.2 Nguyên lý hoạt động (27)
      • 2.4.3 Ứng Dụng chính của OP-AMP (28)
    • 2.5 Vi mạch định thời (29)
      • 2.5.1 Vi mạch định thời IC555 (29)
      • 2.5.2 Vi mạch định thời dùng Flip-Flop (35)
    • 3.1 Giới thiệu chương (37)
    • 3.2 Yêu cầu thiết kế (37)
      • 3.2.1 Phân tích Furier dạng sóng ra của mạch nghịch lưu (37)
      • 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha (42)
      • 3.2.3 Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha (43)
    • 3.3 Thiết kế (44)
      • 3.3.1 Thiết kế mạch động lực (44)
      • 3.3.2 Thiết kế mạch Monostable (50)
      • 3.3.3 Thiết Kế Mạch vi phân (53)
      • 3.3.4 Thiết kế mạch Astable (55)
      • 3.3.5 Thiết kế mạch nguồn (58)
      • 3.3.6 Thiết kế mạch hồi tiếp và ổn định điện áp (59)
      • 3.3.7 Thi công mạch (0)
      • 3.3.8 Tổng Kết Chương 3 (0)

Nội dung

Bởi vậy cần phải có thiết bị biến đổi chúng thành nguồn một chiều trung gian sau đó nghịch lưu để tạo ra nguồn xoay chiều có điện áp và tần số thích hợp.. Mục đích làm đề tài : • Nghiên

TỔNG QUAN CHƯƠNG

Giới thiệu chương

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu sử dụng đa dạng về dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều Điều này đòi hỏi phải có sự biến đổi lẫn nhau giữa xoay chiều và một chiều trong cùng một hệ thống công nghệ Trong phần này chúng ta sẽ đi khái quát về mạch nghịch lưu 1 pha để thấy được sự cần thiết của nó trong đời sống hiện nay.

Khái niệm và phân loại nghịch lưu

Mạch nghịch lưu là thiết bị dùng để biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều Điện áp và tần số đầu ra có thể biến đổi đƣợc để phù hợp với yêu cầu sử dụng của từng cá nhân hoặc đơn vị Nguồn cung cấp cho nghịch lưu điện áp chỉnh lưu, acquy, và một số nguồn khác

Có rất nhiều cách phân loại mạch nghịch lưu nhưng phổ biến nhất mọi người vẫn thường phân loại theo:

Phân loại theo sơ đồ: ví dụ nghịch lưu 1 pha và nghịch lưu 3 pha

Phân loai theo quá trình điện từ xảy ra trong nghịch lưu: Nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng

Trong chương đề tài này chúng tôi chỉ chú trọng đên cách phân loại thứ hai để lựu chọn ƣu tiên trong quá trình thiết kế Vì vậy chúng tôi sẽ chỉ đi sâu và phân tích theo quá trình điện từ xảy ra trong nghịch lưu để lựa chon phương án thiết kế

Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số tùy ý Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp điện cho bộ biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào Ld thường có giá trị lớn vô cùng để dòng điện là liên tục

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 7

Hình 1.1 Sơ đồ nghịch lưu cầu 1 pha 1.2.3 Nghịch lưu áp

Nghịch lưu áp là thiết bị dùng để biến đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp với đầu ra xoay chiều và tần số tùy thuộc vào yêu cầu của người sử dụng

Nguồn áp đƣợc dùng rất phổ biến trong thực tế Khi sử dụng nguồn áp thì đầu ra có thể được điều chế theo nhiều phương pháp khác nhau để có thể lọc được các dạng sóng điều hòa bậc cao ở đầu ra

Khi công nghệ bán dẫn phát trển mạnh Công suất truyền tải điện của các thiết bị bán dẫn ngày càng lớn Những van động lực nhƣ IGBT, MOSFE, GTO v.v có công suất lớn và kích thước trở nên nhỏ gọn Do đó nghịch lưu áp trở nên thông dụng và được chuẩn hóa trong các bộ biến tần công nghiệp Để dể hình dùng chúng ta sẽ xem qua sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu áp cầu 1 pha

Hình 1.2 Sơ đồ nghịch lưu áp cầu 1 pha

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 8

1.2.4.1 Phân loại a Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp b Nghịch lưu cộng hưởng song song

1.2.4.2 Ưu nhược điểm nghịch lưu cộng a Ƣu điểm

Giá trị điện cảm không lớn như nghịch lưu dòng (L d = ) và không nhỏ hơn nghịch lưu áp (L d =0), mà chiếm một vị trí trung gian sao cho khi kết hợn với điện cảm của tải L t và tụ điện C thì trong mạch sẽ xuất hiện hiện tƣợng dao động

1.2.5 Nghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM

Các bộ nghịch lưu đã trình bày ở trên có điện áp ra có chứa nhiều sóng hài Để nâng cao chất lượng điện áp và dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu, bộ nghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) đƣợc đƣa ra nghiên cứu và ứng dụng Ƣu điểm của kỹ thuật này là:

Các thành phần điều hoà của điện áp hoặc dòng điện ra bị đẩy sang phía tần số cao do đó dễ lọc

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 9

Cho phép thay đổi điện áp ra bằng sơ đồ có hai khoá chuyển mạch trong một pha Luật điều khiển của phương pháp điều biến độ rộng xung PWM được sử dụng nhiều nhất là luật so sánh Tín hiệu điều khiển hình sin có tần số mong muốn sẽ đƣợc so sánh với các xung hình tam giác Tần số chuyển mạch của nghịch lưu fcm bằng tần số xung tam giác fx, có giá trị không đổi; tần số xung tam giác còn gọi là tần số mang

Tần số tín hiệu điều khiển f1 có tên là tần số điều biến sẽ xác định tần số cơ bản của điện áp ra nghịch lưu

Hệ số điều biến biên độ đƣợc định nghĩa là: a dkm xm m U

 U Udkm – biên độ của tín hiệu điều khiển

Umx –biên độ của tín hiệu xung tam giác

Hệ số điều biến tần số là:

Xét một chu kỳ điện áp mang (hình 1.2.5a)

Khi xếp chồng U dk và U x chúng cắt nhau tại các hoành độ  va 2  Các giao điểm của chúng quyết định giá trị trung bình của điện áp ra

Qua biểu thức ta thấy rằng: giá trị trung bình của điện áp ra trong một chu kỳ điện áp mang tỉ lệ với điện áp điều khiển Nếu điện áp điều khiển có dạng hình sin thì Utb dạng hình sin Người ta có thể điều chỉnh biên độ điện áp ra bằng cách tác động vào tỉ số

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 10

Mạch nghịch lưu mà nhóm chọn

1.3.1 Mục đích chọn đề tài

Qua sự phân tích các lọai nghịch lưu trên nhóm em chọn nghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM bởi vì:

- Dễ thiết kế, điều khiển và ổn định điện áp đầu ra đơn giản

- Các thành phần điều hoà của điện áp hoặc dòng điện ra bị đẩy sang phía tần số cao do đó dễ lọc

- Giảm sự nóng lên của biến áp

- Tránh đƣợc sự trùm dẫn của cầu H

- Tiết kiệm năng lƣợng, năng suất cao

- Có thể vận dụng đủ kiến thức đã học nhƣ lọc, tạo xung, điều chỉnh độ rộng xung, mạch xén… để làm đề tài này

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 11

Trong đề tài này đƣợc chia thành các khối chức năng cần thiết kế nhƣ sau:

- Khối tạo xung Astable: tạo xung 100Hz

- Khối chia xung thành 50Hz

- Khối vi phân và điều biến độ rộng xung(Monostable)

- Khối hồi tiếp và ổn định điện áp đầu ra

+ Cầu phân áp và tạo điện áp chuẩn

+ Mạch khuếch đại sai lệch

Các khối chức năng trên sẽ đƣợc trình bày về lý thuyết cũng nhƣ thiết kế chi tiết ở chương 2 và 3.

Kết luận chương

Nghịch lưu một pha được ứng dụng rất nhiều trong đời sống và đặc biệt trong sử dụng biến dòng một chiều từ pin, acquy thành nguồn xoay chiều Nhóm đã lựa chọn nghịch lưu áp để tính toán thiết kế vì sự phố biến, nguồn tài liệu nhiều, dễ điều chỉnh thông số đầu ra Mạch sẽ sử dụng công nghệ điều biến độ rộng xung để ổn định điện áp đầu ra Tần số đầu ra sẽ dễ lọc hơn

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 12

2 CHƯƠNG II: CƠ SỞ THIẾT KẾ

Giới thiệu chương

Trong chương này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về những kiến thức của các linh kiện điện tử Cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động và công thức tính toán cho từng khối thành phần có trong bộ nghịch lưu.

Các linh kiện thụ động

Trong chương này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về những kiến thức của các linh kiện điện tử Cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động và công thức tính toán cho từng khối thành phần có trong bộ nghịch lưu

Từ khi mạch điện tử ra đời, các linh kiện điện tử thụ động đã trở thành những phần tử chính của mạch Sau đây chúng ta sẽ cùng tìm hiểu các linh kiện thụ động phổ biến nhƣ điện trở, cuộn dây, tụ điện

2.2.1.1 Phân loại và ký hiệu a Điện trở có giá trị xác định:

- Điện trở màng mỏng b Điện trỏ có giá trị thay đổi đƣợc

- Nhiệt trở, gồm có 2 loại là: nhiệt trở có hệ số âm và nhiệt trở có hệ số dương

- Điện quang trở c Ký hiệu

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 13

2.2.1.2 Thông số kỹ thuật a) Giá trị điện trở

Giá trị điện trở đặc trƣng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở Yêu cầu cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian, Điện trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngƣợc lại

Giá trị điện trở đƣợc tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, đƣợc tính theo công thức sau:

Trong đó: ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện dây dẫn

R là điện trở đơn vị là Ohm

Trong thực tế điện trở đƣợc sản xuất với một số thang giá trị xác định Khi tính toán lý thuyết thiết kế mạch điện, cần chọn thang điện trở gần nhất với giá trị đƣợc tính b) Sai số

Sai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị danh định, đƣợc tính theo % c) Công suất tối đa cho phép

Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, năng lượng nhiệt tỏa ra trên R với công suất:

Nếu dòng điện có cường độ càng lớn thì nhiệt lượng tiêu thụ trên R càng lớn làm cho điện trở càng nóng, do đó cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để có thể tản nhiệt tốt

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 14

Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu đƣợc nếu quá ngƣỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy

Công suất tối đa cho phép đặc trƣng cho khả năng chịu nhiệt

2.2.1.3 Ứng dụng tiêu biểu Điện trở có mặt hầu hết trong mọi mạch điện tử, và sau đây ta chỉ xét tới ứng dụng của điện trở trong mạch lấy mẫu Điện trở đƣợc mắc thành cầu phân áp để có đƣợc một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước Từ nguồn V in , thông qua cầu phân áp R1 và R2 ta lấy ra điện áp Vout Khi đó, Vout phụ thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2 theo công thức

(2.2.1d) Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu đƣợc điện áp U1 theo ý muốn

Nội dung: Cấu tạo của Diode bán dẫn, Phân cực thuận và phân cực ngƣợc cho Diode bán dẫn, Phương pháp đo kiểm tra Diode, Ứng dụng của Diode

2.2.2.1 Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn

Khi đã có đƣợc hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta đƣợc một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dƣ thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 15 hai chất bán dẫn

Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode

Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn

2.2.2.1 Phân cực thuận cho Diode

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vào Katôt (vùng bán dẫn N), khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V (với Diode loại Si) hoặc 0,2V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhƣng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V)

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động rất phổ biến, đƣợc cấu tạo bới hai bản cực đặt song song, có tính chất cách điện 1 chiều nhƣng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thanh dòng điện Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 16

Bên trong tụ điện gồm hai bản cực kim loại đƣợc đặt cách điện với nhau bởi một lớp điện môi Điện môi có thể là: không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh Tùy theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên gọi tương ứng như tụ giấy, tụ gốm, tụ hóa,

2.2.3.2 Ký hiệu đơn vị và trị số

Ký hiệu tụ điện: Tụ điện có ký hiệu là C Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường dựng cỏc đơn vị nhỏ hơn nhƣ: 1F 6 àF = 10 9 nF = 10 12 pF

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 17

2.2.3.4 Phương trình nạp xã của tụ

Phương trình nạp của tụ: V c (t) = [V c (∞) – V c (0) ](1- ) + V c (0) (2.2.4a)

Phương trình xả của tụ: vc(t) = [ v c (0) – v c (∞) ](1- ) + v c (∞) (2.2.4b)

2.2.3.5 Ứng Dụng của tụ điện a Mạch lọc LC

Các linh kiện điện tử chủ động

Linh kiện chủ động là loại tác động phi tuyến lên nguồn nuôi AC/DC để cho ra nguồn tín hiệu mới, trong mạch tương đương thì biểu diễn bằng một máy phát tín hiệu, nhƣ diode, transistor,…Ta sẽ cùng tìm hiểu về BJT và MOSFET

Tranzito lƣỡng cực nối hay BJT (Bipolar junction transistor) là một loại linh kiện bán dẫn, có 3 cực là B (base - cực nền), C (collector - cực thu), E (emitter - cực phát) Đây là một linh kiện vô cùng quan trọng và có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện tử

2.3.1.1 Cấu tạo và ký hiệu

Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau Do đó có hai loại transistor là NPN và PNP tương ứng với 2 cách sắp xếp 3 lớp bán dẫn trên

Transistor có rất nhiều loại với hàng tá chức năng chuyên biệt khác nhau

 Transistor lƣỡng cực (BJT - Bipolar junction transistor)

 Transistor hiệu ứng trường (Field-effect transistor)

 Transistor mối đơn cực UJT (Unijunction transistor)

Trong đó, transistor lưỡng cực BJT là phổ biến nhất Có nhiều người thường xem khái niệm transistor nhƣ là transistor lƣỡng cực BJT Do vậy bạn nên chú ý đến điều đó để tránh nhầm lẫn cho mình

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 22

2.3.1.3 Các thông số kỹ thuật của BJT

Các ký hiệu ở đây đƣợc sử dụng cho transistor loại NPN Transistor loại PNP cũng có những thông số hoàn toàn tương tự Chúng được nhà sản xuất ghi rất cụ thể trong tài liệu kĩ thuật của mỗi loại transistor a Dòng điện cực đại qua cực Base IB

 Mỗi loại transistor có các mức dòng IB cực đại khác nhau, đừng nghĩ rằng transistor càng to và hầm hố thì IB cực đại sẽ càng lớn hay ngƣợc lại

 Nếu dòng điện qua cực Base của transistor vƣợt quá mức IB cực đại, nó có thể làm hỏng transistor Do vậy người ta luôn mắc nối tiếp với cực Base một điện trở hạn dòng b Hệ số khuếch đại hFE (β)

 Là tỉ số IC / IB đặc trƣng cho khả năng khuếch đại dòng điện của transistor Mỗi loại transistor có một mức hệ số khuếch đại khác nhau Trong những điều kiện làm việc khác nhau, hFE cũng khác nhau

 Với các transistor có hFE lớn, bạn chỉ cần một dòng IB nhỏ là đã có thể kích cho nó mở hoàn toàn

 hFE thường có trị số từ vài chục đến vài ngàn c Cường độ dòng điện cực đại IC là dòng điện tối đa mà transistor có thể mở cho nó đi vào ở cực Collector Các loại transistor lớn nhất thường chỉ có IC tối đa khoảng 5A và đòi hỏi phải có quạt tản nhiệt d Hiệu điện thế:

 UCE: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Collector và Emitter của transistor UCE thường chỉ có trị số từ vài chục đến vài trăm volt Các dự án Arduino hầu hết đều chạy ở mức 5V hoặc thấp hơn, do đó bạn cũng không cần phải quan tâm nhiều đến thông số này

 UCB: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Collector và Base của transistor UBE thường chỉ có trị số từ vài chục đến vài trăm volt Các dự án Arduino hầu hết đều chạy ở mức 5V hoặc thấp hơn, do đó bạn cũng không cần phải quan tâm nhiều đến thông số này

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 23

 UBE: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Base và Emitter của transistor (là hiệu UB - UE) Với dòng hoạt động nhỏ, UBE gần bằng 0V Với dòng lớn hơn, UBE sẽ tăng lên lên khá nhanh Với đa phần transistor, UBE hiếm khi vƣợt quá 5V e Công suất tiêu tán năng lượng tối đa Đặc trƣng cho công suất hoạt động lớn nhất của transistor, có giá trị bằng tích UCE * ICE Một số loại transistor lớn có công suất lên đến 65W nhƣ TIP120/121/122 và tỏa ra rất nhiều nhiệt lƣợng nên cần phải gắn thiết bị tản nhiệt, một số khác nhƣ 2N3904 thì chỉ là 625mW và không cần tản nhiệt

2.3.1.4 Phân cực cho BJT a Mạch phân cực dùng hai nguồn điện khác nhau

Mạch phân cực dùng hai nguồn điện khác nhau b Mach phân cực có điện trở phân áp Để có thể khuếch đại đƣợc nhiều nguồn tín hiệu mạnh yếu khác nhau, thì mạch phân cực thường sử c Mạch phân cực có hồi tiếp

Là mạch có điện trở phân cực đấu từ đầu ra

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 24

(cực C) đến đầu vào (cực B) mạch này có tác dụng tăng độ ổn định cho mạch khuyếch đại khi hoạt động

BJT có thể xem là một linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử, các loại IC thực chất là các mạch tích hợp nhiều BJT trong một linh kiện duy nhất Trong mạch điện, BJT đƣợc dùng để khuyếch đại tín hiệu Analog, chuyển trạng thái của mạch Digital, sử dụng làm các công tắc điện tử, làm các bộ tạo dao động v v

Mosfet còn gọi transistor trường là một loại transistor hiệu ứng trường thuộc nhóm các linh kiện bán dẫn, sử dụng điện trường để kiểm soát tác động đến độ dẫn của kênh dẫn của vật liệu bán dẫn

- Mosfet kênh có sẵn (D – MOSFET = Depletion MOSFET)

- Mosfet kênh cảm ứng (E – MOSFET = Enhancement MOSFET)

Trong mỗi loại MOSFET có hai loại là kênh dẫn loại P và kênh loại N

2.3.2.2 Cấu tạo và ký hiệu

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 25 a Cấu tạo:

Trong đó: G: Gate gọi là cực cổng

S: Source gọi là cực nguồn

D: Drain gọi là cực máng b Ký hiệu

2.3.2.3 Các thông số kỹ thuật của Mosfet

Trước khi bắt đầu chúng ta cần biết các thông số kỹ thuật cần quan tâm của các linh kiện sử dụng trong mạch

Rds: trở nội bão hòa – điện trơ bé nhất giữa 2 đầu D-S

 Uds: Điện áp tối đa giữa 2 đầu D-S mà mosfet có thể chịu đƣợc (càng cao càng tốt)

 Id: Dòng điện tối đa mà mosfet chịu đƣợc (càng cao càng tốt)

 Tần số hoạt động tối đa (phụ thuộc vào tụ ký sinh giữa các cặp cực)

 Đồ thị dòng Id theo Ugs (để cấp đủ áp mở mosfet)

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 26

Vi mạch khuếch đại thuật toán- OP-AMP

Vi mạch khuếch đại thuật toán (OP-AMP) là mạch điện tử có chức năng khuếch đại tín hiệu (điện áp, dòng điện) Nhờ sự phát triễn của công nghệ bán dẫn mà OP-AMP ngày càng trở nên tin cậy, kích thước nhỏ và ổn định nhiệt, …và trở thành thành phần không thể thiếu trong các mạch điện tử

2.4.1 Cấu tạo và ký hiệu

2.4.1.1 OP-AMP lý tưởng có cấu tạo như hình vẽ

- Khối 1: Đây là tầng khuếch đại vi sai (Differential Amplifier), nhiệm vụ khuếch đại độ sai lệch tín hiệu giữa hai ngõ vào v + và v - Nó hội đủ các ƣu điểm của mạch khuếch đại vi sai nhƣ: độ miễn nhiễu cao; khuếch đại đƣợc tín hiệu biến thiên chậm; tổng trở ngõ vào lớn

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 27

- Khối 2: Tầng khuếch đại trung gian, bao gồm nhiều tầng khuếch đại vi sai mắc nối tiếp nhau tạo nên một mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại rất lớn, nhằm tăng độ nhay cho Op-Amps Trong tẩng này còn có tầng dịch mức DC để đặt mức phân cực DC ở ngõ ra

- Khối 3: Đây là tầng khuếch đại đệm, tần này nhằm tăng dòng cung cấp ra tải, giảm tổng trở ngõ ra giúp Op-Amps phối hợp dễ dàng với nhiều dạng tải khác nhau

2.4.1.2 AMP lý tưởng và OP-AMP thực tế Để đơn giản trong việc tính toán trên OP-AMP, có thể tính toán trên OP-AMP lý tưởng sau đó thực hiện bổ chính các thông số trong mạch Để có được một cái nhìn tổng quan giữa OP-AMP thực tế và OP-AMP lý tưởng, có thể so sánh một vài thông số giữa chúng nhƣ bảng sau:

OP-AMP lý tưởng OP-AMP thực tế

Hệ số khuếch đại điện áp vòng hở:

A 0 Tổng trở ngõ vào R i Tổng trở ngõ ra R0 = 0

A 0 có giá trị hữu hạn Tổng trở ngõ vào R i = 10 6 - 10 13 Ω Tổng trở ngõ ra R 0 có giá trị nhỏ Dòng vào lệch 20-30nA

2.4.1.3 Ký hiệu của OP-AMP

Vs + /Vs - : Nguồn cung cấp

Dựa vào ký hiệu của OP-AMP ta có đáp ứng tín hiệu ngõ ra V o theo các cách đƣa tín hiệu ngõ vào nhƣ sau:

- Đƣa tín hiệu vào ngõ vào đảo, ngõ vào không đảo nối mass: V out = A 0 V +

- Đƣa tín hiệu vào ngõ vào không đảo, ngõ vào đảo nối mass: V out = A 0 V -

- Đƣa tín hiệu vào đổng thời trên hai ngõ vào (tín hiệu vào vi sai so với mass):

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 28

Với A0 là hệ số khuếch đại điện áp vòng hở

2.4.3 Ứng Dụng chính của OP-AMP

Vi mạch khuếch đại thuật toán có ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện tử với chức năng chính là khuếch đại tín hiệu Có các dạng mạch nhƣ mạch cộng, mạch trừ, mạch vi phân Và đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất là mạch trừ, sau đây ta cùng tìm hiểu và phân tích mạch trừ

Giả sử OP-AMP là lý tưởng:

 = => V sl = V N - V 2 (2.4.4.2 ) Áp dụng KCL tại P: i 1 = i + + i 3

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 29

Vi mạch định thời

2.5.1 Vi mạch định thời IC555

Linh kiện của hãng CMOS sản xuất Sau đay là bảng thông số của 555 co trên thị trường:

(Tuy từng loại của 555: LM555, NE555, NE7555.)

+ Dòng điện cung cấp: 6mA 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao: 15V

+ Điện áp logic ở mức thấp: 0.03- 0.06V

+ Công suất lớn nhất là: 600mW

+ Là thiết bị tạo xung chính xác

+ Điều chế đƣợc độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị tri xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 30

2.5.1.1 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của IC555 a sơ đồ nguyên lý b Cấu tạo của IC555

 Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng

 Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi

 Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng xung, không ở mức áp thấp thì ở mức áp cao

 Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động

 Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555

 Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi

 Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện

 Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+ IC 555 làm việc với mức nguồn từ

2.5.1.2 Ứng Dụng IC555 a Mạch dao động đa hài không trạng thái bền

 Sơ đồ mạch và dạng sóng

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 31

 Nguyên lý hoạt động Đây là mạch dao động đa hài có 2 trạng thái nhƣng cả 2 trạng thái đều không bền Nhờ có sự thay đổi điện áp trên tụ C mà mạch luôn tự động chuyển đổi trạng thái và luôn tạo độ dài xung ra

* 0 ≤ t < t 1 : giả sử mạch ở trạng thái không bền ban đầu Ngõ ra V 0 = 1⇒ Q RSFF = 0, BJT Q 1 tắt: không có dòng đổ qua BJT Q 1 ⇒ tụ C đƣợc nạp điện từ nguồn Vcc qua điện trở R 1 qua Diode D với chiều như hình vẽ để hướng đến giá trị V CC Tụ càng nạp thì điện áp trên tụ càng tăng (v C tăng ) cho đến khi áp trên tụ Lúc đó:

Mạch chấm dứt thời gian tồn tại trạng thái không bền ban đầu và chuyển sang trạng thái không bền thứ 2

Tại thời điểm t = t 1 : mạch tồn tại ở trạng thái không bền thứ 2 Q =1, v 0 = 0 Vì Q = 1 nên BJT Q 1 dẫn → tụ C xả điện tích qua R 2 → chân số 7 → BJT Q 1 → mass Tụ càng xả thì điện áp trên tụ càng giảm → điện áp tại chân số 2 và chân số 6 cùng giảm xuống Khi điện áp trên tụ C giảm đến giá trị tụ

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 32

⇒ Q vẫn giữ nguyên trạng thái cũ trước đó (Q = 1) ⇒ do đó tụ C tiếp tục xả cho đến khi (điện thế ngƣỡng của bộ SS1), mà v C = v (6) = v (2) nên suy ra:

Mạch chấm dứt thời gian tồn tại ở trạng thái không bền thứ 2 và bắt đầu chuyển sang trạng thái không bền ban đầu Vì Q = 0 ⇒ BJT Q 1 tắt ⇒ không có dòng đổ qua BJT Q 1 → tụ C đƣợc nạp điện bổ sung (vì nó vẫn còn giữ do điện thế ở chân số 2 chặn trên) và quá trình cứ tiếp diễn nhƣ vậy để liên tục tạo độ dài xung ra

 Tính độ dài xung ra

Gọi: T 1 là thời gian ứng với ngõ ra v o = 1

T 2 là thời gian ứng với ngõ ra v o = 0

T là chu kì dao động của mạch: T = T 1 +T 2

Phương trình nạp của tụ C: v C (t) = [v C (∞ ) − v C (0) ](1−

Vậy thời gian nạp của tụ là T 1 = ( ) (2.1)

Phương trình xả của tụ C:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 33 v C (t) = [v C (0) − v C (∞) ](e−

Vậy thời gian xã của tụ là: T 2 = 0,7C R 2

Vậy chu kỳ dao động là T= T 1 +T 2 =0,7C (2R 2 + R 1 ) b Mạch dao động đa hài một trạng thái bền

 Sơ đồ mạch và dạng sóng

Q RSFF = 1 ⇒ S = R = 1 Transistor dẫn bão hoà

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 34

Vì tụ C mắc song song với transistor nên v C = v (7) = v CES = 0,2V ≈ 0V → tụ C không đƣợc nạp điện Mạch luôn tồn tại trạng thái bền

 t 1 ≤ t < t 1 + T 0 : Mạch ở trạng thái không bền t = t 1 : Mạch đƣợc kích khởi bằng tín hiệu kích khởi đƣa vào chânsố2

IC555 Ở bộ so sánh 1 có v − < v + ⇒ R = 1⇒ Q = 0 ⇒ v 0 = 1 Mạch chấm dứt thời gian tồn tại trạng thái bền và chuyển sang trạng thái không bền

Lúc này vì Q = 0 nên transistor T tắt ⇒ tụ C đƣợc nạp điện từ nguồn Vcc qua R Tụ càng nạp thì áp trên tụ càng tăng mà v C = v (6) nên khi v C > 2 3 V CC thì ở bộ so sánh 2 có v − ≤ v +

⇒ S = 1, lúc này R = 0 vì thời gian tồn tại xung kích khá nhỏ⇒ Q = 1⇒ v 0 = 0 Mạch chấm dứt thời gian tồn tại trạng thái không bền và bắt đầu chuyển sang trạng thái phục hồi

Do Q = 1, v 0 = 0 ⇒ T dẫn ⇒ tụ xả qua T cho đến khi v C ≈ 0 Sau khi kết thúc giai đoạn phục hồi mạch trở về trạng thái bền ban đầu

 Tính độ dài xung ra

T 0 là thời gian cần thiết để tụ C tăng từ 0 ⇒

Phương trình nạp của tụ: v C (t) = [v C (∞ ) − v C (0) ](1−

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 35

* Tính thời gian phục hồi:

Phương trình xả của tụ v C (t) = [v C (0) − v C (∞) ](

2.5.2 Vi mạch định thời dùng Flip-Flop

Flip-flop thực hiện chức năng xử lý tín hiệu vào và làm 1 bít nhớ trạng thái kết quả, với hai ngõ ra là thuận Q và đảo Q

Một chốt SR tạo từ cổng NOR

Nhu cầu điều khiển dẫn đến chế ra Flip-flop có thể có nhiều ngõ vào và cách thức tác động của ngõ lên kết quả khác nhau Theo quy tắc chung, các ngõ vào chia ra ba loại:

 Ngõ vào dữ liệu D (Data): Trị logic hay trạng thái chính cần chốt

 Ngõ vào điều khiển không đồng bộ: Khi ngõ khiển này ở mức tích cực (active) thì

Flip-flop hoạt động theo cách nào đó Ngõ này thường ký hiệu là E hay EN (enable) hay gate Mức tích cực do nhà chế tạo đặt ra, có thể là logic 1 (thuận) hay 0 (đảo)

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 36

 Ngõ vào clock hay nhịp đồng bộ CLK: Có ở các Flip-flop cần hoạt động đồng bộ

Flip-flop thực hiện chức năng chính của nó vào thời điểm sườn xung clock chuyển từ 0 lên mức cao Quy ƣớc này đƣợc tất cả nhà sản xuất tôn trọng

Trong các ngõ khiển, thì R (Reset) thường nhắc đến nhiều nhất, nó Reset cho Q trong f/f về trị logic 0, Q về trị logic 1 Chú ý rằng Reset là tín hiệu sử dụng trong mọi hệ thống digital, nhƣng ở đó từng nơi nó có thể đặt trị mặc định là 1 khi cần thiết

Trong sử dụng phải tránh Xung đột do các ngõ khiển gây ra bất định kết quả, tức là phải thiết kế timing đúng, và các ngõ khiển không dùng đến thì phải nối vào nơi có mức logic không tích cực (inactive)

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 37

3 Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH NGHỊCH LƯU.

Giới thiệu chương

Trong chương này đề cập đến vấn đề tính toán thiết kế các khối của mạch nghịch lưu 1 pha

- Khối biến áp và lọc

- Khối vi phân và mạch Monostable

- Khối nguồn ắc quy và ổ áp 5 V

- Khối hồi tiếp và ổn định điện áp đầu ra.

Yêu cầu thiết kế

Tần số Ra là 50Hz

Dòng tải It Ổn định điện áp đầu ra 220V khi sụt áp

3.2.1 Phân tích Furier dạng sóng ra của mạch nghịch lưu Để ổn định điện áp đầu ra thì < ⇒ Ta chọn % NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 38

Gọi là thời gian tồn tại xung trong mỗi bán kỳ

3.2.1.1 Phân trích chuổi chuỗi fourier: a Biểu thức Điện áp

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 39

 Sóng bậc 1 (cơ bản ) ra = 220v tần số 50Hz

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 40 b Biểu thức dòng điện:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 41

= 0.366 % Sau khi phân tích chuỗi furier cho chúng ta biết đƣợc điện áp ra và dòng điện ra để tính chọn thông số của máy biến áp

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 42

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 43

3.2.3 Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha

 Nguồn ắc quy 12V/5A có chức năng:

+ Chuyển về 5 V để cấp cho mạch điều khiển thông qua mạch ổ áp 5v

+ Cấp trực tiếp vào cầu H để biến áp chuyển lên 220V xoay chiều

 Mạch tạo xung (Astable) 100Hz Mạch này có chức năng tạo ra xung điều khiển 100Hz

 Mạch Chia đôi tần số dùng D-FlipFlop chia đôi xung mạch Astale thành 300 dạng xung điều

 Mạch vi phân có chức năng xén xung của mạch Astable để tạo xung kích cho mạch Monostable

 Mạch Monostable có chức năng điều khiển độ rộng xung để ổn định điện áp đầu ra của mạch nghịch lưu

 Mạch Động lực học :có chức năng kích cho Mosfet dẫn và xã nhanh và chuyển điện áp 1 chiều thành xoay chiều dạng sóng vuông 12 V để đƣa vào cuộn thứ cấp của biến áp

 Biến áp có chức năng khuếch đại điện áp xoay chiều sóng vuông 12V lên điện áp xoay chiều sóng vuông 270V

 Mạch hồi tiếp và ổn định điện áp có chức năng nhận điện áp đầu ra chuyển về điện áp 1 chiều thông qua biến áp 220-5V và chỉnh lưu dùng diode ngoài ra dùng cầu phân áp để đƣa về điện áp cần so sánh với điện áp chuẩn của mạch khuếch đại sai lệch Tín hiều ra của mạch khuếch đại sai lệch đƣa đƣa vào chân số 5 của mạch monostable để điều chỉnh độ rộng xung

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 44

Thiết kế

3.3.1 Thiết kế mạch động lực

3.3.1.2 Tính toán thiết kế là dòng điện sơ cấp đi qua biến áp : 0 1 0 1 1

   Để giảm dòng qua Mosfet ta dùng biến áp đôi và sử dụng bán cầu để chuyển điện áp 1 chiều thành xoay chiều

Ta có ,35A Dựa vào dòng và điện áp vào ta chọn Mosfet thỏa mãn điều kiện sau

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 45

Căn cứ vào thông số trên ta tra datasheet và chọn mosfet IRF 3205

Chọn IRF3205 cho cầu trên có

Dựa vào datasheet ta có thông sô sau cho IRF 3205 nhƣ sau:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 46

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 47

Sơ đồ đặc tuyến Mosfet IRF3205

IRF3205 có các giá trị lưu ý sau:

Khi = 5V Thì BJT Dẫn Q 4 tắc ,Dòng điện chạy từ V CC => R 3 => Q 1 => chân G của Q 1 làm Q1 dẫn V CC  V R 3  V Q 3  V R 1  V GS (on)

Mà R 1 = 100 (Tính chọn bên dưới).Suy ra V R1 = 0

Mặt khác khi Q 1 dẫn Vcc từ Ắc quy => thứ cấp => kích cho mosfet Dòng điện đi từ qua biến áp chạy qua chân D và S của mosfet nhƣ sau:

-Tính R3 ;để kích dẫn mosfet ta chọn dòng kíc dẫn vào chân G nhƣ sau:

-Tính chọn Q3 thoải mãn điều kiện:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 48

Khi BJT dẫn bão hòa ta có :

Khi BJT tắt : V CEO (MAX)  V CC

Căn cứ vào các thông số trên và dựa vào bảng datasheet ta chọn BJT 2N222A có bảng datasheet nhƣ sau:

Thông số của 2N222 nhƣ sau:

Khi Vi =0, Q3 tắc Q4 dẫn Điện áp từ Chân G xã qua R1 Qua Q4 xuống Max điện áp xã từ 11.9 xuống 0 Để xã nhanh chọn R1 = 100

     là thời gian xã của Mosfet

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 49

Q4 dẫn chỉ để xã điện áp chân G nên ta chon 2N3906 có datasheet nhƣ sau:

+Thông số của 2N3906 nhƣ sau:

- Để điện trở kích dấn cho BJT Q3 nhƣ sau:

Vì mạch đối xứng nên ta chọn Q 1 giống Q 2 , Q 3 giống Q 5 , Q 4 giống Q 6 , R 1 giống R 2 , R 4 giống R 6

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 50

3.3.2.1 Sơ đồ Nguyên lý và dạng sóng

3.3.2.2 Tính chọn thông số của mạch

Gọi T 0 là thời gian tồi tại của Mạch Monostable Để Điều chỉnh ổn định định điện áp đầu ra Ta chọn:

Mạch hoạt động với Vcc =5V

Thời gian nạp của tụ là C 5 là:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 51

Dòng nạp cực đại cho tụ C 4 là:

Công suất tiêu tán trên R 7 là: P R 7  I R 7 2 R 7  (0, 49.10 ) 68.10  3 2 3  0.016W

Phương trình nạp của tụ:

Khi độ rộng xung 80% t T 0 min =8mS

Khi độ rộng xung 100% t T 0 ax m mS

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 52

3.3.2.3 Phân tích điện áp tại chân số 5 của mạch Monostable

Gọi V A là điện áp tại chân 5 của ic555 mạch Monostable ta có

Tổng trở ra của op-amp khoảng 75Ω

R=5k là trở bên trong ic555

Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình điện áp nút tại A là:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 53

3.3.3 Thiết Kế Mạch vi phân

Hình3.3: Sơ đồ mạch vi phân

Khi điện áp ngõ ra của mạch Astable ở mức logic 0 Tụ C 3 đƣợc nạp từ Vcc qua R 8 đến ngõ ra của mạch Astable Để mạch Monotable hoạt động tốt thì độ dài xung kích đƣa vào chân số (2) của mạch Monotable phải nhỏ hơn thời gian tồn tại xung của mạch Monotable

Phương trình nạp của tụ Cvp là:

Gọi t1 là thời gian tụ C vp nạp đƣợc 1/3V cc

Gọi tx là thời gian tồn tại xung của mạch Monotable t xmin =8mS t xmax mS Để đảm bảo xung kích nhỏ hơn t x ta chọn:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 54 t 1 để lọc nguồn cho điện áp một chiều phẳng, ta chọn tụ C và C2 có giá trị sau:

 Chọn tụ húa C 1 cú: C 1 = 1000àF và V đm = 50V

 Chọn tụ húa C 2 cú: C 2 = 1000àF và V đm = 50V

- Để tăng dòng lên cho 7805 ta mắc thêm trở công suất 20  / 2 W ,chọn led nguồn là loại led đỏ, và điện trở cho led nguồn 330

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 59

3.3.6 Thiết kế mạch hồi tiếp và ổn định điện áp

3.3.6.1 Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động

Hình 3.3.6.1 : Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp 3.3.6.2 Nguyên lý hoạt động

Dùng biến áp hạ từ 220V AC về 5V AC rồi dùng cầu Diode để nắn dòng chuyển 5V

AC về dòng một chiều DC (điện áp sau chỉnh lưu là Ucl= √ )

Sau khi qua chỉnh lưu thì tụ lọc đảm bảo chịu được điện áp 9V

 Chọn tụ lọc là 1000uF /16V Điện áp sau khi lọc qua cầu phân áp đƣa vào chân 2 của bộ khuếch đại sai lệch để so sánh với điện áp chuẩn ở chân 3 Tín hiệu ra của bộ khuếch đại sai lệch đƣa vào chân số 3 của mạch khuếch đại lặp lại điện áp để khuếch đại dòng và giữ nguyên điện áp đầu vào được hồi tiếp về chân 5 của mạch Monostable để ổn định điện áp ra của mạch nghịch lưu Tín hiệu điện ra của mạch Monostable là Vsl = 3.51-3.92 V

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 60

3.3.6.3 Thiết kế bộ hồi tiếp a Thiết kế mạch khuếch đại sai lệch

Chọn OPAMP LM358 có các thông số sau:

• Hoạt động với nguồn đơn(3v đến 32v) hoặc nguồn đối xứng( )

• Dòng cung cấp thấp, trung bình 0.7mA, lớn nhất 1.2mA

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 61

• Khoảng điện áp cùng pha lối vào -0.3 đến 32v

• Phạm vi nhiệt độ hoạt động(C) 0 đến 70

• Dòng điện đầu ra : 30mA Đầu ra của mạch khuếch đại vi sai ta đƣa vào OP-AMP LM358 để khuếch đại dòng và vẫn giữ nguyên điện áp đầu vào b Thiết kế mạch tạo điện áp chuẩn và cầu phân áp

* Thiết kế cầu phân áp

Vi =1.18->1.59V Ứng với T0=8mS thì Vi là 1.59 V

Theo công thức ta có

* Thiết kế điện áp chuẩn

Chọn diode ZenNer 1N4733A có điện áp là 5.1V và dòng điện là 178mA

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 62

3.3.7 Mô phỏng Mạch nghịch lưu

- Sau khi thiết kế được mô phỏng qua phần mền Proteus trước khi thi công mạch

- Các mạch đƣợc mô phỏng nhƣ sau

- (Kênh A sóng màu vàng Kênh B sóng màu xanh dương Kênh C sóng màu hồng, kênh D sóng màu xanh lá cây

Dạng sóng trên là dạng sóng mô phỏng của mạch Astable hình 3.4.6a

+ Kênh A dạng sóng 600Hz chân số 3 của IC555

+ Kênh B là dạng sóng ra Q của IC74HC74 (D-FF)

+ Kênh C là dạng sóng Q của IC74HC74

 Mạch vi phân và mạch Monostable

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 63

Dạng sóng trên mô phỏng của mạch Monostable hình 3.4.4a

Kênh A dạng sóng vào của mạch vi phân tần sô 300Hz (3.33mS)

Kênh B dạng sóng ra của mạch Vi phân

Kênh C dạng sóng ra của mạch Monostable Độ rộng xung T=2.98-1.68=1.3mS

Kênh A đo điện áp ra bán kì dương của mạch cầu

Kênh B đo sóng ra của bán kì âm

+ Sóng kênh A + B ta ra đƣợc sóng của cầu H để cấp vào biến áp để chuyển lên 220V xoay chiều Hình sóng mô phỏng nhƣ sau:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 64

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 65

Sau khi khi mô phỏng mạch bắt đầu thi công từng mạch và đo kiểm tra dạng sóng ra có đúng với thiết kế không?

- Do điện áp, dòng điện, giá trị điện trở bằng đồng hồ đo vạn năng

- Do dạng sóng bằng Máy Oscilloscope

- Vẽ mạch bằng phần mền Orcad 17.2

3.3.8.1 Thi công kiểm tra đo dạng sóng của mạch

 Dạng sóng mạch vi phân:

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 66

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 67

Sau quá trình tính toán thiết kế ta có thông số cần thiết của mạch nghịch lưu

 Với tần số ra 50Hz ta sử dụng biến áp xung loại 3Phase E: CTA – 03

Trong quá trình tính toán mạch lọc và biến áp, Điều quan trọng nhất để tính chọn linh kiện và kích thước là phân tích chuổi Fourier để có được điện áp đỉnh và dòng đỉnh

 Mạch động lực lựa chọn sử dụng

Mosfet loại P để thiết kế cầu

Cầu đƣợc kích dẫn bằng mạch đẩy kéo sử dụng BJT loại PNP và NPN

Dòng điện qua cầu I 0 = 18.35A Điện áp V o = 12VDC

 Mạch Monostrable (Điều khiển độ rộng xung kích để ổn định điện áp đầu ra) Mạch sử đụng IC555 hồi tiếp về chân 5

 Mạch vi phân (Xén điện áp để T 0 = 80% thời gian tồn tại xung của Astable để dễ dàn điều khiển ổn định điện áp.Mạch sủ dụng tụ C và Diode để xén

 Mạch Astable: Cho ra xung với tần số yêu cầu 100Hz Mạch sử dụng IC555 ghép với DfitFlop sau đó để chia đôi xung và tạo xung đều nhau

 Mạch hồi tiếp dùng biến áp hạ từ 220VAC xuống 5VAC sau đó chỉnh lưu và sử dụng OPAM để so sánh điện thế hồi tiếp về với điện áp chuẩn để cho ra điện áp sai lệch điều khiển ổn định điện áp

2 Các giá trị đầu ra Điện áp ra V ra = 220VAC

NGHỊCH LƯU MỘT PHA Trang 68

KẾT LUẬN LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỄN ĐỀ TÀI

- Qua quá trình thiết kế các khối chức năng của mạch nghịch lưu Quá trình thiết kế nhƣ một bài toán ngƣợc có thông số đầu ra ta tính và thiết kế các thông số đầu vào

- Sau khi tính toán thiết kế đƣợc ta nên mô phỏng kiểm tra thông qua phần mền proteus trước khi thi công mạch nhằm giảm bớt những lỗi sai trong quá trình tính toán thiết kế

- Sau 15 tuần tìm hiểu, tính toán thiết kế và thi công mạch:

+ Hiểu biết rõ hơn về linh kiện điện tử về cả cấu tạo hình dáng cũng nhƣ nguyên lý hoạt động của chúng

+ Vận dụng kiến thức đã học vào tính toán từng khối chức năng

+ Đây là một môn học rất hay và hữu ít giúc sinh viên tiếp xúc với điều kiện tiếp xúc với thực tế

 Qua đề tài em rút ra đƣợc giữa lý thiết đôi lúc cũng có những sai số đáng kể, nguyên nhân do:

3 Sai số của linh kiện điện tử nhƣ:

+ giá trị điện trở, giá trị tụ điện, cuộn cảm …

+ Sai số do tính chính sát của linh kiện IC tích hợp

+ Do hàng nhái kém chất lƣợng

4 Sai số do cụng đo chưa chính hoặc chưa nắm rõ phương pháp đo

 Hướng phát triễn đề tài: Ƣu Nhƣợc điểm của đề tài:

- Các khối chức năng đa phần đã đặc đƣợc yêu cầu thiết kế nhƣ tạo xung (Astable), vi phân, mạch Monostable, lọc, biến áp, mạch hồi tiếp

- Tuy nhiên có một số môdun vẫn cần cải thiện nhƣ

+ Thay Điều khiển độ rộng xung của mạch Monostale bằng nguồn dòng sẽ đơn giản hơi trong việc điều khiển độ rộng xung cũng nhƣ thiết mạch hồi tiếp Bởi vì độ tuyến tính cao, dải điện áp điều chỉnh độ rộng xung lớn

+ Mạch động lực còn rất nóng trong quá trình hoạt động do dong điện quá lớn lại biến thiên liên tục dễ gây hƣ hỏng Mosfet

Ngày đăng: 07/06/2024, 09:51

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1.2. Sơ đồ nghịch lưu áp cầu 1 pha - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
Hình 1.2. Sơ đồ nghịch lưu áp cầu 1 pha (Trang 7)
Hình 1.1 Sơ đồ nghịch lưu cầu 1 pha  1.2.3  Nghịch lưu áp. - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
Hình 1.1 Sơ đồ nghịch lưu cầu 1 pha 1.2.3 Nghịch lưu áp (Trang 7)
1.3.2  Sơ đồ khối. - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
1.3.2 Sơ đồ khối (Trang 11)
2.5.1.1  Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của IC555. - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
2.5.1.1 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của IC555 (Trang 30)
3.2.2  Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha. - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha (Trang 42)
Sơ đồ đặc tuyến Mosfet IRF3205 - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
c tuyến Mosfet IRF3205 (Trang 47)
Hình3.3: Sơ đồ mạch vi phân - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
Hình 3.3 Sơ đồ mạch vi phân (Trang 53)
Sơ đồ mạch khối nguồn - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
Sơ đồ m ạch khối nguồn (Trang 58)
3.3.6.1  Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động - đồ án điện tử ứng dụng đề tài mạch nghịch lƣu 1 pha
3.3.6.1 Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động (Trang 59)
w