Tìm hiểu về mạch cầu h mạch lái Động cơ mạch chớp tắt led dùng kết hợp relay & diode

Nguyên lý hoạt độngTrong sơ đồ mạch trên, chúng ta sẽ có nhiều kiểu kích các transistor tùyvào ứng dụng hoạt động của mạch.. Tuy nhiên, ở đây chúng ta chỉ khảo sát mạchcho ứng dụng điều

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC VẬT LÝ BÁN DẪN

ĐỀ TÀI

TÌM HIỂU VỀ MẠCH CẦU H - MẠCH LÁI ĐỘNG CƠ MẠCH CHỚP TẮT LED DÙNG KẾT HỢP RELAY & DIODE

LỚP: L01 NHÓM: 01 HK212 GVHD: PHAN VÕ KIM ANH SINH VIÊN THỰC HIỆN

Phần link đến video mô phỏng và mạch thực tế em để ở

cuối bài báo cáo ạ!

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

A H-Bridge 3

I Lý thuyết mạch cầu H (H–Bridge) 3

1 Sơ đồ mạch 3

2 Nguyên lý hoạt động 3

II Thiết kế sơ đồ nguyên lý và chọn linh kiện 5

1 Sơ đồ mạch cầu H 5

2 Các linh kiện được sử dụng 6

III Mô phỏng trên Proteus 7

1 Sơ đồ mạch 7

2 Chương trình MCU 8051 (Assembly) 8

B Relay + Diode 10

I Tìm hiểu nguyên lí, vẽ mạch 10

1 Thư viện schematic và PCB 10

2 Mạch nguyên lí (schematic) 11

3 Vẽ qua PCB, cắt board, đi dây, phủ đất 13

II Thi công mạch 15

1 Nguyên liệu 16

2 Làm mạch 16

3 Sản phẩm và bill 17

C TỔNG HỢP LINK CÁC VIDEO: 17

2

2 Nguyên lý hoạt động

Trong sơ đồ mạch trên, chúng ta sẽ có nhiều kiểu kích các transistor tùyvào ứng dụng hoạt động của mạch Tuy nhiên, ở đây chúng ta chỉ khảo sát mạchcho ứng dụng điều khiển động cơ nên chúng ta sẽ có sơ đồ kích các transistor nhưsau: S1 và S2 sẽ được kích bật và tắt cùng lúc; S3 và S4 sẽ được kích bật và tắtcùng lúc S1 và S4 luôn được kích đối lập nhau để tránh trường hợp ngắn mạch.Vậy sẽ luôn có 2 trường hợp hoạt động của mạch:

 Vậy nếu ta gọi D là tỉ số giữa thời gian S1 được bật với thời gian chu kỳ bậttắt của các khóa Ta sẽ có điện áp trung bình rơi trên tải là: U U .(2D1).

 Điều khiển tốc độ động cơ:

Vậy để ứng dụng mạch cầu H để điều khiển tốc độ và chiều động cơ, chúng ta sẽcần điều khiển điện áp rơi trên động cơ, cũng tức điều khiển tỉ số điều chế D

 Khi D = 0.5 thì động cơ sẽ không chạy

 Tại D = 0.5, tăng D lên, động cơ sẽ quay một nhanh theo chiều thuận, đến khiD=1 thì động cơ chạy nhanh nhất chiều thuận Và tương tự, từ D = 0.5, giảm

D xuống, động cơ chạy càng nhanh theo chiều nghịch và đạt tốc độ tối đa khi

D = 0

II Thiết kế sơ đồ nguyên lý và chọn linh kiện

1 Sơ đồ mạch cầu H

2 Các linh kiện được sử dụng

Nguồn bọn em dùng để cấp cho Vi điều khiển để tạo xung PWM là 5V, vàdùng nguồn 12V để cấp năng lượng cho động cơ DC

Dùng vi xử lý 8051 để tiến hành cấp xung PWM cho mạch cầu H Đầu rachân Port có điện áp là 5V Chu kỳ máy là 1us

Động cơ DC giảm tốc vàng 2 trục 1:48 Với việc kiểm tra các ứng dụng nên

sử dụng động cơ này để tiến hành thử nghiệm Với tốc độ quay từ 125 rpm đến 208rpm và chịu được điện áp từ 5-12V Dòng cực đại khi điện áp ở 12V là 1A.Mosfet IRF9540N: là mosfet loại P với điện kiện kích là kích âm (có thêmmột điện trở 10k mắc giữa 2 đầu G và D và được nối về nguồn với chức năng là đểtạo điển trở kéo về nguồn) Nguyên nhân chọn linh kiện: Với thiết kế mạch cầu H

6

dùng để điều chỉnh tốc độ và chiều quay động cơ thì các Mosfet cần phải làm việc

ở tốc độ chuyển mạch nhanh, và IRF9540N có tần số chuyển mạch là 1MHz có thểđáp ứng điện kiện này Dòng điện tối đa có thể chạy qua mosfet là 23A lớn hơn rấtnhiều dòng điện cực đại chạy qua động cơ Áp Vgs của mosfet tối đa là 20 V Vớikiểu mạch phân cực thì áp Vgs tối đa là 12V Thời gian bật và tắt của mosfet vàokhoảng 70ns nên với tần số 5Khz thì mosfet có dư sức đáp ứng

Mosfet IRF 540N: là mosfet loại N cũng tương tự với IRF9540N sẽ có thêmđiện trở kéo xuống nguồn âm, và cũng với đáp ứng tần số là 1MHz để đáp ứng choứng dụng này Những thông số cần chú ý của IRF540N cũng có thông số tươngđương IRF9540N nên cũng sẽ hoạt động tốt ở mạch này

 Với những thông số của các mosfet như vậy thì, mạch có thể hoạt động ở tần

số lớn hơn vào khoảng 1MHz Có thể chọn động cơ sao cho điện áp trên nó cóvào khoảng 20V tùy cách lắp mạch; Dòng điện tối đa qua động cơ có thể ở 10A.Diode IN4001: mắc đối song với các mosfet Với việc chống dòng ngược ởmức tương gây hư hỏng các linh kiện thì diode này có thể sử dụng trong trườnghợp này

Ngoài ra các thành phẩn cơ bản trên, nhóm sử dụng Opto PC817 để cách lymạch cầu H với vi điều khiển Opto PC817 sẽ đi kèm với 2 điện trở 330Ω vì OptoPC817 hoạt động ở dòng phân cực thuận là 50mA thì với điện trở 330 Ω có thểdùng để hạn dòng cho opto sử dụng

III Mô phỏng trên Proteus

1 Sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch cầu H được cấp xung PWM bằng IC-555

Sơ đồ mạch cầu H được cấp xung bởi MCU 8051

8

2 Chương trình MCU 8051 (Assembly)

Chu kỳ của xung kích là khoảng 200 chu kỳ máy của 8051, tức khoảng

200 us Vậy nên tần số xung kích khoảng 5kHz Do tầm hiểu biết về chip xử lýcòn hạn chế nên chúng em chỉ có thể chọn như vậy

Tỉ số điều chế được quy định bởi giá trị thanh ghi R1 và R2 Và giá trị của

R1 và R2 phải được chọn sao cho R1 + R2 =200 Tỉ số điều chế:

1200

1 Giới thiệu:

- Module H-Bridge H à mạch cầu H, công suất cao giúp cho phép điều khiểnđộng cơ Dc/Dc Servo

- Module này được thiết kế để chạy ổn định cho các động cơ DC có công suất

<=500W, cho phép tần số băm PWM lên đến 20Khz

- Ngõ vào điều khiển (PWM, Dir) được cách li quang

- Mạch thiết kế có bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải và quá nhiệt

- Module được thiết kế với kích thước khá nhỏ gọn, dễ sử dụng

2 Tính năng của module

- Điện áp vận hành 8 - 32V

- Công suất 500W

- Dòng điện liên tục 16A

- Ngõ vào điều khiển cách ly quang tần số cao

- Led báo hiệu chiều quay, báo hiệu nguồn

10

- Bảo vệ ngắn mạch, quá tải, qúa nhiệt.

- Cho phép độ rộng xung trên toàn giải 0-100%

I Tìm hiểu nguyên lí, vẽ mạch

1 Thư viện schematic và PCB

Thư viện của các linh kiên thụ động như trở, tụ, header, domino… em lấy

từ thư viện của các dự án trước do các anh trong CLB PIF cho Riêng relay 12V

vì không có thư viện nên em phải tự vẽ (một phần vì em không tìm thấy trênmạng)

Có các bước như sau:

a Search trên các trang web lớn như WE, UltraLib… nếu các tang web nàykhông có thì phải tự vẽ

b Tìm datasheet của realy 12V đọc để vẽ đúng chân bên schematic và footprintbên PCB

12

c Vẽ schematic trước rồi vẽ footprint

d Add thư viện vào thư viện của project

2 Mạch nguyên lí (schematic)

a Tìm hiểu nguyên lí

Link sơ đồ mạch tham khảo để vẽ

https://machdienlythu.vn/mach-dong-ngat-ro-le/Trong tài liệu trên có mạch như sau:

14

Mạch thết kế lại để vẽ:

Ta mắc thêm diode phát quang (LED) để nhận biết có nguồn tín hiệu vàohay chưa Có thể là mức cao hoặc thấp tùy vào mạch ta thiết kế cho relay là kíchmức cao hay thấp Trong trường hợp này là kích mức cao tức là tín hiệu vào củachân S trên header là 12V (mức cao và điện áp hoạt động của relay)

b Vẽ schematic với thư viện đã tạo

Ta có schematic được thiết kế trong Altium:

Schematic để bớt phức tạp em dùng netlabel để kết nối các chân đất, nguồn,chân tín hiệu (S)… ra jumper và domino.

3 Vẽ qua PCB, cắt board, đi dây, phủ đất

a Cắt board, đi dây

( Phần này lúc đi dây em chưa chỉnh độ dày của dây có tải 120V với tín hiệunhưng do mạch đúng phủ đất rồi nên em lấy tạm)

b Phủ đất cho board

16

(Mạch đúng các đường dây cho dòng cao đi qua dày 10mm đến 20mm, mạch này

đa phủ đất)

c Kiểm tra hai mặt: đảm bảo các chữ không bị chèn lên nhau và các đường dâykhông được ở quá gần nhau

Phần mạch 3D lớp top và bot:

d Xuất file Bot và Top overlay để đi in mạch:

( Do em chỉnh mirror trong mục PageSetup ở cả hai mặt nên em không dùng lớpTop overlay được)

18

II Thi công mạch

1 Nguyên liệu

Ngoài ra còn có LED, trở, domino… nhưng ô em về quê nên không mang về hếtđược

2 Làm mạch

B1: Cắt board đồng vừa với hình đã in ra của lớp bot

B2: Dùng bàn ủi ủi lớp bot lên board đồng rồi gỡ ra

B3: Ngâm bột sắt cho đến khi phần đồng không được lớp mực che bị ăn hếtB4: Rửa mực đi bằng axeton

Vì Keil_C của em đã update không còn đối tượng 8051 nên phần mô phỏng dùng

8051 xuất xung PWM nhóm em sẽ không có video ạ!