Bài tập lớn Điện tử công suất Đề tài thiết kế hệ thống chỉnh lưu…

Mạch này sử dụng hệthống điều khiển bước lên/bước xuống gốc và cung cấp nguồn điện hiệusuất cao hơn so với các bộ điều khiển chuyển đổi hệ thống SEPIC hoặc H-bridge truyền thống - Tích h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT

NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG

NGHIỆP

==========o0o==========

BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Mã: 13350 Học kỳ: 2 – Năm học: 2019 - 2020

Đề tài: Thiết kế hệ thống chỉnh lưu….

NGUYỄN

THÀNH CÔNG 123 45 ĐTĐ59Đ H Nhóm trưởng NGUYỄN VĂN

Giảng viên hướng

dẫn:

TS Đặng Hồng Hải

HẢI PHÒNG - 5/2020

ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN

Giáo viên hướng dẫn

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 CÁC QUI ĐỊNH CHUNG 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Sử dụng các định dạng văn bản theo qui định 1

1.2.1 Qui định về căn lề văn bản 1

1.2.1 Tạo lề cho văn bản in 2 mặt 3

1.2.2 Tạo chương mới 3

1.2.3 Tạo tiêu đề các cấp 3

1.2.4 Định dạng phần nội dung các chương, mục 4

1.2.5 Hình vẽ - Đồ thị 4

1.2.6 Bảng biểu 6

1.2.7 Phương trình 8

1.3 Tạo tham chiếu chéo giữa các đoạn văn bản 11

1.4 Tạo danh mục tài liệu tham khảo 11

1.5 Cập nhật lại các chú thích và tham chiếu 15

1.6 Tạo danh mục hình vẽ 15

1.7 Tạo danh mục bảng biểu 16

1.8 Tạo trang mục lục 16

1.9 Qui cách đóng quyển 17

CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG CÁC BIỂU ĐỒ 19

2.1 Giới thiệu về biểu diễn bằng đồ thị 19

2.2 Đồ thị kiểu bánh 19

2.3 Đồ thị kiểu thanh ngang 20

2.4 Đồ thị kiểu cột đứng 20

2.5 Đồ thị kiểu đường 21

2.6 Đồ thị kiểu diện tích 21

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

PHỤ LỤC 25

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Đồ thị kiểu bánh 20

Hình 2.2 Đồ thị kiểu thanh ngang 20

Hình 2.3 Đồ thị kiểu cột đứng 21

Hình 2.4 Đồ thị kiểu đường 21

Hình 2.5 Đồ thị kiểu diện tích 22

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê các thiết bị và giá thành 8

MỞ ĐẦU

BỘ ĐIỀU KHIỂN BD8303MUV – Bộ ổn áp & Bộ điều khiển điện

1.1 Mô tả chung

1.1.1 Mô tả tổng quan

- BD8303MUV là mạch điều chỉnh chuyển đổi bước lên/bước xuống hiệusuất cao của ROHM Nó tạo ra đầu ra 3.3V / 5V từ 1 viên pin lithium, 4viên pin hoặc 2 viên pin Li chỉ với một cuộn cảm Mạch này sử dụng hệthống điều khiển bước lên/bước xuống gốc và cung cấp nguồn điện hiệusuất cao hơn so với các bộ điều khiển chuyển đổi hệ thống SEPIC hoặc H-bridge truyền thống

- Tích hợp hệ thống bảo vệ ngắn mạch với chức năng khóa thời gian: Bảo

vệ khỏi ngắn mạch và tự động khôi phục sau khi ngắn mạch được loại bỏ

- Thiết bị cầm tay tổng quát

- Máy quay phim kỹ thuật số (DVC)

- Máy ảnh DSLR (Single-Lens Reflex Cameras)

- Đầu đĩa DVD cầm tay

- Máy tính xách tay (Mobile PCs)

1.1.4 Thông số kỹ thuật chính

- Dải điện áp đầu và: Từ +2.7V đến +14V

- Độ chính xác điện áp tham chiếu: 1.25%

Hình 3.Cấu hình chân Bảng 1.Chức năng của từng chân

1 RT Tần số dao động được thiết lập ở terminal

6 BOOT2 Đầu vào trình điều khiển ở mức năng lượng cao tại đầu ra

7 HG2 Đầu ra điều khiển cổng FET mức năng lượng cao

8 SW2 Chân kết nối cuộn cảm phía đầu ra

9 LG2 Đầu ra điều khiển cổng FET mức năng lượng thấp

10 PGND Cầu đấu dây

11 LG1 Đầu vào điều khiển cổng FET mức năng lượng thấp

12 SW1 Chân kết nối cuộn cảm phía đầu vào

13 HG1 Đầu vào điều khiển cổng FET mức năng lượng cao

14 BOOT1 Đầu vào trình điều khiển mức năng lượng cao tại đầu vào

15 REG Cung cấp điện áp 5V cho bộ điều chỉnh bên trong

16 VCC Chân cấp nguồn điện

- Đề nghị sử dụng một tụ điện ngoại vi 1.0µF để tránh dao động.

3 UVLO:

- Khối này ngăn chặn sự cố của mạch nội bộ trong quá trình khởi động hoặc khi nguồn cung cấp giảm xuống dưới một điện áp nhất định

- Khi VREG thấp hơn 2.4V, các chân HG1, HG2, LG1 và LG2 sẽ ở mức thấp,

khối này sẽ TẮT tất cả các FET và đầu ra của bộ chuyển đổi DC/DC và đặt lại

bộ đếm thời gian của mạch SCP nội bộ và mạch khởi động mềm

4 SCP:

- Khối này là Bảo vệ Ngắn Mạch sử dụng Hệ thống Latch Thời gian

- Nó có một bộ đếm nội bộ đồng bộ với OSC.

- Khi chân INV được đặt ở 1.0V hoặc điện áp thấp hơn, bộ đếm nội bộ sẽ đếm

khoảng 8200 xung sau đó mạch latch sẽ kích hoạt, TẮT đầu ra của bộ chuyển

- Tần số có thể thay đổi tùy thuộc vào giá trị của điện trở ngoại vi của chân RT

(chân 1)

- Khi RRT = 51kΩ, tần số hoạt động được đặt là 600kHz.

6 ERROR AMP:

- Khối ERROR AMP phát hiện tín hiệu đầu ra và tín hiệu điều khiển PWM và so

sánh chúng với điện áp tham chiếu nội bộ được đặt là 1.0V

7 PWM COMP:

- Khối PWM COMP là bộ chuyển đổi Điện áp thành Độ rộng xung (PWM) điều

khiển điện áp đầu ra tùy thuộc vào điện áp đầu vào

- Khối này điều khiển độ rộng xung bằng cách so sánh sóng hình dạng SLOPE nội bộ với điện áp đầu ra của ERROR AMP.

- Tín hiệu đầu ra của khối PWM COMP sau đó được đưa vào trình điều khiển Max Duty và Min Duty được đặt ở phía chính và phía thứ cấp của cuộn tụ lọc

lần lượt, như sau:

+ Phía chính (SW1):

- HG1 Max Duty: Khoảng 90%

- HG1 Min Duty: 0%

+ Phía thứ cấp (SW2):

- LG2 Max Duty: Khoảng 90%

- LG2 Min Duty: Khoảng 10%

8 SOFT START:

- Khối này ngăn chặn dòng điện đột ngột trong quá trình khởi động bằng cách đưađiện áp đầu ra của bộ chuyển đổi DCDC vào chế độ khởi động mềm

- Khối Soft-Start đồng bộ với khối OSC nội bộ.

- Khối này cho phép điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi DCDC đạt đến điện áp

được đặt sau khoảng 2400 xung (4ms khi RRT = 51kΩ).

9 N-Channel DRIVER:

- Khối này bao gồm mạch chuyển đổi CMOS đẩy FET N-Channel tích hợp sẵn.Nó cung cấp thời gian chết để ngăn hiện tượng feed-through trong quá trình chuyển đổi từ HG1 = L sang LG1 = H, từ HG2 = L sang LG2 = H và từ LG1 = Lsang HG1 = H, LG2 = L sang HG2 = H

- Thời gian chết được đặt khoảng 100ns cho từng SW cá nhân

1.3.1 Giá trị tối đa tuyệt đối

V BOOT1, V BOOT2

Và GND

20

Bảng 2.Giá trị tối đa tuyệt đối

1.3.2 Điều kiện hoạt động được đề xuất

Tối thiểu Trung bình Tối đa

Bảng 3.Điều kiện hoạt động được đề xuất

UVLO Ngưỡng phát hiện điện áp VUV - 2.4 2.6 V VREG monitor Phạm vi trễ VUVHY 50 100 200 mV

Oscillation Tần số giao động fOSC 480 600 720 kHz RRT=51kΩ

Regulator Điện áp đầu ra VREG 4.7 5.1 5.5 V

Error AMP Điện áp ngưỡng INV VINV 0.9875 1.00 1.0125 V

Dòng cực tiếp đầu vào I INV -50 0 +50 nA VCC=12.0V,VINV=6V Thời gian khởi động mềm tSS 2.4 4.0 5.6 Msec RRT=51kΩ Nguồn đầu ra hiện tại IEO 10 20 30 µA VINV=0,8V,

VFB=1,5V Dòng điện đầu ra IEI 0.6 1.3 3 mA VINV=1,2V,

VFB=1,5V PMV Comparator

Tỷ lệ tối đa của SW1 DMAX1 85 90 95 % HG1 ON

Tỷ lệ tối đa của SW2 DMAX2 85 90 95 % LG2 ON

Tỷ lệ tối thiểu của SW2 DMIN2 5 10 15 % LG2 OFF

Output HG1,2 trở kháng tắt bên trên RONHP - 4 8 Ω

HG1 -LG1 thời gian chết tDEAD1 50 100 200 nsec

HG2 -LG2 chời gian chết tDEAD2 50 100 200 nsec

STB Chân STB

điện áp điều

khiển

Hoạt động VINV 2.5 - VCC V Không hoạt

động VINV -0.3 - +0.3 VKhả năng chống kéo xuống

STB

RSTB 250 400 700 kΩ

Circuit Current Chế độ chờ

hiện tại

Dòng điện mạch VCC ICC1 - 650 1000 µA VINV=1,2V Dòng điện mạch BOOT1 và

BOOT2

ICC2 - 120 240 µA VINV=1,2V

1.4 Giao thức điều khiển

1.4.1 Đồ thị hiệu xuất điển hình

(Trừ khi có quy định khác,Ta =25°C,VCC =7,4V )

1 Kết nối nguồn ngược (Reverse Connection of Power Supply)

- Khi kết nối nguồn với chiều ngược lại, có thể gây hỏng IC Hãy cẩn thận

để tránh ngược chiều khi kết nối nguồn, ví dụ như lắp một diode ngoại vigiữa nguồn và chân cấp nguồn của IC

2 Đường cấp nguồn (Power Supply Lines)

- Thiết kế mẫu bố cục PCB để cung cấp đường cấp nguồn có trở kháng thấp Tách đường mát và đường cấp nguồn của khối số học và khối tương tự để ngăn nhiễu trong đường mát và đường cấp nguồn của khối sốhọc ảnh hưởng đến khối tương tự Ngoài ra, kết nối một tụ điện đất tại tất

cả các chân cấp nguồn Cân nhắc tác động của nhiệt độ và tuổi thọ lên giá trị dung tích khi sử dụng tụ điện điện phân

3 Điện áp đất (Ground Voltage)

- Đảm bảo không có chân nào có điện áp thấp hơn chân đất vào bất kỳ thờiđiểm nào, kể cả trong điều kiện chuyển động

4 Mẫu dây đất (Ground Wiring Pattern)

- Khi sử dụng dây đất cho tín hiệu nhỏ và dòng lớn, hai dây đất này nên được định tuyến riêng biệt nhưng kết nối với một đất duy nhất tại điểm tham chiếu của bo mạch ứng dụng để tránh biến động trong dây đất tín hiệu nhỏ do dòng lớn gây ra Đồng thời đảm bảo rằng các dây đất của các thành phần ngoại vi không gây biến đổi trên điện áp đất Dây đất phải ngắn và dày càng tốt để giảm trở kháng dây

5 Xét đến yếu tố nhiệt (Thermal Consideration)

- Nếu vô tình vượt quá công suất phân tán, tăng nhiệt độ của chip có thể làm suy giảm tính chất của chip Trong trường hợp vượt quá giới hạn tối

đa tuyệt đối này, tăng kích thước bo mạch và diện tích đồng để tránh vượt quá công suất phân tán

6 Điều kiện hoạt động đề xuất (Recommended Operating Conditions)

- Các điều kiện này đại diện cho một khoảng mà trong đó các đặc tính dự kiến của IC có thể được xấp xỉ Các đặc tính điện được đảm bảo dưới điều kiện của từng tham số

7 Dòng khởi đầu (Inrush Current)

- Khi nguồn được cấp cho IC lần đầu, có thể xảy ra tình trạng logic nội bộ không

ổn định và dòng khởi đầu có thể chảy ngay lập tức do chuỗi cấp nguồn và độ trễ nội bộ, đặc biệt là nếu IC có nhiều nguồn cung cấp Do đó, hãy xem xét đặc biệt

về dung tích kết nối nguồn, dây cấp nguồn, độ rộng dây đất và định tuyến kết nối

8 Hoạt động dưới trường từ mạnh (Operation Under Strong Electromagnetic Field)

- Hoạt động IC trong môi trường có trường từ mạnh có thể làm cho IC hoạt động không đúng

9 Kiểm tra trên bo mạch ứng dụng (Testing on Application Boards)

- Khi kiểm tra IC trên bo mạch ứng dụng, kết nối một tụ điện trực tiếp vào chân đầu ra có trở kháng thấp có thể làm cho IC bị căng Luôn xả hết điện từ các tụ sau mỗi quy trình hoặc bước Nguồn cấp của IC luôn phải tắt hoàn toàn trước khi kết nối hoặc tháo nó ra khỏi thiết bị kiểm tra trong quá trình kiểm tra Để tránh hỏng do xả điện tĩnh, đất IC trong quá trình lắp ráp và tuân theo các biện pháp phòng ngừa tương tự trong quá trình vận chuyển và lưu trữ

10 Ngắn mạch giữa các chân và lỗi lắp đặt (Inter-pin Short and Mounting Errors)

- Đảm bảo rằng hướng và vị trí đúng khi lắp IC lên PCB Lắp đặt sai có thể gây hỏng IC Tránh ngắn mạch giữa các chân gần nhau, đặc biệt là đất, nguồn cấp vàchân đầu ra Ngắn mạch giữa các chân có thể do nhiều nguyên nhân như hạt kim

loại, giọt nước (trong môi trường rất ẩm) và cầu hàn không cố ý được đặt giữa các chân trong quá trình lắp ráp.

11 Chân đầu vào không sử dụng (Unused Input Pins)

- Các chân đầu vào của một IC thường được kết nối với cổng của một transistor MOS Cổng có trở kháng cực kỳ cao và dung tích cực kỳ thấp Nếu để không kếtnối, trường điện từ bên ngoài có thể dễ dàng làm nạp điện cho nó Lượng điện tích nhỏ thu được theo cách này đủ để tạo ra tác động đáng kể lên dẫn dòng qua transistor và gây ra hoạt động không mong muốn của IC Do đó, trừ khi có quy định khác, các chân đầu vào không sử dụng nên được kết nối với đường cấp nguồn hoặc đất

12 Về chân đầu vào của IC

- IC đơn mảnh này chứa các lớp cách ly P+ và lớp P substrate giữa các yếu tố kề nhau để giữ cho chúng cách ly Các kết hợp P-N được tạo ra tại giao điểm của các lớp P với các lớp N của các yếu tố khác, tạo thành một diode hoặc transistor

ký sinh Ví dụ (xem hình dưới):

+ Khi GND > Chân A và GND > Chân B, kết hợp P-N hoạt động như một diode ký sinh

+ Khi GND > Chân B, kết hợp P-N hoạt động như một transistor ký sinh

- Diode ký sinh không thể tránh khỏi trong cấu trúc của IC Hoạt động của diode

ký sinh có thể gây ra sự can thiệp lẫn nhau giữa các mạch, lỗi hoạt động hoặc hỏng hóc vật lý Do đó, nên tránh các điều kiện làm cho các diode này hoạt động, chẳng hạn như áp dụng điện áp thấp hơn điện áp GND vào chân đầu vào (và do đó vào lớp P substrate)

Hình 5.Mạch tích hợp đơn

13 Mạch Tắt nhiệt tự động (Thermal Shutdown Circuit - TSD)

IC này được tích hợp sẵn mạch tắt nhiệt tự động để ngăn chặn hỏng hóc do nhiệt độ cao cho IC Hoạt động bình thường luôn phải nằm trong giới hạn công suất phân tán của IC.Tuy nhiên, nếu vượt quá giới hạn này trong một khoảng thời gian liên tục, nhiệt độ của điểm nối (Tj) sẽ tăng, kích hoạt mạch TSD và tắt tất cả các chân đầu ra Khi Tj giảm dưới ngưỡng TSD, các mạch sẽ tự động khôi phục hoạt động bình thường

Lưu ý rằng mạch TSD hoạt động trong tình huống vượt quá giới hạn tối đa tuyệt đối và

do đó, không bao giờ được sử dụng mạch TSD trong thiết kế hoặc cho bất kỳ mục đích nào khác ngoài việc bảo vệ IC khỏi hỏng hóc do nhiệt độ cao

1.8 Thông tin đóng gói và đặt hàng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Bách, Lưới điện và hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2004

[2] Abe Masayuki, “A Practical Approach to Accurate Fault

Location on Extra High Voltage Teed Feeders,” IEEE

Transaction on Power Delivery, pp 159-168, 1995

[3] Microsoft, "Add citations in a Word document," 2017.

PHỤ LỤC A1 Chi tiết số liệu thí nghiệm

Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có).

A2 Chi tiết các bước tính toán

Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có).

A3 Chi tiết sơ đồ mô phỏng

Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có) Trình phụ lục tại đây (nếu có).

*Sơ đồ khối

*Các loại đường cong hiệu suất

Điện áp REG: VREG [V]

Điện áp REG và điện áp VCC

Điện áp REG: VREG [V]

Điện áp REG và nhiệt độ môi trường

Dòng chân BOOT [μA]

Dòng điện chân BOOT và điện

Điện áp RA: VOUT [V]

Điện áp OUT và điện áp VCC

(Quy định dòng)

Điện áp RA: VOUT [V]

Điện áp OUT và dòng tải

(Quy định tải)

Nhiệm vụ [%]

Nhiệm vụ tối đa / Nhiệm vụ tối thiểu so với nhiệt độ môi trường

Dạng sóng dao động

Dạng sóng biến đổi tải của mạch ứng dụng

*Đường cong giảm nhiệt trọn gói

Đường cong giảm nhiệt độ tiêu tán năng lượng và nhiệt độ môi trường xungquanh

bị thiết có ý định sử bị y tế, thiết bị giao thông, máy bay/tàu vũ trụ, bộ điều khiển năng lượng hạt nhân, bộ điều khiển nhiên liệu, thiết bị ô tô bao gồm phụ kiện ô tô, thiết bị an toàn, v.v .) và trục trặc hoặc lỗi có thể gây thiệt hại về người, thương tích cơ thể hoặc thiệt hại nghiêm trọng về tài sản (“Ứng dụng cụ thể”), vui lòng tham khảo trước với đại diện bán hàng của ROHM.

2 ROHM thiết kế và sản xuất Sản phẩm của mình tuân theo hệ thống kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt Tuy nhiên, các sản phẩm bán dẫn có thể bị hỏng hoặc trục trặc ở một mức độ nhất định Vui lòng đảm bảo thực hiện, theo trách nhiệm của riêng bạn, các biện pháp an toàn đầy đủ bao gồm nhưng không giới hạn ở thiết kế không an toàn để chống lại thương tích vật lý, hư hỏng đối với bất kỳ tài sản nào mà Sản phẩm của chúng tôi bị lỗi hoặc trục trặc có thể gây ra Sau đây là ví dụ về các biện pháp an toàn: [a] Lắp đặt mạch bảo vệ hoặc các thiết bị bảo vệ khác để cải thiện

độ an toàn của hệ thống [b] Lắp đặt các mạch dự phòng để giảm tác động của sự cố một hoặc nhiều mạch

3 Sản phẩm của chúng tôi được thiết kế và sản xuất để sử dụng trong các điều kiện tiêu chuẩn chứ không phải trong bất kỳ môi trường hoặc điều kiện đặc biệt hoặc nào :

[a] Sử dụng sản phẩm trong bất kỳ loại chất lỏng: bao gồm nước, dầu, hóa chất và dung môi hữu cơ.

[b] Sử dụng sản phẩm ngoài trời hoặc ở những nơi sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời hoặc bụi

[c] Việc sử dụng sản phẩm ở những nơi tiếp xúc với gió biển hoặc khí ăn mòn, kể cả Cl2, H2S, NH3, SO2.

[d] Sử dụng sản phẩm ở những nơi sản phẩm tiếp xúc với tĩnh điện hoặc sóng điện từ

[e] Không sử dụng sản phẩm gần các bộ phận sinh nhiệt, dây nhựa hoặc các vật dụng dễ cháy.

[f] Niêm phong hoặc phủ sản phẩm bằng các vật liệu phủ.

[g] Không sử dụng sản phẩm mà không làm sạch chất trợ dung; hoặc sửa sản phẩm bằng cách sử dụng nước hoặc chất tẩy rửa hòa tan trong nước để làm sạch cặn sau khi hàn.

[h] Không sử dụng sản phẩm ở những nơi có sương ngưng tụ.

4 Sản phẩm không được thiết kế chống bức xạ.

5 Vui lòng xác nhận các đặc điểm của sản phẩm cuối cùng hoặc sản phẩm được gắn trong quá trình sử dụng.