thiết kế nguồn dc-dc ổn dòng có điện áp đầu vào 24 v-dc, đầu ra có dòng điện i=350 (ma), p=7 w

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tìm hiểu ngun lý ổn dịng mạch buck converter Tìm hiểu IC UC3842 Thiết kế tính tốn mạch ngun lý nguồn ổn dịng sử dụng UC3842 11 CHƯƠNG II : PHẦN THỰC NGHIỆM 20 Tìm hiểu lắp ráp mạch thử IC UC3842 20 Hồn thiện mạch ổn dịng sử dụng IC UC3842 21 Kết thực nghiệm 23 CHƯƠNG III : KẾT LUẬN 25 Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, hầu hết ngành kinh tế, kĩ thuật, ngành công nghiệp áp dụng kĩ thuật tự động hố Có thể nói, tự động hoá làm thay đổi diện mạo nhiều ngành sản xuất, dịch vụ nhiều nước xuất nhà máy khơng có người, văn phịng khơng có giấy Khắp nơi bắt gặp thuật ngữ Thương mại điện tử, Chính phủ điện tử, Máy thơng minh, Thiết bị thông minh Cùng với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật công nghệ bán dẫn điện, ngày Điện tử công suất giữ vai trị quan trọng kỹ thuật điện nói chung Môn học Điện tử công suất trở thành môn học bắt buộc sinh viên ngành kỹ thuật điện, Tự động hố Điện tử cơng suất công nghệ biến đổi điện từ dạng sang dạng khác phần tử bán dẫn cơng suất đóng vai trị trung tâm Bộ biến đổi điện tử cơng suất cịn gọi biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa nguyên tắc biến đổi điện từ trường Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành cơng nghiệp đại Có thể kể đến ngành kỹ thuật mà có ứng dụng tiêu biểu biến đổi bán dẫn công suất truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, q trình điện phân cơng nghiệp hóa chất, nhiều thiết bị cơng nghiệp dân dụng khác Trong năm gần công nghệ chế tạo phần tử bán dẫn công suất có tiến vượt bậc ngày trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo biến dổi ngày nhỏ gọn, nhiều tính sử dụng ngày dễ dàng Trong thời gian thực tập trường ĐHBK Hà Nội với nội dung :“ Thiết kế nguồn DC-DC ổn dịng có điện áp đầu vào 24 V-DC, đầu có dịng điện I=350 (mA), P=7 W“ Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trung Kiên hướng dẫn tận tình tạo điều kiện để em hoàn thành thực tập với kết tốt Hà nội ,ngày 09 tháng 04 năm 2011 Sinh viên thực Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Hà Thế Tài CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tìm hiểu nguyên lý ổn dòng mạch buck converter * Nguyên lý làm việc mạch buck converter U1 2 D U in M O SFET R s U out L2 IN D U C T O R Hình 1: mạch nguyên lý buck converter */ Buck converter biến đổi mà điện áp đầu nhỏ điện áp đầu vào hay gọi biến đổi giảm áp ( step-down converter) Hình sơ đồ nguyên lý buck converter, Mosfet hoạt động cơng tắc(van) đóng cắt xung điều khiển ( xung vuông ) với điều khiển tạo xung điều khiển có tần số đóng cắt lớn cấp cho mosfet.Ở ta sử dụng điều chế PWM ( Pulse Width Modutlation) Gọi T chu kỳ chuyển mạch,t thời gian van đóng mạch (on-time) t2 thời gian van mở mạch ( off-time) T=t 1+t2 Hệ số (giữa thời gian đóng mạch ( on-time) chu kỳ chuyển mạch T ) gọi chu kì nhiệm vụ ( duty cycle) ( H2) +/ on-time van điện áp V Vin, Điot D bị phân cực ngược khóa lại,khi dịng điện I v qua cuộn cảm cuộn cảm L nạp lượng ( giữ lại thành phần xoay chiều ) Khi van off-time cuộn cảm L phóng điện chống lại giảm đột ngột dòng điện mạch tiếp tục dẫn dòng điện qua tải ,đi qua R s diode, kết điện áp V Trong thời gian van off-time điện áp V dòng điện IL không giảm 0.Đây gọi chế độ continuous mode Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài +/ chế độ điện áp phụ thuộc vào thời gian đóng mở van Vout= *Vin +/ dịng điện qua cuộn cảm có dạng xung tam giác giá trị trung bình xác định tải Độ dao động dòng điện IL = Imax-Imin ,phụ thuộc vào L, tính toán nhờ định luật Faraday V=L => ∆i= *V*∆t => ∆IL= (Vin-Vout)*t1= Vout(T-t1) Với Vout= *Vin chọn tần số f cho chế độ continuous mode ta có : ∆IL= (Vin-Vout)* (*) */ tính tốn giá trị cho cuộn cảm L - tính chọn cuộn cảm có vấn đề xảy chọn ∆I L nhỏ cuộn cảm L phải có giá trị lớn để có độ đập mạch tốt Và để tạo cuộn cảm có giá trị lớn nặng đắt Nếu chọn ∆I L nhỏ dịng điện điều khiển đóng mostfet lớn Bởi người ta thường lấy ∆IL=10%Iout L= ( Vin-Vout)* Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Hình 2: đồ thị điện áp dòng điện mạch buck converter +/ Để điều khiển đóng mở van ta có nhiều cách tạo xung vuông điều khiển thông dụng ta sử dụng giữ nguyên chu kì T thay đổi thời gian mở xung t1 +/ Nguyên tắc ổn dòng sử dụng buck converter ta tạo thời gian đóng mở van ( hay độ rộng xung điều khiển vào mostfet) cho dòng điện tăng cao vượt giá trị ngưỡng ta phải đóng van lại ngắt dịng điện qua van,khi cuộn cảm L phóng điện qua tải (Load)và R s điốt => dòng không tăng lên mà không giảm Khi dịng giảm xuống giá trị I ta phải mở van cho dòng điện qua van vừa nạp phần xoay chiều lên cuộn cảm tăng dịng điện khơng cho giảm giá trị ngưỡng Để làm điều ta sử dụng IC UC3842 2.Tìm hiểu IC UC3842 - Họ UC 1842/3/4/5 cung cấp tối ưu cho thiết bị off-line cố định tần số chế độ ổn định dòng điện ( current mode) biến đổi DC to DC với số phần tử mạch ngồi Mạch bên có phần khóa điện áp, dịng khởi động nhỏ 1mA, so sánh sai lệch dòng điện Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Hình 3: sơ đồ cấu trúc IC UC3842 */ Các đặc tính UC3842 Tối ưu hóa cho ngoại vi biến đổi DC-DC Dòng khởi động thấp cỡ < 1(1mA) Tự động cấp phản hồi bù Sẽ khóa với trễ chưa đạt điện áp Tăng tải theo đặc tính đáp ứng Triệt tiêu xung kép Dịng cao khuếch đại đầu Sai lệch cường độ dòng điện thấp Hoạt động với tần số tới 500 KHz - Họ UC384x có loại : loại chân ; loại 14 chân loại 20 chân Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Hình 4: sơ đồ kết nối chân họ IC UC384X */ Cấu trúc UC3842 chức chân */ Chân 1:( COMP) chân chân nhận điện áp so sánh, điện áp chân tỉ lệ thuận với điện áp ra, thơng thường ta khơng đấu trực tiếp điện áp phản hồi mà đấu vào chân qua điện trở R Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Hình 5: sơ đồ mắc chân chân IC */ chân 2:(VFB) chân nhận điện áp hồi tiếp, hồi tiếp so quang hồi tiếp trực tiếp từ cuộn hồi tiếp sau qua cầu phân áp, điện áp hồi tiếp chân tỷ lệ nghịch với điện áp ra, lý làm điện áp đưa chân tăng lên điện áp giảm thấp bị ngắt */ Chân ( CURRENT SENSE ) : chân cảm biến dòng, chân theo dõi điện áp chân S đèn Mosfet, dòng qua Mosfet tăng => điện áp chân S tăng => điện áp chân tăng, áp chân tăng đến ngưỡng khoảng 0,6V dao động bị ngắt, điện trở chân S xuống mass khoảng 0,22 ohm , điện trở tăng trị số bị thay trị số lớn chạy có tải nguồn bị ngắt -điện áp tối đa phản hồi chân 1,1(V) thường ta tính V - ý chân ta mắc thêm mạch RC hình vẽ để giảm dịng điện vào chân khởi động tăng cao.( Hình 7) Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Hình 6: sơ đồ mắc chân IC Hình 7: dạng sóng chân khơng có R-C có R-C */ chân : chân nối với mạch tạo dao động R-C , điện áp cấp cho mạch dao động lấy từ chân ( voltage reference V), người ta thường đưa xung dòng hồi tiếp chân để đồng pha tần số dịng với tần số dao động nguồn, điều đảm bảo sị dịng hoạt động tiêu thụ nguồn Mosfet nguồn mở để kịp thời cung cấp, điều làm cho điện áp khơng bị sụt áp cao áp chạy Hình 8: sơ đồ mắc chân số Page Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài */ chân : chân nối đất ( mass) */ chân : chân chân tạo xung điều khiển van ( xung vuông ), độ rộng xung thay đổi để phù hợp với yêu cầu mạch Is U 1 C O M P VR EF VF B IS E N S E O U T R T /C T VC C G N D Q M O SF ET N U C 3842 Hình 9: sơ đồ mắc chân vào mạch */ chân : ( VCC) chân nhận điện áp cung cấp cho IC khoảng từ : 20(VDC )đến 23 (V- DC) Điện áp cấp cho chân ban đầu mắc từ nguồn qua trở mồi Khi mạch làm việc cấp từ cuộn phụ chỉnh lưu lọc Vcc LO R R D D U 1 C O M P VR EF VF B VC C IS E N S E O U T R T /C T G N D U C 3842 Hình 10: sơ đồ mắc cho chân Page 10 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài b.3: tính toán thiết kế cuộn cảm - Do việt nam,các lõi cuộn cảm khơng có thơng số kỹ thuật xác nên việc tính chọn xác cuộn cảm khó khăn, mà ta tính gần dùng thực nghiệm tạo cuộn cảm với số vịng dây chuẩn * / Tính tốn giá trị cuộn cảm: Đồ thị dòng điện áp mạch */ van mở ta có : L =Uin-Uout */ van khóa : L =-Uout Page 16 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Giả thiết : Uin= const => dịng qua L có dạng tuyến tính +/ t1 ; iL=Imin + +/ t1 t < T t ; iL= Imax - ( t- t1) t=t1 : Imin+  * t1 =Imax IL=Imax-Imin= */ chế độ xác lập : IL(t=0) =iL(t=T)  Imin =Imax- ( T- t1)  IL= Imax-Imin=  (a),(b) ta có : Uout= *Uin (c) ( T- t1) (b) Ta thường lấy IL =(5-10%) Iout Từ công thức (a) ta có : • L= *t1 (1) Page 17 * t1 (a) Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Mà ta có: ( duty cycle)= (2) Giả thiết khơng có tổn hao cơng suất mạch ta có :  Pin=Pout =P Uin*Iin = Uout*Iout =>Ura= = =20 (V) +/ ta chọn tần số làm việc mạch f=50 (KHz) Từ suy : T= = Vậy từ (2) suy : t1=T* =0.02*10-3 (s) =0.02*10-3 * = 0.01666*10-3 (s) Thay t1 vào biểu thức (1) ta có : L= *0.01666*10-3=0.002 (H) Page 18 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài */ Thiết kế cuộn cảm : -ta chọn lõi ferrite kiểu chữ E Việc tính tốn xác số vịng dây lõi khơng tính lõi mua khơng có hệ số từ thẩm bão hịa Bsat mà ta phải thực thực nghiệm - Lõi ferrite mạch loại E5724 Có kích thước rộng : 18.8 (mm) - số vịng dây ta thực thực nghiệm cho độ đập mạch dòng điện phù hợp với yêu cầu Page 19 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài - kích thước dây đồng : với giá trị mật độ dịng điện thơng thường 5A/mm2, với Iout= 350 mA,ta chọn dây có đường kính : d=0.35 (mm) b.4 tính chọn điện trở Rs - để tính chọn Rs ta phải dựa vào dòng điện phản hồi điện áp phản hồi -đối với chế độ current mode dịng điện phản hồi vào chân IC UC3842 ,điện áp tối đa đặt lên chân 1,1V dòng điện tối đa đưa phản hồi dòng I = 0,473.4 = 1,892A, điện trở phản hồi dịng có giá trị : RCS= Uph/Iph= 0,52Ω C.Tính tốn mạch điều khiển C.1 tính cấp nguồn cho IC - nguồn cấp ta sử dụng nguồn 24 V-DC nên ta sử dụng trực tiếp nguồn cấp cho IC qua trở mồi, mà không cần mạch cấp bù từ cuộn phụ qua chỉnh lưu V cc H I V F B V C C R O U T C O M P R T /C T IS E N S E V R E F G N D U C Hình 13: sơ đồ cấp nguồn cho IC UC3842 Page 20 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài - điện áp cấp vào cho chân IC khoảng 18 V- 23V với điện áp 24 V nên chọn có giá trị : R=U/I=6/10-3=6 KΩ Do mắc tải gây sụt áp nên để chỉnh điện áp cấp cho IC ổn định thay ta sử dụng trở có giá trị cố định ta sử dụng biến trở chỉnh : ta sử dụng biến trở có giá trị R4=10KΩ C.2 tính cấp điện áp so sánh hồi tiếp cho chân chân H I R R 2 R V F B O U T V C C V cc C O M P R T /C T IS E N S E V R E F R R G N D U C 3843 0 Hình 14 :sơ đồ mạch phản hồi - áp vào chân chân có giá trị: 2< U1,2 2,5 (V) Và dịng điện 1mA - tính chọn thiết kế cho tinh chỉnh giá trị cấp cho hợp lý Ta lấy điện áp cấp cho chân hình vẽ nên vào 24V - điện áp vào chân V, 1mA => ta cần chọn giá trị trở : R=U/I=(24-2)/10-3=22 KΩ - cấp điện áp cho chân ta không sử dụng trở có giá trị cố định sử dụng biến trở , ta sử dụng biến trở R2=20KΩ Page 21 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Ta lắp thêm trở R3= KΩ tạo cầu phân áp để chỉnh điện áp cho chân dễ - Để ngun thiết kế tính tốn lý thuyết thực nghiệm biến trở bị cháy điều chỉnh giá trị, mà lắp thêm điện trở R1=10 KΩ vào mạch nối tiếp với biến trở R2= 20KΩ Khi việc tinh chỉnh thực hai biến trở mạch, mà khơng bị cháy C.3 Tính tốn RT &CT VFB OU T VC C R T C OMP R T /C T IS E N S E V R E F C T GN D U C 3843 Hình 15 : sơ đồ mạch cấp dao động R-C cho chân - chọn tần số chuyển mạch f=50KHz - tần số dao động phụ thuộc vào giá trị RT CT - ta có cơng thức : f= - chọn R=10KΩ => C= = =2 (µF) Page 22 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài - tụ dùng để tạo dao động nên phải tụ không phân cực - mạch dao động ta sử dụng RT=10 KΩ & CT=2 (µF) C.4 chân có điện trở tụ để giảm tăng đột biến tín hiệu vào chân Ta chọn R=(1KΩ) C=470 pF C.5 trở mắc từ chân qua chân IC ta chọn giá trị R= 100KΩ Page 23 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài CHƯƠNG II PHẦN THỰC NHIỆM tìm hiểu lắp ráp mạch thử IC UC3842 a sơ đồ nguyên lý mạch thử : Hình 16 : sơ đồ nguyên lý mạch thử Sơ đồ nguyên lý mạch test IC UC3842 Với RT=10KΩ & CT=2 µF b.Mạch sau lắp ráp hoàn chỉnh sau : Page 24 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài c.kết trình thử nghiệm: +/ IC tạo xung vuông chân ( hơm em khơng mang máy ảnh nên khơng chụp hình ảnh để post ), xung đo chân gần vng thiếu điện áp chân +/ điện áp đo chân dao động khoảng từ 2,2 đến 2,7 V chỉnh biến áp 1KΩ +/ xung đo chân số số xung tam giác, nhiên biên độ chân nhỏ chân 4, biên độ xung chân khoảng 1V +/ chỉnh biến trở 1KΩ & 5KΩ độ rộng xung vng thay đổi Hồn thiện mạch ổn dịng sử dụng IC UC3842 a sơ đồ nguyên lý: với tính tốn ta có sơ đồ ngun lý để lắp ráp sau : Page 25 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài U1 D U in M O S F E T R s U o ut L R R R V F B V C C R O U T R T C O M P R T /C T R 3 G N D U C IS E N S E V R E F C T R 0 C Hình 17 : sơ đồ nguyên lý mạch ổn dòng DC-DC, điện áp vào 24 V-DC,dòng điện tải It=350 mA b sản phẩm sau lắp ráp hình sau : Page 26 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài Hình 18 : mạch sau lắp ráp hoàn chỉnh Page 27 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài 3.Kết thực nghiệm : - Điện áp chân chân 2V: Page 28 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài - Xung tạo chân xung tam giác Page 29 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà Tài CHƯƠNG III KẾT LUẬN - Sau tuần thực tập trường đại học bách khoa hà nội, hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Trung Kiên.Em đúc kết cho số kiến thức kinh nghiệm công việc thực tế, phương thức làm việc nhóm,bố trí cơng việc cho người nhóm - Qua việc thực nghiệm em nhận thấy việc tính tốn lý thuyết làm thực tế có khác nhiều lý thuyết tảng cần thiết để ta thực thực tế - Tuy thời gian thực tập em cố gắng nhiều chưa đạt kết mà thầy em mong muốn, nên em biết phải cố gắng cơng việc - Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trung Kiên thời gian qua bảo hướng dẫn em để em hồn thành cơng việc Page 30 ... nguồn DC-DC ổn dịng có điện áp đầu vào 24 V-DC, đầu có dịng điện I=350 (mA), P=7 W? ?? Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trung Kiên hướng dẫn tận tình tạo điều kiện để em hoàn thành thực tập với kết... T R 0 C Hình 17 : sơ đồ ngun lý mạch ổn dịng DC-DC, điện áp vào 24 V-DC ,dòng điện tải It=350 mA b sản phẩm sau lắp ráp hình sau : Page 26 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel... hồi - áp vào chân chân có giá trị: 2< U1,2 2,5 (V) Và dịng điện 1mA - tính chọn thiết kế cho tinh chỉnh giá trị cấp cho hợp lý Ta lấy điện áp cấp cho chân hình vẽ nên vào 24V - điện áp vào chân