Báo cáo ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC buck converter

LÒI NÓI ĐẦU 0 CHƯƠNG L GIỚI THÊU CỔNG NGHÊ 1 IC TL494 VÀ MACH DC DC BUCK CONVERTER 1 1.1. Tìm hiếu về ICT L49 4. 1 1.2. Mach DC DC Buck Converter. 5 CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN MACH LƯC 8 2.1. Mosfet IRF3205. 8 2.2. Cuôn cám EE25 10 2.3-Tu 10 2. 4. Điot 12 2. 5. Điên trò 1 3 CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN MACH ĐIỀU KHIỂN 15 3.1. ICTL494. 15 3.2. IR 2103. 1 6 3.3. Tần số làm viêc của IC TL494. 18 3.4. Hẻ số khuếch đai 19 3.5. Tìm hê số phân áp trong mach 20 3.6. Chon Rp để điên áp đầu ra là 5 vôn 20 CHƯƠNG 4.KỂĨ ỌUÀTHƯC NGHIÊM 22 4.1.Sd đồ đi dâv. 22 4.2. kết quả thực nghiêm. 23 4.3 ■ Phần mach in 25 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay , trong nền công nghiệp hóa ,hiện đại hóa giúp cho con người tiết kiệm được thời gian và sứ lao động . Đồng thời tạo điều kiện tốt để nước ta thúc đẩy quá trinh hội nhập nên kinh tế thế giới, bắt kịp sự phát triển về khoa học kỹ thuật ở các nước phát triển để ứng dụng vào sản xuất. Đe có thể bắt kịp sự phát triển khoa học công nghệ ứng dụng vào trong nền sản xuất hàng hóa tại Việt Nam thì ngành tự động hóa phải thực sự nỗ lực , cải tiến mạnh mẽ các công nghệ sản xuất tiến tiến , hiện đại trên thế giới. Hơn thế ngành giáo dục cũng phải nỗ lực đẩy mạnh các chương trình đào tạo ký sư ngành tự động hóa để đáp ứng được việc cung cấp nhân lực trong các ngành công nghiệp trong nước ,trực tiếp tham gia việc thiết kế chế tạo và điều khiển máy móc thiết bị . Điều này đòi hỏi ngành giao dục phải đào tạo và cung cấp một đội ngũ chuyên gia , kỹ sư có trình độ và có kinh nghiệm cao cho các ngành công nghiệp . Là một sinh viên ngành tự động hóa , em cảm thấy rất tự hào khi được học tập và nghiên cứu các bộ môn trong ngành tự động hóa . Việc kết hợp học tập lý thuyết trên lớp và thực hành tại các xưởng em cảm thấy rất hữu ích . Và đặc biệt là trong đợt thực tập cuối khóa này chúng em đã có cơ hội kiểm nghiệm tính đúng đắn và ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã được học . Đề tài thực tập cuối khóa của chúng em là ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC Buck converter” với 3 nội dung chính : • Tìm hiểu công nghê :IC TL494 và mạch dc dc Buck Converter. • Tính toán mạch lực. • Tính toán mạch điều khiển. Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Nguyễn Duy Đỉnh đã quan tâm và hướng dẫn , giúp đỡ nhóm 22 lớp CĐ TĐH 3 - K52 tận tụy, nhiệt tình . Em xin chân thành cám ơn ! CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ • IC TL494 VÀ MẠCH DC DC BUCK CONVERTER 1.1. Tìm hiểu về IC TL494. a-Giới thiệu về IC TL494 iaannnoim y TL494xD 0 AWLYWW ũuuuuuuu 1 16 □ □ □ □ n □ □ □ TL494XN Q AWLYYWW uuuuuuuu 1 I Hình 1.1 : IC TL494 IC TL494 là một trong những IC được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn. SO-16 o SUFFIX CASE 751 B PD IP-1G N SUFFIX CASE 648 Hình 1.2 sơ đồ chân IC TL494 • Nhiệm vụ của các chân: • chân 1,2 nhận điện áphồi tiếp về tự động điều khiển điện ápra • chân 3 đàu ra của mạch so sánh ,có thể lấy tín hiệu báo sự cố P,G từ chân này. • chân 4 chân lệch điều khiển hiển IC h/đ hay không ,khi chân 4 =0v thì IC hoạt động,nếu chân 4>0v thì IC khoá • chân 5,6 hai chân của mạch dao động • chân 7,9,10 nối đất • chân 8 chân dao động ra • chân 11 chân dao động ra • chân 12 nguồn Vcc 12v • chân 13 đc nối với áp chuẩn 5v • chân 14 từ IC đi ra điện áp chuẩn 5v • chân 15,16 nhận điện áp hồi tiếp • Nguyên tắc hoạt động TL 494 là IC có định tàn số xung điều biên độ rộng điều khiển mạch .sự điều biên của xung đầu ra dc thực hiện bằng cách so sánh các dạng sóng răng cưa tạo ra bởi các biên độ dòng điện về thời giantụ điện cho 1 trong 2 tín hiệu điều khiển .Tại ngõ ra đc kích hoạt trong khi điện áp răng cưa lớn hơn các tín hiệu đ/áp. Khi tín hiệu điều khiển tăng trong khi đó đàu vào của răng cưa là giảm lớn hom do đó dung lượng giảm theo Ưgian.Một xung lái Flip-Flop luân phiên chỉ đạo cho 2 linh kiện là 2 transistor NPN. “U u u \r~u Lm r^ir «AAAAMAAMA Cantnri $fgrwl Các tín hiệu điều khiển được bắt nguồn từ 2 nguồn : Bộ so mẫu điều khiển thời gian tắt và các mạch điều khiển độ sai lệch khuyêch đại.Đk tín hiệu tắt dần là dc so sánh trực tiếp bởi bộ kiểm soát t.g tắt.So sánh này với 1 điện ápcố định là 100 mV.Điều này tạo ra 1 khoảng thời gian tắt là 3% đó là thời giantắt tối thiểu có thể PWM so sánh tín hiệu điều khiển dc tạo ra bởi các bộ sai lệch khuếch đại, 1 chức năng của bộ khuếch đại lỗi là để theo dõi điện áp đàu vào của nó trong 1 tín hiệu điều khiển của biên độ đủ để cung cấp 100%đ.chế kiểm soát .Các bộ khuếch đại có thể được sử dụng để theo dõi dòng điện và dòng cung cấp hiện đại để nạp. • ứng dụng của TL494 Một số ứng dụng của TL494 hiện nay : 1. Dòng nạp cho nguồn điều chỉnh 5 V 2. Đồng bộ hóa TL494 có thể dễ dàng đồng bộ hóa hai hay nhiều nguồn dao động trong hệ thống. 3. Đồng bộ hóa dao động của TL494 với một nguồn xung khác Để đồng bộ hóa các TL494 để một đồng hồ bên ngoài, các bộ dao động nội bộ có thể được sử dụng như một răng cưa, xung điện. 4. Fail-Safe operation - giữ an toàn: bảo vệ Current Limiting - Hạn dòng Để bảo vệ bộ dao động bên trong, chúng ta dùng thêm điện trở RT và tụ CT, RT để hạn dòng (dẫn dòng xuống mass khi hệ thống bên ngoài bị ngắn mạch), còn RT làm tụ xả điện áp nhanh hơn trong trường họrp bộ dao động bên trong ngưng, giảm nhiễu tín hiệu dao động. 5. Current Limitin : Hạn dòng TL494 thường được dùng để hạn các dòng điện ngược hoặc dùng để hạn dòng tải. Và thường được ứng dụng trong các điều khiển DC. Cả hai bộ khuếch đại có một chế độ cho phép trực tiếp cảm biến dòng tại điện áp đàu ra. Một số kỹ thuật có thể được sử dụng để hạn dòng. 6. Fold-Back Current Limiting - Hạn dòng điện ngược 7. Pulse-Current Limiting: Hạn dòng xung Các kiến trúc nội bộ của TL494 không phù hợp trực tiếp hạn chế dòng xung. Vấn đề phát sinh từ hai yếu tố: Các bộ khuếch đại bên trong không có chức năng như một chốt, chủ yếu dành cho các ứng dụng tương tự. Xung lái flip flop quá nhạy với tín hiệu tích cực của các bộ so sánh PWM như kích hoạt một và chuyển kết quả đàu ra của nó sớm, tức là, trước khi hoàn thành giai đoạn dao động. Khi xung kết thúc, các tín hiệu điều khiển đàu ra lại được kích hoạt và các xung vào thời gian còn sót lại xuất hiện trên đầu ra ngược lại. 8. Các ứng dụng của Tắt-Thời gian điều khiển :Chức năng chính của điều khiển thời gian tắt là để kiểm soát tối thiểu thời gian cung cấp dòng của TL494. Điều khiển thời gian tắt cung cấp dòng điều khiển từ 5% đến 100% thời gian tắt. d-Nhiệm vụ của TL494 trong mạch DC DC Buck converter : -TL494 trong mạch nhận tín hiệu phản hồi từ điện áp ở đàu ra đưa về chân 1, tín hiệu tại chân 1 được so sánh với tín hiệu chuẩn tại chân số 2 qua bộ khuếch đại thuật toán. Dựa trên sự sai lệch giữa hai tín hiệu để điều biến độ rộng của xung để đóng cắt IRF3205. 1.2. Mạch DC DC Buck Converter. Sơ đồ nguyên lý mạch điện DC-DC BUCK CONVERTER : Hình 1.2.1 ,Thành phàn của mạch • TL494 • IR2103 • EE 25 • RUZA • IRF3205 • IN 4148 1.2.1. Giới thiệu về mạch DC DC Buck Converter : Là mạch nguồn xung hiện nay đang được dùng rất phổ biến bởi nó có ưu điểm là hiệu suất biến đổi năng lượng cao và khả năng thay đổi linh hoạt trong thiết kế.Chẳng hạn như có thể có nhiều đàu ra (output Voltage) với nhiều cực khác nhau từ một đàu vào đơn(single Input voltage) 1.2.2. Cấu tạo và nhiệm vụ của toàn mạch : 1. Cấu tạo của mạch - Mạch điện gồm có hai phàn : + Các phần tử công suất + Phàn mạch điều khiển 2. Nhiệm vụ chính : + Biến đổi nguồn điện áp một chiều 12V-1A của Adapter thành nguồn điện áp 5V-2A ở đàu ra. + Ổn định dòng. + Ôn định điện áp ra. 1.2.3. Nguyên lý hoạt động của mạch : - Điện áp đầu ra được đưa về chân 1 của IC TL494 để làm tín hiệu phản hồi tại đây tín hiệu phản hồi được so sánh với tín hiệu chuẩn và dựa vào sự sai lệch của hai tín hiệu này để điều chế xung điều khiển việc đóng cắt IRF3205. - Nếu Vout < 5v thì TL494 điều chế xung làm cho IRF3205 mở rộng ra để xả áp đến đàu ra. - Nếu Vout = 5v thì TL494 điều ché xung làm cho IRF3205 khóa lại để giảm áp đến đàu ra. - Tín hiệu điều khiển từ TL494 đưa vào IR2103 được kích áp để điều khiển việc đóng cắt IRF3205. - Mạch Boostrap có nhiệm vụ thực hiện việc kích áp . CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN MẠCH Lực 2.1. Mosíet IRF3205. - IRF3205 là một Mosfet kênh N hay Mosfet ngược. - Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết. Mosíet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở. Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đàu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu. - Cấu tạo của Mosfet: Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ. [...]... và nóng KẾT Bảng 4.1 LUẬN * Nhận xét: Với đề tài ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC Buck converter , qua bảy - Tải càng lớn thì tập áp trên tổng hợplớn, dòng qua tải tăng không đáng đã được học trênlà do đường ,sách tuần thực sụt em đã tải càng được khá nhiều lượng kiến thức kể, nguyên nhân giảng công suất vở, em đã hiểu được rõ hơn về nhiều kiến thức thực tế quý báu của nguồn không đáp ứng đủ Nó... nghiệm trong công việc sau này Em đã học được rằng sau này mỗi bài thực hành từ quy trình công nghệ bắt đàu đến khi kết thúc và rèn luyện cho bản thân sự tỉ mỉ, tính kiên trì cẩn thận, làm việc chính xác Ngoài việc tìm hiểu về ứng dụng của TL494 trong việc thiết kế mạch DC DC Buck converter em còn hiểu thêm về những tác phong làm việc , các thu thập ,tìm tòi các linh kiện và khả năng làm việc theo... Inpulvoỉtage (HIN & ĨĨN) V|N E12,0 -0.3 Vcc - 0-3 100 TL4S4 IR2103 o WD ~ĩ~ L.-4S -4- Led được thông số kỹ thuật Cff Siipply voltage iransiỄnt I (A#) dụng dV Các Alltìwabỉ& ùffsel bản của TL494 như sau: 50-100 3.1.2 s,'dt sử Current trong mạch DC DC Buck Converter để báo trạng thái có điện Emitter ũff-staie Hình 3.2.2 - Sơ đồ chân của IR 2103 V P D V = Package ỊmiỂt diSÉÌpaiion @ T í +25 = c [S Lead PDIPỊ'... số của TL494 ỊN11N2: + Sử dụng mạch BOOSTRAP để kích tín hiệu điều khiển từ TL494 rồi phát xung tác động Vcc-2.0 OND Aiĩipliled InpyìVdlsge -0,3 -3kO-Hình 4.1 :sơ đồ đi dây G ŨlutFVR EF 14 Mu \ Cam 3 1KO 3IRF3205 g V 3 1 Gm vào cực G kích thông DTC oc 3.2 IR 2103 IN414 JĨ: Nau V rtS V na lĩA (F) V - _•% 4 CưrĩẾỉìt íniủ Feedback Tsrminsl Váng 4 4 LU 10 K £3 - - 0,3 IR3103 là IC bán dẫn được sử dụng rộng... không ổn định làm cho từ trường do cuộn dây sinh ra cũng không ổn địnhtừ thông khép mạch trong lõi Ferit và qua không khí Hình 4.2.3 cũng không ổn định Bảng số liệu đo được • Lực điện từ sinh ra làm cho lõi Ferit dao động và va đập vào nhau phát ra tiếng kêu : STT 4.3 Phần mạch ỉn Tải Điện áp Điện áp Sơ đồ thiết kế mạchvào: ( hình trên ) in 4.3 tải (Q) (V) Dòng Hiện tượng chú ý qua tải(A) (V) 1 0... ' 3.2.3 Các có Theo bài ra Ura = 5 V => Rp = 10.000(Q) 0,001 10 ± 10 % t,D 3.3.(3-2)chân-2 việc5% ,a.l0+.10% FQ = 2 5(V) TầnK =R.C=33000 ,IC ,TL494 !00 số 0 1 %,_0 210 Q5 % 3300 = làm của 1 II - 4.2 kết quả thực điện vàBảng trở trên hai chân số 5 và số TL494IC TL494 Quyết định bởi tụ nghiệm điện 3.1 - thông số kĩ thuật của 6 của 5 v ac 2 4.2.1.Sơ đồ mặt phải Ura X 10ốQ00flh_ma ug r-p I • ' : 4 ± 5%... RU2A trong mạch có nhiệm vụ khép mạch để cung cấp dòng qua tải khi mà IRF3205 cắt - Vì IRF3205 đóng cắt với tàn số cao nên chúng ta phải chọn Diode xung để đảm bảo nhiệm vụ khép mạch nhiều lần mà không bị hỏng 2.4.2,Led -Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA 3.5 Tìm hệ sổ phân áp trong mạchvcc... được sử dụng rộng rãi trong-5 mạch tổ hợp logic và trong các mạch các 5 10QKQ ±0.5% ca-ị Ẹ Xan lì 3 nguồn yêu càu có ổn 6 định cao Sanh ca r li R&ĩererice Quipui Cueiỉ Tim Hình 3.6 Xam Tìmỉng RẼSistũí Í0[ 6 7 7 8 8 - GND DIoDI Ị8 GND c1 1ŨMŨ 7 Rĩ 1 Dm F: r L?fS4 E2 ±0.25% E1 ±0.10% 18 30 ±0.05% 10 X_í3MD lĩA . IRF3205. 1.2. Mạch DC DC Buck Converter. Sơ đồ nguyên lý mạch điện DC- DC BUCK CONVERTER : Hình 1.2.1 ,Thành phàn của mạch • TL494 • IR2103 • EE 25 • RUZA • IRF3205 • IN 4148 1.2.1. Giới thiệu về mạch DC DC. ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã được học . Đề tài thực tập cuối khóa của chúng em là ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC Buck converter với 3 nội dung chính : • Tìm hiểu công nghê :IC TL494. . 4.3 . Phần mạch ỉn Sơ đồ thiết kế mạch in : ( hình 4.3 ) Hình 4.3 KẾT LUẬN Với đề tài ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC Buck converter , qua bảy tuần thực tập em đã tổng hợp được khá nhiều