Đồ án điện tử công suất

Giới hạn của đề tài: - Vì đây là mạch khuyếch đại điện áp DC->AC nên mạch cần phải có điện áp cung cấp theo yêu cầu - Mạch chỉ sử dụng cho các thiết bị có công suất nhỏ dưới 40W - Tất cả

Trang 1

BỘ CÔNG NGHIỆP TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

CHƯƠNG TRÌNH BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Loại hình đào tạo: Chính Quy

Thời gian đào tạo: 2 năm

KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2009

Trang 2

BỘ CÔNG NGHIỆP TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

Giáo viên hướng dẫn: Phùng Đức Bảo Châu

Phan Minh Huyền

KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌCNăm học 2009

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

-Ngày … tháng … năm 2009

(Họ và Tên GVHD)

Trang 4

LỜI NÓI ĐẦU

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em kính gửi lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô trong khoa Điện Tử - Tin Học của trường CĐKT Cao Thắng, cách riêng đối với thầy Châu đã giúp chúng em thực hiện tốt bài tập lớn môn Điện Tử Công Suất Quý thầy cô đã từng bước dìu dắt, hướng dẫn chúng em từ cách chọn đề tài đến những kiến thức cơ bản về bộ mônĐiện Tử - Tin Học để chúng em có thể thực hiện đề tài một cách thành công Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn

Trang 6

MỤC LỤC

A Chương Dẫn Nhập - 7

I Đặt vấn đề -7

II Giới hạn đề tài -7

III Mục đích nghiên cứu -7

IV Xác định thuật ngữ -7

V Thời gian thực hiện đề tài -8

B Chương II: Các cơ sở lý thuyết -8

I Điện trở -8

II Tụ điện -9

III Transistor -11

IV Biến thế -15

V Diode -15

C Chương III: Giải quyết vấn đề -17

I Thiết kế mạch -17

II Thi công -19

D Chương IV: Kết luận & Kiến nghị -21

I Kết luận -21

II Hướng phát triển đề tài -21

III Tài liệu tham khảo -21

Trang 7

220V AC ” hay tên gọi khác là “INVERTER” Mạch này được thiết kế nhằm đáp ứng tiêu chí cung

cấp đủ lượng điện cho nhu cầu sản xuất và đời sống của con người khi lưới điện quốc gia bị mất

Inverter là thiết bị biến năng Biến năng ở đây dùng với ý nghĩa là thiết bị chuỵển đổi năng lượng (điêên) thành các mức điêên áp khác, với biên dạng (biên đôê và dạng sóng) theo yếu cầu Vì thế thiết bị này được ứng dụng nhiều trong đời sống như: thiết bịlưu trữ điện cho máy vi tính UPS, thiết bị khởi động cho động cơ dầu khi bị mất điện bất ngờ …

II Giới hạn của đề tài:

- Vì đây là mạch khuyếch đại điện áp (DC->AC) nên mạch cần phải có điện áp cung cấp

theo yêu cầu

- Mạch chỉ sử dụng cho các thiết bị có công suất nhỏ (dưới 40W)

- Tất cả các cuộn dây trong biến thế phải được cách điện tốt giữa các lớp liền nhau

- Các transistor công suất cần phải có hệ thống tản nhiệt để chúng không bị quá nóng dẫn đến hư hỏng

- Trước khi cung cấp nguồn một chiều cần phải cắm tải sẳn, để tránh gây đột biến sẽ làm cho các Transistor công suất mau hỏng

III Mục đích nghiên cứu:

- Nhằm nghiên cứu, tìm hiểu hoạt động và so sánh giữa lý thuyết học trên lớp với thực tiễnkhi thi công

- Tích lũy kinh nghiệm để thực hiện các mạch có quy mô lớn hơn

- Tập làm quen với cách thức trình bày bài báo cáo

- Tích lũy kiến thức, tập làm quen với cách thức bảo vệ đề tài nhằm để chuẩn bị tốt để bảo

Kí hiệu của DiodeDiode ZennerSilicon

Germanium

DC load line: đường tải một chiều

Đề tài: Mạch rung Inverter – SVTH: Minh Tuấn & Minh Huyền - Trang 7

Trang 8

4 Transistor BJT

BCE

(Bipolar Junction Transistor) Transisor lưỡng cựcBase: cực nền

Collector: cực thuEmitter: cực phát

5

V Thời gian thực hiện đề tài:

Đề tài được thực hiện trong thời gian 2 tuần:

- Tiến hành mua linh kiện, dụng cụ cần thiết để thực hiện mạch đề tài

- Thực hiện thiết kế mạch in dựa theo sơ đồ nguyên lý

- Hoàn thành mạch và viết báo cáo

CHƯƠNG II: CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trang 9

- Điện trở màng than: điện trở gồm một ống bằng sứ, chịu được nhiệt độ cao, người ta tạomàng than trên bề mặt lõi sứ, sau đó bọc kim loại ở hai đầu ống và hàn hai chân ra Muốn tăng giá trị điện trở người ta sẽ khía rãnh trên màng than đã phủ theo hình xoắn ốc Sau đó phủ lên

bề mặt màng than bằng lớp sơn cách điện và in giá trị điện trở (bằng vòng màu)

3 Các thông số kỹ thuật:



Trị số danh định:

màu Trị số điện trở có thế từ vài Ohm đến vài triệu Ohm



Công suất danh định:

Đó là công suất tiêu tán trên điện trở mà điện trở có thể chụ đựng được trong thời gian dài, không bị quá nóng làm biến đổi hẳn trị số điện trở

Trong công nghiệp, các điện trở đuọc sản xuất có các trị số công suất danh định: 1/8 W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W, 5W, 7W, 10W

Điện trở có công suất tiêu tán lớn thì có kích thước lớn



Điện áp làm việc tối đa:

Đó là trị số lớn nhất của điện áp một chiều hoặc trị số hiệu dụng của điện áp xoay chiều cóthể đặt vào hai đầu điện trở mà điện trở vẫn chịu đựng được và làm việc bình thường



Dung sai của điện trở:

20% Ngoài ra, với những điện trở cần dùng trong những mạch yêu cầu độ chính xác cao như

Ký hiệu của tụ sứ và tụ hóa

Trang 10

tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá.

VD: Lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, là giấy ta có tụ giấy, là gốm cho ta tụ gốm hoặc là lớp hoá chất thì cho ta tụ hoá

Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hóa

- P(Pico Fara) 1 Pico = 1/1000.000.000.000 Fara

- N(Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara

- MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara

=> 1 Micro = 1000 Nano = 1000.000 Pico

Trang 11

5 Ứng dụng:

Tụ điện có các ứng dụng chính như sau :

- Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều

- Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp một chiều bằng phẳng Đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn

- Với điện AC ( xoay chiều ) thì tụ dẫn điện, còn với điện DC( một chiều ) thì tụ lại trở thành

ngược về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau

Trang 12

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được.

3 Nguyên tắc hoạt động:



Xét hoạt động của Transistor NPN:

Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN

nguồn vào cực E Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và

E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng

IC = 0 ) Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+)

thức:

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các



Xét hoạt động của Transistor PNP:

Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của

4

Các thông số kỹ thuật của Transistor:

Dòng điện cực đại : Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn này Transistor sẽ bị hỏng

Điện áp cực đại : Là điện áp giới hạn của transistor đặt vào cực CE , vượt qua điện áp giớihạn này Transistor sẽ bị đánh thủng

Tần số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của Transistor bị giảm

xuất này vượt quá công xuất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị hỏng



Thông số kỹ thuật của Transistor C1815:

Trang 13

Điện áp VCE Điện áp VBE



Thông số kỹ thuật của Transistor A671:

Trang 15

5 Ứng dụng:

Thực ra một thiết bị không có Transistor thì chưa phải là thiết bị điện tử, vì vậy Transistor

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 Transistor trong một linh kiện duy nhất, trong mạch điện , Transistor được 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

IV Biến áp:

1 Ký hiệu:

Ký hiệu biến áp

2 Cấu tạo:

gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh dòng Fu-cô và tăng cường từ thông qua mạch

hoặc ngược lại

Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện

3 Nguyên tắc hoạt động:

Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp Nó gây ra sự biến thiên từ thông

t N

dt

d

e2 =− φ = 2ωφ0sinω

Từ đó ta thấy nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ

4 Ứng dụng:

Máy biến thế có thể thay đổi hiệu điện thế xoay chiều, tăng thế hoặc hạ thế, đầu ra cho 1 hiệu điện thế tương ứng với nhu cầu sử dụng Máy biến áp được sử dụng quan trọng trong việctruyền tải điện năng đi xa Ngoài ra còn có các máy biến thế có công suất nhỏ hơn, máy biến

áp (ổn áp) dùng để ổn định điện áp trong nhà, hay các cục biến thế, cục xạc, dùng cho các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (230 V sang 24 V, 12 V, 3 V, )

Trang 16

D i o d e Z e n n e r

D i o d e

- Hình dạng:

Diode Diode Zenner Cầu Diode

2 Cấu tạo:



Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn:

- Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp

P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớpIon trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

3 Phân cực cho Diode:



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, khiđiện áp chênh lệch giữa hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thìdiện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện ápnguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode khôngtăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

- Diode (Si) phân cực thuận khi điện áp đạt mức 0,6V

Trang 17

Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode

Phân cực ngược cho Diode:

- Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng

- Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngược > = 1000V

4 Ứng dụng của Diode bán dẫn:

- Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch phân cực cho transistor hoạtđộng Trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu

CHƯƠNG III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

dao động Mục đích của bộ này nhằm để đảm bảo an toàn cho sự hoạt động của bộ dao động khi bị sụt áp

Bộ tạoxung daođộng

Bộkhuyếchđại

Bộ nghịchlưu

Trang 18

Bộ khuyếch đại: gồm các transistor công suất như A671, 2N3055 làm nhiệm vụ

khuyếch đại công suất điện áp trước khi đưa vào biến thế tăng áp

Sơ đồ nguyên lý mạch rung Inverter

4 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Mạch hoạt động như sau:

- Sau khi cấp nguồn cho mạch bằng bình điện Acquy 12V dòng điện sẽ đi vào chân C của

này sẽ đưa ra ở chân E của Q1, các tụ C1, C2 có chức năng tích điện

Transistor C1815 là Q1 và Q2, nhằm tạo ra xung vuông Mạch hoạt động như sau:

+ Tưởng tượng BJT như là 1 công tắc, trong 1 thời điểm (nghĩa là ở 1 trạng thái chỉ có 1 BJT mở) Vì vậy chúng ta giả sử ban đầu Q3 mở, và Q2 đóng

Trạng thái 1:

+ Điện áp tại chân C Q3 ~ GND, bởi vì Q3 mở

+ Cực B của Q2 bắt đầu được nạp điện từ 0 cho đến 0.6V

+ R34 kéo dòng tại cực B của Q3 lên Nhưng mối nối PN tại 2 cực B-E ngăn cản điện áp tại đó ko quá 0.6V

điện nhanh hơn C3

+ Khi cực B của Q2 đạt tới 0.6V thì Q2 bắt đầu mở, và xảy ra dòng hồi tiếp dương:

+ Q2 lập tức đưa điện thế tại cực dương của C4 về 0 (vì Q2 mở)

+ Vì điện áp trong tụ điện không thay đổi nhanh được, cho nên áp tại cực âm của C4 sẽ thành gần -V nguồn rất nhanh (vì trước đó C2 đã nạp đầy là +V mà), chính xác là chỉ dưới 0V

Trang 19

+ Q3 sẽ tắt vì điện áp tại B của Q3 biến mất (vì C4).

+ R5 và R23 bắt đầu làm cho dòng nạp qua C3 thành +V nguồn

Trạng thái 2:

+ Ngược lại với lúc đầu, ở đây Q3 tắt và Q2 mở, nguyên lý hoạt động giống như trạng thái

1 Dòng qua R5 nạp nhanh cực dương C3 để đủ +V, còn dòng qua R34 từ từ nạp cực âm của C4 lên 0.6V để Q3 mở …

- Xung dao động của mạch đa hài sẽ được đưa vào các transistor công suất như là A671,

- Sau khi khuyếch đại xong điện áp sẽ được đưa vào biến thế tăng áp (có số vòng dây cuộn sơ cấp nhỏ hơn rất nhiều so với số vòng dây cuộn thứ cấp) Ở đây điện áp sẽ được rung

1.2m

5 Thông số của mạch:



Tần số của mạch đa hài:

- Ta có tần số dao động được tính theo công thức:

Hz F

k F

k f

C R C R C

R C R f

C R C

R T

13)1.2.551

.2.55.(

693.0

1

).(

693.0

1)

)2

ln(

4 34 3 23 4

34 3 23

4 34 3

23

=+

=

⇒

+

≈+

=

+

=

µµ



Điện áp chân E của Q4 và Q5:

Ta có:

B C

E

I

I I

A I

I

A v

v R

R

V E I

k

k R

R

R R

R

v v

k

k V

R R

R V

E

B C E

B C

E Th

BE Th B

Th

CC R

Th

11.1111.011

1111.0

*100

11.099

7.088.11)

1(

9910010

100

*10

88.1112

*10010

10

*799

5 5 5

5 5

5

7 9

7 9 9

=+

−

=+

=

=+

=

β

- Đối với Q4 tương tự Q5

II Thi công:

1 Thời gian thi công mạch:

Mạch được thi công trong 1 tuần:

- Tìm mua linh kiện

- Thiết kế mạch lên giấy

- Dùng viết vẽ đường mạch lên Board đồng

- Khoan lỗ và hàn chân linh kiện

2 Phương pháp thi công mạch:

- Mạch được thi công theo phương pháp thủ công (vẽ tay)

Trang 20

Mạch in sau khi vẽ xong (hình ảnh chỉ mang tính tượng trưng)

sao cho bao phủ tồn bộ phần mặt đồng là được

- Ngâm tấm đồng vô dung dịch trên Nên lắc nhẹ nhẹ board trong khi ngâm để quá trình ănmòn mau hơn

- Khi nào phần đồng thừa bị ăn mòn hết thì lấy ra rửa sạch bằng nước

Mạch in sau khi ngâm dung dịch FeCl 3 (hình ảnh chỉ mang tính tượng trưng)

- Sau đó mạch được khoan lỗ và sau cùng là hàn linh kiện

Trang 21

Mạch in sau khi khoan (hình ảnh chỉ mang tính tượng trưng)

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I Kết luận:

1 Ưu điểm:

- Mạch tương đối đơn giản, rẻ nhưng có nhiều ứng dụng trong đời sống

- Mạch được thiết kế nhỏ gọn

- Linh kiện dễ tìm thấy ngoài thị trường

- Có thể cung cấp điện cho mọi hoạt động, sinh hoạt và sản xuất khi lưới điện quốc gia cúp điện

2 Nhược điểm:

- Vì đây là mạch khuyếch đại điện áp (DC->AC) nên mạch cần phải có điện áp cung cấp

theo yêu cầu

- Mạch chỉ sử dụng cho các thiết bị có công suất nhỏ (dưới 40W)

- Tất cả các cuộn dây trong biến thế phải được cách điện tốt giữa các lớp liền nhau

- Các transistor công suất cần phải có hệ thống tản nhiệt để chúng không bị quá nóng dẫn đến hư hỏng

- Trước khi cung cấp nguồn một chiều cần phải cắm tải sẳn, để tránh gây đột biến sẽ làm cho các Transistor công suất mau hỏng

3 Những kiến thức, kinh nghiệm có được khi thực hiện đề tài:

- Phải tìm kiến những mạch phù hợp với khả năng (cả trình độ lẫn tài chính)

- Tham khảo ý kiến của GVHD trước khi bắt tay vào thi công

- Phải tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch một các kĩ càng

- Xem thử coi linh kiện được chọn có là loại dễ tìm thấy ngoài thị trường hay không

- Tham khảo thêm kiến thức về mạch thực hiện trên Internet và các diễn đàn điện tử

II Hướng phát triển đề tài:

- Mạch có thể được sử dụng để làm thiết bị lưu điện cho máy vi tính UPS…

III Tài liệu tham khảo:

Đề tài được hoàn thành từ các nguồn tài liệu:

Tài liệu điện tử công suất – Nguyễn Bính – NXB ĐH KHKT

Tài liệu hướng dẫn sử dung Orcad 9.2



Sách tham khảo:

Mạch điện thực dụng – Ks Nguyễn Đức Ánh

Bài giảng Vật Liệu Linh Kiện Điện Tử - Bùi Thị Kim Chi

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	1,68 MB