dien tu nang cao p2

Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– * Câu hỏi tập: Câu 1: Bạn nêu bước tiến hành hàn chân linh kiện IC vào mạch in ? Nêu phương pháp xử lý mạch in sau hàn Câu 2: Nếu IC sau kho bị bung chân, chân bị chạm chập vào nhau, bạn nên khắc phục cách ? Câu 3: Trong trình hàn ta hay gặp phải vấn đề nào? Các bạn kể tên giải thích nguyên nhân gây tượng Bài MẠCH ĐIỆN TỬ NÂNG CAO Cùng với phát triển khoa học, thiết bị điện - điện tử không ngừng nâng cao đáp ứng nhu cầu người Các thiết bị điện tử ngày không ngừng cải tiến, ứng dụng công nghệ mới, việc ứng dụng công nghệ xung - số để thiết kế thiết bị dân dụng chuyên dùng hệ thống điều khiển… Những thiết bị đòi hỏi phải cung cấp cho nguồn điện ổn định hiệu suất cao Trước nhà thiết kế sử dụng mạch "Ổn áp tuyến tính'' làm phần nguồn để cung cấp cho thiết bị điện Nhưng mạch ổn áp tuyến tính đáp ứng phần u cầu mà thiết bị điện địi hỏi Hơn nguồn ổn áp tuyến tính hoạt động tần số thấp nên tổn hao công suất qua phần tử R - L - C cao Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật, người ta chế tạo nguồn xung có nhiều ưu điểm so với nguồn ổn áp tuyến tính, hoạt động tần số cao nên việc tổn hao qua phần tử R L - C thấp, mạch gọn nhẹ, độ tin cậy cao Nguồn ổn áp kỹ thuật cao Nguồn xung gọi nguồn Swiching (Ngắt mở) hay nguồn dải rộng, nguồn có dịng điện qua biến áp thay đổi đột ngột tạo thành điện áp có dạng xung điện - Gọi nguồn xung Điện áp cung cấp cho nguồn điện áp chiều ngắt mở tạo thành dòng điện xoay chiều cao tần qua biến áp Nguồn có khả điều chỉnh điện áp đầu dải rộng từ 90V đến 280V AC - Gọi nguồn dải rộng Bất kể nguồn xung có mạch điện sau đây: 85 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– - Mạch tạo dao động - Mạch hồi tiếp để ổn định điện áp - Mạch bảo vệ Ổn áp xung gọi ổn áp đóng ngắt dựa nguyên lý hồi tiếp (nguyên lý bù), phần tử điều chỉnh làm việc chế độ xung Nguồn xung hay nói cách khác nguồn biến đổi DC-DC sử dụng phổ biến hầu hết mạch điện hệ thống điện tự động Với ưu điểm khả cho hiệu suất đầu cao, tổn hao thấp, ổn định điện áp đầu đầu vào thay đổi, cho nhiều đầu với đầu vào… Nguồn xung có nhiều loại khác Chia thành nhóm nguồn: + Nguồn cách ly + Nguồn khơng cách ly * Nhóm nguồn khơng cách ly: + Boot + Buck + Buck - Boot * Nhóm nguồn cách ly: + Flyback + Forward + Push - pull + Half Bridge Mỗi loại có ưu nhược điểm khác Tùy theo yêu cầu nguồn mà ta chọn kiểu nguồn xung nêu 86 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Hình 3.1: Sơ đồ khối ổn áp xung * Nguyên lý hoạt động Nguồn DC chưa ổn định đưa đến phần tử điều chỉnh làm việc khóa điện tử Khi khóa dẫn nguồn nối đến ngõ Khi khóa tắt cắt nguồn DC khỏi mạch Như tín hiệu ngõ khóa dãy xung, muốn có tín hiệu DC tải phải dùng lọc LC Tùy thuộc vào tần số độ rộng xung ngõ khóa mà trị số điện áp chiều tải lớn hay nhỏ Để ổn định điện áp DC tải, người ta thường so sánh với mức điện áp chuẩn Sự sai lệch biến đổi thành tín hiệu xung để điều khiển khóa điện tử Có phương pháp thực tín hiệu điểu khiển: - Điều chế độ rộng xung: Giữ tần số tín hiệu xung khơng đổi thay đổi độ rộng xung làm thay đổi điện áp - Điều chế tần số xung: Giữ độ rộng xung khơng thay đổi thay đổi chu kỳ tín hiệu xung làm thay đổi điện áp - Điều chế xung: Vừa thay đổi tần số xung, vừa thay đổi độ rộng xung * Nguyên lý điều chế độ rộng xung: Đây phương pháp tiến tiến hiệu vì: - Vừa điều chỉnh điện áp ra, vừa điều chỉnh tần số - Điện áp gần với hình sin - Có thể dùng chỉnh lưu không điều khiển đầu vào nghịch lưu làm tăng hiệu sơ đồ Nội dung phương pháp biến điệu bề rộng xung so sánh sóng sin chuẩn, có tần số tần số điện áp nghịch lưu mong muốn, với điện áp cưa tần số cao, cỡ ÷ 10 kHz Phương pháp biến điệu bề rộng xung có nhiều dạng, có hai dạng đơn giản là: biến điệu bề rộng xung cực tính hai cực tính Theo dạng áp cực tính, khoảng điện áp sin chuẩn cao điện áp cưa van mở để đưa điện áp tải, khoảng điện áp sin chuẩn thấp điện áp cưa van khoá lại để điện áp tải không Điện áp tạo thành riêng cho nửa chu kỳ dương nửa chu kỳ âm Theo dạng áp hai cực tính điện áp +E sin chuẩn cao xung cưa -E sin chuẩn thấp Hình 2.2 mơ tả ngun lý hoạt động PWM cho hai trường hợp 87 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Hình 2.2a: Phương pháp biến điệu bề rộng xung PWM Một cực tính Hình 2.2b: Phương pháp biến điệu bề rộng xung PWM Hai cực tính Như điện áp gồm dãy xung có độ rộng thay đổi với chu kỳ lặp lại chu kỳ sóng cưa Dạng áp chứa thành phần sóng hài bậc với tần số sóng chủ đạo, biên độ phụ thuộc hệ số biến điệu  , đó: 88 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––  Ur ,m Uc,m , Ur,m: biên độ sóng sin chủ đạo, Uc,m: biên độ sóng cưa Để đảm bảo điện áp có chứa thành phần sóng hài bậc cao, sơ đồ phải làm việc chế độ tuyến tính, nghĩa phải đảm bảo    Điện áp chứa thành phần sóng bậc cao với tần số bội số tần số xung cưa Do tần số xung cưa cao so với tần số sin chuẩn nên dễ dàng loại bỏ sóng hài bậc cao Đây ưu điểm phương pháp biến điệu bề rộng xung Nhược điểm phương pháp van phải làm việc với tần số đóng cắt cao nên tổn hao cơng suất đóng cắt lớn, hệ thống điều khiển phức tạp Đối với hai van nhánh cầu tín hiệu điều khiển lần khố van mở van ngược lại phải có thời gian trễ tối thiểu nhằm đảm bảo van khố lại chắn trước van mở Nếu không xuất dũng đâm xuyên làm tăng tổn thất sơ đồ, cú thể phá hỏng van Hình3.3 mơ tả xuất dịng đâm xun u cầu tín hiệu điều khiển Thời gian trễ  tín hiệu mở V1 V4 phải thời gian khố van Đối với IGBT giá trị tiêu biểu  1,5  S    Hình 3.3: Mơ tả xuất dịng đâm xun u cầu tín hiệu điều khiển 1.1 Mạch nguồn ổn áp kiểu xung dùng trassitor Mỗi loại nguồn có ưu nhược điểm khác Nên tùy theo yêu cầu nguồn mà ta chọn kiểu nguồn xung Sau nguyên tắc hoạt động nguồn nói nguồn hay dùng thực tế: 1.1.1 Nguồn xung kiểu: Boot Kiểu dạng nguồn xung cho điện áp đầu lớn điện áp đầu vào: 89 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Vin < Vout Xét mạch nguyên lý sau : Hình 3.4: Mạch nguyên lý nguồn xung kiểu: Boot Mạch có cấu tạo nguyên lý đơn giản Cùng dùng nguồn đóng cắt, dùng cuộn cảm tụ điện Điện áp đầu phụ thuộc vào điều biến độ rộng xung giá trị cuộn cảm L Khi "Swich On" đóng lại dịng điện cuộn cảm tăng lên nhanh, dòng điện qua cuộn cảm qua van xuống đất Dịng điện khơng qua diode tụ điện phóng điện cung cấp cho tải Ở thời điểm tải cung cấp tụ điện Chiều dòng điện hình vẽ Khi "Switch Off" mở lúc cuối cuộn dây xuất với điện áp điện áp đầu vào Điện áp đầu vào với điện áp cuộn cảm qua diode cấp cho tải đồng thời nạp cho tụ điện Khi điện áp đầu lớn điện áp đầu vào, dofng qua tải cấp điện áp đầu vào Chiều dòng điện hình vẽ Điện áp tải cuả phụ thuộc giá trị cuộn cảm tích lũy lượng điều biến độ rộng xung (điều khiển thời gian on/off) Tần số đóng cắt van cao hàng Khz để triệt nhiễu công suất tăng công suất đầu Dịng qua van đóng cắt nhỏ dịng đầu Van công suất thường Transior tốc độ cao, Mosfet hay IGBT Diode diode xung, công suất Cơng thức tính thơng số đầu nguồn Boot sau : 90 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Ipk = x Iout,max x (Vout / Vin,min) Tdon = (L x Ipk) / (Vout - Vin) Điện áp đầu tính sau : Vout = ((Ton / Tdon) + 1) x Vin Với: Ton thời gian mở Van Ipk dòng điện đỉnh Trong nguồn Boot điện áp đầu lớn so với điện áp đầu vào cơng suất đầu vào phải lớn so vói cơng suất đầu Cơng suất đầu phụ thuộc vào cuộn cảm L Hiệu suất nguồn Boot cao nên dùng nhiều mạch nâng áp truyền trực tiếp nên cơng suất lớn Ví dụ mạch biến đổi từ nguồn 12VDC lên 310VDC chả hạn Nguồn boost có chế độ: Chế độ khơng liên tục: Nếu điện cảm cuộn cảm nhỏ, chu kỳ đóng cắt, dịng điện tăng dần nạp lượng cho điện cảm giảm dần, phóng lượng từ điện cảm sang tải Vỡ điện cảm nhỏ nên lượng điện cảm nhỏ, nên hết chu kỳ, thfi lượng điện cảm giảm đến Tức chu kỳ dòng điện tăng từ đến max giảm Chế độ liên tục: Nếu điện cảm lớn, dịng điện chu kỳ điện cảm không thay đổi nhiều mà dao động quanh giá trị trung bình Chế độ liên tục có hiệu suất chất lượng nguồn tốt nhiều chế độ khơng liên tục, địi hỏi cuộn cảm có giá trị lớn nhiều lần 1.1.2 Nguồn xung kiểu: Buck Đây kiểu biến đổi nguồn cho điện áp đầu nhỏ so với điện áp đầu 91 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– vào tức Vin < Vout Xét mạch nguyên lý sau : Hình 3.4: Mạch nguyên lý nguồn xung kiểu: Buck Mạch có cấu tạo nguyên lý đơn giản dùng van đóng cắt nguồn điện phần lọc đầu Điện áp đầu điều biến theo độ rộng xung Khi ” Switch On” đóng tức nối nguồn vào mạch lúc dịng điện qua cuộn cảm dòng điện cuộn cảm tăng lên, thời điểm tụ điện nạp đồng thời cung cấp dòng điện qua tải Chiều dòng điện chạy theo hình vẽ Khi ''Swith Off '' mở tức ngắt nguồn khỏi mạch Khi cuộn cảm tích lũy lượng từ trường tụ điện điện tích lũy trước phóng qua tải Cuộn cảm có xu hướng giữ cho dịng điện khơng đổi giảm dần Chiều dịng điện thời điểm hình vẽ Q trình đóng cắt liên tục tạo tải điện áp trung bình theo luật băm xung PWM Dòng điện qua tải dạng xung tam giác đảm bảo cho dòng liên tục qua tải Tần số đóng cắt cao để đảm bảo triệt nhiễu công suất cho mạch Van công suất thường sử dụng van Transitor tốc độ cao, Mosfet hay IGBT… 92 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Điện áp đầu tính sau : Vout = Vin * (ton/(ton+toff) = Vin* D (với D độ rộng xung %) Với ton, toff thời gian mở thời gian khóa van Đối với kiểu nguồn Buck cho cơng suất đầu lớn với cơng suất đầu vào sử dụng cuộn cảm, tổn hao công suất thấp Do nên nguồn Buck sử dụng nhiều mạch giảm áp nguồn DC Ví dụ: Như từ điện áp 100V DC mà muốn hạ xuống 12V DC dùng nguồn Buck hợp lý Dưới ứng dụng nguồn Buck việc tạo nguồn 3.3V Mạch dùng LM3485 để tạo xung đóng cắt van Mạch điều chỉnh điện áp đầu ra, có phản hổi để ổn định điện áp 1.1.3 Nguồn xung kiểu: Flyback Đây kiểu nguồn xung truyền công suất dán tiếp thông qua biến áp Cho điện áp đầu lớn hay nhỏ điện áp đầu vào Từ đầu vào cho nhiều điện áp đầu Sơ đồ nguyên lý sau : 93 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Hình 3.5: Mạch nguyên lý nguồn xung kiểu: Flyback Mạch có cấu tạo van đóng cắt biến áp xung Biến áp dùng để truyền công suất từ đầu vào cho đầu Điện áp đầu phụ thuộc vào băm xung PWM tỉ số truyền lõi thép Như biết có dịng điện biến thiên tạo từ thông tạo sức điện động cảm ứng cuộn dây biến áp Do điện áp chiều nên dịng điện khơng biến thiên theo thời gian ta phải dùng van đóng cắt liên tục để tạo từ thông biến thiên Khi “Switch on ” đóng dịng điện cuộn dây sơ cấp tăng dần lên Cực tính cuộn dây sơ cấp có chiều hình vẽ bên cuộn dây thứ cấp sinh điện áp có cực tính dương hình vẽ Điện áp sơ cấp phụ thuộc tỷ số cuộn dây sơ cấp thứ cấp Lúc diode chặn nên tải cung cấp tụ C Khi “Switch Off” mở Cuộn dây sơ cấp điện đột ngột lúc bên thứ cấp đảo chiều điện áp qua Diode cung cấp cho tải đồng thời nạp điện cho tụ Trong mô hình nguồn xung nguồn Flybach sử dụng nhiều tính linh hoạt nó, cho phép thiết kế nhiều nguồn đầu với nguồn đầu vào kể đảo chiều cực tính Các biến đổi kiểu Flyback sử dụng rộng rãi hệ thống sử dụng nguồn pin acqui, có nguồn điện áp vào để cung cấp cho hệ thống cần nhiều cấp điện áp (+5V,+12V,-12V) với hiệu suất chuyển đổi cao.Đặc điểm quan trọng biến đổi Flyback pha(cực tính) biến áp xung biểu diễn dấu chấm 94 ... phần sóng hài bậc cao, sơ đồ phải làm việc chế độ tuyến tính, nghĩa phải đảm bảo    Điện áp chứa thành phần sóng bậc cao với tần số bội số tần số xung cưa Do tần số xung cưa cao so với tần số... tải Tần số đóng cắt cao để đảm bảo triệt nhiễu công suất cho mạch Van công suất thường sử dụng van Transitor tốc độ cao, Mosfet hay IGBT… 92 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên... hai cực tính điện áp +E sin chuẩn cao xung cưa -E sin chuẩn thấp Hình 2.2 mơ tả nguyên lý hoạt động PWM cho hai trường hợp 87 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––