báo cáo tốt nghiệp bộ nghịch lưu một pha dùng IC CD4047

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 LỜI MỞ ĐẦU Điện tử công suất môn học xem quan trọng chuyên ngành điện – điện tử Ngày điện tử công suất đóng vai trò quan trọng sản xuất đời sống người Nó ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp đại : truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng, q trình điện phân cơng nghiệp hố chất… thiết bị cơng nghiệp, dân dụng Để tìm hiểu mơn học này, sau nhóm em xin giới thiệu đề tài nhỏ hữu dụng sống “ Bộ Nghịch Lưu Một Pha Dùng IC CD4047” Đề tài chia làm phần : Tìm hiểu sở lí thuyết Giới thiệu linh kiện mạch Sơ đồ nguyên lý làm việc Vẽ mạch thi công mạch in, khảo sát thực tế Đề tài hoàn thành khơng tránh khỏi nhiều sai sót, mong đóng góp ý kiến thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn !!! TP HCM Ngày 15 tháng 05 năm 2012 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện: Lê Cơng Tỷ Nguyễn Văn Hội Lầm Tài Cóng Võ Minh Tâm GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHÓM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 BỘ NGHỊCH LƯU INVERTER DÙNG IC CD4047 I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong thực tế có hai dạng điện năng: dòng điện chiều dòng điện xoay chiều Dòng điện xoay chiều có ứng dụng rộng sản xuất, sinh hoạt, nhiên dòng điện chiều có vai trò khơng phần quan trọng Nó cung cấp điện vận hành van điện tử…các thiết bị điện tử.Người ta thường tạo dòng chiều từ xoay chiều…Nếu điện nhỉ?, chắn sống khó khăn nhiều.Câu hỏi đặt là:”chúng ta làm khơng có điện xoay chiều, làm tạo nó? Có nhiều cách tạo dòng xoay chiều : sử dụng máy phát chạy dầu hay sức gió, sử dụng lượng mặt trời… Ngày nay, công nghiệp, sinh hoạt người ta tạo dòng xoay chiều từ dòng chiều Ngun lí nghịch lưu : GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHÓM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 1.1 Khối Nguồn Nguồn chiều DC, lấy từ acquy hay chỉnh lưu Thời gian sử dụng phụ thuộc vào dung lượng lưu trữ acquy, công suất P=U*I Ở đồ án ta sử dụng nguồn DC từ chỉnh lưu không điều khiển pha, với I=3A, U=12VDC Vậy công suất mạch P=UI=36W 1.2 Khối Dao Động Nhiệm vụ khối tạo sóng dao động đưa vào khối cơng suất với tần số điện cơng nghiệp Sóng thường hai dạng chính: hình Sin xung vng Thường khối công suất trở kháng đầu vào nhỏ nên thực tế cần khối khuếch đại đệm làm nhiệm vụ ổn định khối phát xung dao động, giảm trờ kháng đầu vào cho tầng công suất 1.3 Khối Cơng Suất Từ dạng sóng nhận từ khối phát, khối công suất khếch đại đưa đến biến áp tạo điện áp xoay chiều Thường khối sử dụng linh kiện công suất Thysistor, transistor chịu dòng lớn… Ở ta sử dụng MOSFET IRF 540 Để khối công suất hoạt động tốt ta cần hệ thống tản nhiệt làm mát 1.4 Biến Áp Sử dụng biến áp cách ly pha 12V-220V/ 3A Bộ phận định tới việc tạo tín hiệu xoay chiều, định cơng suất tồn mạch Nó có tỷ số vòng dây cuộn thứ cấp lớn cuộn sơ cấp Cơng suất mạch tính Pmax =UI Với I dòng điện biến áp chịu U hiệu điện đặt vào cuộn sơ cấp GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHÓM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 II CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 2.1IC CD4047 CD4047 IC tạo xung vng họ CMOS, điện áp làm việc lên đến 20VDC Đây IC gồm 14 chân đóng gói dạng dip 100T Điện áp hoạt động khoảng từ 0.5VDC – 20VDC Nhiệt độ làm việc từ -65oC đến +150oC chịu nhiệt độ +260oC 10s Chức chân : Chân : đầu vào tụ C Chân : đầu vào điện trở R Chân : đầu vào R-C tạo dao động với tần số định sẵn Chân : trạng thái bền Chân : trạng thái không bền Chân : chân kích khởi âm Chân : nguồn âm Chân : chân kích khởi dương Chân : reset Chân 10 : đầu xung vuông bán kỳ dương Chân 11 : đầu xung vuông bán kỳ âm Chân 12 : kích khởi lại Chân 13 : đầu OSC Chân 14 : nguồn dương Tần số xung vng tính theo cơng thức: F = Sơ đồ khối bên IC CD4047 GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHĨM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 -Hoạt động IC sau: Hoạt động chân astable phép đạt đầu vào chân mức cao mức thấp chân chân GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHĨM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 Độ rộng xung vuông Q ̅ hàm đầu vào phụ thuộc vào R C Chân astable cho phép mạch làm tạo dao động đa hài qua cổng Độ rộng xung chân 13 1/2 đầu Q chế độ astable Trong chế độ ổn định đơn có sườn dương đầu vào +trigger(8) chân trigger(6) mức thấp xung đầu vào thuộc thời điểm tương ứng với xung đầu -Chân 12 cho phép kích mở trở lại xung dương -Đặc điểm vi mạch sau: -Công suất tiêu thụ thấp -Hoạt động trạng thái đơn chế độ không ổn định - Các đầu ổn định mức thể bù bổ xung yêu cầu tín hiệu ngồi R C đầu vào có điệm kiểm tra tĩnh điện áp 20V chuẩn hố đặc tính , đặc tính đầu chuẩn đối xứng 2.2 MOSFET IRF 540 Là Mosfet kênh N có chân đóng gói dạng T0220 Peak Diode Recovery: Giới hạn tốc độ tăng điện áp diot mắc cực Drain Souce, giá trị van hỏng Sở dĩ có thơng số van tồn giá trị điện dung điện cảm ký sinh Khi có biến thiên điện áp ,các yếu tố tương tác, tạo sức điện động đủ lớn để phá hỏng lớp tiếp giáp van GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHĨM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 Continuous Drain Current dòng điện chiều liên tục lớn chảy qua mosfet, giới hạn tổn hao dẫn , thường cho 25°C 100°C Gate-to-Source Voltage: Điện áp điều khiển cực Gate Souce, thường lớn 20V,thực tế hay đặt khoảng 10V,khi mosfet hoạt động xảy tượng điện áp điều khiển bị tăng cao ảnh hưởng điện dung ký sinh cực Drain Gate,khi tính tốn thấy điện áp tăng cao cần thêm diode zener mắc cực Gate Souce Operating Junction and Storage Temperature Range: giới hạn nhiệt độ lớp tiếp giáp,thường -55 đến +175°C Quá thang nhiệt độ van hỏng Total Gate Charge: Điện tích tổng cộng tụ điện ký sinh cực Gate giá trị Uđk định, thường cho 10V, điện tích mà mạch điều khiển(gate driver) phải nạp xả cho tụ q trình đóng hay mở van.Bởi mà mạch điều khiển đơi gọi Gate charge Rise Time Fall Time: thời gian chuyển mạch van tương ứng từ trạng thái khoá sang trạng thái dẫn ngược lại , trình bày giản đồ đây.Đây thông số định đến tổn hao chuyển mạch , thông số quan trọng đánh giá chất lượng van, tính tốn mạch điều khiển Rise Time Fall Time xung điều khiển phải bé thông số van 2.3 Máy Biến Áp -Biến áp cách ly 220VAC12VAC/3A -Dùng biến đổi điện áp thành điện áp chuẩn 220V tải sử dụng -Với biến áp 3A ta có ngỏ với cơng suất 36W GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHÓM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 2.4 Tụ Điện – Điện Trở -Điện trở 820Ω ( để hạn dòng cho LED - Điện trở 330Ω ( : hạn dòng vào chân 14 IC CD4047 - Điện trở 220Ω ( ) : hạn dòng cho Mosfet IRF 540 -Điện trở 390KΩ ( ) biến trở 100 KΩ (V ) : định tần số xung IC 4047 -Tụ 2200μ ( )/ 25V :lọc nhiễu nguồn chiều vào nghịch lưu -Tụ 0.01μ điện trở biến trở xác định tần số cho IC CD4047 - Với giá trị mạch ta có tần số xung IC từ 46 HZ tới 58HZ 2.5 Các Thiết Bị Khác Gồm đèn LED, công tắc on/off, dây dẫn, domino,diot,biến trở GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHĨM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 III SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, PHÂN TÍCH MẠCH 3.1 Sơ Đồ Nguyên Lý 3.2 Phân Tích Mạch IC CD4047 đóng vai trò mạch IC nuôi nguồn 12V cung cấp vào chân 14 Qua IC tạo xung dương có giá trị ngược chân đầu Q Q đảo.Cặp RC có tác dụng tạo dao GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHÓM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 động với tần số : F = ta thay đổi tần số đầu xung điều khiển cách điều chỉnh giá trị biến trở Sau xung đưa vào mosfet IRF540 Để tránh dòng vào lớn từ IC4047 ta thêm vào điện trở 220Ω cổng Q ̅ Xung có tác dụng kích mở IEF540 Từ hình minh hoạ ta thấy có dòng điện ngược chiều chạy qua cuộn dây sơ cấp biến Như ta tạo dòng điện xoay chiều Xung đầu chân 10 11 IC 4047 đảm bảo có chân mức cao lúc chân mức thấp, đảm bảo mosfet IRF540 đóng mở luân phiên theo tần số IC 4047 MẠCH NGUỒN VÀ MẠCH HỒN THIỆN Dạng Sóng Thực Tế GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHĨM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 KẾT LUẬN Mạch inverter sử dụng IC CD4047 Mosfet IRF540 trình bày dạng mạch đơn giản, dễ dàng thi cơng lắp đặt Mạch có cơng suất nhỏ khoảng 36W dạng sóng dạng xung vng Vì khơng thích hợp cho tải động Với mạch này, nhóm dùng cho tải bóng đèn, với tần số tinh chỉnh nhờ biến trở VR1 Với mạch thực tế nhóm, khơng tải, mạch cho nguồn điện với điện áp gần 240VAC Khi lắp đèn vào thắp sáng GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHÓM 13 PAGE 11 ...ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 BỘ NGHỊCH LƯU INVERTER DÙNG IC CD4047 I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong thực tế có hai dạng điện năng: dòng... điện đặt vào cuộn sơ cấp GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHÓM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 II CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 2. 1IC CD4047 CD4047 IC tạo xung vuông họ CMOS, điện... dòng chiều Ngun lí nghịch lưu : GVHD:LƯU THIỆN QUANG NHĨM 13 PAGE 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047 1.1 Khối Nguồn Nguồn chiều DC, lấy từ acquy hay chỉnh lưu Thời gian sử