Ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC Buck converter

LỊI NĨI ĐÀU CHƯƠNG L GIỚI THIÊU CỒNG NGHÊ IC TL494 VÀ MACH DC DC BUCK CONVERTER 1.1 Tìm hiểu ICTL494 1.2 Mach DC DC Buck Converter CHƯƠNG 2.TÍNH TỐN MACH LƯC 2.1 Mosfet IRF3205 2.2 Cuôn cảm EE25 .10 2.3 T u 10 2.4 Đỉot 12 2.5 Điên trở 13 CHƯƠNG 3.TÍNH TỐN MACH ĐIỀU KHIẾN 15 3.1 ICTL494 15 3.2 IR 2103 16 3.3 Tần số lảm viẽc IC TL494 18 3.4 Hê số khuếch đai 19 3.5 TÌIT) số phản áp mach 20 3.6 Chon Rp đê’ điên áp đầu lè vôn 20 CHƯƠNG 4.KẼT QUÁ THƯC NGHIÊM 22 4.1.Sớ đồ dâv 22 4.2 kết thực nghiêm 23 4.3 Phần mach in 25 KẺT LUÁN 26 Tài Nêu tham khảo : 27 LỜI NÓI ĐÀU Ngày , cơng nghiệp hóa ,hiện đại hóa giúp cho người tiết kiệm thời gian sứ lao động Đồng thời tạo điều kiện tốt đế nước ta thúc trình hội nhập nên kinh tế giới , bắt kịp phát triển khoa học kỹ thuật nước phát triển đế ứng dụng vào sản xuất Đe bắt kịp phát triển khoa học công nghệ ứng dụng vào sản xuất hàng hóa Việt Nam ngành tự’ động hóa phải thực nỗ lực , cải tiến mạnh mẽ công nghệ sản xuất tiến tiến , đại giới Hơn ngành giáo dục phải nồ lực mạnh chương trình đào tạo ký sư ngành tự động hóa đế đáp úng việc cung cấp nhân lực ngành công nghiệp nước ,trực tiếp tham gia việc thiết kế chế tạo điều khiển máy móc thiết bị Điều đòi hỏi ngành giao dục phải đào tạo cung cấp đội ngũ chun gia , kỹ sư có trình độ có kinh nghiệm cao cho ngành công nghiệp Là sinh viên ngành tự động hóa , em cảm thấy tự hào học tập nghiên cứu mơn ngành tự động hóa Việc kết hợp học tập lý thuyết lớp thực hành xưởng em cảm thấy hữu ích Và đặc biệt đợt thực tập cuối khóa chúng em có hội kiểm nghiệm tính đắn ứng dụng kiến thức lý thuyết học Đe tài thực tập cuối khóa chúng em ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC Buck converter” với nội dung : • Tìm hiếu cơng nghê :IC TL494 mạch dc dc Buck Converter • Tính tốn mạch lực • Tính tốn mạch điều khiến Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Nguyễn Duy Đỉnh quan tâm hướng dẫn , giúp đỡ nhóm 22 lớp CĐ TĐH - K52 tận tụy, nhiệt tình Em xin chân thành cám ơn ! CHƯƠNG GIỚI THIỆU CƠNG NGHỆ • IC TL494 VÀ MẠCH DC DC BUCK CONVERTER 1.1 Tìm hiểu IC TL494 a-Giới thiệu IC TL494 16 n n n n n n n n TL494xD o AWLYWW 16«^ nnnnnnnn TL494XN o AWLYYWW uuuuuuuu so-16 D uuuuuuuu SUFFIX CASE 751 B 16 PDIP-16 N SUFFIX CASE 648 Hình 1.1 : ICTL494 IC TL494 IC sử dụng nhiều mạch nguồn Hình 1.2 sơ đồ chân IC TL494 • Nhiệm vụ chân: • chân điều khiến điện 1,2 nhận điện áphồi tiếp tụ' động ápra • chân đầu mạch so sánh ,có thếlấy hiệubáo sựcố P,G từ chân tín • chân chân lệch điều khiến hiến IC h/đ hay khơng ,khi chân =0v IC hoạt động,nếu chân 4>0v IC khố • • chân 5,6 hai chân mạch dao động • chân 7,9,10 nối đất • chân chân dao động • chân 11 chân dao động • chân 12 nguồn Vcc 12v • chân 13 đc nối với áp chuẩn 5v • chân 14 từ IC điện áp chuẩn 5v • chân 15,16 nhận điện áp hồi tiếp Nguyên tắc hoạt động TL 494 IC cổ định tần sổ xung điều biên độ rộng điều khiển mạch điều biên xung đầu dc thực cách so sánh dạng sóng cưa tạo biên độ dòng điện thời giantụ điện cho tín hiệu điều khiến Tại ngõ đc kích hoạt điện áp cưa lớn tín hiệu đ/áp Khi tín hiệu điều khiển tăng đầu vào cưa giảm lớn dung lượng giảm theo t/gian.Một xung lái Flip-Flop luân phiên đạo cho linh kiện transistor NPN "1TU lí ir~LT LT“Ư ru- Control Signal Các tín hiệu điều khiến bắt nguồn từ nguồn : Bộ so mẫu điều khiển thời gian tắt mạch điều khiến độ sai lệch khuyêch đại.Đk tín hiệu tắt dần dc so sánh trực tiếp kiếm soát t.g tắt.So sánh với điện ápcố định 100 mV.Điều tạo khoảng thời gian tắt 3% thời giantắt tối thiểu PWM so sánh tín hiệu điều khiến dc tạo sai lệch khuếch đại, chức khuếch đại lỗi để theo dõi điện áp đầu vào tín hiệu điều khiển biên độ đủ để cung cấp 100%đ.chế kiểm soát Các khuếch đại sử dụng đế theo dõi dòng điện dòng cung cấp đại đế nạp • ứng dụng TL494 Một số ứng dụng TL494 : Dòng nạp cho nguồn điều chỉnh V Đồng hóa TL494 dễ dàng đồng hóa hai hay nhiều nguồn dao động hệ thống Đồng hóa dao động TL494 với nguồn xung khác Đe đồng hóa TL494 đế đồng hồ bên ngồi, dao động nội sử dụng cưa, xung điện Fail-Safe operation - giữ an tồn: bảo vệ Current Limiting - Hạn dòng Để bảo vệ dao động bên trong, dùng thêm điện trở RT tụ CT, RT để hạn dòng (dẫn dòng xuống mass hệ thổng bên ngồi bị ngắn mạch), RT làm tụ xả điện áp nhanh trường hợp dao động bên ngưng, giảm nhiễu tín hiệu dao động Current Limitin : Hạn dòng TL494 thường dùng đế hạn dòng điện ngược dùng đế hạn dòng tải Và thường ứng dụng điều khiến DC Cả hai khuếch đại có chế độ cho phép trực tiếp cảm biến dòng điện áp đầu Một sổ kỹ thuật sử dụng để hạn dòng Fold-Back Current Limiting - Hạn dòng điện ngược Pulse-Current Limiting: Hạn dòng xung Các kiến trúc nội TL494 không phù hợp trục tiếp hạn chế dòng xung Vấn đề phát sinh từ hai yếu tố: Các khuếch đại bên chức chốt, chủ yếu dành cho ứng dụng tương tự Xung lái flip flop nhạy với tín hiệu tích cực so sánh PWM kích hoạt chuyến kết đầu sớm, tức là, trước hồn thành giai đoạn dao động Khi xung kết thúc, tín hiệu điều khiến đầu lại kích hoạt xung vào thời gian sót lại xuất đầu ngược lại Các ứng dụng Tắt-Thời gian điều khiển :Chức điều khiển thời gian tắt để kiểm soát tối thiếu thời gian cung cấp dòng TL494 Điều khiển thời gian tắt cung cấp dòng điều khiến từ 5% đến 100% thời gian tắt d-Nhiệm vụ TL494 mạch DC DC Buck converter : -TL494 mạch nhận tín hiệu phản hồi từ điện áp đầu đưa chân 1, tín hiệu chân so sánh với tín hiệu chuẩn chân số qua khuếch đại thuật toán Dựa sai lệch hai tín hiệu đế điều biến độ rộng xung đế 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 phần mạch • TL494 IR2103 • EE 25 • RƯZA • IRF3205 • IN 4148 1.2.1 Giới thiệu mạch DC DC Buck Converter : Là mạch nguồn xung dùng phố biến có un điếm hiệu suất biến đối lượng cao khả thay đổi linh hoạt thiết kế.Chẳng hạn có nhiều đầu (output Voltage) với nhiều cực khác tù’ đầu vào đơn(single Input voltage) 1.2.2 Cấu tạo nhiệm vụ toàn mạch : Cấu tạo mạch - Mạch điện gồm có hai phần : + Các phần tử công suất + Phần mạch điều khiến Nhiệm vụ : + Biến đổi nguồn điện áp chiều 12V-1A Adapter thành nguồn điện áp 5V-2A đầu + Ổn định dòng + Ốn định điện áp 1.2.3 Nguyên lý hoạt động mạch : - Điện áp đầu đưa chân IC TL494 đế làm tín hiệu phản hồi tín hiệu phản hồi so sánh với tín hiệu chuẩn dựa vào sai lệch hai tín hiệu đế điều chế xung điều khiển việc đóng cắt IRF3205 - Neu Vout < 5v TL494 điều chế xung làm cho IRF3205 mở rộng đế xả áp đến đầu - Neu Vout = 5v TL494 điều chế xung làm cho IRF3205 khóa lại đế giảm áp đến đầu - Tín hiệu điều khiển từ TL494 đưa vào IR2103 kích áp để điều khiển việc đóng cắt IRF3205 - Mạch Boostrap có nhiệm vụ thực việc kích áp CHƯƠNG 2.TÍNH TỐN MẠCH Lực 2.1 Mosfet IRF3205 - IRF3205 Mosfet kênh N hay Mosfet ngược - Mosfet Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Transistor đặc biệt có cấu tạo hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta biết Mosfet thường có cơng suất lớn nhiều so với BJT Đối với tín hiệu chiều coi khóa đóng mở Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa hiệu ứng tù' trường đế tạo dòng điện, linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại nguồn tín hiệu yếu - Cấu tạo Mosfet : Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển điện áp với dòng điện điều khiến cực nhỏ IRF3205 Pint— Gate P i n — D r a i n P i n — S o u r c e Hình 2.1 -IRF 3205 • G : Gate gọi cực cổng • D : Drain gọi cực máng • s : Source gọi cực nguồn - Trong : G cực điều khiến cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn lại lớp điện mơi cực mỏng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2) Hai cực lại cực gốc (S) cực máng (D) Cực máng cực đón hạt mang điện - Mosfet có điện trở cực G với cực s cực G với cực D vơ lớn,còn điện trở cực D cực s phụ thuộc vào điện áp chênh lệch cực G cực S (UGS) - Khi điện áp UGS = điện trở RDS lớn, điện áp UGS > => hiệu ứng tù' trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS lớn điện trở RDS nhỏ 2.1.1 Nguyên lý hoạt động cüa Mosfet : - (2-1) Q = CxU [culông] - Người ta thường lấy tên tụ tên chất diện môi Như: Tụ gốm: Chất điện môi gốm Tụ giấy: Chất điện môi giấy - Hai tụ phân cực 100uF-25V dùng để ổn định điện áp trước sau biến đổi ầầẾầẾầàỂLỂÊ^ằÀ^ấầẾLkíầAẢÀAẢkẰềếééế lấẳilầ ế 11É ị Hình 2.3.2 :Tụ hóa b, Tụ khơng phân cực Hình 2.3.3 : hình dáng kí hiệu Tụ khơng phân cực Các loại tụ nhỏ thường không phân cực Các loại tụ thường chịu điện áp cao mà thông thường khoảng 50V hay 250V Các loại tụ không phân cực có nhiều loại có nhiều hệ thống chuấn đọc giá trị khác Trong sơ đồ mạch buck ta dùng tụ không phân cực có ghi trị số 102 105 Cách đọc Hình 2.3.4 • • Tụ kí hiệu 102 c= ° /^= 1000pF = nF 10xl Với tụ có trị số 105 c = l ° x l ° p ^ = 1.000.000 pF= lOOOtfF 2.4 Điot 2.4.1 Điôt xung RU2A - Trong nguồn xung đầu biến áp xung , ta phải dùng Diode xung đế chỉnh lun Diode xung Diode làm việc tần số cao khoảng vài chục KHz , Diode nắn điện thông thường thay vào vị trí Diode xung được, ngựơc lại Diode xung thay cho vị trí Diode thường, Diode xung có giá thành cao Diode thường nhiều lần - đặc điếm hình dáng Diode xung khơng có khác biệt với Diode thường, nhiên Diode xung thường có vòng đánh dấu đút nét đánh dấu hai vòng A not (A) Ktot(K) Hình 2.4.1 : Kí hiệu - Diode xung RƯ2A mạch có nhiệm vụ khép mạch để cung cấp dòng qua tải mà IRF3205 cắt - Vì IRF3205 đóng cắt với tần số cao nên phải chọn Diode xung đế đảm bảo nhiệm vụ khép mạch nhiều lần mà không bị hỏng 2.4.2,Led - Diode phát phang Diode phát ánh sáng phân cực thuận, điện áp làm việc LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng tù’ 5mA đến 20mA 3p ' vX % Hình 2.5.2: Đèn led kí hiệu mạch - LED đế hạn chế dòng qua LED - Led sử dụng trạng 2.5 Điện trở 330 Q nối tiếp với mạch DC DC Buck Converter để báo thái có điện Điện trỏ’ - Điện trở phần tù' có chức ngăn cản dòng điện mạch Mứcđộ ngăn cản dòng điện đặc trung trị số điện trở R - Đơn vị đo: mQ, n, k£2, MQ MAU Vach Vach Vach ũ 0 1Q 1 1ŨQ 3 1KQ Xanh ca / 4 10 KQ 5 lOOKß Xanl' ca TC>I 6 Tim 7 Xam 8 Trang 9 Cam Vang Vang He so ± 1% (F) ±0.5% (p) 1MQ ±0.25% (C) 10MQ ±0.10%