Đồ án: Thiết kế mạch flyback

Lời Mở Đầu Ngày với tiến khoa học công nghệ, thiết bị điện tử ngày ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực Kinh tế-Xã hội, đời sống ngày Trong tất thiết bị điện tử nói chung vấn đề nguồn ln vấn đề cần phải quan tâm xem xét cẩn thân, định đến tính an tồn , ổn định vận hành hiệu hệ thống Hầu hiết thiết bị sử dụng nguồn chiều ổn áp cẩn thân Khi tính tốn thiết kế nguồn ổn áp cho mạch điện tử ta có hai hướng thiết kế : thiết kế nguồn tuyến tính , hai thiết kế nguồn xung với trình độ phát triển kỹ thuật đại nguồn xung tỏ rõ ưu vượt trội so với nguồn tuyến tính hiệu năng, cơng suất, tính nhỏ gọn,… Có nhiều mơ hình nguồn xung ta lựa chọn : mơ hình nguồn xung kiểu Buck , mơ hình nguồn xung kiểu Boost , hay mơ hình nguồn flyback,… Đề tài em chọn nguồn flyback để tìm hiểu, tính linh hoạt nó, tạo nhiều đầu theo ý muốn, thiết kế đầu tăng áp hay giảm áp tùy theo thiết kế mong muốn Em xin cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Hồng Quang hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án này, kiến thức thân cịn hạn chế, nên có nhiều thiết xót, mong nhận góp ý thầy bạn.Em xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC I.LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN MẠCH Lý thuyết mạch nguồn Flyback…… ……………………………… 1.1 Chế Độ Liên Tục……………………………………………………………………………………… 1.2 Chế Độ Gián Đoan…………………………………………………………………………………… Thiết kế Mạch Flyback…………………………………………………… 2.1 Nhiệm Vụ Thiết Kế…………………………………………………………………………………… 2.2 Tính Tốn Phần Mạch Lực…………………………………………………………………………… 2.3 Tính Tốn Phần Mạch Điều Khiển………………………………………………………………… Mô phỏng………………………………………………………………… II.KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ PHÂN TÍCH LỠI Mơ tả chi tiết vấn đề găp phải, cách giải quyết, bao gồm hình ảnh để minh họa……………………………………………………………………………………………………… III.KIẾN NGHỊ ĐỂ DỰ ÁN CÓ THỂ MỞ RỘNG Đưa ý kiến đóng góp cho dự án mơ rơng tương lai, giúp sinh viên hồn thiên thiết kế này……………………………… IV KẾT QUẢ V TÀI LIỆU THAM KHẢO I LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN MẠCH Lý thuyết mạch nguồn Flyback Mơ hình nguồn flyback thường dùng có dạng hình Hình 1: Mơ hình Flyback Tuy nhiên phân tích ta giả sử biến áp biến áp lý tương lượng từ trườngtrong mơ tả cuộn cảm Lm hình vẽ : Hình 2: Mơ hình biến áp xung Ngun lý hoạt động mạch flyback mơ tả hình : Như hình vẽ ta thấy gồm : MOSFET cơng st hoạt động khóa đóng cắt,1 điode cơng suất, môt tụ lọc ngõ C, biến áp xung, có nhiệm vụ cách ly đầu vào đầu ra, tích lũy lượng từ trường Mạch nguồn flyback thường dùng cho bọ nguồn có cơng suất từ 20W đến 200W có hai chế độ hoạt động : CCM (dòng liên tục) DCM (dong gián đoạn) sau đâu ta phân tích qua chế độ Hình 3: Nguyên lý hoạt động 1.1 Chế độ dòng điện liên tục (CCM) a xét khoảng thời gian 0 Vs Ps = 5.6 kohm chon điện trơ Rs 15k/0.25W Cs ≥ Tụ điện mạch snubber xác định nhờ vào công thức sau : Ts Rs = 17857,14 pF chọn tụ điện 20pF, tương ứng 104 ghép song song với Biến trơ RV1 mạch có nhiệm vụ tạo phân áp để phản hồi điện áp khối mạch điều khiển, để đỡ lãng phí cơng suất RV1 ta chon RV1 biến trơ 50K c Tính tốn biến áp xung Để chọn kiểu lõi ferit dung ta dung cơng thức sau để chừng kiểu loi: Ap = Ae Aw = Po Dcma f ∆B.k η Ae , Aw tương ứng diện tích vùng lõi quấn, diện tích cung cấp để ta quấn dây Hai thông số cho catalog lõi ferit Po công suất đầu Dcma lấy 250 mA F la tần số đóng cắt ∆B cảm ứng điện từ bão hòa lấy 150 Guass η K hệ số phụ thuộc mạch : flyback lấy 0.00025 ; hiêu xuất mạch (ngoài để chọn lõi ferit ta dựa vào cơng suất ngõ yêu cầu mà linh hoạt chọn lựa cho phù hợp) Hiện có lõi EE25, tính tốn đáp ứng tốt tiêu cơng thức Để tính số vịng dây ta dựa vào công thức sau : Np = L p I pk ∆B Ae = 42.56 > chọn số vòng cuộn sơ cấp 43 vòng >số vòng cuộn thứ cấp 18 vịng Để tính kích thước lõi dây ta phải tính dịng điện hiệu dụng chậy qua biến áp I rms = I pk Dmax = 0.7198 A Giả sử mong muốn mật độ dòng điện 5A/mm2 >đường kính lõi dây quấn cuộn sơ cấp 40mm Tính tốn tương tự ta tính chọn đường kích lõi thứ cấp 40mm, sợi dây 2.3 tính tốn phần mạch điều khiển a tìm hiểu IC TL494 Hình dạng chip TL494 : Sơ đồ khối IC Tl494 mô tả hình : Chức chân mô tả sau (so sánh với sơ đồ khối để dễ hiểu): -Pin Pin : chậy tạo dao động xung rang cưa, cách mắc thêm điện trơ tụ để f = tạo xung rang có tần số : RC Ta có đồ thị đặc tính sau để chọn R C -PIN : chân thiết lập chế độ khơi động mềm , giúp mạch ổn định khơi động -Pin Pin 2: tương ứng đầu vào đương âm mạch so sánh mà ta dung để phản hồi đầu để điều khiển - Pin15 Pin 16 : hai chân có chức tương tự Pin Pin 2, nhằm mục đính giới hạn dịng cho mạch nguồn nhiên đề tài để đơn giản ta tạm ko dung chức này, hai chân nối tương ứng với hai chân - Pin3 : chân phản hồi, ta biết mạch OPAM có hệ số khuếch đại lớn, làm ổn định mạch nguồn, để đk mạch nguồn ta cần phải điều khiển hệ số khuếch đại OPAM - Pin Pin 12 tương ứng chân nối đất cấp nguồn cho TL494 -Pin 14 : chân tạo điện áp chuẩn 5V - Pin 8, Pin 9, Pin 11 Pin 10: tương ứng chân C E transistor BJT Từ sơ đồ khối ta lựa chọn linh hoạt để điều khiển cần thiết mong muốn Thơng thương transistor NPN cực E nối đất, dung cực C để điều khiển (cực C trường hợp trạng thái cao trơ.), dung ta phải dùng thêm điện trơ kéo lên Vcc b tính chọn thơng số cho mạch điều khiển f = - tính chọn tần số : chọn R = 10k , thày vào công thức tụ gốm 103 RC =10kHz -> C = 0.01uF -> chọn -tính chọn mạch phản hồi : thật mạch phản hồi tốn chọn có dạng Theo mơ hình mạch phản hồi ta dễ dàng xác định biểu thước đầu OPAM theo Vo sau : gọi Kpa hệ số phân áp , gọi điện áp đầu OPAM Vcut Khi ta có biểu thức sau: Vcut = Rf Vref + ( Vref − Vo ) K pa Ra K pa Giả sử ta có đầu vào Vin =32V -> D= 0.1857 Để đơn giản ta chọn Kpa = Hệ số khuếch đại ta đặt nhỏ, chậy mạch tăng hệ số khuếch đại lên dần Mô Phỏng Kết mô PSIM minh họa hình vẽ dưới, đầu đáp ứng tốt thay đổi tải Sơ đồ nguyên lý mạch vẽ PSIM Đáp ứng đầu với tải 1A Đáp ứng đầu với tải 0.2A II Kết Quả Đạt Được Và Phân Tích Lỗi Sau đề tài chúng em làm quen với cơng việc thiết kế, đặc biệt thiết kế mạch nguồn xung từ có khả tự tìm hiểu xây dựng mơ hình mạch nguồn xung thực tế thông dụng khác : buck converter, boots converter, … Bài thiết kế có khó khan chỗ, dùng điều khiển P đơn hệ số khuếch đại tìm theo phương pháp dị, nhiều thời gian ngồi chọn khơng cẩn thận mạch dễ dẫn đến trạng thái ổn định III Kiến Nghị Mở Rộng Đề Tài Sau hồn thành đề tài ta có vài hướng mơ rộng đề tài sau: + Việc tìm kiếm đầu vào DC đơi tốn kém, ta nghĩ đến hướng lấy trực tiếp từ nguồn 220Vac, sau cho qua mạch chỉnh lưu để áp DC, sau đưa vào mạch flyback + Để cho linh hoạt cho ứng dụng cần đầu khác nhau, ví dụ cấp cho động cơ, cấp cho vđk, … ta chế tạo phép có nhiều đầu mong muốn + Trong đề tài chưa tính đến việc bảo vệ q dịng, ta mơ rộng cho tồn chống q dịng Và mơ hình điều khiển theo chế độ phản hồi dịng điện tốn để ta mơ rộng cho mạch flyback + Trong sử dụng điều khiển P đơn thuần, hệ số khuếch đại ta thay đổi thực nghiệm, thời gian, để rút ngắn thời gian chất lượng tốt ta nên mơ hình hóa mạch flyback trước xây dựng điều khiển IV Kết Quả Sơ đồ mạch nguyên lý vẽ Altium designed : Sơ đồ mạch in vẽ Altium designed : Mạch thi công Danh sách linh kiện V Tài Liệu Tham Khảo Pulse-width Modulated DC-DC Power Converters -Wiley 2008 Transformer design example Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies_MicroChip_Part1 Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies_MicroChip_Part2 web : ti.com microchip.com reseach key : designed power supply flyback ,… ... điode Thiết Kế Mạch Flyback 2.1 Nhiệm Vụ Và yêu Cầu Thiết Kế - - Flyback dạng mạch nguồn xung dùng phổ biến nay, với ưu điểm hiệu xuất chuyển đổi cao (từ 75-85%, chí cịn ), ngồi cịn cho phép thiết. .. thiên thiết kế này……………………………… IV KẾT QUẢ V TÀI LIỆU THAM KHẢO I LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN MẠCH Lý thuyết mạch nguồn Flyback Mơ hình nguồn flyback thường dùng có dạng hình Hình 1: Mơ hình Flyback. .. Toán Phần mạch Lực Sơ đồ nguyên lý mạch DC-DC Flyback Converter hình Như sơ đồ ta thấy, phần mạch chia thành phần phần lực phần điều khiển sau tính tốn chi tiết thành phần cho mạch flyback a