Đồ án mạch nghịch lưu

Ta có thể phân loại thành một số dạng biến đổi sau: AC→DC (Chỉnh lưu) ; DC→AC (Nghịch lưu) ; AC→AC(Điều chỉnh điện áp xoay chiều);DC→DC(Điều chỉnh điện áp một chiều).Mỗi nhóm trên đều có những ứng dụng riêng của nó trong từng lĩnh vực cụ thể. Với yêu cầu của đồ án “ Tìm hiểu và thực hiện mạch nghịch lưu độc lập điện áp một pha từ nguồn một chiều 12VDC lên 220VAC tần số 50Hz”.Mạch này được ứng dụng nhiều trong đời sống sinh hoạt. Mạch có nhiêm vụ cung cấp nguồn năng lượng cho tải khi xảy ra sự cố mất điện.

111Equation Chapter Section 1LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng đời sống.Việc biến đổi lượng từ dạng sang dạng khác nhờ mạch cơng suất ứng dụng rộng rãi.Đặc biệt nhờ có phát triển van bán dẫn công suất mà lĩnh vực ngày phát triển mạnh mẽ.Ta phân loại thành số dạng biến đổi sau: AC→DC (Chỉnh lưu) ; DC→AC (Nghịch lưu) ; AC→AC(Điều chỉnh điện áp xoay chiều);DC→DC(Điều chỉnh điện áp chiều).Mỗi nhóm có ứng dụng riêng lĩnh vực cụ thể Với yêu cầu đồ án “ Tìm hiểu thực mạch nghịch lưu độc lập điện áp pha từ nguồn chiều 12VDC lên 220VAC tần số 50Hz”.Mạch ứng dụng nhiều đời sống sinh hoạt Mạch có nhiêm vụ cung cấp nguồn lượng cho tải xảy cố điện Phần báo cáo em gồm phần sau: Phần : Giới thiệu điện tử công suất van bán dẫn Phần : Giới thiệu chung nghịch lưu độc lập Phần : Tính tốn thiết kế mạch thực tế Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn bảo tận tình Nguyễn Thị Thắm Cơ giúp em có thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm quí báu để phục vụ cho việc học tập cho công việc tương lai Song thời gian có hạn vốn kiến thức chưa rộng nên q trình thiết kế khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận bảo quý thầy cô để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ NGHỊCH LƯU 1.1 Khái niệm điện tử công suất 1.1.1 Định nghĩa Điện tử công suất chuyên ngành nghiên cứu phương pháp thiết bị điện tử có cơng suất lớn với thuật tốn điều khiển nhằm biến đổi điều khiển lượng điện Hình 1.1 Sơ đồ chung biến đổi công suất Hình 1.2 Đối tượng nghiên cứu điện tử cơng suất 1.1.2 Phân loại ứng dụng: Điện xoay chiều thành điện chiều: Các Chỉnh lưu (Rectifier) điều khiển (dùng Thyristor) không điều khiển (dùng Diode) tuỳ theo việc ta có cần điều khiển giá trị dịng điện chiều đầu hay khơng Điện chiều thành điện xoay chiều: Các Nghịch lưu (Inverter) Các nghịch lưu có khả biến dòng điện chiều thành dòng điện xoay chiều có giá trị điện áp tần số thay đổi tuỳ vào luật đóng mở van bán dẫn Điện chiều thành điện chiều: Các Băm xung chiều (cịn có tên Điều áp chiều, biến đổi điện áp chiều ( DC to DC converter, DC chopper) Các biến đổi biến dịng điện chiều có giá trị cố định thành dịng điện chiều có giá trị điện áp, dòng điện điều khiển Điện xoay chiều thành điện xoay chiều: Các Biến tần (Frequency Drive) trực tiếp (Cycloconverter) gián tiếp (Inverter) Các biến tần có khả biến nguồn điện xoay chiều có giá trị dòng điện, điện áp tần số cố định lưới điện thành dịng điện xoay chiều có giá trị dòng, áp tần số điều khiển theo ý muốn 1.2 Các phần tử bán dẫn công suất 1.2.1 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất Các phần tử bán dẫn công suất sử dụng sơ đồ biến đổi khóa điện tử, gọi van bán dẫn Khi mở dẫn dịng nối tải vào nguồn, khóa ngắt tải khỏi nguồn, khơng cho dịng điện chạy qua Để đóng cắt dịng điện lớn van bán dẫn lại điều khiển tín hiệu cơng suất nhỏ, tạo mạch điện tử cơng suất nhỏ Đặc tính phần tử bán dẫn công suất : Các van bán dẫn làm việc chế độ khóa, mở cho dịng chạy qua có điện trở tương đương nhỏ, khóa khơng cho dịng chạy qua có điện trở tương đương lớn Nhờ tổn hao cơng suất q trình làm việc điện tích dịng điện chạy qua với điện áp rơi phần tử có giá trị nhỏ Các van bán dẫn dẫn dòng theo chiều phần tử đặt điện áp phân cực thuận Khi điện áp đặt lên phần tử phân cực ngược, dịng qua phần tử có giá trị nhỏ, cỡ mA, gọi dòng rò Về khả điều khiển, van bán dẫn phân loại thành: Van khơng điều khiển Diode Van có điều khiển : Điều khiển khơng hồn tồn, Thysitor, Triac Điều khiển hoàn toàn, MOSFET, IGBT,GTO 1.1.3 Diode công suất Diode phần tử cấu tạo lớp tiếp giáp bán dẫn P-N Diode có cực, anot A cực nối với lớp bán dẫn kiểu P, catot K cực nối với lớp bán dẫn kiểu N Dòng điện chạy qua Diode theo chiều từ A đến K điện áp UAK dương Khi UAK âm, dòng qua Điode gần khơng a) Cấu tạo kí hiệu Hình 1.3a Cấu tạo kí hiệu Diode Tiếp giáp bán dẫn P-N phận cấu tạo Diode Khi ghép lớp bề mặt tiếp xúc, điện tử dư thừa bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào lỗ trống, tạo thành lớp Ion trung hoà điện, lớp Ion tạo thành miền cách điện hai chất bán dẫn Tuy nhiên vùng nghèo điện tích mở rộng đến độ dày định bên vùng N điện tử di chuyển để lại Ion dương, bên vùng P điện tử di chuyển đến nhập vào lớp cách điện tử hóa trị ngồi cùng, tạo nên Ion âm Các Ion nằm cấu trúc tinh thể mạng tinh thể Silic nên di chuyển Kết tạo thành tụ điện với điện tích âm lớp phía lớp P điện tích dương phía lớp n Các điện tích tụ điện tạo nên điện trường E có hướng từ vùng N sang vùng P ngăn cản khuếch tán tiếp tục cac điện tử từ vùng N sang vùng P b) Đặc tính Vơn - Ampe Hình Đặc tính Vol – Ampe đặc tính lý tưởng Đặc tính gồm phần, đặc tính thuận nằm góc phần tư thứ I tương ứng với UAK > 0, đặc tính ngược nằm góc phần tư thứ III tương ứng với UAK < Trên đường đặc tính thuật, điện áp A-K tăng dần từ đến vượt qua ngưỡng điện áp VF, dòng chảy quan Diode Dịng điện áp i D thay đổi lớn điện áp rơi Diode U AK thay đổi Như đặc tính thuận Diode đặc trưng tính chất có điện trở tương đương nhỏ Trên đường đặc tính ngược, điện áp U AK tăng dần từ đến giá trị Ung.max gọi điện áp ngược lớp nhất, dịng qua Diode có giá trị nhỏ gọi dòng rò Nghĩa Diode cản trở dòng chạy qua theo chiều ngược Cho đến UAK đạt đến giá trị Ung.max xảy tượng dịng qua Diode tăng đột ngột, tính chất cản trở dòng điện ngược Diode bị phá vỡ Quá khơng có đảo ngược nghĩa ta lại giảm điện áp A-K dịng điện khơng giảm Ta nói Diode bị đánh thủng Đặc tính Vôn-Ampe Diode khác nhau, nhiên để phân tích sơ đồ biến đổi đặc tính lý tưởng hình sử dụng nhiều Theo đặc tính lý tưởng, Diode cho phép dịng điện lớp chạy qua với sụt áp chịu điện áp ngược lớn với dịng rị Nghĩa là, theo đặc tính lý tưởng, Diode có điện trở tương đương dần khóa ∞ c) Các thơng số Dịng điện thuận ID : Giá trị trung bình dịng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận ID Đây giá trị lựa chọn diode cho ứng dụng thực tế Điện áp ngược UNg.max: Giá trị điện áp ngược lớn mà diode chịu dựng Ln lựa chọn: UAK < U Ng.max Dòng điện thuận ID :Giá trị trung bình dịng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận ID Đây giá trị lựa chọn diode cho ứng dụng thực tế 1.1.4 Thyristor (SCR) a) Cấu trúc kí hiệu Thysistor có ba cực : anot A, catot K, cực điều khiển G Thysistor phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn P-N-P-N tạo ba tiếp giáp P-N: J1, J2, J3 Hình 1.5 Kí hiệu cấu trúc Thysistor b) Đặc tính Vơn – Ampe Hình 1.6 Đặc tính Von-Ampe Thysistor Đặc tính Von-Ampe Thisistor gồm phần Phần thứ nằm góc phần tư I đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp U AK > 0, phần thứ nằm góc phần tư thứ III, gọi đặc tính ngược tương ứng với trường hợp UAK < Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển (IG = 0) Khi dòng vào cực điều khiển T hay hở mạch cực điều khiển Thisistor cản trở dòng điện tương ứng với trường hợp phân cực điện áp A-K Khi điện áp UAK < 0, theo cấu tạo bán dẫn Thysistor, hai tiếp giáp J1, J3 phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận Như Thysistor giống Diode mắc nối tiếp bọ phân cực ngược Qua T có dịng điện nhỏ chạy qua, gọi dòng rò Khi UAK tăng đạt đến giá trị điện áp lớn Ung.max xảy tượng T bị đánh thủng, dịng điện tăng lên lớn Giống đoạn đặc tính ngược Diode, q trình đánh thủng q trình khơng thể đảo ngược được, nghĩa có giảm điện áp U AK xuống mức Ung.max dịng điện khơng giảm đượ mức dòng rò T bị hỏng Khi tăng điện áp A-K theo chiều thuận, U AK > 0, lúc đầu có dịng điện nhỏ chạy qua, gọi dòng rò Điện trở tương đương mạch A-K có giá trị rất lớn Khi tiếp giáp J 1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Cho đến UAK tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, U th.max xảy tượng điện trở tương đương mạch A-K đột ngột giảm, dòng điện chạy qua Thysistor bị giới hạn điện trở mạch ngồi Nếu dòng qua Thysistor lớn mức dòng tối thiểu, gọi dịng trì I dt, Thysistor dẫn dịng đường đặc tính thuận, giống đường đặc tính thuận Diode Đoạn đặc tính thuận đặc trưng tính chất dịng có giá trị lớn điện áp rơi A-K nhỏ không phụ thuộc vào giá trị dịng điện Trường hợp có dịng điện vào cực điều khiển ( IG > 0) Nếu có dịng điện điều khiển đưa vào cực điều khiển A, q trình chuyển điểm làm việc đường đặc tính thuận xảy sớm hơn, trước điện áp thuật đạt đến giá trị lớn Nếu dòng điều khiển lớn điểm chuyển đặc tính làm việc xảy với UAK nhỏ c) Điều kiện mở Thysistor Thysistor cho phép dòng chạy qua chiều, từ anot đến catot, cản trở dòng chạy theo chiều ngược lại Tuy nhiên, để Thysistor dẫn dịng, ngồi điều kiện phải có điện áp UAK > cần thêm số điều kiện khác Khi đưa xung dịng điện có giá trị định vòa cực điều khiển catot Xung dòng điện điều khiển chuyển trạng thái Thysistor từ trở kháng cao trở kháng thấp mức điện áp A-K nhỏ Khi dịng qua A-K lớn giá trị định, gọi dòng trì (i dt) Thysistor tiếp tục trạng thái mở dẫn dịng mà khơng cần đến tồn xung dòng điều khiển Điều nghĩa điều khiển mở Thysistor xung dịng có độ rộng xung định, cơng suất mạch điều khiển nhỏ, so với công suất mạch lực mà Thysistor phần tử đóng cắt, khống chế dịng điện d) Điều kiện khóa Thysistor Một Thysistor dẫn dịng trở trạng thái khóa ( điện trở tương đương mạch anot-catot tăng cao) dòng điện giảm xuống, nhỏ giá trị dịng trì, Idt Tuy nhiên để Thysistor trạng thái khóa, với trở kháng cao, điện áp anot-catot lại dương, (UAK > 0), cần phải có thời gian định để lớp tiếp giáp phục hồi hồn tồn tính chất cản trở dịng điện e) Các thơng số Giá trị trung bình cho phép chạy qua Thysistor, IV Đây giá trị dịng trung bình cho phép chạy qua Thysistor với điều kiện nhiệt độ cấu trúc tinh thể bán dẫn Thysistor không vượt giá trị cho phép Làm mát tự nhiên: Dòng sử dụng cho phép: I = 1/3 IV Làm mát cưỡng quạt gió: Dịng sử dụng cho phép: I = 2/3 IV Làm mát cưỡng nước : Dòng sử dụng cho phép: I = IV Điện áp ngược lớn nhất: Là giá trị điện áp ngược lớn cho phép đặt lên Thysistor Trong ứng dụng phải đảm bảo rằng, thời điểm điện áp anot-catot UAK nhỏ Ung.max Thời gian phục hồi tính chất khóa Thysistor, tr Đây thời gian tối thiểu đặt điện áp âm lên anot-catot Thysistor dòng A-K trước có điện áp dương mà Thysistor khóa Tốc tăng điện áp cho phép Với T tần số thấp dU/dt = 50 đến 200 V/ micro giây Với T tần số cao dU/dt = 500 đến 2000 V/ micro giây Độ tăng dòng cho phép dI/ dt ( A/ micro giây) Với T tần số thấp dI/dt = 50 đến 200 A/ micro giây Với T tần số cao dI/dt = 500 đến 2000 A/ micro giây 1.1.5 GTO ( Gate Turn-off Thysistor) GTO khóa lại cực điều khiển, có khả đóng cắt dịng điện lớn, chịu điện áp cao giống Thysistor , van điều khiển hồn tồn, chủ động thời điểm khóa tác động điều khiển a) Cấu trúc kí hiệu Hình 1.7 Cấu trúc kí hiệu GTO Trong cấu trúc bán dẫn GTO lớp p, anot bổ sung lớp n+ Dấu (+) bên cạnh mật độ điện tích tương ứng, lỗ điện tử, làm giàu thêm với mục đích làm giảm điện trở dẫn vùng Cực điều khiển nối vào lớp p thứ ba chia nhỏ phân bố so với lớp n+ catot b) Nguyên lý điều khiển GTO GTO điều khiển mở cách cho dòng vào cực điều khiển, giống Thyristor thường Để khố GTO, xung dịng phải lấy từ cực điều khiển Hình 1.8 Nguyên lý điều khiển GTO a.Yêu cầu dạng xung điều khiển b.Nguyên lý thực Để khóa GTO, xung dòng phải lấy từ cực điều khiển Khi van dẫn dòng, tiếp giáp J2 lương lớn điện tích sinh tác động hiệu ứng bán phá “vũ bão” tạo nên vùng dẫn điện, cho phép điện tử di chuyển từ catot, vùng n+ , đến anot, p+ , tạo nên dòng anot Bằng cách lấy số lượng lớn điện tích qua cực điều khiển, vùng dẫn điện bị co hẹp bị ép phía vùng n+ anot vùng n+ catot Kết dòng anot bị giảm đến Dịng điều khiển trì thời gian ngắn để GTO phục hồi tính chất khóa Xung dịng khóa phải GTO phải có biên độ lớn Vào khoảng 20-25% biên độ dòng anot-catot Một yêu cầu quan trọng xung dịng điều khiển phải có độ dốc sườn lớn, sau khoảng 0,5 đến 1µs Điều giải thích nguyên lý thực tạo xung dịng khóa nối mạch cực điều khiển vào nguồn áp Về nguyên tắc, nguồn áp có nội trở cấp dịng điện vơ lớn Mạch điều khiển GTO dùng khóa Transitor T 1, T2 Khi tín hiệu điều khiển 15V, T1 mở, dòng chạy từ nguồn 15V qua điện trở hạn chế R nạp điện cho tụ C1 tạo nên dòng chạy vào cực điều khiển GTO Khi tụ C nạp đầy điện áp Diode ổn áp DZ (12V) dòng điều khiển kết thúc Khi tín hiệu điều khiển rơi xuống mức 0V T bị khóa, T2 mở có điện áp tụ C 1, tụ C1 bị ngắn mạch qua cực điều khiển catot, Transistor T tạo nên dịng khỏi cực điều khiển, khóa GTO lại Diode DZ ngăn ko cho tụ nạp ngược lại Transistor T2 phải chọn loại chịu xung dịng có biên độ lớn chạy qua 1.1.6 Transistor cơng suất, BJT ( Bipolar Junction Transistor) a) Cấu tạo Transistor phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm lớp bán dẫn p-n-p (bóng thuận) n-p-n (bóng ngược), tạo nên hai tiếp giáp p-n biểu diễn hình 1.2.5 10 Hình 3.1 Biến áp nghịch lưu Do máy biến áp điểm nên điện áp U1 = 2.U11 = 2.12 =24 (V) Công suất máy biến áp: P= U2.I2 = 300 (W) Trong đó: P công suất máy biến áp U2 điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp I2 dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp hiệu suất máy biến áp Chọn hiệu suất máy biến áp = 0,85 Vậy ta có dịng điện thứ cấp máy biến áp: ÁP dụng tỉ số máy biến áp Áp dụng tỉ số biến áp điểm nên điện áp sơ cấp tính U1 = 24 (V) Vậy ta chọn máy biến áp có cơng suất P = U1.I1 = 24.14,6 = 350VA với I = A 3.1.2 Lựa chọn phần tử làm van chuyển mạch Ta lựa chọn MOSFET có ưu điểm sau: + Tốc độ chuyển mạch cao tổn hao chuyển mạch thấp + Làm việc với điện áp cao + Mạch biến đổi sử dụng MOSFET điều khiển đơn giản  Dòng làm việc qua van dòng làm việc qua cuộn dây sơ cấp máy biến áp I = 14,6 A (Ta chọn phương thức làm mát tản nhiệt) Vậy chọn MOSFET có dịng làm việc : Điệp ngược đặt lên van : Ungmax = Kdc.12 = 24 V Kdc thường chọn lớn 1,6 Vậy chọn van có điện áp làm việc > 24V Từ điều khiện ta chọn van : IRFZ44N với thông số sau: 33 34 35  Tính tốn tản nhiệt Theo datasheet hang chế tạo IRFZ44V ta biết nhiệt độ T jmax= 175oC, RJC = 0,63 (oC/W) Với giả thiết nhiệt độ môi trường làm việc tối đa 40oC Như nhiệt độ cánh tản nhiệt xác định Tr = Tj – RJC P Trong theo datasheet IRFZ44V có P = 94W Tr = Tj – RJV P = 175 – 0,63.94 = 115,8oC  Độ chênh lệch nhiệt độ so với mơi trường : o C Diện tích bề mặt tản nhiệt : m2  Tính tốn chọn cầu chì Mạch điện tính tốn với dịng làm việc tối đa bên mạch thứ cấp MBA 2A Để tránh tượng làm việc tải hay ngắn mạch gây cố phá hỏng thiết bị ta nên chọn thiết bị bảo vệ cầu chì cắt nhanh, với dòng điện làm việc xác định ICC = K.I = 1,5.2 = 3A Vậy chọn cầu chì có dòng điện làm việc 3A, điện áo 250V loại cắt nhanh 3.1.4 Lọc LC Để loại bỏ hài bậc cao không mong muốn khỏi thành phần điện áp ra, ta sử dụng phương pháp lọc LC Điều kiện chống cộng hưởng số sóng hài thấp : Giá trị tối ưu thường cho 1, nhiên để giảm công suất đặt thường lấy giá trị nhỏ hơn, lấy Vậy với NLDL điện áp pha có cơng suất tải 300W, điện áp 220VAC, f = 50Hz ta có Q2 = ZC = = P1 = 1.300 = 300VA Từ tính tụ C : = 161,3 ; => C = 6F = 19,7.10 20 = F Từ điều kiện chống dao động tần số sóng hài thấp (q=3) có: Chọn Suy công suất phản kháng : Q1 = Dịng điện tải I = 1,36 A,, từ tính giá trị nhóm cộng hưởng nối tiếp: 36 Vậy chọn tụ điện có thơng số 20 F cuộn cảm 0,14H 3.1.3 Nguyên lý mạch động lực cặp MOSFET công suất IRFZ44N hoạt động khóa điện tử đóng ngắt liên tục với tần số 50Hz phát xung Từ đóng ngắt dịng điện làm dịng từ ắc quy chảy qua cuộn sơ cấp Do có dịng qua cuộn sơ cấp nên bên cuộn thứ cấp xuất sức điện động sinh dòng chảy theo chiều mà ta tạm gọi nửa chu kì dương cuộn thứ cấp L1, điện áp đầu khuyếch đại theo tỷ số vòng dây biến áp Lúc đầu chu kỳ dương Ngược lại chu kỳ âm cuộn L2 phần sơ cấp cấp điện ,điện áp đầu chu kỳ âm tín hiệu Cứ việc đóng mở MOSFET với tần số 50Hz nhờ mạch điều khiển sinh điện áp biến thiên với tần số 50Hz cuộn sơ cấp.Tuy nhiên điện áp có dạng xung vng khơng sin việc đóng mở nguồn chiều 12V tạo xung vuông Các linh kiện thiết bị mạch động lực Acquy 12v, Biến áp xung 12DV/220AC/350W MOSFET IRFZ44N, Điện trở 10K Cầu trì 220V/3A, Cuộn cảm 0,14H, Tụ 20 µF 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 3.2.1 Nhiệm vụ chức mạch điều khiển a) Nhiệm vụ chức mạch điều khiển Như biết MOSFET van điều khiển hoàn toàn tức điều khiển mở, khóa xung nên mạch điều khiển có chức sau : Điều chỉnh độ rộng xung nửa chu kì dương điện áp đặt lên colector emitor van Tạo xung âm có biên độ cần thiết để khóa van nửa chi kì cịn lại Xung điều khiển phải có đủ biên độ lượng để mở khóa van chắn Tạo tần số yêu câu Dễ dàng lắp ráp, thay thế, vận hành tin cậy, ổn định Cách ly với mạch động lực b) Yêu cầu chung mạch điều khiển : Mạch điều khiển khâu quan trọng hệ thống, phận định chủ yếu đến chất lượng độ tin cậy biến đổi nên cần có yêu cầu sau: Độ lớn dòng điện điện áp điều khiển : Các giá trị lớn không vượt giá trị cho phép Giá trị nhỏ phải đảm bảo đủ cung cấp cho van mở khóa an tồn Tổn thất cơng suất trung bình cực điều khiển nhỏ giá trị cho phép 37 Yêu cầu tính chất xung điều khiển : Giữa xung mở cặp van phải có thời gian chết thời gian chết phải lớn thời gian khơi phục tính chất điều khiển van Yêu cầu độ tin cậy cảu mạch điều khiển : Phải làm việc tin cậy môi trường trường hợp nhiệt độ thay đổi, có từ trường… Yêu cầu lắp ráp vận hành: Sử dụng dễ dàng, dễ thay thế, lắp ráp… 3.2.2 Thiết kế mạch điều khiển a) CD4047 Để tạo khối phát xung ta sử dụng vi mạch CD4047, có thơng số sau 38 Cấu trúc IC 39 Hình 3.2 Sơ đồ chân, cấu trúc logic vi mạch Sơ đồ chân Chân : C-Timing nối với đầu dương tụ Chân : R-Timing nối với đầu trở 1k Chân : Đầu chung RC Chân : Trạng thái bền Chân : Trạng thái không bền Chân : Chân kích khởi âm Chân : GND Chân : Chân kích khởi dương Chân : Thiết lập lại trạng thái ban đầu Chân 10 : Đầu Q không đảo Chân 11 : Đầu Q đảo Chân 12 : Kích khởi lại Chân 13 : Đầu OSC Chân 14 : VCC(từ 3V đến 15V Hoạt động IC sau: Hoạt động chân astable phép đạt đầu vào chân mức cao mức thấp chân chân Độ rộng xung vuông Q Q - hàm đầu vào phụ thuộc RC Chân astable cho phép mạch làm tạo dao động đa hài qua cổng Độ rộng xung chân 13 ½ đầu Q chế độ astable Tuy nhiên điều 50% Trong chế độ ổn định đơn có sườn dương đầu vào + tringger 40 (8) trugger (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 xung yêu cầu tín hiệu ngồi R C đầu vào có đệm kiểm tra tĩnh điện áp 20V chuẩn hóa đặc tính, đặc tính đầu chuẩn đối xứng Ta tính tốn để có xung 50Hz sau: Thay số VDD = 12 V VTR = 50 % VDD Với f = 50 Hz T = 0,02 (s) 4.4RC = 0,02 RC = 4,55.10-3 Chọn tụ có C = 0,1 R = 45 K Chọn biến trở có Rmax = 50KΩ để điều chỉnh Điện áp Umin Q Q- = 0,05 V Umax Q Q- = 11V Dạng sóng đầu ra: 41 Hình 3.3 Dạng sóng đầu biến áp b) IC LM358 Là Ic khuyếch đại thuật tốn thơng dụng gồm hai khuyếch đại thuật tốn riêng biệt Hình 3.4 Hình dạng cấu trúc LM358 Là IC chân đóng gói dạng DIP 100T điện áp hoạt động :+-1,5Và+-16V Chân đầu khuyếch đại thuật toán A Chân đầu vào đảo khuyếch đại A Chân đầu vào không đảo khuyếch đại A Chân cấp nguồn âm Chân đầu vào không đảo khuyếch đại B Chân đầu vào đảo khuyếch đại B Chân đầu khuyếch đại thuật toán B Chân cấp nguồn dương Nguyên lý : IC 4047 đóng vai trị mạch này.IC ni nguồn 12V cung cấp vào chân 14.Qua IC tạo xung dương có giá trị 42 ngược chân đầu Q Q đảo.Cặp RC có tác dụng tạo dao động, để tần số hoạt động 50Hz ta chọn thong số R,C sau: R=47K,C=0,1uF Sau xung đưa qua khuếch đại thuật toán LM324.Để tránh dòng vào lớn từ xung đầu IC 4047 gây hỏng LM324 ta cho dịng qua điện trở 4.7k ôm cổng Q Q đảo.Sau xung vào LM 324 khuếch đại lên để mở MOSFET mạch lực.Xung đầu 4047 cấp vào chân khơng đảo của khuếch đại thuật tốn chân đảo lấy điện áp phản hồi đầu khuếch đại thuật tốn.Điện áp bão hịa lấy 12V.Xung đầu LM 324 có nhiệm vụ đóng mở MOSFET mạch lực với tần số 50Hz Linh kiện sử dụng mạch IC 4047 LM358 biến trở 50K tụ hóa 104 43 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu độc lập 12VDC lên 220VAC RV1 50K 104 C1 12 4047 RX MR CX RCC AST AST -T +T RTRG U1 OSC Q Q 13 11 10 D1 R3 1k R5 R4 LED 4.7k 4.7k 8 44 LM358 U2:B LM358 U2:A 1k R6 1k R1 1k R8 1k R10 10k R12 10k R9 10k R11 10k R7 IRFZ44N Q4 IRFZ44N Q3 IRFZ44N Q2 IRFZ44N Q1 C3 12V Load L1 BAT1 Fuse 250V/3A 12vDC/220vAC TR1 DIS Amps BATTERY SUPPLY +88.8 AC LOAD TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất Phạm Quốc Hải – NXB Khọc – Kĩ thuật Điện tử cơng suất Võ Minh Chính (chủ biên) – NXB Khoa học-Kĩ Thuật Giáo trình thiết kế điện tử công suất Trần Văn Thịnh – Đại học bách khoa Hà Nội Linh kiện bán dẫn vi mạch – T.s Hồ Văn Sung NXB Giáo dục Giáo trình máy điện - Đặng Văn Đào – Trần Khánh Hà – Nguyễn Hồng Thanh NXB- Giáo dục 45 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ CÁC VAN BÁN DẪN 1.1 Khái niệm điện tử công suất 1.1 Định nghĩa……………………………………………………………….2 1.2 Phân loại ứng dụng………………………………………………… 1.2 Các phần tử bán dẫn cơng suất 1.2.1 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất…………………3 1.2.2 Diode công suất…………………………………………………… 1.2.3 Thyristor (SCR)………………………………………………………6 1.2.4 GTO(GateTurn-off Thysistor)…………………………………….…9 1.2.5 Transistor công suất, BJT ( Bipolar Junction Transistor)……….…11 1.2.6 Trasisto trường, MOSFET………………………………………….14 1.2.7 Transisto có cực điều khiển cách ly IGBT………………………….20 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGHỊCH LƯU ĐỘNG LẬP 2.1 Các khái niệm 2.1.1 Khái niệm……………………………………………………………28 2.1.2 Sực khác nghịch lưu độc lập nghịch lưu phụ thuộc…28 2.1.3 Phân loại nghịch lưu độc lập…………………………………………28 2.2 Nghịch lưu động lập điện áp 2.2.1 Nghịch lưu độc lập điện áp pha……………………………………28 2.2.2 Nghịch lưu độc lập điện áp ba pha………………………………….30 2.3 Nghịc lưu độc lập dòng điện 2.3.1 Nghịch lưu dòng pha………………………………………… …33 2.3.2 Nghich lưu dòng ba pha………………………………………………34 CHƯƠNG : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM 3.1 Tính tốn mạch động lực 3.1.1 Van cơng suất……………………………………………………….…37 3.1.2 Nguồn - Acquy…………………………………………………… …38 3.1.3 Khối biến áp…………………………………………………….…… 38 3.1.4 Tính tốn lọc LC………………………………………… ……….40 3.1.5 Ngun lý mạch động lực………………………………………… …41 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 3.2.1 Các linh kiện chính……………………………………………………42 3.2.2 Nguyên lý mạch điều khiển………………………………………… 44 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 ... lưu độc lập a) Nghịch lưu điện áp, cho phép biến đổi từ điện áp chiều E thành nguồn điện áp xoay chiều có tính chất điện áp lưới: - Nghịch lưu điện áp pha - Nghịch lưu điện áp pha b) Nghịch lưu. .. 2.2 Nghịch lưu động lập điện áp 2.2.1 Nghịch lưu độc lập điện áp pha……………………………………28 2.2.2 Nghịch lưu độc lập điện áp ba pha………………………………….30 2.3 Nghịc lưu độc lập dòng điện 2.3.1 Nghịch lưu dòng... khiển ω.tk=β 2.3.2 Nghich lưu dòng ba pha a) Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 30 a) b) Hình 2.6 Nghịch lưu dịng ba pha (a) biểu đồ xung (b) Cũng giống nghịch lưu dòng pha, nghịch lưu dòng pha sử dụng