Đề tài mạch tạo xung PWM kết hợp mạch công suất

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP    ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài: Mạch tạo xung PWM kết hợp mạch công suất GVHD: Th.s Nguyễn Hữu Phước SVTH: Hồ Cơng Trí Võ Đức Thắng LỚP: CĐ ĐKTĐ 19A MSSV: 0309191099 0309191090 Tp HCM, ngày….tháng… năm 2021 MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích 1.3 Nội dung ……………………………………………………………………… 1.4 Ý nghĩa ………………………………………………………………………… CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Linh kiện thiết kế mạch 2.1.1 Nguồn DC ngõ vào ……………………………………………………… 2.1.2 IC 555 …………………………………………………………………… 2.1.2.1 Cấu tạo ……………………………………………………………… 2.1.2.2 Thông số chuẩn IC 555 ………………………………………… 2.1.2.3 Nguyên lí hoạt động ………………………………………………… 2.1.2.4 Ứng dụng IC 555 ……………………………………………… 2.1.3 Điện trở …………………………………………………………………… 2.1.3.1 Khái niệm ……………………………….………………………… 2.1.3.2 Cấu tạo ……………………………………………………………… 2.1.3.3 Nguyên lí hoạt động ………………………………………………… 2.1.3.4 Phân loại điện trở … ……………………………………………… 2.1.4 Tụ điện …………………………………………………………………… 2.1.4.1 Khái niệm ……………………………….………………………… 2.1.4.2 Cấu tạo ……………………………………………………………… 2.1.4.3 Nguyên lí hoạt động ………………………………………………… 2.1.4.4 Những loại tụ điện … ……………………………………………… 2.1.5 Diode ……………………………………………………………………… 2.1.5.1 Khái niệm ……………………………….………………………… 2.1.5.2 Cấu tạo ……………………………………………………………… 2.1.5.3 Nguyên lí hoạt động ………………………………………………… 2.1.5.4 Phân loại Diode ….… ……………………………………………… 2.1.6 Opto cách ly …………………………………………………………… 2.1.6.1 Khái niệm ……………………………….………………………… 2.1.6.2 Cấu tạo ……………………………………………………………… 2.1.6.3 Nguyên lí hoạt động ………………………………………………… 2.1.6.4 Các loại opto ứng dụng ….… …………… ………… 2.1.7 Transistor …………………………………………………………… 2.1.7.1 Khái niệm ……………………………….………………………… 2.1.7.2 Cấu tạo ……………………………………………………………… 2.1.7.3 Nguyên lí hoạt động ………………………………………………… 2.1.7.4 Các loại Transistor ….…………………….…………… ………… 2.1.7.5 Các ưu nhược điểm Transistor ………………………………… 2.1.8 Mosfet …… …………………………………………………………… 2.1.8.1 Khái niệm ……………………………….………………………… 2.1.8.2 Cấu tạo ……………………………………………………………… 2.1.8.3 Nguyên lí hoạt động ………………………………………………… 2.1.8.4 Ứng dụng …………………………… … …………… ………… 2.1.8.5 Các ưu nhược điểm Mosfet …………………………………… 2.1.9 Động chiều ( DC ) ……………………………………………… 2.1.9.1 Cấu tạo … ……………………………….………………………… 2.1.9.2 Nguyên lí hoạt động ………………………………………………… 2.1.9.3 Ứng dụng …………………………………………………………… 2.2 Mạch tạo xung PWM kết hợp mạch công suất 2.2.1 Cấu tạo 2.2.2 Nguyên lí hoạt động CHƯƠNG : THI CÔNG MẠCH ĐIỆN 3.1 Thiết kế mạch in 3.2 Chuẩn bị linh kiện thiết bị làm mạch 3.2.1 Các thiết bị cần thiết để làm mạch in …………………………………… 3.2.2 Các linh kiện mạch …………………………………………………… 3.2.3 Các bước tiến hành ……………………………………………………… 3.2.4 Yêu cầu làm mạch in ………………………………………………… CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận ………………………………………………………………………… 4.2 Hướng phát triển đề tài DANH MỤC HÌNH ẢNH 2.1 Kí hiệu nguồn DC …………………………………………………………… 2.2 IC555 ………………………………………………………………………… 2.3 Sơ đồ chân IC555 2.4 Cấu hình chân IC 555 ………………………………………………………… 2.5 Điện trở ………………………………………………………………………… 2.6 Cấu tạo ………………………………………………………………………… 2.7 Các kí hiệu điện trở …………………………………………………………… 2.8 Tụ điện ………………………………………………………………………… 2.9 Cấu tạo tụ điện ……………………………………………………………… 2.10 Các kí hiệu tụ điện ………………………………………………………… 2.11 Diode ………………………………………………………………………… 2.12 Cấu tạo Diode …………………………………………………………… 2.13 Các kí hiệu Diode ………………………………………………………… 2.14 Opto cách ly …………………………………………………………………… 2.15 Cấu tạo opto cách ly ……………………………………………………… 2.16 Kí hiệu opto cách ly ……………………………………………………… 2.17 Transistor …………… ……………………………………………………… 2.18 Cấu tạo Transistor ……………………………………………………… 2.19 Kí hiệu Transistor ………………………………………………………… 2.20 Mosfet ………………………………………………………………………… 2.21 Cấu tạo Mosfet ….………………………………………………………… 2.22 Sơ đồ Mosfet ………………………………………………………………… 2.23 Kí hiệu Mosfet … ………………………………………………………… 2.24 Động điện chiều ( DC )… …………………………………………… 3.1 Sơ đồ mạch vẽ Proteus …………………………………………………… 3.2 Mạch in mô 3D ………………………………………………………… 3.3 Mạch điện sau thi công …………………………………………………… 3.4 Hướng dẫn đấu nối mạch ……………………………………………………… LỜI CẢM ƠN Để đề tài đạt kết tốt đẹp, nhóm thực đề nhận hỗ trợ, giúp đỡ từ thầy cô Trước hết nhóm thực đề tài xin gửi tới thầy cô khoa Điện- Điện tử trường Cao Đẳng Kỹ thuật Cao Thắng lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy dỗ, bảo tận tình chu đáo thầy cơ, đến nhóm thực đề đề tài hồn thành đề tài:" Mạch tạo xung PWM sử dụng IC 555 kết hợp mạch công suất " Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo– Th.s Nguyễn Hữu Phước quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn nhóm hồn thành tốt đề tài thời gian qua Chúng xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo Trường Cao Đẳng Kỹ thuật Cao Thắng, Khoa Phòng ban chức trực tiếp gián tiếp giúp đỡ nhóm suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Với điều kiện thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế sinh viên, đề tài khơng thể tránh thiếu sót Nhóm thực đề tài mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Như biết động điện chiều ( DC) hoạt động với dịng điện chiều Động điện chiều ứng dụng rộng rãi ứng dụng dân dụng công nghiệp Thông thường động điện chiều chạy với tốc độ cấp nguồn điện vào, nhiên điều chỉnh tốc độ chiều quay động với hỗ trợ mạch điện thay đổi tốc độ động thay đổi dòng điện, thay đổi điện áp thay đổi điện trở phụ Rf mạch phần ứng Nhưng hiệu sử dụng mạch điện đảm bảo dịng ổn định giúp cho động hoạt động tốt tăng tuổi thọ động hiệu lại cao Sau em xin giới thiệu đề tài : “ Mạch tạo xung PWM sử dụng IC 555 kết hợp mạch công suất” để giải quyế yêu cầu nêu 1.2 Mục đích Mạch điện sau hồn thiện phải đáp ứng đủ tiêu chí sau: • Có thể điều khiển tốc độ động DC • Tải động có cơng suất lớn • Có thể ứng dụng vào nhiều vấn đề thực tiễn sống • Hoạt động ổn định , bền bỉ 1.3 Nội dung Mạch điều khiển tốc độ động chiều cách tạo xung PWM phương pháp thay đổi điện áp vào động Chúng dùng mạch điện sử dụng IC 555 để điều khiển đóng ngắt transitor nhờ thay đổi độ rộng xung ngõ mà không làm thay đổi tần số Điện áp ngõ đặt vào động nhỏ điện áp nguồn Nhưng mạch PWM có cơng suất nhỏ điều khiển động cơng suất nhỏ Do chúng tơi tích hợp mạch cơng suất để tăng cơng suất điều khiển ngõ Xung điều khiển lấy từ mạch PWM đưa vào mạch cơng suất điều khiển đóng mở Transistor Mạch công suất với việc sử dụng mosfet cho công suất ngõ Với việc sử dụng xung ngõ để điều khiển kết hợp với công suất ngõ cao đáp ứng tiêu chí đặt đề tài 1.4 Ý nghĩa Mạch sau hoàn thiện hoạt động ổn định áp dụng sống Điển điều khiển tốc độ quạt , điều chỉnh lưu lượng nước thông qua việc điều khiển tốc độ vòng quay máy bơm , … Chúng hi vọng với sản phẩm mà hồn thiện giúp ích sống người lĩnh vực sản xuất nhờ hữu ích giá thành rẻ CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Linh kiện thiết kế mạch 2.1.1 Nguồn DC ngõ vào Điện áp ngõ vào DC dòng điện chiều chuyên dùng để ứng dụng thiết bị điện ổ cắm điện thoại; ổ cắm nguồn 24v; dòng điện 4-20ma 0-20ma 0-10v…Đây nguồn điện chiều sử dụng nhiều Hình 2.1 Kí hiệu nguồn DC Hình 2.15 Cấu tạo opto cách ly 2.1.6.3 Nguyên lí hoạt động Khi có dịng điện nhỏ qua đầu led có opto làm cho LED phát sáng Khi LED phát sáng làm thông hai cực photo transitor hay photo diot mở cho dòng điện chạy qua Hình 2.16 Kí hiệu opto cách ly 14 2.1.6.4 Các loại opto ứng dụng Các loại opto thông dụng : Opto P512, Opto 4N35, Opto PC817,… Ứng dụng : Opto cách ly sử dụng nhiều công nghiệp chuyển đổi tín hiệu thiết bị có điện áp cao (công tắc giới hạn) mạch logic điện áp thấp, hệ thống vi xử lý lập trình để bật tắt động cơ, đèn máy sưởi cần phải có thiết bị cách ly chúng nhằm giảm nhiễu dòng điện đến thiết bị điện tử điều khiển bảo vệ trường hợp SCR TRIAC bị hư hỏng 2.1.7 Transistor Hình 2.17 Transistor 2.1.7.1 Khái niệm Transistor loại linh kiện bán dẫn chủ động, chúng thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử Transistor nằm khối đơn vị tạo thành cấu trúc mạch máy tính điện tử tất thiết bị điện tử đại khác Vì đáp ứng nhanh xác nên transistor sử dụng nhiều ứng dụng tương tự số, khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, tạo dao động Transistor kết hợp thành mạch tích hợp (IC), tích hợp tới tỷ transistor diện tích nhỏ 2.1.7.2 Cấu tạo 15 Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược Về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều Cấu trúc gọi Bipolar Junction Transitor (BJT) dòng điện chạy cấu trúc bao gồm hai loại điện tích âm dương (Bipolar nghĩa hai cực tính) Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực, lớp gọi cực gốc ký hiệu B (Base), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp [separator] Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát (Emitter) viết tắt E, cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên khơng hốn vị cho Hình 2.18 Cấu tạo transistor (NPN, PNP) 2.1.7.3 Nguyên lí hoạt động Khi ta đặt điện chiều vào chân B hai chân E C thơng dây dẫn bình thường 2.1.7.4 Các loại Transistor: ⚫ Transistor lưỡng cực (BJT – Bipolar junction transistor) 16 ⚫ Transistor hiệu ứng trường (Field-effect transistor) ⚫ Transistor mối đơn cực UJT (Unijunction transistor) Hình 2.19 Kí hiệu Transistor 2.1.7.5 Các ưu nhược điểm Transistor : ➢ Ưu điểm : • Transistor có lượng tiêu thụ điện khơng lớn độ trễ gần khơng có khởi động • Khơng chứa chất độc hại chúng khơng có phận làm nóng cathode • Thiết kế với kích thước nhỏ nhẹ nên sản phẩm tối ưu nhiều • Transistor sử dụng điện áp hoạt động nhỏ gần với pin tiểu nên phù hợp sử dụng với thiết bị đại • Cho hiệu suất cao tuổi thọ dài, bị vỡ ➢ Nhược điểm : • Dễ bị hỏng sốc điện hay nhiệt 17 • Dễ nhạy cảm với xạ • Khả hoạt động suy giảm dần theo thời gian • Hoạt động khơng tốt tần số cao 2.1.8 MOSFET Hình 2.20 MOSFET 2.1.8.1 Khái niệm 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 có nguyên tắc hoạt động dựa hiệu ứng từ trường để tạo dòng điện, linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuếch đại nguồn tín hiệu yếu Mosfet sử dụng nhiều mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính 2.1.8.2 Cấu tạo Mosfet kênh N có hai miếng bán dẫn loại P đặt bán dẫn N, hai lớp P-N cách điện lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P nối thành cực D cực S, bán dẫn N nối với lớp màng mỏng sau dấu thành cực G Mosfet có điện trở cực G với cực S cực G với cực D vơ lớn , cịn 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 từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS lớn điện trở RDS nhỏ 18 Hình 2.21 Cấu tạo Mosfet 2.1.8.3 Ngun lí hoạt động Mosfet hoạt động chế độ đóng mở Do phần tử với hạt mang điện nên Mosfet đóng cắt với tần số cao Nhưng mà để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn vấn đề điều khiển lại đề quan trọng Mạch điện tương đương Mosfet Nhìn vào ta thấy chế đóng cắt phụ thuộc vào tụ điện ký sinh ⚫ Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet V Dòng điện từ S đến D ⚫ Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet V >0 Điện áp điều khiển đóng V