Như ta đã biết bộ khuếch đại công suất của máy rửa siêu âm làm việc trong điều kiện điện áp cao và tần số lớn. Tốc độ dòng trong linh kiện có thểđạt
đến 1200A/µs. Với sự biến đổi tín hiệu nhanh như trên, việc đưa ra mạch điện bảo vệ hữu hiệu là rất khó.
Trên thực tế trở ngại trên luôn tồn tại, ta phải tìm cách vượt qua nó. Tốc độ tín hiệu và khoảng cách truyền tín hiệu, chúng ta luôn phải quan tâm giải quyết trong từng bước nghiên cứu.
Mạch tiêu biểu của bảo vệ dòng được đề xuất dưới đây:
Nguyên lý hoạt động của mạch bảo vệ:
Khi dòng điện chạy qua RS, đầu vào của bộ khuếch đại vi sai xuất hiện tín hiệu. Đối với mạch công suất, điện trở RS rất nhỏ, cỡ 0.01Ω. Ứng với dòng
điện 1A thì điện áp rơi trên RS cỡ 10mV. Để dễ dàng xử lý tín hiệu ta sử dụng bộ khuếch đại vi sai có trở kháng đầu vào lớn và tốc độ tín hiệu cao.
Bộ khuếch đại thuật toán có FET, MOSFET ở đầu vào và tốc độ phát triển tín hiệu lớn hơn 20V/µs là phù hợp với mục tiêu này. Theo đó LF356 hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của bộ khuếch đại vi sai
Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật chính của LF356:
Khuếch đại vi sai AC/DC convertor Comparator Mạch bảo vệ ON OFF Khuếch đại công suất I RS Điều khiển
Sơđồ bố trí chân đồ nguyên lý: Đặc điểm: • Điện áp cung cấp: 15V. • Công suất tiêu thụ: 700mW. • Dòng vào: Vin = ±0.4V • Nhiệt độ làm việc: -200C÷ +700C Đặc tính điện học ở 250C: Ứng dụng tiêu biểu: • Bộ khuếch đại sóng AM/FM.
• Hệ thống âm thanh trong vô tuyến.
• Bộ chuyển đổi công suất.
Sau khi tín hiệu được khuếch đại, tín hiệu xoay chiều được biến đổi sang tín hiệu một chiều:
Mạch tiêu biểu cho bộ biến đổi tín hiệu AC/DC:
Sơđồ nguyên lý mạch biến đổi tín hiệu
Với việc ứng dụng IC1 = IC2 = LF356, dải tần làm việc của bộ biến đổi trên từ 100Hz ÷ 100kHz
Dùng LM393 – fast comparator làm bộ so sánh tín hiệu. Khi dòng điện lớn hơn dòng đã đặt, comparator lập tức tạo một tín hiệu bảo vệ quá dòng để cắt tín hiệu ra khỏi bộ khuếch đại công suất.
Dưới đây là một số thông số của IC LM393:
Đặc điểm:
• Nguồn cung cấp: 2Vdc đến 36Vdc.
• Dòng tiêu thụ: 0.4mA.
• Dòng vào offset: 5.0nA.
• Áp vào offset: 5.0mV.
• Điện áp vào có thể tương thích với mức logic của DTL, TTL, MOS, CMOS.
Lắp ráp và kiểm tra hiệu quả bảo vệ, tốc độ bảo vệ: - Mạch in của bộ bảo vệ: - Partlist linh kiện: TT Linh kiện Số lượng 1 LF356 03 2 LM393 01 3 R1=R5=R6=10K 03 4 R2=R3=R4=20K 03 5 R7=5,6K 01 6 R8=68k 01 7 VR5K=5K 01 8 C=10µF 01 Kiểm tra và hiệu chỉnh mạch.
Mạch bảo vệđược lắp ráp và hiệu chỉnh theo sơđồ khối sau:
Sơđồ khối mạch bảo vệ
Chức năng của các khối:
• Máy phát tín hiệu: là máy phát âm tần có dải tần trên 1MHz,
• Máy phát chức năng cấp tín hiệu trong dải tần đến 1MHz, có thểđiều chỉnh tần số, điện áp.
• Bộ khuếch đại công suất LM4780 là bộ khuếch đại tiêu biểu, dùng để
tạo ra dòng tải có dải tần từ 50Hz ÷ 120kHz (Chi tiết xem chương 7) - Kết hợp giữa LM4780 với RS để tạo ra tín hiệu tải. Load Máy phát tín hiệu Bộ khuếch đại công suất dùng LM4780 Mạch bảo vệ Rs Tín hiệu bảo vệ output
- Khảo sát và hiệu chỉnh bộ bảo vệ dòng.
Với việc đặt giá trị Vref trên bộ comparator ta đã đưa ra ngưỡng bảo vệ
cho dòng điện trên tải RS.
Đặt máy phát ở chếđộ f0 bất kỳ trong dải tần. Ví dụ f0 = 40kHz
Tăng dần dần biên độ máy phát cho tới khi đầu ra của bộ so sánh xuất hiện tín hiệu bảo vệ.
Giá trị điện áp ghi được trên đầu ra của bộ chỉnh lưu chính là giá trị
tương ứng của dòng bảo vệ.
Phép hiệu chỉnh trên có thể thực hiện được trong dải tần từ 100Hz ÷ 100kHz để xác định dải tần làm việc của bộ bảo vệ.
Lưu ý rằng bộ khuếch đại công suất luôn luôn làm việc ở chế độ công suất lớn dễ bị hỏng do nhiễu điện gây ra. Việc gá lắp hiệu chỉnh phải rất thận trọng.
Công việc nghiên cứu công suất luôn tạo ra những hỏng hóc, có thể phá hỏng toàn bộ công việc nghiên cứu của bạn đang làm. Trong nghiên cứu đòi hỏi phải hết sức thận trọng để hạn chế tối đa những tổn hao về tiền bạc và công sức. Những kinh nghiệm thu được từ việc thiết kế chế tạo bộ bảo vệ và việc thực hiện thành công bộ bảo vệ cũng hạn chế nhiều các rủi do về công sức và tiền của trong quá trình thực hiện đề tài.