3.3.1 Mạch công suất.
Theo công thức (1.2) : Vout
= k Vin => k = Vout Vin Ta có Iin Iout = 6 = 0,5 12 = k Với Iout = 3A => Iin = 3.0,5 = 1,5 A Theo công thức (1.3) : => L = 0,5.12(1−0,5) 50.1000.1,5= 0, 04 mH Chọn cuộn cảm L = 0,1 mH Theo công thức (1.4): L = kVin(1−k)f.∆I C = ∆I = kVs(1−k) 8fC∆Vc 8fL∆Vc.f => C =kVs(1−k) = 0,5.12(1−0,5)
= 250uF
8fL∆Vc.L 8.50000.0,00004.6.50000
Chọn tụ C = 1000 uF/50V
Diode ở dây chúng ta chọn phải có đặc điển làm việc ở tần số cao và chịu được dòng lớn để thực hiện việc đóng cắt liên tục.
Ta chọn Diode FR307 với các thông số: - Dòng điện hoạt động: 3A - Điện áp ngược lớn nhất: 1000V - Tần số hoạt động: 2Mhz
3.3.2. Mạch kích MOSFET
Tín hiệu ra của LM339 là Io
Mà R1 là trở kéo dùng để kéo điện áp của LM339 tại thời điểm mức không xác định lên giá trị 12V. Nhưng ta phải tính toán giá trị dòng qua R3 không quá giá trị dòng điện ra của LM339 để đảm bảo an toàn.
12 ≤ 3�� �3 ��3 ≤ �� �3 ≤ 12�3� � = 4000 Ω Chọn R3 có giá trị là 4700 Ω
Q2, Q3 ta chọn có giá IB ≤ Io ,và phải có giá tri β đủ lớn để tạo dòng kích MOSFET, và chúng phải đối ngẫu với nó
Chọn cặp BJT : Q2 : C1815
Chọn cặp BJT : Q3 : A1015
Q1 là MOSFET đóng ngắt với tần số cao. Ở đây ta chọn MOSFET P để hợp với sự điều chế độ rộng xung
Chọn Q1 là MOSFET IRF4905 với các thông số: - Điện áp VGS = +/-20V
- Điện áp đánh thủng 55V
- Nhiệt độ hoạt động: -55oC ~ 175oC.
Chọn ILM339 = 3(mA) 5 4 =
� 5� = (Ω) 3. 10= 1666,6 −3 Có thể chọn R1 =R2 =2.2 (kΩ)
Chọn Diode D2 là 1N4148 vì có thể chịu đươc tần số làm việc cao f = 50kHz
=> �= 60 .101 3 (�)
Để thuận tiện cho việc nạp xả ta chọn tụ C2 có giá trị nhỏ để quá trình nạp xả tụ diễn ra nhanh hơn
Chọn C2 = 4,7 (uF) Chọn BJT Q4 là A1015
Chọn R6 = 4,7 (kΩ) để tạo dòng kích khi có quá trình về trường hợp cắt điện thì tụ vẫn xả được
3.3.4 Mạch nguồn dòng tạo xung răng cưa :
Nhiệm vụ của mạch này đó là tạo ra mức 1 để BJT kích xả tụ, mà thời gian yêu cầu xả tụ phải nhanh để tạo ra xung răng cưa nên ta phải chọn thời gian mức 1 nhỏ
Dùng IC555 để tạo xung vuông có chu kì như sau: Mức 1 : 5% T Mức 0 : 95% T Tnap = ln2C4R13 Txa = ln2C4R12 Tnap Mà Txa ln2C4R13 ��2�4�12 = 955 R12 = 19R13 Ta chọn : R12 = 1k Ω R13 = 22k Ω Ở dây ta chọn tần số f = 50khz 1 Tnap = ln2C4R13 = 20 C4 = 2,2nF T = 10−6 =
Để chịu được tần số cao dùng con Diode D6 = 1N4148 chịu được tần số cao. Không dùng con Diode 1N4007 vì chúng chỉ hoạt động được ở tần số thấp . Diode 1N4148 có các thông số sau:
- Điện áp ngược max VRRM(V) : 100V - Dòng thuận IF(A): 1A
- Dòng ngược IR(uA): 0,025 uA - Thời gian hồi phục ngược (ns): 4 ns
BJT Q6 tính chọn C1815 dùng để xả tụ thực hiện quá trình tạo xung răng cưa BJT Q5 tính chọn là A1015
VB/Q5 = 9 – ( 1,1 + 0,7 ) = 7,2 V Để tạo ra nguồn dòng :
9V – VR4 – VCE/Q1 = 7,2 V
VR9 = 9 – 7,2 V – 0,7V = 1,1 V Chọn R9,R10 dựa vào các Diode
1mA < IDZ < 5mA
Ta được nguồn dòng , áp dụng công thức tính : ∆V = �0 ∆t
C ��0 = ∆t∆V
Chọn xung răng cưa 6V/50khz �0 = ∆V = 5 = 315 . 103 � ∆t 0,02 × 10−3 × 0,95 Chọn I0 = 3mA C3 = 10nF Vậy chọn tụ C3 = 10nF Ta có R9 = 1k Ω 9−1,8 Chọn R10 = 3 × 10−3 = 2400 Ω Chọn R10 = 2,2 k Ω
Tính chọn R11
Vout (IC555) = 9V – 1,5V = 7,5V Chọn Iout (IC555) = 7mA
R11 = Iout (IC555)Vout (IC555) Chọn R11 = 1k Ω
= 7×7,510−3 = 1k Ω
3.3.5. Mạch phản hồi
R7 ,R8 lần lươt là 2 điện trở dùng để tạo ra cầu phân áp cho điện áp chuẩn. Với Vđặt = 5V.
Chọn R7 = R8 =1k Ω
5� 2
= 2.5 V
Vout được đưa vào opamp để so sánh với Vchuẩn. Ta mắc thêm 1 biến trở 1k Ω để có thể thay đổi được Vout tùy ý.
3.3.6. Mạch tạo nguồn
Ở đây nguồn được lọc qua 7809 tạo ra nguồn có giá trị 9V dùng cho opamp và mạch răng cưa.
(giải thích)
Tần số thấp (bao nhiêu là thấp)- hoặc dùng để lọc nguồn.
Nguồn đầu vào được lọc nhiễu bởi tụ C5. Rồi tiếp tục được lọc qua tụ C6 qua 7805 để tạo áp cấp cho toàn mạch.
Vì được lọc qua 2 tụ nên đảm bảo về không có nhiễu
Tụ C5 ,C6 được chọn với giá trị lớn và là tụ hóa để lọc nhiễu tốt
3.4. SƠ ĐỒ MẠCH HOÀN CHỈNH
3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI3.5.1 Kết luận chương 3.5.1 Kết luận chương
Sau quá trình thiết kế, gia công và kiểm tra mạch ổn áp BUCK nối tiếp. Ta thu được kết quả là với nguồn đầu vào thay đổi từ 9 – 15 VDC trong trường hợp không tải và có tải thì ta thu được điện áp đầu ra luôn ổn định là 6VDC, thỏa mãn yêu cầu đề tài đặt ra.
Ưu điểm, nhược điểm của mạch:
-Ưu điểm: + Điều chỉnh dễ dàng, độ ổn định cao
+ Có tổn hao ít nên hiệu suất cao (70-90%)
+ Kinh tế, hiệu quả cao nên được sử dụng nhiều trong thực tế.
-Nhược điểm: + Phân tích thiết kế phức tạp
+ Điện áp đầu ra luôn nhỏ hơn điện áp đầu vào.
+ Bức xạ sóng, can nhiễu trong dải tần số rộng do đó cần phải có bộ lọc xung ở ngõ vào nguồn và bộ nguồn phải được bọc kín.
3.5.2 Hướng phát triển của đề tài
Ta thấy mạch BUCK có những ưu điểm nổi trội trong việc ổn định điện áp đầu ra, cũng như nhỏ gọn và chỉ phí sản xuất nhưng lại mang hiệu quả cao. Nên ta nên phát triển thêm đề tài, khắc phục một số nhược điểm của mạch nữa để ứng dụng trong các nguồn dự trữ điện, làm các mạch nguồn ổn áp cho các thiết bị dân dụng hay các thiết bị trong công nghiệp khác.
CHƯƠNG 4 : TRÌNH BÀY SẢN PHẨM THI CÔNG 4.1 Sản phẩm thi công
4.2 Sơ đồ dạng sóng và kết quả đo
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Cuốn giáo trình “Điện tử công suất”, tác giả: Lê Văn Doanh Cuốn giáo trình “Kĩ thuật xung”, tác giả: Nguyễn Minh Quân Các trang tra Datasheet của các linh kiện điện tử: