Chương II : MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU
3.4 Tính tốn các thơng số của mạch điều khiển
Tính tốn mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên.
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Thyristor. Các thơng số cơ bản để tính mạch điều khiển:
Điện áp điều khiển Thyristor: Uđk = 0,8V Dòng điện điều khiển Thyristor: Iđk = 200mA
Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly 46
Độ rộng xung điều khiển tx = 500µs Tần số xung điều khiển fx =I/2tx =1KHz Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển U = ± 15V Mựt xụt xung độ xung : Sx =0,15 a. Tính xung biến áp :
Chọn vật liệu làm lõi thép ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến làm việc trên một phần của đặc tính từ hóa có :ΔB =0,3T ; ΔH = 30 A/m, khơng có khe hở khơng khí.
Tỷ số biến áp xung : thường m =2-3 ta chọn m =2
Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung U2 =Uđk=0,8 V
Điện áp đặt lên cuộn sơ sấp máy biến áp xung : U1 =m.U2 =2.0,8 =1,6V Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung: I2 =Iđk =100mA
Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I1 =I2/m =200/2 =100 mA =0.1 A Độ từ thẩm trung bình của lõi sắt : µtb =ΔB/µo.ΔH =0,3/1,25.10-6.30 =8.103.
Trong đó :µo =1,25.10-6 H/m là độ từ thẩm của khơng khí Thể tích của lõi thép cần có : V =Q.I = µtb.µotxSxU1I1/ΔB2 Thay số ta có :
V =8.103.1,25.10-6500.10-61,5.0,1/0,32 =1,26.10-6 (m3) =1,26 (cm3)
Số vòng dây quấn sơ cấp máy biến áp xung :
Theo định luật cảm ứng điện từ : U1 = W1.Q.dB/dt =W1Q.ΔB/tx
W1 =tx.U1/Q.ΔB =500.10-6.1,6/0,27.0,3.10-4 =100 (vòng) Số vòng dây thứ cấp : W2 =W1/m =100/2 = 50 (vòng)
Tiết diện dây quấn sơ cấp : S1 =I1/J1 = 0,1/6 =0,0167 (mm2) Chọn mật độ dịng điện : J1 =6A/mm2
+ Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 = 1 4S = 0167 , 0 . 4 = 0,146 (mm)
+ Đường kính dây quấn thứ cấp : d2 = 2 4S = 05 , 0 . 4 = 0,84(mm)
Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly 47
Kiểm tra hệ số lấp đầy : Klđ =(S1.W1+S2.W2)/(π+
4
.d
d
) =(d12.W1 +d22.W2)/d =(0,1462.100 +0,842.50)/122 =0,26
Như vậy cửa sổ đủ diện tích cần thiết kế . b. Tính tần số khuếch đại cuối cùng.
Chọn Transistor công suất Q3 loại TIP41 làm việc ở chế độ xung, có các thơng số sau:
Transistor loại NPN, vật liệu bán dẫn là silic
Điện áp giữa colector và bazo khi hở mạch emito là UCBO = 40V Điện áp giữa emito và bazo khi hở mạch colector là UEBO = 5V Dịng điện lớn nhất ở colector có thể chịu được : ICmax = 0,7A Công suất tiêu tán ở colector Pc = 1,7W
Nhiệt độ lớn nhất đặt ở mặt tiếp giáp : T1 = 150oC Dòng làm việc của colector IC3 = I1 =100mA
Dòng làm việc của bazo IB3 = IC3/β = 100/50 = 2mA
Ta thấy rằng với loại Thyristor đã chọn cho mạch lực có cơng suất điều khiển khá bé
Uđk = 0,8V ; Iđk=200mA ; nên dòng colector- bazo của Transistor Q3 khá bé, trong trường hợp này, ta có thể khơng cần Transitor Q2 mà vẫn có cùng cơng suất điều khiển Transistor.
Chọn nguồn cung cấp cho máy biến áp xung : E = +15V. Với nguồn E = +15V ta phải mắc thêm điện trở R11 nối tiếp với cực emito của Q3.
R11 = (E-U1)/ I1 = (15-1,6)/0,1 = 134 Ω
Tất cả các diode trong mạch điều khiển dùng loại 1N4009, có các tham số Dòng điện định mức : Iđm = 10mA
Điện áp ngược lớn nhất : Un = 25V
Điện áp để cho diode mở thông : Um = 1V c. Chọn cổng AND
Ta dùng IC 4081 họ CMOS có 4 cổng AND. Các thơng số của cổng AND là :
Nguồi nuôi IC : Vcc = 3-9 V
Nhiệt độ làm việc : Tlv = -40oC -> 80oC Điện áp ứng với mức logic “1” : 2->4,5 V Dịng điện : I < 1mA
Cơng suất tiêu thụ P= 2,5nW/1 cổng d. Tính chọn khâu tạo xung chùm.
Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly 48
Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ± 15V
Hiệu điện thế giữa hai đầu vào U = ±30V Nhiệt độ làm việc T = -55oC -> 125oC Công suất tiêu thụ Rin = 2MΩ
Dòng điện đầu ra Ira = 25mA
Tốc độ biến thiên điện áp cho phép du/dt = 13V/µs Mạch tạo xung chùm có tần số f = 1/2tx = 1kHz, hay chu kỳ của xung chùm T = 1/f = 10-3 s
Ta có T = 2R6C2.ln(1+2R8/R7)
Có R7+R8 =20 kΩ và R8 < R7 nên chọn R8 = 5kΩ và R7 = 15kΩ. Chọn C2 = 0,1 µF. Từ đây ta có thể tính ra R6 = 9788Ω.
Để thuận tiện cho điều chỉnh và lắp ráp mạch. Ta chọn R6 là viến trở 10kΩ.
e. Tính chọn khâu so sánh.
Ta vẫn chọn khuếch đại thuật toán LM741.
Chọn R5 = R4 + VR1 =50kΩ , nguồn nuôi là ±15V Vậy Ivmax = 15/50.103 =0,3mA.
f. Tính chọn khâu tạo điện áp tựa. Chọn tụ C1 = 220nF
Tính R2 với thời gian tạo răng cưa tn = 10ms
Ta có R2 = Ubh/(C1URCmax) . tn = (15-1,5).10.10-3/(220.10-9.13,5 )= 45,45kΩ
Vậy chọn điện trở 45kΩ nối nối tiếp với 1 biến trở 10kΩ vào vị trí R2. Chọn Transistor thuận BC108, điện trở R3 cần đảm bảo mở bão hịa bóng trong thời gian ngắn cho tụ C1 xả hết năng lượng, ở đây thời gian này bằng rất nhỏ, nên đơn giản ta chọn R3 gần bằng R2 , chọn R3 bằng 40kΩ.
g. Tính chọn khâu đồng bộ
Khâu đồng bộ đơn giản, R1 để hạn dòng, ta chọn giá trị R1 = 50kΩ Khuếch đại thuật toán ta vẫn dùng loại LM741.
Máy biến áp dùng để chuyển điện áp trên lưới điện 220V sang 15V dùng cho mạch điều khiển, nên dùng máy biến áp có tỷ số vịng dây là 220/15
Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly 49