Hình 5.9 Kí hiệu mosfes trong sơ đồ nguyên lý
5.3. Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý điều khiển.
hình 5.13: sơ đồ nguyên lý mạch boost conventer
5.3.1.2. Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi tăng áp
Bộ biến đổi boost hoạt động theo nguyên tắc sau: khi khóa (van) đóng, điện áp ngõ vào đặt lên điện cảm, làm dòng điện trong điện cảm tăng dần theo thời gian. Khi khóa (van) ngắt, điện cảm có khuynh hướng duy trì dòng điện qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực thuận. Ở điều kiện làm việc bình thường, điện áp ngõ ra có giá trị lớn hơn điện áp ngõ vào, do đó điện áp đặt vào điện cảm lúc này ngược dấu với với khi khóa (van) đóng, và có độ lớn bằng chênh lệch giữa điện áp ngõ ra và điện áp ngõ vào, cộng với điện áp rơi trên diode. Dòng điện qua điện cảm lúc này giảm dần theo thời gian. Tụ điện ngõ ra có giá trị đủ lớn để dao động điện áp tại ngõ ra nằm trong giới hạn cho phép. Dòng điện qua điện cảm sẽ thay đổi tuần hoàn và điện áp rơi trung bình trên điện cảm trong một chu kỳ sẽ bằng 0 nếu dòng điện qua điện cảm là liên tục (nghĩa là dòng điện tải có giá trị đủ lớn)..
Điện cảm có tác dụng như một nguồn dòng để tạo dòng liên tục cho tải và giá
trị của điện cảm được xác định như sau : L= (5.1)
Trong đó: η: là hệ số ảnh hưởng( chọn η=80%), f: là tần số đóng cắt của mạch, ∆I: độ gợn dòng điện
Tụ điện có tác dụng để giảm dao động và tín hiệu gai của điện áp ra giá trị của tụ điện
được tính bởi biểu thức sau: C= Ioutmax* (5.2)
Trong đó : ∆VOUT: là độ dợn sóng tối đa của điện áp đầu ra, ∆V(%): độ gợn cho phép thường chọn nhỏ hơn 5%
5.3.1.3. Tính toán các thông số trong mạch biến đổi một chiều tăng áp
Mục tiêu cần thiết kế mạch Boost có tính năng như sau: Nhận điện áp vào từ pin mặt trời Vg= 9V
- Điện áp ra Vo=12V - Dòng điện ra Iout=0,4A
Độ gợn sóng dòng điện có thể chọn là 30% Độ gợn sóng điện áp đầu ra có thể chọn là 5%
Ta tính chu kỳ nhiệm vụ D: = = = 1,33
Ta tính được chu kỳ nhiệm vụ D=0,25 Ta tính độ gơn sóng dòng điện: ∆I=I*0,3=0,4*0,3=0,12(A)
Chọn giá trị của điện cảm
L = = =3,75.10^(-3) (H)
Từ đây ta chon tụ có giá trí sau: C= Ioutmax* 0,4* = 3,33*10^(-5) (F)
Vậy chọn tụ có điện dung là 1µF. 5.3.2. Thiết kế mạch nguồn.
Bộ điều khiển được xây dựng trên các ic thuật toán so sánh và được cấp nguồn 5v để hoạt động. Nguồn 5v được tạo thành từ IC ổn áp 7805 với đầu vào lấy điện áp 12V từ ắc quy.
Hình 5.13. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn cách ly 5V. 5.3.3. Cảm biến ánh sáng.
Để nhận biết ban đêm và ban ngày chúng em sử dụng cảm biến ánh sáng là quang trở. Khi không có ánh sáng giá trị điện trở của quang trở rất cao, và khi có ánh sáng chiếu vào giá trị điện trở của quang trở xuống thấp. Lợi dụng đặc tính đó chúng em thiết kế 1 mạch phân áp sử dụng quang trở, điện áp thay đổi do cường độ ánh sáng thay đổi được đưa vào 1 bộ so sánh thuật toán với 1 giá trị mẫu.
Hình 5.14. Mạch cảm biến ánh sang. 5.3.4. Mạch công suất.
+ Công suất: Sử dụng điot kép, IRF 9540 và cầu chỉ bảo vệ:
Hình 5.15. Sơ đồ nguyên lý mạch công suất + Ắc quy: sử dụng ắc quy 12V – 3,5Ah
+ Tải: Sử dụng 3 bóng LED siêu sáng công suất 1W Sử dụng 1 quạt DC công suất 3,8W
Đối với hệ thống pin mặt trời tự động thì việc thiết kế bộ điều khiển lạp acquy là việc rất quan trọng bởi vì lượng điện áp từ pin mặt trời cò lúc mạnh lúc yếu lúc mạnh thì hiệu suất lạp có thể rất lớn nhưng cũng có lúc đạt hiệu suất rất thấp do điều kiện thời tiết do vậy bộ điều khiển lạp sẽ điều tiết quá trình lạp cho hợp lý.
Dựa trên cơ sở so sánh điện áp của IC khuếch đại thuật toán. Đối chiếu với lượng điện trong bình mà mạch điện có khả năng nạp tự động và điều chỉnh lượng điện áp nạp cho bình.
Sơ đồ nguyên lý của mạch lạp:
Hinh 5.16. Sơ đồ nguyên lý mạch nạp acquy tự động
Nguyên lý hoạt động
Các tụ c1 và c2 có nhiệm vụ ổn định điện áp và chống nhiễu .
Bộ so sánh trong mạch có nhiệm vụ so sánh điện áp của acquy với 1 điện áp mẫu được đặt trước thông qua mạch phân áp. Như ta biết điện áp khi ắc quy đầy là 13.7V khi đó sẽ chỉnh biến trở R2 sao cho điện áp khi ac quy đầy sẽ lớn hơn điện áp mẫu ( <5V). Khi ắc quy chưa đầy điện thì điện áp được tạo ra bởi cầu phân áp biến trở R2 thấp
hơn điện áp định sẵn, lúc này đầu ra của bộ so sánh thuật toán sẽ ở mức cao do đó kích mở transistor C2383, C2383 thông sẽ kéo cực G của IRF 9540 xuống 0V và làm IRF dẫn, dòng điện qua IRF rồi qua điot kép nạp vào ắc quy. Diot kép ở đây là loại chịu được dòng cao ( 10A) có tác dụng chống điện áp xông ngược từ ắc quy lên phá hỏng pin mặt trời khi điện áp pin mặt trời xuống thấp.
Bộ so sánh thuật toán thứ 2 có nhiệm vụ hiển thị trạng thái sạc của pin mặt trời. Khi pin mặt trời đang sạc vào acquy thì đầu ra của bộ so sánh thứ nhất là 5v lớn hơn điện áp do cầu phân áp biến trở R2 tạo ra do đó đầu ra của bộ so sánh thứ 2 sẽ là 0V làm LED hiển thị màu xanh sáng ( báo đang sạc ) . Khi acquy đầy, đầu ra của bộ so sánh thứ nhất là 0V do đó sẽ nhỏ hơn điện áp do cầu phân áp biến trở R2 tạo ra, lúc này đầu ra của bộ so sánh thuật toán thứ 2 sẽ là 5V làm LED màu đỏ sáng hiển thị đầy acquy.
Hình 5.17.Sơ đồ nguyên lý bộ so sánh
Khi ban ngày, cường độ ánh sáng nhiều do đó điện trở của quang trở giảm dẫn đến giá trị điện áp trên quang trở giảm theo và nhỏ hơn giá trị mẫu do R8 đặt ra. Bộ so sánh sẽ so sánh 2 giá trị điện áp và đầu ra lúc này sẽ ở mức cao ( 5v) làm cho PC817 không dẫn và relay không được đóng do đó không có điện áp ra LED chiếu sáng. Khi buổi tối, cường
Như vậy, sau khi tìm hiểu và nghiên cứu về tổng quan các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch cùng với sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển được thiết kế ở trên, chúng ta đã hoàn thành một hệ thống pin mặt trời cung cấp điện áp 12V cho tải DC.