intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Báo cáo thực tập tốt nghiệp đề tài "Tìm hiểu nguyên lý ổn dòng của mạch buck converter"

Chia sẻ: Ha The Tai Tai | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:29

Thêm vào BST
Báo xấu
518
lượt xem 154
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật và công nghệ bán dẫn điện, ngày nay Điện tử công suất đã giữ một vai trò quan trọng trong kỹ thuật điện nói chung. Môn học Điện tử công suất đã trở thành môn học bắt buộc đối với sinh viên các ngành kỹ thuật điện, Tự động hoá.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo thực tập tốt nghiệp đề tài "Tìm hiểu nguyên lý ổn dòng của mạch buck converter"

  1. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................... 2 CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................. 3 1. Tìm hiểu nguyên lý ổn dòng của mạch buck converter........................... 3 2. Tìm hiểu về IC UC3842........................................................................... 5 3. Thiết kế và tính toán mạch nguyên lý nguồn ổn dòng sử dụng UC3842...................................................................................... 11 CHƯƠNG II : PHẦN THỰC NGHIỆM........................................................... 20 1. Tìm hiểu và lắp ráp mạch thử IC UC3842.............................................. 20 2. Hoàn thiện mạch ổn dòng sử dụng IC UC3842...................................... 21 3. Kết quả thực nghiệm............................................................................... 23 CHƯƠNG III : KẾT LUẬN............................................................................ 25 Page 1
  2. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài LỜI MỞ ĐẦU. Ngày nay, trong hầu hết các ngành kinh tế, kĩ thuật, nhất là các ngành công nghiệp đều áp dụng kĩ thuật tự động hoá. Có thể nói, tự động hoá đã làm thay đổi diện mạo nhiều ngành sản xuất, dịch vụ. ở nhiều nước đã xuất hiện những nhà máy không có người, văn phòng không có gi ấy... Kh ắp n ơi đã b ắt gặp những thuật ngữ như Thương mại điện tử, Chính phủ điện tử, Máy thông minh, Thiết bị thông minh... Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật và công ngh ệ bán d ẫn đi ện, ngày nay Điện tử công suất đã giữ một vai trò quan trọng trong k ỹ thu ật đi ện nói chung. Môn học Điện tử công suất đã trở thành môn học bắt buộc đối với sinh viên các ngành kỹ thuật điện, Tự động hoá. Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm. Bộ biến đổi điện tử công suất còn được gọi là b ộ bi ến đ ổi tĩnh (static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường. Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà trong đó có nh ững ứng dụng tiêu bi ểu c ủa các bộ biến đổi bán dẫn công suất như truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng m ỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau...Trong những năm gần đây công ngh ệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến dổi ngày càng nh ỏ gọn, nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn. Trong thời gian thực tập tại trường ĐHBK Hà N ội v ới n ội dung :“ Thi ết kế nguồn DC-DC ổn dòng có điện áp đầu vào 24 V-DC, đ ầu ra có dòng đi ện I=350 (mA), P=7 W“. Em xin chân thành cảm ơn th ầy Nguy ễn Trung Kiên đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành th ực t ập v ới k ết quả tốt nhất. Hà nội ,ngày 09 tháng 04 năm 2011. Sinh viên thực hiện Page 2
  3. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài Hà Thế Tài CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Tìm hiểu về nguyên lý ổn dòng của mạch buck converter. * Nguyên lý làm việc của mạch buck converter. U1 1 2 2 1 D1 U out U in MOSFET Rs L2 IN D U C T O R Hình 1: mạch nguyên lý buck converter */ Buck converter là bộ biến đổi mà điện áp đầu ra nhỏ hơn điện áp đầu vào hay còn được gọi là bộ biến đổi giảm áp ( step-down converter). Hình 1 là s ơ đồ nguyên lý của buck converter, Mosfet hoạt động như một công tắc(van) nó đóng cắt bằng xung điều khiển ( xung vuông ) với m ột bộ đi ều khi ển t ạo ra xung điều khiển có tần số đóng cắt lớn cấp cho mosfet. Ở đây ta s ử d ụng b ộ điều chế PWM ( Pulse Width Modutlation). Gọi T là một chu kỳ chuyển mạch,t1 là thời gian van đóng mạch (on-time) và t2 là thời gian van mở mạch ( off-time). T=t 1+t2. Hệ số (giữa thời gian đóng mạch ( on-time) và chu kỳ chuyển mạch T ) được gọi là chu kì nhiệm vụ ( duty cycle). ( H2) +/ trong khi on-time của van thì điện áp V 1 bằng Vin, Điot D sẽ bị phân cực ngược và khóa lại,khi đó dòng điện Iv sẽ qua cuộn cảm và cuộn cảm L sẽ nạp năng lượng ( giữ lại thành phần xoay chiều ) .Khi van off-time thì cuộn cảm L phóng điện chống lại sự giảm đột ngột dòng điện trong m ạch và ti ếp tục dẫn dòng điện đi qua tải ,đi qua R s và diode, kết quả điện áp V1 bằng 0. Trong thời gian van off-time thì điện áp V 1 bằng 0 nhưng dòng điện I L vẫn không giảm về 0.Đây được gọi là chế độ continuous mode. +/ ở chế độ này điện áp ra phụ thuộc vào thời gian đóng và mở của van Page 3
  4. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài Vout= *Vin +/ dòng điện qua cuộn cảm có dạng xung tam giác giá trị trung bình của nó được xác định bởi tải. Độ dao động dòng điện IL = Imax-Imin ,phụ thuộc vào L, và nó có thể tính toán nhờ định luật Faraday. V=L => ∆i= *V*∆t => ∆IL= (Vin-Vout)*t1= Vout(T-t1) Với Vout= *Vin và chọn tần số f cho chế độ continuous mode ta có : ∆IL= (Vin-Vout)* (*) */ tính toán giá trị cho cuộn cảm L - tính chọn cuộn cảm có một vấn đề xảy ra là nếu ch ọn ∆I L rất nhỏ thì cuộn cảm L phải có giá trị rất lớn để có độ đập mạch tốt. Và đ ể tạo ra cu ộn c ảm có giá trị lớn thì sẽ nặng và đắt. Nếu chọn ∆I L nhỏ thì dòng điện điều khiển đóng mostfet sẽ rất lớn . Bởi vậy người ta thường lấy ∆IL=10%Iout. L= ( Vin-Vout)* Page 4
  5. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài Hình 2: đồ thị điện áp và dòng điện của mạch buck converter +/ Để điều khiển sự đóng mở của van thì ta có nhi ều cách t ạo ra xung vuông điều khiển nhưng thông dụng nhất và ta sử dụng ở đây đó là giữ nguyên chu kì T và thay đổi thời gian mở xung t1. +/ Nguyên tắc ổn dòng sử dụng buck converter là ta t ạo ra th ời gian đóng và mở van ( hay độ rộng xung điều khiển vào mostfet) sao cho khi dòng đi ện tăng cao vượt giá trị ngưỡng thì ta phải đóng van lại ngắt dòng điện qua van,khi đó thì cuộn cảm L sẽ phóng điện qua tải (Load)và R s và điốt => dòng không tăng lên mà cũng không giảm về 0. Khi dòng giảm xuống giá tr ị I min thì ta phải mở van cho dòng điện qua van vừa nạp phần xoay chi ều lên cu ộn cảm và tăng dòng điện không cho giảm quá giá trị ngưỡng. Để làm được điều này ta sử dụng IC UC3842. 2.Tìm hiểu về IC UC3842 - Họ UC 1842/3/4/5 cung cấp tối ưu nhất cho các thiết bị off-line và cố định tần số ở chế độ ổn định dòng điện ( current mode) của các bộ biến đổi DC to DC với số phần tử ở mạch ngoài là ít nhất. Mạch bên trong có phần khóa khi dưới điện áp, dòng khởi động nhỏ hơn 1mA, bộ so sánh sai lệch dòng điện. Hình 3: sơ đồ cấu trúc IC UC3842. Page 5
  6. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài */ Các đặc tính cơ bản của UC3842 1. Tối ưu hóa cho ngoại vi và bộ biến đổi DC-DC. 2. Dòng khởi động thấp cỡ < 1(1mA) 3. Tự động cấp phản hồi bù. 4. Sẽ khóa với trễ khi chưa đạt điện áp 5. Tăng tải theo đặc tính đáp ứng 6. Triệt tiêu xung kép 7. Dòng cao khuếch đại ở đầu ra 8. Sai lệch cường độ dòng điện thấp 9. Hoạt động với tần số tới 500 KHz - Họ UC384x có 3 loại : loại 8 chân ; loại 14 chân và loại 20 chân Hình 4: sơ đồ kết nối các chân của họ IC UC384X Page 6
  7. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài */ Cấu trúc của UC3842 và chức năng của các chân */ Chân 1:( COMP) chân 1 là chân nhận điện áp so sánh, điện áp chân 1 t ỉ l ệ thuận với điện áp ra, thông thường thì ta không đấu trực tiếp đi ện áp ph ản hồi mà đấu vào chân 2 qua một điện trở R. Hình 5: sơ đồ mắc chân 1 và chân 2 của IC */ chân 2:(VFB) đây là chân nhận điện áp hồi tiếp, có thể hồi tiếp so quang hoặc hồi tiếp trực tiếp từ cuộn hồi tiếp sau khi đi qua cầu phân áp, đi ện áp hồi tiếp về chân 2 tỷ lệ nghịch với điện áp ra, nếu một lý do nào đó làm đi ện áp đưa về chân 2 tăng lên thì điện áp ra sẽ giảm thấp hoặc bị ngắt. */ Chân 3 ( CURRENT SENSE ) : chân cảm biến dòng, chân này theo dõi điện áp ở chân S của đèn Mosfet, nếu dòng qua Mosfet tăng => điện áp chân S sẽ tăng => điện áp chân 3 sẽ tăng, nếu áp chân 3 tăng đ ến ng ưỡng kho ảng 0,6V thì dao động ra sẽ bị ngắt, điện trở chân S xuống mass kho ảng 0,22 ohm , Page 7
  8. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài nếu điện trở này tăng trị số hoặc bị thay trị số lớn hơn thì khi chạy có tải là nguồn bị ngắt. -điện áp tối đa phản hồi về chân 3 là 1,1(V) thường ta tính 1 V - chú ý đối với chân này ta mắc thêm mạch RC như hình vẽ để giảm dòng điện đi vào chân 3 khi khởi động tăng quá cao.( Hình 7) Hình 6: sơ đồ mắc chân 3 của IC Hình 7: dạng sóng ở chân 3 khi không có R-C và khi có R-C. */ chân 4 : chân này nối với mạch tạo dao động R-C , đi ện áp c ấp cho m ạch dao động này lấy từ chân 8 ( voltage reference 5 V), người ta thường đưa xung dòng hồi tiếp về chân 4 để đồng pha giữa tần số dòng với tần s ố dao động nguồn, điều đó đảm bảo khi sò dòng hoạt động tiêu thụ nguồn thì Mosfet nguồn cũng mở để kịp thời cung cấp, điều đó làm cho điện áp ra không bị sụt áp khi cao áp chạy . Page 8
  9. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài Hình 8: sơ đồ mắc chân số 4 */ chân 5 : đây là chân nối đất ( mass) */ chân 6 : chân này là chân tạo ra xung điều khiển van ( xung vuông ), độ rộng của xung có thể thay đổi được để phù hợp với yêu cầu của mạch. Is U1 1 8 COMP VREF 2 7 VFB VCC Q1 MOSFET N 3 6 IS E N S E OUT 4 5 R T /C T GND U C 3842 Hình 9: sơ đồ mắc của chân 6 vào mạch */ chân 7 : ( VCC) đây là chân nhận điện áp cung cấp cho IC kho ảng t ừ : 20(V-DC )đến 23 (V- DC). Điện áp cấp cho chân 7 ban đ ầu đ ược m ắc t ừ nguồn qua một trở mồi. Khi mạch làm việc thì nó được cấp từ một cuộn phụ đã được chỉnh lưu và lọc. Page 9
  10. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài LO Vcc R1 R D2 D3 U1 0 1 8 COMP VREF 2 7 0 VFB VCC 3 6 IS E N S E OUT 4 5 R T /C T GND U C 3842 Hình 10: sơ đồ mắc cho chân 7 */ chân 8 : đây là chân tạo ra điện áp chuẩn 5V cấp cho mạch dao động R-C và khi điện áp cấp cho chân 7 không đủ thì m ạch dao đ ộng có th ể b ị ng ắt do điện áp chân 8 tạo ra không đủ 5V ( H7). Người ta thường thiết kế mạch bảo vệ bám vào chân 8 khi điện áp không đủ cấp hoặc có vấn đề gì xảy ra trên mạch thì điện áp cấp cho chân 7 sẽ thay đổi trên hoặc dưới ng ưỡng cho phép khi đó chân 8 sẽ mất áp chuẩn 5 (V). Page 10
  11. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài 3.Thiết kế và tính toán mạch nguyên lý nguồn ổn dòng sử dụng IC UC3842 a. mạch nguyên lý nguồn ổn dòng điện áp vào 24 V-DC , dòng điện ra 350 mA. Công suất 7 W. 1 U1 2 2 1 D1 U out U in MOSFET Rs L2 D2 R1 R4 D3 C4 0 R2 0 7 2 6 VFB OUT RT VCC R5 1 COMP 4 R T/C T U C 3843 CT R3 3 8 GND 0 IS E N S E V R E F R6 5 0 0 C3 0 Hình 11 : Sơ đồ mạch nguyên lý nguồn ổn dòng sử dụng nguyên lý buck converter được xây dựng trên cả lý thuyết và thực nghiệm Với các thông số của mạch như sau : R1=10KΩ; R2= 20 KΩ; R3=2 KΩ R4= 10 KΩ ; R5=100 KΩ ; Page 11
  12. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài R6= 1KΩ ; C3= 470pF RT=10 KΩ; CT=2 µF b. tính toán mạch lực: U1 1 2 2 1 D1 U out U in MOSFET Rs L2 IN D U C T O R Hình 12: sơ đồ nguyên lý mạch buck converter - Mạch lực sử dụng các phần tử sau : 1. Van đóng mở ( mosfet) 2. Điot ( diode) 3.Cuộn cảm ( inductor) 4. điện trở shun Rs - Ta phải tính chọn các phần tử này theo các thông số của nguồn như công suất, điện áp vào ra và dòng điện tải... Page 12
  13. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài - Với dao động R-C ở mạch điều khiển ta chọn tần số là f=50KHz. Page 13
  14. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài b.1 : tính chọn mosfet - Để tính chọn được mosfet ta phải dựa vào các thông số là điện áp chịu được của van khi van khóa và dòng điện mà van chịu được. Ngoài ra còn d ựa vào tần số đóng cắt của van, vì đây là phần tử công suất nên v ấn đ ề làm mát cũng rất quan trọng, thường thì những van có tần số đóng cắt l ớn thì t ổn th ất công suất càng lớn. Có nhiều các làm mát cho các van công su ất nh ư là : làm mát bằng nước ,làm mát quạt gió, làm mát tự nhiên... - Ở đây là mạch thì nghiệm với điện áp 24 V-DC, dòng I t=350 mA nên các van hầu hết đều chịu được, và thời gian làm việc ngắn nên ta chọn phương pháp làm mát tự nhiên. - Từ các thông số như trên ta chọn mosfet loại : IRF540 với các thông số kỹ thuật như sau : b.2: tính chọn điot Cũng như tính chọn mosfet, điot cũng là một ph ần tử công su ất.V ới thông s ố mạch ta chọn loại : 1N1192A có các thông số kỹ thuật như sau : TYPE Imax(A) Un(V) ∆U (V) 1N1192A 20 100 1,5 Page 14
  15. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài b.3: tính toán và thiết kế cuộn cảm - Do ở việt nam,các lõi cuộn cảm không có thông số kỹ thuật chính xác nên việc tính chọn chính xác cuộn cảm là rất khó khăn, bởi vậy mà ta chỉ tính gần đúng rồi dùng thực nghiệm tạo ra cuộn cảm với số vòng dây chuẩn. * / Tính toán giá trị của cuộn cảm: Đồ thị dòng điện và áp trên mạch. */ khi van mở ta có : L =Uin-Uout */ khi van khóa : L =-Uout Page 15
  16. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài Giả thiết : Uin= const => dòng qua L có dạng tuyến tính +/ 0 t1 ; iL=Imin + .t +/ t1 t < T ; iL= Imax - ( t- t1). t=t1 thì : Imin+ * t1 =Imax  IL=Imax-Imin= * t1 (a) */ ở chế độ xác lập : IL(t=0) =iL(t=T)  Imin =Imax- ( T- t1).  IL= Imax-Imin= ( T- t1). (b)  ừ (a),(b) ta có : Uout= *Uin . (c) Ta thường lấy IL =(5-10%) Iout Từ công thức (a) ta có : • L= *t1 (1) Mà ta có: ( duty cycle)= (2) Giả thiết không có tổn hao công suất trên mạch ta có :  Pin=Pout =P Uin*Iin = Uout*Iout =>Ura= = =20 (V). +/ ta chọn tần số làm việc của mạch là f=50 (KHz) Từ đây suy ra : T= = =0.02*10-3 (s) Page 16
  17. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài Vậy từ (2) suy ra : t1=T* =0.02*10-3 * = 0.01666*10-3 (s) Thay t1 vào biểu thức (1) ta có : *0.01666*10-3=0.002 (H). L= Page 17
  18. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài */ Thiết kế cuộn cảm : -ta chọn lõi ferrite kiểu chữ E. Việc tính toán chính xác số vòng dây và lõi không tính được do lõi mua không có hệ số từ thẩm bão hòa Bsat bởi vậy mà ta phải thực hiện bằng thực nghiệm. - Lõi ferrite ở mạch là loại E5724. Có kích thước rộng là : 18.8 (mm) - số vòng dây ta thực hiện bằng thực nghiệm sao cho độ đập mạch của dòng điện phù hợp với yêu cầu. Page 18
  19. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài - kích thước dây đồng : với giá trị mật độ dòng điện thông thường là 5A/mm2, thì với Iout= 350 mA,ta chọn dây có đường kính là : d=0.35 (mm). b.4. tính chọn điện trở Rs - để tính chọn được Rs ta phải dựa vào dòng điện phản hồi và điện áp phản hồi. -đối với chế độ current mode thì dòng điện phản h ồi sẽ đi vào chân 3 c ủa IC UC3842 ,điện áp tối đa đặt lên chân 3 là 1,1V và dòng đi ện t ối đa đ ưa v ề phản hồi dòng là I = 0,473.4 = 1,892A, do đó điện trở phản hồi dòng có giá trị là : RCS= Uph/Iph= 0,52Ω C.Tính toán mạch điều khiển C.1. tính cấp nguồn cho IC - do ở đây nguồn cấp ta sử dụng là nguồn 24 V-DC nên ta sử dụng trực tiếp nguồn này cấp cho IC qua một trở mồi, mà không cần mạch cấp bù từ cuộn phụ qua chỉnh lưu. V cc HI R4 7 2 6 VCC VFB OUT 1 COMP 4 R T /C T U C 3843 GND 3 8 IS E N S E V R E F 5 0 Page 19
  20. Báo cáo thực tập tốt nghiệp- Hà thế Tài Hình 13: sơ đồ cấp nguồn cho IC UC3842 - điện áp cấp vào cho chân 7 của IC là khoảng 18 V- 23V với điện áp 24 V nên chọn có giá trị là : R=U/I=6/10-3=6 KΩ Do khi mắc tải sẽ gây sụt áp nên để có thể chỉnh được điện áp cấp cho IC ổn định thì thay vì ta sử dụng một trở có giá trị cố định thì ta sử dụng một biến trở có thể chỉnh được : ở đây ta sử dụng biến trở có giá trị R4=10KΩ. C.2. tính cấp điện áp so sánh và hồi tiếp cho chân 1 và chân 2. HI V cc R1 R2 7 2 6 VFB OUT VCC 1 COMP R5 4 R T /C T U C 3843 GND 3 8 IS E N S E V R E F R3 R 5 0 0 Hình 14 :sơ đồ mạch phản hồi. - áp vào chân 1 và chân 2 có giá trị: 2< U1,2 2,5 (V). Và dòng điện là 1mA - tính chọn và thiết kế sao cho có thể tinh chỉnh được giá trị cấp cho hợp lý. Ta cũng lấy điện áp cấp cho chân 1 và 2 như hình vẽ nên vào vẫn là 24V. - điện áp vào chân 1 là 2 V, 1mA => ta cần chọn giá trị của trở là : R=U/I=(24-2)/10-3=22 KΩ. - cũng như cấp điện áp cho chân 7 ta không sử dụng trở có giá trị cố định và sử dụng biến trở , ở đây ta sử dụng biến trở R2=20KΩ Page 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

TL.01: Bộ Tiểu Luận Triết Học
207 tài liệu
1470 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2