ứng dụng tl494 thiết kế mạch dc dc buck converter

LỜI NÓI ĐẦU
CH ƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ
IC TL494 VÀ MẠCH DC DC BUCK CONVERTER
1.1. Tìm hiểu về IC TL494
1.2.Mạch DC DC Buck Converter
CH ƯƠNG 2.TÍNH TOÁN MẠCH LỰC
2.1. Mosfet IRF3205
2.2. Cuộn cảm EE25
2.3.Tụ
2.4. Điot
2.5. Điện trở
CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1. IC TL494
3.2. IR 2103
3.3. Tần số làm việc của IC TL494
3.4. Hệ số khuếch đại
3.5.Tìm hệ số phân áp trong mạch
3.6.Chọn Rp để điện áp đầu ra là 5 vôn
CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
4.1.Sơ đồ đi dây
4.2. kết quả thực nghiệm
4.3 . Phần mạch in
KẾT LUẬN
Tài liệu tham khảo :
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay , trong nền công nghiệp hóa ,hiện đại hóa giúp cho con người tiết kiệm
được thời gian và sứ lao động . Đồng thời tạo điều kiện tốt để nước ta thúc đẩy
quá trình hội nhập nên kinh tế thế giới , bắt kịp sự phát triển về khoa học kỹ thuật
ở các nước phát triển để ứng dụng vào sản xuất .
Để có thể bắt kịp sự phát triển khoa học công nghệ ứng dụng vào trong nền sản
xuất hàng hóa tại Việt Nam thì ngành tự động hóa phải thực sự nỗ lực , cải tiến

mạnh mẽ các công nghệ sản xuất tiến tiến , hiện đại trên thế giới .
Hơn thế ngành giáo dục cũng phải nỗ lực đẩy mạnh các chương trình đào tạo ký
sư ngành tự động hóa để đáp ứng được việc cung cấp nhân lực trong các ngành
công nghiệp trong nước ,trực tiếp tham gia việc thiết kế chế tạo và điều khiển máy
móc thiết bị . Điều này đòi hỏi ngành giao dục phải đào tạo và cung cấp một đội
ngũ chuyên gia , kỹ sư có trình độ và có kinh nghiệm cao cho các ngành công
nghiệp .
Là một sinh viên ngành tự động hóa , em cảm thấy rất tự hào khi được học tập và
nghiên cứu các bộ môn trong ngành tự động hóa . Việc kết hợp học tập lý thuyết
trên lớp và thực hành tại các xưởng em cảm thấy rất hữu ích .
Và đặc biệt là trong đợt thực tập cuối khóa này chúng em đã có cơ hội kiểm
nghiệm tính đúng đắn và ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã được học .
Đề tài thực tập cuối khóa của chúng em là :” Ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC
DC Buck converter” với 3 nội dung chính :
• Tìm hiểu công nghê :IC TL494 và mạch dc dc Buck Converter.
• Tính toán mạch lực.
• Tính toán mạch điều khiển.
Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Nguyễn Duy Đỉnh đã quan tâm và hướng dẫn
, giúp đỡ nhóm 22 lớp CĐ TĐH 3 – K52 tận tụy, nhiệt tình .
Em xin chân thành cám ơn !
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ
• IC TL494 VÀ MẠCH DC DC BUCK CONVERTER
1.1. Tìm hiểu về IC TL494.
a-Giới thiệu về IC TL494
Hình 1.1 : IC TL494
IC TL494 là một trong những IC được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn.
Hình 1.2 sơ đồ chân IC TL494
• Nhiệm vụ của các chân:
• chân 1,2 nhận điện áphồi tiếp về tự động điều khiển điện ápra
• chân 3 đầu ra của mạch so sánh ,có thể lấy tín hiệu báo sự cố P,G từ chân

này.
• chân 4 chân lệch điều khiển hiển IC h/đ hay không ,khi chân 4 =0v thì IC
hoạt động,nếu chân 4>0v thì IC khoá
• chân 5,6 hai chân của mạch dao động
• chân 7,9,10 nối đất
• chân 8 chân dao động ra
• chân 11 chân dao động ra
• chân 12 nguồn Vcc 12v
• chân 13 đc nối với áp chuẩn 5v
• chân 14 từ IC đi ra điện áp chuẩn 5v
• chân 15,16 nhận điện áp hồi tiếp
• Nguyên tắc hoạt động
TL 494 là IC cố định tần số xung điều biên độ rộng điều khiển mạch .sự điều biên
của xung đầu ra dc thực hiện bằng cách so sánh các dạng sóng răng cưa tạo ra bởi
các biên độ dòng điện về thời giantụ điện cho 1 trong 2 tín hiệu điều khiển .Tại
ngõ ra đc kích hoạt trong khi điện áp răng cưa lớn hơn các tín hiệu đ/áp. Khi tín
hiệu điều khiển tăng trong khi đó đầu vào của răng cưa là giảm lớn hơn do đó
dung lượng giảm theo t/gian.Một xung lái Flip-Flop luân phiên chỉ đạo cho 2 linh
kiện là 2 transistor NPN.
Các tín hiệu điều khiển được bắt nguồn từ 2 nguồn : Bộ so mẫu điều khiển thời
gian tắt và các mạch điều khiển độ sai lệch khuyêch đại.Đk tín hiệu tắt dần là dc
so sánh trực tiếp bởi bộ kiểm soát t.g tắt.So sánh này với 1 điện ápcố định là 100
mV.Điều này tạo ra 1 khoảng thời gian tắt là 3% đó là thời giantắt tối thiểu có thể
PWM so sánh tín hiệu điều khiển dc tạo ra bởi các bộ sai lệch khuếch đại , 1 chức
năng của bộ khuếch đại lỗi là để theo dõi điện áp đầu vào của nó trong 1 tín hiệu
điều khiển của biên độ đủ để cung cấp 100%đ.chế kiểm soát .Các bộ khuếch đại
có thể được sử dụng để theo dõi dòng điện và dòng cung cấp hiện đại để nạp.
• Ứng dụng của TL494
Một số ứng dụng của TL494 hiện nay :
1. Dòng nạp cho nguồn điều chỉnh 5V

2. Đồng bộ hóa
TL494 có thể dễ dàng đồng bộ hóa hai hay nhiều nguồn dao động trong hệ thống.
3. Đồng bộ hóa dao động của TL494 với một nguồn xung khác
Để đồng bộ hóa các TL494 để một đồng hồ bên ngoài, các bộ dao động nội bộ có
thể được sử dụng như một răng cưa, xung điện.
4. Fail-Safe operation – giữ an toàn: bảo vệ Current Limiting - Hạn dòng
Để bảo vệ bộ dao động bên trong, chúng ta dùng thêm điện trở RT và tụ CT, RT
để hạn dòng (dẫn dòng xuống mass khi hệ thống bên ngoài bị ngắn mạch), còn RT
làm tụ xả điện áp nhanh hơn trong trường hợp bộ dao động bên trong ngưng, giảm
nhiễu tín hiệu dao động.
5.Current Limitin : Hạn dòng
TL494 thường được dùng để hạn các dòng điện ngược hoặc dùng để hạn dòng tải.
Và thường được ứng dụng trong các điều khiển DC.
Cả hai bộ khuếch đại có một chế độ cho phép trực tiếp cảm biến dòng tại điện áp
đầu ra. Một số kỹ thuật có thể được sử dụng để hạn dòng.
6. Fold-Back Current Limiting – Hạn dòng điện ngược
7. Pulse-Current Limiting: Hạn dòng xung
Các kiến trúc nội bộ của TL494 không phù hợp trực tiếp hạn chế dòng xung.
Vấn đề phát sinh từ hai yếu tố:
Các bộ khuếch đại bên trong không có chức năng như một chốt, chủ yếu dành cho
các ứng dụng tương tự.
Xung lái flip flop quá nhạy với tín hiệu tích cực của các bộ so sánh PWM như kích
hoạt một và chuyển kết quả đầu ra của nó sớm, tức là, trước khi hoàn thành giai
đoạn dao động.
Khi xung kết thúc, các tín hiệu điều khiển đầu ra lại được kích hoạt và các xung
vào thời gian còn sót lại xuất hiện trên đầu ra ngược lại.
8. Các ứng dụng của Tắt-Thời gian điều khiển :Chức năng chính của điều khiển
thời gian tắt là để kiểm soát tối thiểu thời gian cung cấp dòng của TL494. Điều
khiển thời gian tắt cung cấp dòng điều khiển từ 5% đến 100% thời gian tắt.
d-Nhiệm vụ của TL494 trong mạch DC DC Buck converter :

-TL494 trong mạch nhận tín hiệu phản hồi từ điện áp ở đầu ra đưa về chân 1, tín
hiệu tại chân 1 được so sánh với tín hiệu chuẩn tại chân số 2 qua bộ khuếch đại
thuật toán. Dựa trên sự sai lệch giữa hai tín hiệu để điều biến độ rộng của xung để
đóng cắt IRF3205.
1.2.Mạch DC DC Buck Converter.
Sơ đồ nguyên lý mạch điện DC-DC BUCK CONVERTER :
Hình 1.2.1
• ,Thành phần của mạch
• TL494
• IR2103
• EE 25
• RUZA
• IRF3205
• IN 4148
1.2.1. Giới thiệu về mạch DC DC Buck Converter : Là mạch nguồn xung hiện nay
đang được dùng rất phổ biến bởi nó có ưu điểm là hiệu suất biến đổi năng lượng
cao và khả năng thay đổi linh hoạt trong thiết kế.Chẳng hạn như có thể có nhiều
đầu ra (output Voltage) với nhiều cực khác nhau từ một đầu vào đơn(single Input
voltage)
1.2.2. Cấu tạo và nhiệm vụ của toàn mạch :
1. Cấu tạo của mạch
- Mạch điện gồm có hai phần :
+ Các phần tử công suất
+ Phần mạch điều khiển
2. Nhiệm vụ chính :
+ Biến đổi nguồn điện áp một chiều 12V-1A của Adapter thành nguồn điện áp
5V-2A ở đầu ra.
+ Ổn định dòng.
+ Ổn định điện áp ra.
1.2.3. Nguyên lý hoạt động của mạch :

- Điện áp đầu ra được đưa về chân 1 của IC TL494 để làm tín hiệu phản hồi tại
đây tín hiệu phản hồi được so sánh với tín hiệu chuẩn và dựa vào sự sai lệch của
hai tín hiệu này để điều chế xung điều khiển việc đóng cắt IRF3205.
- Nếu Vout < 5v thì TL494 điều chế xung làm cho IRF3205 mở rộng ra để xả áp
đến đầu ra.
- Nếu Vout = 5v thì TL494 điều chế xung làm cho IRF3205 khóa lại để giảm áp
đến đầu ra.
- Tín hiệu điều khiển từ TL494 đưa vào IR2103 được kích áp để điều khiển việc
đóng cắt IRF3205.
- Mạch Boostrap có nhiệm vụ thực hiện việc kích áp .
CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN MẠCH LỰC
2.1. Mosfet IRF3205.
- IRF3205 là một Mosfet kênh N hay Mosfet ngược.
- Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor
thông thường mà ta đã biết. Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với
BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở. Mosfet có nguyên
tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở
kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu.
- Cấu tạo của Mosfet : Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện
áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ.
Hình 2.1 – IRF 3205
• G : Gate gọi là cực cổng
• D : Drain gọi là cực máng
• S : Source gọi là cực nguồn
- Trong đó : G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn
lại bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2).
Hai cực còn lại là cực gốc (S) và cực máng (D). Cực máng là cực đón các hạt
mang điện.
- Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng

lớn,còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G
và cực S (UGS).
- Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu
ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS
càng nhỏ.
2.1.1. Nguyên lý hoạt động của Mosfet :
Hình 2.5 – Sơ đồ mạch điện thí nghiệm cho mosfet
- Cấp nguồn một chiều Ud qua một bóng đèn LED vào hai cực D và S của Mosfet
Q1 (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa là
không có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện.
- Khi công tắc K đóng, nguồn Ug cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V =>
đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.
- Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên => Q1 khóa =>Bóng
đèn tắt.
=> Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng
GS như trong Transistor thông thường ( Vì MOSFET là linh kiện có trở kháng đầu
vào lớn nên dòng qua GS rất nhỏ) mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho
điện trở RDS giảm xuống.
2.1.2. Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của Mosfet.
- Thời gian trễ khi đóng/mở khóa phụ thuộc giá trị các tụ kí sinh Cgs,Cgd,Cds.
Tuy nhiên các thông số này thường được cho dưới dạng trị số tụ Ciss, Crss,Coss.
Nhưng dưới điều kiện nhất đinh như là điện áp Ugs và Uds. Ta có thể tính được
giá trị các tụ đó.
- Thông thường thì chân của Mosfet có quy định chung không như Transitor. Chân
của Mosfet được quy định: chân G ở bên trái, chân S ở bên phải còn chân D ở
giữa.
Trong sơ đồ mạch này IRF3205 đóng vai trò như một khóa điện tử, nó đóng mở
liên tục với tần số lớn dưới sự điều khiển của điện áp tại cực G để tạo ra chuổi
xung chum qua cực S.
2.2. Cuộn cảm EE25

- Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn
emay cách điện, lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như
Ferrite hay lõi thép kỹ thuật

Hình 2.1: Cấu tạo của cuộn cảm EE25
- Gông dẫn từ được làm bằng lõi ferit, hình chữ E
- Cuộn cảm EE25 có chức năng ổn định dòng điện qua tải.
2.3.Tụ
2.2.1.Tụ phân cực
Hình 2.3.1
- Tụ điện được cấu tạo từ hai lá kim loại ghép song song nhau, giữa là chất điện
môi và được nối ra hai cực.
- Tụ điện là linh kiện dùng để chứa điện tích. Một tụ điện lý tưởng có điện tích ở
bản cực tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt trên nó theo công thức:
(2-1) Q = C×U [culông]
- Người ta thường lấy tên của tụ là tên của chất diện môi. Như:
Tụ gốm: Chất điện môi là gốm
Tụ giấy: Chất điện môi là giấy
- Hai tụ phân cực 100uF-25V dùng để ổn định điện áp trước và sau khi biến đổi.
Hình 2.3.2 :Tụ hóa
b, Tụ không phân cực
Hình 2.3.3 : hình dáng và kí hiệu của Tụ không phân cực
Các loại tụ nhỏ thường không phân cực. Các loại tụ này thường chịu được các
điện áp cao mà thông thường là khoảng 50V hay 250V. Các loại tụ không phân
cực này có rất nhiều loại và có rất nhiều các hệ thống chuẩn đọc giá trị khác nhau.
Trong sơ đồ mạch buck ta dùng 2 tụ không phân cực có ghi trị số là 102 và 105 .
Cách đọc

Hình 2.3.4
• Tụ kí hiệu 102 C = = 1000 pF = 1 nF.

• Với tụ có trị số 105 C = = 1.000.000 pF = 1000nF.
2.4. Điot
2.4.1.Điôt xung RU2A
- Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode
xung để chỉnh lưu. Diode xung là Diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục
KHz , Diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí Diode xung
được, nhưng ngựơc lại Diode xung có thể thay thế cho vị trí Diode thường, Diode
xung có giá thành cao hơn Diode thường nhiều lần.
- Về đặc điểm hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường,
tuy nhiên Diode xung thường có vòng đánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai
vòng.
Hình 2.4.1 : Kí hiệu
- Diode xung RU2A trong mạch có nhiệm vụ khép mạch để cung cấp dòng qua tải
khi mà IRF3205 cắt.
- Vì IRF3205 đóng cắt với tần số cao nên chúng ta phải chọn Diode xung để đảm
bảo nhiệm vụ khép mạch nhiều lần mà không bị hỏng.
2.4.2,Led
- Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp
làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến
20mA

Hình 2.5.2: Đèn led và kí hiệu trong mạch
- Điện trở 330 Ω nối tiếp với LED để hạn chế dòng qua LED.
- Led được sử dụng trong mạch DC DC Buck Converter để báo trạng thái có điện
2.5. Điện trở
- Điện trở là phần từ có chức năng ngăn cản dòng điện trong mạch. Mức độ ngăn
cản dòng điện được đặc trưng bởi trị số điện trở R.
- Đơn vị đo: mΩ, Ω, kΩ, MΩ
Cách đọc giá trị điện trở: dựa theo bảng màu 2.1
Bảng 2.1

CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1. IC TL494.
3.1.1. Nhiệm vụ.
Nhiệm vụ quan trọng của TL494 là nhận tín hiệu phản hồi từ điện áp ở đầu ra
đưa về chân 1, tín hiệu tại chân 1 được so sánh với tín hiệu chuẩn tại chân số 2 qua
bộ khuếch đại thuật toán. Dựa trên sự sai lệch giữa hai tín hiệu để điều biến độ
rộng của xung để đóng cắt IRF3205.
3.1.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của TL494 như sau:
Bảng 3.1 – thông số kĩ thuật của TL494
Bảng 3.2 – Thông số của TL494
3.2. IR 2103.
IR3103 là IC bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong các mạch tổ hợp logic và
trong các mạch nguồn yêu cầu có ổn định cao.
Hình 3.2.1 : IR2103
Hình 3.2.2 – Sơ đồ chân của IR 2103
3.2.2. Cấu trúc bên trong của IR2103 mô tả:
Hình 3.2.3 - Cấu trúc bên trong IR 2103
3.2.3. Các thông số kĩ thuật của IR2103 như sau:
Bảng 3.3 :Thông số kĩ thuật của IR2103
3.2.4. Chức năng nhiệm vụ:
- Hai IC TL494 và IR2103 kết hợp logic với nhau chặt chẽ để thực hiện hai
nhiệm vụ.
+ Sử dụng mạch BOOSTRAP để kích tín hiệu điều khiển từ TL494 rồi phát
xung tác động vào cực G kích thông IRF3205.
Hình 3.2.4
3.3. Tần số làm việc của IC TL494.
- Quyết định bởi tụ điện và điện trở trên hai chân số 5 và số 6 của IC TL494.
Hình 3.3
( 3-1) f
làm việc

= = = 5 (KH
Z
)
3.4. Hệ số khuếch đại .
- Quyết định bởi chân số 2 và chân số 3 của IC TL494.
Hình 3.4
(3-2) K = = = 100
3.5.Tìm hệ số phân áp trong mạch .
Hình 3.5
- Ta tính được hệ số phân áp của mạch là:
K
pa
=

3.6.Chọn Rp để điện áp đầu ra là 5 vôn
- Điều kiện lý tưởng của khuếch đại thuật toán là:
+ Rvào = vô cùng
+ Ivào = 0
+ Un = Up
Hình 3.6
Điện thế tại chân 1 của TL494 phải bằng điện thế tại chân 2 vì đây là hai chân đầu
vào của khuếch đại thuật toán. Mà thế tại chân hai là :
= = 2,5(V)
• Ta lại có
Theo bài ra Ura = 5 V => Rp = 10.000(Ω)
CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
4.1.Sơ đồ đi dây.
Hình 4.1 :sơ đồ đi dây
4.2. kết quả thực nghiệm.
4.2.1.Sơ đồ mặt phải :

Hình 4.2.1
4.2.2.Sơ đồ mặt trái :
Hình 4.2.2
4.2.3. Bảng thống kê số liệu
-Thiết bị đo : Đồng hồ vạn năng
Hình 4.2.3
Bảng số liệu đo được :
STT Tải
(Ω)
Điện
áp vào
( V)
Điện áp
trên tải
(V )
Dòng qua
tải(A)

Hiện tượng chú ý

1

0

15 5.05

0

Không có

2

4

15

5.01 1.25

Không có

3

3.5

15

5.00

1.42

Tải ấm

4

3

15

4.41

1.47 Cuộn cảm kêu và nóng

5

2.5

15 3.02

1.208 Cuộn cảm kêu và nóng
Bảng 4.1
* Nhận xét :
- Tải càng lớn thì sụt áp trên tải càng lớn, dòng qua tải tăng không đáng kể,
nguyên nhân là do công suất của nguồn không đáp ứng đủ.
- Tải ấm và nóng lên là do hiệu ứng nhiệt Jun- Lenxo :Q = I
2
.R.t
Nguyên nhân:
• Dây đồng quấn không được đều và chắc chắn
• Hai lõi Ferit ghép chưa sát nhau làm cho từ trở của mạch từ tăng lên dẫn đến
dòng điện trong cuộn cảm tăng lên
• Lực điện từ do cuộn cảm sinh ra lớn.
• Các vòng đây quấn chưa chặt và còn ít nên dòng điện qua tải không ổn định
làm cho từ trường do cuộn dây sinh ra cũng không ổn địnhtừ thông khép
mạch trong lõi Ferit và qua không khí cũng không ổn định
• Lực điện từ sinh ra làm cho lõi Ferit dao động và va đập vào nhau phát
ra tiếng kêu .
4.3 . Phần mạch in
Sơ đồ thiết kế mạch in : ( hình 4.3 )
Hình 4.3
KẾT LUẬN

Với đề tài “Ứng dụng TL494 thiết kế mạch DC DC Buck converter” , qua bảy
tuần thực tập em đã tổng hợp được khá nhiều lượng kiến thức đã được học trên
giảng đường ,sách vở, em đã hiểu được rõ hơn về nhiều kiến thức thực tế quý báu .
Nó giúp em củng cố hơn về những kiến thức lý thuyết đã học và tích lũy thêm
những kinh nghiệm trong công việc sau này .