Phương pháp nghiên cứu tính toán và thiết kế bộ nguồn áp xung p6 docx

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 51
-Table:Maximum Available Output Power in Half- or Full-Bridge Converter Topology (continued)
Output power in watts at ( A
e
, A
b
:cm
2
; f: Khz)
Core A
e
A
b
A
e
.A
b
20Khz 24Khz 48Khz 72Khz 96Khz 150Khz 200Khz 250Khz 300Khz
Pot Cores, Ferroxcube-Philips
1408 0.251 0.097 0.024 2.2 2.6 5.2 7.8 10.4 16.3 21.8 27.2 32.7
1811 0.433 0.187 0.081 7.3 8.7 17.4 26.2 34.8 54.4 72.6 90.7 108.8
2213 0.635 0.297 0.189 16.9 20.4 40.5 60.9 81.1 126.7 169.0 211.2 253.5
2616 0.948 0.407 0.386 34.6 41.7 83.0 124.6 165.9 259.3 345.7 432.1 518.6
3019 1.380 0.587 0.810 72.6 87.5 174.2 261.6 348.3 544.4 725.8 907.2 1088.7
3622 2.020 0.774 1.563 140.1 158.9 336.1 505.0 672.3 1050.7 1400.9 1751.1 2101.3
4229 2.660 1.400 3.724 333.7 402.2 800.7 1202.9 1601.3 2502.5 3336.7 4170.9 5005.1

RM Cores, Ferroxcube-Philips
RM5 0.250 0.095 0.024 2.1 2.6 5.1 7.7 10.2 16.0 21.3 26.6 31.9
RM6 0.370 0.155 0.057 5.1 6.2 12.3 18.5 24.7 38.5 51.4 64.2 77.1

RM8 0.630 0.310 0.195 17.5 21.1 42.0 63.1 84.0 131.2 175.0 218.7 262.5
RM10 0.970 0.426 0.413 37.0 44.6 88.8 133.5 177.7 277.7 370.2 462.8 555.4
RM12 1.460 0.774 1.130 101.3 122.0 243.0 365.0 485.9 759.4 1012.5 1265.6 1518.8
RM14 1.980 1.100 2.187 195.1 235.2 468.3 703.5 936.5 1463.6 1951.5 2439.4 2927.2

PQ Cores,Magnetics, Inc.
42016 0.620 0.256 0.159 14.2 17.1 34.1 51.3 68.2 106.7 142.2 177.8 213.3
42020 0.620 0.384 0.238 21.3 35.7 51.2 76.9 102.4 160.0 213.3 266.6 320.0
42620 1.190 0.322 0.383 34.3 41.4 82.4 123.8 164.8 257.5 343.3 429.2 515.0
42625 1.180 0.502 0.592 53.1 64.0 127.4 191.3 254.7 398.1 530.8 663.4 796.1
43220 1.700 0.470 0.799 71.6 86.3 171.8 258.1 343.6 536.9 715.9 894.9 1073.9
43230 1.610 0.994 1.600 143.4 172.8 344.1 516.9 688.1 1075.4 1433.9 1792.4 2150.9
43535 1.960 1.590 3.116 279.2 336.6 670.0 1006.6 1340.1 2094.2 2792.3 3490.4 1488.4
44040 2.010 2.490 5.005 448.4 540.5 1076.1 1616.6 2152.1 3363.3 4484.4 5605.5 6726.6

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 53
Nên P
o
= 0.0913
6+
cmap
bimindc
10.
D.N
A
.
V
(3-15)
Từ đònh luật Faraday: V

p min
=
8
ep
mindc
10.
T
Δ
BΔ
A.N=
2
V


Với B = 2B
max
, T = 0.4T
Nên V
dc min
= 10N
p
.f.A
e
.B
max
.10
-8

Thay V
dc min

vào (3-15) ta có:
P
o
=
cma
biemax
D
A
.
A
.
f
.
B
00913
.
0

P
o
=
cma
bemax
D
A
.
A
.
f
.

B
0014
.
0
(3-16)
IV. SỰ GIA TĂNG NHIỆT ĐỘ CỦA BIẾN ÁP
-Nhiệt độ của biến áp tăng cao hơn nhiệt độ của môi trường là do phụ
thuộc vào tổn hao lõi, tổn hao dòng và bề mặt tản nhiệt của biến áp. Không
khí thổi qua biến áp có thể làm giảm sự gia tăng nhiệt độ đáng kể.
-Để tính toán sự gia tăng nhiệt độ người ta dựa vào một số đường đặt tính
kinh nghiệm của điện trở nhiệt trên tiết diện bề mặt tản nhiệt.
-Điện trở nhiệt R
t

-Sự gia tăng nhiệt độ: dT
-Tổn hao công suất: P
dT = P.R
t

- Đường đặc tính điện trở nhiệt của bộ tản nhiệt đối với tổng diện tích bề
mặt được minh hoạ ở hình sau :








Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp

Trang 54










PHẦN B



PHẦN THIẾT KẾ

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 55
I.SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ NGUỒN:

CHỈNH LƯU
CẦU VÀ LỌC
DẠO ĐỘNG
SÓNG VUÔNG
BẢO VỆ
QUÁ ÁP
BẢO VỆ
QUÁ DÒNG
CHỈNH LƯU
VÀ LỌC
CHỈNH LƯU
VÀ LỌC
CHỈNH LƯU
VÀ LỌC
-15V/3A +15V/3A 5V/10A
BIẾN ÁP
XUNG
110-220VAC
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 56
-KHỐI CHỈNH LƯU CẦU VÀ LỌC: Dùng để biến đổi điện xoay
chiều thành điện năng một chiều và làm phẳng điện áp hay dòng điện một
chiều ở ngỏ ra chỉnh lưu.
-DAO ĐỘNG SÓNG VUÔNG : Dùng để biến đổi điện áp DC thành
điện áp AC tần số cao.
-BIẾN ÁP XUNG: Dùng để cảm ứng điện áp AC sơ cấp sang thứ cấp
theo tỉ số dòng dây giữa cuộn sơ cấp và các cuộn dây thứ cấp.
-CHỈNH LƯU VÀ LỌC: Chỉnh lưu điện áp xoay chiều tần số cao ra
điện áp một chiều và được lọc phẳng để tạo ra các mức điện áp ngõ ra.
-KHỐI BẢO VỆ QUÁ DÒNG: Dùng để tắt bộ dao động khi có hiện

tượng quá dòng.
-KHỐI BẢO VỆ QUÁ ÁP : Dùng để tắt dao động khi có hiện tượng
quá áp

II.TÍNH TOÁN , THIẾT KẾ BIẾN ÁP XUNG :
-Yêu cầu thiết kế :
-Công suất ra :
P
out
= 5.10 + ( 15.3 )2=140W
-Như vậy công suất ra của bộ nguồn là 140W .Tra bảng ta chọn tần số
dao động f=62KHz
-Từ những phân tích ở chương II , ta đã chọn Half-Bridge converter để
thiết kế nguồn ổn áp xung.
1.Công suất vào:
P
in
=P
out
/ e
ff
với e
ff
là hiệu suất
-Giả sử hiệu suất của bộ nguồn là 80%.
P
in
=140 / 0,8= 175 W
2.Điện thế nắn ngõ vào :
Khi nguồn xoay chiều ngõ vào là :

 110V:Thì mạch hoạt động như mạch nhân đôi điện áp
-Nửa chu kỳ đầu :Điện áp đỉnh do tụ C1 nạp
V
P
=1,41 .110 -1=154V ( 94/1 )
-Nửa chu kỳ sau :Tụ C2 cũng nạp với mức V
P

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 57
-Vậy ở cả một chu kỳ: V
dc
=V
c1
+V
c2
=154+154=308V ( 94/1 )
 220V:Điện áp DC chỉnh lưu đỉnh :Vdc=(1,41. 220)-2=308V
3.Tính toán số dòng dây sơ cấp :
Ta có

dB
.
Ae
10 . 1)(0.8T/2)- 2/Vdc(
=N
8
p
(2.7/1)
Với T=1/f. với f=62 KHz

Ae=1,11 cm
2
:tiết diện lõi
-Chọn dB=1600 Gausse
3
8
p
10.62.1600.11,1
10 . 1)(0.8T/2)- 2/308(
=N = 55,57 vòng
-Chọn N
P
= 56 vòng
4.Giá trò dòng điện:
-Dòng san bằng đỉnh:
Ipft(half-bridge) =
Vdc
Po
13
,
3
(3.1/1)
Ipft(half-bridge) =
43.1=
308
140
.
13
,
3

-Dòng điện gợn sóng sơ cấp:
I
rms(p)
= =
308
140
.
79
,
2

Irms(p) = 1.27A
5.Tiết diện dây sơ cấp:
Ta có :
A
tcm
=
Vdc
Po
.
1395
(3.3/1)

Với A
tcm
là tiết diện dây (circular mils)
(1 in
2
=  /4.10

-6
circular mils)
A
tcm
=
308
140
.
1395
= 634 (circular mils)

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 58
A
ti
= A
tcm
( /4) 10
-6
(258/1)

A
bi
=
6-
ptcm
10.255,0
N
.
A

(7.15/1)
Với A
ti
: tiết diện dây (in
2
)
A
bi
: tiết diện khung (in
2
)
Vậy:
A
bi
=
6
10.255,0
56
.
634
= 0,14 ( in
2
)

A
ti
=
Np
A
.

2
,
0
bi
(7.14/1)
A
t
= A
ti
. 6,45 .16 ( cm
2
)
( 1 inch = 2,54 cm )
A
t
= 0,0033 cm
2
= 0,33 mm
2

Mà A
t
=  d
2
/4
Vậy đường kính dây sơ cấp d = 0,65 mm
6.Số dòng dây thứ cấp:
V(5) = [
T
2.T

1]-
N
N
1)-
2
V
(
on
p
S5dc
(2.2/1)
với N
5S
: số dòng dây thứ cấp (5v)
T
on
= 0,8T / 2
V(5) = ((
56
N
1)-
2
308
5S
– 1) . 0,8 = 2,7 vòng
Chọn N
5S
= 3 vòng
V(15) = ((
2

V
dc
– 1)
p
S5
N
N
– 1) . 2Ton / T
Với N
15S
: số vòng dây thứ cấp ( 15v )
N
15S
= 7,3 vòng
Chọn N
15S
= 8 vòng
Ta có dòng điện gợn sóng thứ cấp :
I
s(rms)
= 0,632 . I
dc

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 59
I
dc
: dòng một chiều ngõ ra +5V/10A
I
s(rms)

= 0,632 . 10 = 6,32 A
7.Tiết diện dây thứ cấp:
Tiết diện dây thứ cấp : A
scm
=316.I+
5V/10A : với A
scm
(circular mils)
A
scm
= 316 . 10 = 3160
Tiết diện dây tính bằng in
2

A
si
= 3160 .  /4 . 10
-6
= 0,00248 in
2

Tiết diện dây tính bằng cm
2

A
sc
= A
si
. 6,45 . 10 = 0,0159 cm
2

Tiết diện dây tính bằng mm
2

A
sm
= 1,59 mm
2

Mà A
sm
=  d
2
/4 =>d = 1,4 mm
Vậy đường kính dây thứ cấp (5V/10A) : d = 1,4 mm
15V/3A :
Ta có I
s(rms)
= 0,632 . 3 = 1,896 A
A
scm
= 316 . 3 = 948
Tiết diện dây tính bằng in
2

A
sci
= 948 . ( /4) . 10
-6
= 0,000744 in

2

Tiết diện dây tính bằng cm
2

A
sc
= A
si
. 645.16 = 0,00479 cm
2

Tiết diện dây tính bằng mm
2

A
sm
= 0,479 mm
2

Đuòng kíng dây d = 0,78 mm
8.Tiết diện khung quấn dây :
A
bi
= 0,14 in
2
=> A
bi
= 0,14 . 6,4516 = 0,9 cm
2

III.THIẾT KẾ BỘ LỌC NGỎ RA ;
A-5V/10A :
-Cuộn lọc ngỏ ra(Lo)
Lo= 0,5.V0 .T / I0
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 60
Với V0 = Vdc . Ở ngỏ ra : Vo = 5V
T = 1/f ; f = 62 KHz
Ion = Idc = 10 A
0,5 . 5
=> Lo = = 4 H
10 . 62 . 103
-Tụ lọc ngỏ ra (Co)
Ta có : dI = 2 . I
dc
min
Với I
dc min
= 1/10 . I
dc

Biên độ dòng điện đỉnh đỉnh gợn sóng của cuộn dây : dI = 2 A
Điện áp gộn sóng đỉnh đỉnh Vr = Ro . dI
Ro : Điện trở tương đương
Ro thườngng rất nhỏ, chọn Ro = 0,05
Vr = 0,05 . 2 = 0,1 V
Co = 80 . 16-6 . dI / Vr = 1600 F
B- 15 V / 3A :
Cuộn lọc ngỏ ra : Lo

0,5 . Vo . T 0,5 . 15
Lo = = = 40 H
Io 3 . 62 . 103

Với I
on
= I
dc
= 3A
T = 1/f ; f = 62 KHz
Tụ lọc ngỏ ra Co :
Ta có dI = 2 . I
dc min

Với I
dc min
= I
dc
/10
dI = 0,6 A
Điện áp gợn sóng đỉnh : Vr = Ro . dI
Chọn Ro = 0,05  : Điện trở tuong đuong
Vr = 0,05 . 0,6 = 0,03 V