Giáo trình hình thành hệ thống cấu tạo của phần tử chuẩn điều khiển bằng điện áp chuẩn Vref p6 pot

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
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

.
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

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a

n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P

D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c

k
.
c
o
m
.
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)

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w

w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
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

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w

e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
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
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
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
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w

e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 61
80 . 10-6 . di 80 . 10
-6
. 0,6
Co = = = 1600 F
Vr 0,03
Chọn C = 1600 F

IV.THIẾT KẾ MẠCH NẮN LỌC NGỎ VÀO :
1.CẦU DIODE :
Mạch nắn lọc ngõ vào đïc thiết kế theo mạch như hình vẽ
Điện áp nguồn lưới đặt trực tiếp vào cầu nắn nên 4 diode phải chòu
điện áp ngược cao.
Trò số đỉnh của điện áp là : V
p
= 220 . 1,414 = 311 V
Trò số đỉnh của điện áp nguọc đặt lên mỗi diode là :
V
in
= 311 . 1,57 = 448 V
Nếu dự trữ thêm 10% thì ta cần chọn các diode chòu đuọc áp ngïc cho
phép là 600 V.
Từ nhận xét trên ta thấy Diode 1N4007 là thích hợp, vì nó có điện áp
ngïc Vin = 1000V
Dòng điện bảo hòa nguọc Is = 5 A
Dòng điện thuận cực đại I
F

max
= 1 A
Diode 1N4007 là loại diode thông dụng, có nhiều trên thò trường, giá
kinh tế. Nên ta chọn cầu Diode là 1N4007.
2.Tụ lọc :
Vì đây là mạch ổn áp xung , nên điện áp ngõ ra được lọc ở ngõ ra, nên
vấn đề lọc ngõ vào có độ gợn sóng cao và có thể lên đến 25 – 40 %.
ta có : 1
 =
2 3 f R C

với  : độ gợn sóng ( % )
1
C = = 192,45  F
2 3fRC
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 62

với  = 30 % , f = 50 Hz , R = 100 K
Thực tế ta chọn C = 220 F
V.MẠCH ĐIỀU KHIỂN :
Mạch điều khiển độ rộng xung với tần số cố đònh đuọc xây dựng để
thực hiện việc điều khiển trong bộ nguồn switching. Nó đuọc thiết kế theo
từng khối rời hay đượcc tích hợp trong các IC .
Nếu thiết kế theo từng khối rời thì bộ nguồn sẽ phức tạp, độ chính xác
không cao ,diện tích chiếm chổ lớn . Vì vậy ta chọn IC để khắc phục các
nhược điểm trên.
Có nhiều loại IC điều khiển độ rộng xung như :SG 1524,UC 1846, TL
494, TL 495 Nhưng TL 494 có nhiều trên thò trường, giá thành rẻ, nên ta
chọn IC TL 494.
Mô tả IC TL 494 :
IC TL 494 bao gồm bộ dao động răng cưa tuyến tính với tần số được
xác đònh bởi 2 thành phần bên ngoài là R
T
và C
T

Tần số dao động : f = 1,1 / ( R
T
. C

T
)
Ngỏ ra của mạch điều chế độ rộng xung được thực hiện bởi sự so sánh
sóng răng cưa với 2 tín hiệu điều khiển đưa đến cổng NOR và sau đó suất ra 2
transistor Q1 và Q2 .Tín hiệu suất ra đến Q1,Q2 chỉ xảy ra khi tín hiệu răng
cưa lớn hơn so với 2 tín hiệu vào . Vì thế việc tăng biên độ tín hiệu điều khiển
sẽ làm giảm độ rộng xung ra ( xin tham khảo sơ đồ vẽ dạng sóng của IC
TL494 )
Tín hiệu điều khiển 1 bên ngoài đưa vào đuọc cung cấp cho mạch
dead-time .Tín hiệu điều khiển 2 được đưa vào mạch khuếch đại sai lệch hoặc
ngỏ vào feedback .
Mạch so sánh điều khiển độ rộng xung sẽ so sánh điện áp đưa từ bên
ngoài vào để cho ra 1 xung có độ rộng xung tùy thuộc vào điện thế ngỏ
vào.Thời gian hoạt động của xung tùy thuộc vào thời gian dead-time và độ
rộng xung của mạch so sánh PWM.
IC TL 494 có 1 điện thế ổn áp bên trong là 5V với dòng là 10 mA và
được đưa ra chân số 14 để làm điện áp chuẩn
Như đã nói ở trên tần số dao động được đònh bởi R
T
và C
T
,thực tế trên
mạch là C36 và R36 và fosc = 62 KHz
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 63
Ta có
fosc =
36
C

.
36
R
1
= 62 KHz
Chọn R36 = 18 K
Thay các giá trò vào ta đuọc C36 = 958 pF = 1000 pF
Dòng IC 494 là 10 mA và áp của nó cung cấp cho mạch là 5V
R42 = 5/10 = 0,5 K
Chọn R42 = 1K
Q3 ( C 945 ) và Q4 ( C 945 ) là 2 transistor ở tầng driver :
C 945 có đặc tính kỹ thuật sau :
B
VCBO
= 70 V
B
VCEO
= 70 V
B
VEBO
= 4 V
Tính R18 ,ta có :
R18
V
BQ4
= Vcc
R17 + R18
Khi Q4 dẩn ,ta có V
BQ4
= 0,6 V , Vcc = 5 V

Chọn R18 = 1 K
Thay các giá trò trên vào công thức ta đuọc
R17 = 4,2 K
Chọn R17 = 3,9 K
Bằng cách dùng 2 công thức trên áp dụng cho Q3 với 2 điện trở phân cực
là R21 và R19 ( chọn R21 = 3,9 K ) ta có : R19 = 1,2 K
Thực tế chọn R19 = 1,5 K
p dụng cho Q6 ta cũng đuọc kết quả
R39 = 39 K
R40 = 1 K
Thông số kỹ thuật của transistro A 733 ( Q5 )
B
VCBO
= 100
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 64
B
VCEO
= 80
B
VEBO
= 5
Ic max = 0,5 A
P = 0,5 W ,  =120
-Ở chế độ Q5 bắt đầu dẩn thì dòng Ic = 0,12 mA nên ta cũng có
I
BQ5
= Ic /  = 1 mA
Nên R41 = ( 5-V

BEQ1
) / I
BQ1

Với V
BEQ1
= 0,2 V =>I
BQ1
= 1 mA
-Thay các giá trò vào ta được : R41 = 4,8 K
-Thực tế chọn R41 = 4,7 K
-Tính tụ liên lạc C5:
Ta có : I
pft
. 0,8 T/2 I
pft
. 0,8 .T/2
C5 = =
dV 10 % . V
CQ1
Với I
pft
= 1,42 A ( tính toán ở phần đầu )
V
CQ1
= 150 V
=> C5 = 0,6 F
Chọn C5 = 1 F
VI.TRANSISTOR NGẮT DẪN :
Vì đây là chế độ Half-Bridge converter nên điện áp nguọc C-E là :

V
BCE
= 220 . 1,414 . 1,21 = 376,5 V
Trong đó 1,21 là hệ số dự phòng ,nên ta chọn transistor có điện áp nguọc
nằm trong khoảng này .
Theo lý luận trên ta chọn transistor C 4242 vì các thông số của C 4242
đáp ứng được yêu cầu trên
Thông số kỹ thuật của C 4242 là :
V
CBO
= 700 V
V
EBO
= 9 V
V
CEO
= 4000 V
I = 2 A
.