báo cáo tốt nghiệp bộ nghịch lưu một pha dùng IC CD4047

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

LỜI MỞ ĐẦU
Điện tử công suất là một môn học được xem là rất quan trọng của chuyên
ngành điện – điện tử. Ngày nay điện tử công suất đóng vai trò rất quan trọng
trong sản xuất và đời sống con người. Nó được ứng dụng rộng rãi trong hầu
hết các ngành công nghiệp hiện đại : truyền động điện, giao thông đường sắt,
nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng, các quá trình
điện phân trong công nghiệp hoá chất… thiết bị công nghiệp, dân dụng.
Để tìm hiểu về môn học này, sau đây nhóm 8 em xin được giới thiệu một đề
tài nhỏ rất hữu dụng trong cuộc sống “ Bộ Nghịch Lưu Một Pha Dùng IC
CD4047”
Đề tài được chia làm 4 phần chính :
1. Tìm hiểu về cơ sở lí thuyết.
2. Giới thiệu linh kiện trong mạch.
3. Sơ đồ và nguyên lý làm việc
4. Vẽ mạch và thi công mạch in, khảo sát thực tế.
Đề tài tuy đã hoàn thành nhưng cũng không tránh khỏi nhiều sai sót, mong
được sự đóng góp ý kiến của thầy
Chúng em xin chân thành cảm ơn !!!
TP. HCM Ngày 15 tháng 05 năm 2012
Nhóm Sinh Viên Thực Hiện:
Lê Công Tỷ
Nguyễn Văn Hội
Lầm Tài Cóng
Võ Minh Tâm

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

BỘ NGHỊCH LƯU INVERTER DÙNG IC CD4047
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Trong thực tế chúng ta có hai dạng điện năng: dòng điện một chiều và
dòng điện xoay chiều. Dòng điện xoay chiều có ứng dụng rất rộng trong sản
xuất, sinh hoạt, tuy nhiên dòng điện một chiều cũng có vai trò không kém
phần quan trọng. Nó cung cấp điện năng vận hành các van điện tử…các thiết
bị điện tử.Người ta thường tạo ra dòng một chiều từ xoay chiều…Nếu mất
điện thì sao nhỉ?, chắc chắn cuộc sống của chúng ta sẽ khó khăn rất nhiều.Câu
hỏi đặt ra là:”chúng ta sẽ làm gì khi không có điện xoay chiều, làm thế nào
chúng ta tạo ra nó?. Có rất nhiều cách tạo ra dòng xoay chiều : sử dụng máy
phát chạy bằng dầu hay sức gió, sử dụng tấm năng lượng mặt trời… Ngày
nay, trong công nghiệp, sinh hoạt người ta tạo ra dòng xoay chiều từ dòng một
chiều.

Nguyên lí nghịch lưu :

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

1.1 Khối Nguồn.
Nguồn một chiều DC, có thể lấy từ acquy hay các bộ chỉnh lưu. Thời
gian sử dụng phụ thuộc vào dung lượng lưu trữ của acquy, công suất P=U*I.
Ở đồ án này ta sử dụng nguồn DC từ bộ chỉnh lưu không điều khiển 1 pha, với
I=3A, U=12VDC. Vậy công suất của mạch là P=UI=36W.

1.2 Khối Dao Động
Nhiệm vụ của khối tạo sóng dao động đưa vào khối công suất với tần số điện
công nghiệp. Sóng ở đây thường là hai dạng chính: hình Sin hoặc xung vuông.
Thường thì khối công suất trở kháng đầu vào rất nhỏ nên trên thực tế chúng ta
cần một khối khuếch đại đệm làm nhiệm vụ ổn định khối phát xung dao động,
giảm trờ kháng đầu vào cho tầng công suất.

1.3 Khối Công Suất.
Từ dạng sóng nhận được từ khối phát, khối công suất sẽ khếch đại đưa đến
biến áp tạo điện áp xoay chiều. Thường thì khối này sử dụng các linh kiện
công suất như Thysistor, transistor chịu dòng lớn… Ở đây ta sử dụng
MOSFET IRF 540. Để khối công suất hoạt động tốt ta cần hệ thống tản nhiệt
làm mát.

1.4 Biến Áp
Sử dụng biến áp cách ly một pha 12V-220V/ 3A. Bộ phận này quyết định
tới việc tạo ra tín hiệu xoay chiều, quyết định công suất toàn mạch. Nó có tỷ
số vòng dây cuộn thứ cấp lớn hơn cuộn sơ cấp. Công suất của mạch được tính
Pmax =UI
Với I là dòng điện biến áp chịu được.
U là hiệu điện thế đặt vào cuộn sơ cấp.

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

II. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

2.1IC CD4047
CD4047 là IC tạo xung vuông họ CMOS, điện áp làm việc có thể lên đến
20VDC.
Đây là IC gồm 14 chân được đóng gói dạng dip 100T. Điện áp hoạt động
trong khoảng từ 0.5VDC – 20VDC.
Nhiệt độ làm việc từ -65oC đến +150oC và có thể chịu nhiệt độ +260oC trong
10s.
Chức năng các chân :
Chân 1 : đầu vào tụ C
Chân 2 : đầu vào điện trở R
Chân 3 : đầu vào R-C tạo dao động với tần số định sẵn
Chân 4 : trạng thái bền
Chân 5 : trạng thái không bền
Chân 6 : chân kích khởi âm
Chân 7 : nguồn âm
Chân 8 : chân kích khởi dương
Chân 9 : reset
Chân 10 : đầu ra xung vuông bán kỳ dương
Chân 11 : đầu ra xung vuông bán kỳ âm
Chân 12 : kích khởi lại
Chân 13 : đầu ra OSC

Chân 14 : nguồn dương
Tần số của xung vuông được tính theo công
thức: F =
Sơ đồ khối bên trong IC CD4047

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

-Hoạt động của IC như sau:
Hoạt động của chân astable được phép khi đạt đầu vào
chân 5 ở mức cao hoặc mức thấp của chân 4 hoặc của 2
chân.

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

Độ rộng của xung vuông của Q và ̅ là hàm của đầu vào phụ thuộc vào R C
Chân 5 astable cho phép mạch làm bộ tạo dao động đa hài qua cổng 5. Độ

rộng xung ở chân 13 bằng 1/2 đầu ra Q trong chế độ astable.
Trong chế độ ổn định đơn khi có sườn dương ở đầu vào +trigger(8) khi chân
trigger(6) ở mức thấp các xung đầu vào có thể thuộc bất kỳ thời điểm nào
tương ứng với xung đầu ra.
-Chân 12 cho phép kích mở trở lại khi nó là xung dương.
-Đặc điểm của vi mạch như sau:
-Công suất tiêu thụ thấp
-Hoạt động ở trạng thái đơn là chế độ không ổn định
- Các đầu ra ổn định ở mức các thể bù bổ xung chỉ yêu cầu một tín hiệu duy
nhất ngoài R hoặc C các đầu vào có điệm kiểm tra tĩnh ở điện áp 20V được
chuẩn hoá đặc tính , đặc tính ở đầu ra chuẩn và đối xứng.

2.2 MOSFET IRF 540

Là Mosfet kênh N có 3 chân được đóng gói dạng T0220
Peak Diode Recovery: Giới hạn tốc độ tăng điện áp trên diot mắc giữa cực
Drain và Souce, khi quá giá trị này van sẽ hỏng. Sở dĩ có thông số này là vì
trong van tồn tại các giá trị điện dung và điện cảm ký sinh. Khi có biến thiên
điện áp ,các yếu tố này sẽ tương tác, tạo ra một sức điện động đủ lớn để phá
hỏng các lớp tiếp giáp trong van.

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

Continuous Drain Current dòng điện một chiều liên tục lớn nhất chảy qua
mosfet, giới hạn bởi tổn hao dẫn , thường cho ở 25°C và 100°C.
Gate-to-Source Voltage: Điện áp điều khiển giữa cực Gate và Souce, thường
lớn nhất là 20V,thực tế hay đặt khoảng 10V,khi mosfet hoạt động xảy ra hiện
tượng điện áp điều khiển bị tăng cao do ảnh hưởng của điện dung ký sinh giữa
cực Drain và Gate,khi tính toán nếu thấy điện áp này tăng cao cần thêm một
diode zener mắc giữa cực Gate và Souce.
Operating Junction and Storage Temperature Range: giới hạn nhiệt độ của
lớp tiếp giáp,thường là -55 đến +175°C. Quá thang nhiệt độ này van sẽ hỏng.
Total Gate Charge: Điện tích tổng cộng của các tụ điện ký sinh trên cực Gate
tại một giá trị Uđk nhất định, thường cho ở 10V, đây chính là điện tích mà
mạch điều khiển(gate driver) phải nạp hoặc xả cho các tụ này trong quá trình
đóng hay mở van.Bởi vậy mà mạch điều khiển đôi khi còn được gọi là Gate
charge.
Rise Time và Fall Time: thời gian chuyển mạch của van tương ứng từ
trạng thái khoá sang trạng thái dẫn và ngược lại , được trình bày trong giản đồ
dưới đây.Đây là thông số quyết định đến tổn hao chuyển mạch , là thông số
quan trọng khi đánh giá chất lượng của van, khi tính toán mạch điều khiển thì
Rise Time và Fall Time của xung điều khiển phải bé hơn các thông số này của
van.

2.3 Máy Biến Áp.

-Biến áp cách ly 220VAC12VAC/3A
-Dùng biến đổi điện áp thành
điện áp
chuẩn 220V ra tải sử dụng.
-Với biến áp 3A này ta có ngỏ
ra với công suất sẽ là 36W.

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

2.4 Tụ Điện – Điện Trở
-Điện trở 820Ω ( để hạn dòng ra cho
LED.
- Điện trở 330Ω ( : hạn dòng vào các
chân 4 5 6 14 của IC CD4047
- 2 Điện trở 220Ω ( ) : hạn dòng
cho Mosfet IRF 540
-Điện trở 390KΩ ( ) và biến trở 100
KΩ (V ) : định tần số xung ra IC 4047
-Tụ 2200μ ( )/ 25V :lọc nhiễu nguồn 1 chiều vào nghịch lưu.
-Tụ 0.01μ cùng điện trở và biến trở xác định tần số cho IC CD4047.
- Với giá trị trong mạch ta có tần số xung ra của IC từ 46 HZ tới 58HZ

2.5 Các Thiết Bị Khác
Gồm đèn LED, công tắc on/off, dây dẫn, domino,diot,biến trở

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, PHÂN TÍCH MẠCH
3.1 Sơ Đồ Nguyên Lý

3.2 Phân Tích Mạch
IC CD4047 đóng vai trò chính trong mạch này. IC này được nuôi bằng
nguồn 12V cung cấp vào chân 14. Qua IC này tạo ra được 2 xung dương có
giá trị ngược nhau tại 2 chân đầu ra Q và Q đảo.Cặp RC có tác dụng tạo dao

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

động với tần số : F = ta có thể thay đổi tần số đầu ra của xung điều khiển
bằng cách điều chỉnh giá trị của biến trở
Sau đó 2 xung này được đưa vào mosfet IRF540. Để tránh dòng vào lớn từ
IC4047 ta thêm vào điện trở 220Ω ở mỗi cổng Q và ̅ . Xung này có tác dụng
kích mở IEF540

Từ hình minh hoạ ta thấy có 2 dòng điện ngược chiều nhau chạy qua cuộn
dây sơ cấp của biến. Như vậy ta đã tạo ra được dòng điện xoay chiều. Xung
đầu ra chân 10 và 11 của IC 4047 đảm bảo chỉ có 1 chân ở mức cao và lúc đó

chân kia ở mức thấp, vì vậy đảm bảo 2 mosfet IRF540 sẽ đóng mở luân phiên
theo tần số ra của IC 4047

MẠCH NGUỒN VÀ MẠCH HOÀN THIỆN

Dạng Sóng Thực Tế

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IIBỘ INVERTER DÙNG IC CD4047

KẾT LUẬN
Mạch inverter sử dụng IC CD4047 và Mosfet IRF540 như đã trình bày ở
trên là một dạng mạch đơn giản, dễ dàng thi công lắp đặt. Mạch có công suất
nhỏ khoảng 36W và dạng sóng ra chỉ là dạng xung vuông. Vì vậy không thích
hợp cho các tải động cơ.
Với mạch này, nhóm 8 dùng cho tải bóng đèn, với tần số ra được tinh chỉnh
nhờ biến trở VR1. Với mạch thực tế của nhóm, khi không tải, mạch cho ra
nguồn điện với điện áp gần 240VAC. Khi lắp đèn vào có thể thắp sáng.

GVHD:LƯU THIỆN QUANG

NHÓM 13

PAGE 11