Xemtailieu Tải về Báo cáo -ứng dụng tl494 thiết kế mạch dc dc buck converter dhbkhn
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................0 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ.............................................................1 IC TL494 VÀ MẠCH DC DC BUCK CONVERTER.....................................................................1 1.1. Tìm hiểu về IC TL494...............................................................................................1 1.2.Mạch DC DC Buck Converter......................................................................................5 CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN MẠCH LỰC....................................................................................8 2.1. Mosfet IRF3205......................................................................................................8 2.2. Cuộn cảm EE25....................................................................................................10 2.3.Tụ...................................................................................................................... 10 2.4. Điot................................................................................................................... 12 2.5. Điện trở..............................................................................................................13 CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN.......................................................................15 3.1. IC TL494............................................................................................................15 3.2. IR 2103..............................................................................................................16 3.3. Tần số làm việc của IC TL494..................................................................................18 3.4. Hệ số khuếch đại .................................................................................................19 3.5.Tìm hệ số phân áp trong mạch .................................................................................20 3.6.Chọn Rp để điện áp đầu ra là 5 vôn...........................................................................20 CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM................................................................................22 4.1.Sơ đồ đi dây.........................................................................................................22 4.2. kết quả thực nghiệm..............................................................................................23 4.3 . Phần mạch in......................................................................................................25 KẾT LUẬN...........................................................................................................26 Tài liệu tham khảo :....................................................................................................27 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 = • Với tụ có trị số 105 C = = 1000 pF = 1 nF. = 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) flàm việc= = = 5 (KHZ) 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 Tải về bản full