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 . . 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. 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. -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