Thiết kế mạch nghịch lưu

PHỤ LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 1.1. Các linh kiện bán dẫn công suất 3 1.1.1. Mosfet 3 1.1.2. Triac 7 1.1.3. Thyristor 9 1.2. Nghịch lưu 15 1. 2.1. Khái niệm và phân loại sơ đồ nghịch lưu. 15 1.2.2. Các sơ đồ nghịch lưu độc lập một pha 17 1.2.3. Phạm vi ứng dụng của mạch nghịch lưu 20 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU 22 2.1. Phân tích yêu cầu thiết kế mạch nghịch lưu 22 2.2. Phương pháp 23 2.2.1.Phương án 1, dùng Transistor công suất, các cổng logic và trigơ 23 2.2.2. Phương án 2, sử dụng IC SG3525 và MOSFET IRF3205 26 2.3. Mạch nghịch lưu sử dụng IC SG3525 và MOSFET IRF3205 26 2.3.1. Sơ đồ nguyên lí 26 2.3.2.Giới thiệu chi tiết các linh kiện 27 2.3.3. Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống: 31 2.3.4. Mạch điều khiển và mạch lực 32 2.3.5. Phương pháp điều chế PWM1 33 2.4. Tính toán và chế tạo mạch nghịch lưu. 36 2.4.1. Tính toán máy biến áp 36 2.4.2. Mạch lực 39 2.5. Kết quả mô phỏng 40 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay điện tử công suất đóng một vai trò hết sức quantrọng trong đời sống. Việc biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhờ các mạch công suất được ứng dụng rộng rãi. Đặc biệt nhờ có sự phát triển của van bán dẫn công suất mà lĩnh vực này ngày càng phát triển mạnh mẽ.Ta có thể phân loại thành một số dạng biến đổi sau: AC→DC (Chỉnh lưu) ; DC→AC (Nghịch lưu) AC→AC (Điều chỉnh điện áp xoay chiều); DC→DC (Điều chỉnh điện áp một chiều). Mỗi nhóm trên đều có những ứng dụng riêng của nó trong từng lĩnh vực cụ thể Quá trình thực hiện đồ án này dưới sự hướng dẫn của thầy Tạ Hùng Cường chúng em đi sâu tìm hiểu mảng biến đổi năng lượng một chiều ra năng lượng xoay chiều mà cụ thể là mạch kích điện áp 12V một chiều lên điện áp 220V xoay chiều công suất 300W. Mạch này được ứng dụng nhiều trong đời sống sinh hoạt. Mạch có nhiêm vụ cung cấp nguồn năng lượng cho tải khi xảy ra sự cố mất điện.Do thời gian thực hiện không nhiều nên còn nhiều hạn chế.Chúng em sẽ tiếp tục tìm hiểu và phát triển mở rộng hơn nữa các ứng dụng của mạch sau này. Trong thời gian thực hiện đồ án vừa qua em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy Tạ Hùng Cường. Thầy đã giúp chúng em có được thêm nhiều những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để phục vụ cho việc học tập cũng như cho công việc trong tương lai. Sau đây chúng em xin trình bày về những kiến thức chúng em đã tìm hiểu được trong thời gian vừa qua. Vì kiến thức còn hạn chế và thời gian tìm hiểu cũng chưa nhiều nên đồ án của em không thể tránh khỏi sai sót. Vậy em rất mong sự góp ý từ thầy để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn   CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Các linh kiện bán dẫn công suất 1.1.1.Mosfet ● Giới thiệu về Mosfet Hình 1.1: Transistor hiệu ứng trừơng Mosfet Mosfet, viết tắt của MetalOxide Semiconductor FieldEffect Transistor trong tiếng Anh, có nghĩa là transistor hiệu ứng trường Oxit Kim loại Bán dẫn, là một thuật ngữ chỉ các transistor hiệu ứng trường được sử dụng rất phổ biến trong cácmạch số và các mạch tương tự. Transistor MOSFET được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp Oxit Kim loại và bán dẫn (ví dụ Oxit Bạc và bán dẫn Silic) 1 MOSFET có hai loại: + NMOSFET: chỉ hoạt động khi nguồn điện Gate là zero, các electron bên trong vẫn tiến hành hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện Input. + PMOSFET: các electron sẽ bị cutoff cho đến khi gia tăng nguồn điện thế vào ngỏ Gate ● Cấu tạo và kí hiệu Hình 1.2:Cấu tạo và kí hiệu G: Gate gọi là cực cổng S: Source gọi là cực nguồn D: Drain gọi là cực máng 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 dioxitsilic (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. ● Nguyên lý hoạt động Xét loại kênh dẫn n. Để JFET làm việc ta phân cực cho nó bởi 2 nguồn điện áp: UDS > 0 và UGS < 0. Giữa cực D và cực S có một điện trường mạnh do nguồn điện cực máng UDS cung cấp, nguồn này có tác dụng đẩy các hạt điện tích đa số (điện tử) từ cực nguồn S tới cực máng D, hình thành nên dòng điện cực máng ID Điện áp điều khiển UGS < 0 luôn làm cho tiếp giáp pn bị phân cực ngược, do đó bề rộng vùng nghèo tăng dần khi UGS < 0 tăng dần. Khi đó tiết diện dẫn điện giảm dần, điện trở R kênh dẫn tăng lên làm dòng ID giảm xuống và ngược lại. Như vậy: điện áp điều khiển UGS có tác dụng điều khiển đối với dòng điện cực máng ID. Trường hợp: UDS > 0, UGS = 0 trong kênh dẫn xuất hiện dòng điện ID có giá trị phụ thuộc vào UDS. UDS > 0, UGS < 0 tăng dần, bề rộng vùng nghèo mở rộng về phía cực D vì với cách mắc như hình vẽ thì điện thế tại D lớn hơn điện thế tại S do đó mức độ phân cực ngược tăng dần từ S tới D  tiết diện kênh dẫn giảm dần làm cho dòng ID giảm dần. Thí nghiệm về nguyên lý hoạt động của Mosfet Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (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 mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho điện trở RDS giảm xuống. Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của Mosfet Thời gian trễ khi đóngmở 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. ● Xác định chân, kiểm traMosfet 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. Kiểm tra Mosfet Mosfet có thể được kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng . Do có cấu tạo hơi khác so với Transitor nên cách kiểm tra Mosfet cũng không giống với Transitor. Mosfet còn tốt. Là khi đo trở kháng giữa G với S và giữa G với D có điện trở bằng vô cùng ( kim không lên cả hai chiều đo) và khi G đã được thoát điện thì trở kháng giữa D và S phải là vô cùng. Bước 1 : Chuẩn bị để thang x1KW Bước 2 : Nạp cho G một điện tích ( để que đen vào G que đỏ vào S hoặc D ) Bước 3 : Sau khi nạp cho G một điện tích ta đo giữa D và S ( que đen vào D que đỏ vào S ) => kim sẽ lên. Bước 4 : Chập G vào D hoặc G vào S để thoát điện chân G. Bước 5 : Sau khi đã thoát điện chân G đo lại DS như bước 3 kim không lên. => Kết quả như vậy là Mosfet tốt. Mosfet chết hay chập Bước 1 : Để đồng hồ thang x 1KW. Đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên = 0 W là chập. Đo giữa D và S mà cả hai chiều đo kim lên = 0 W là chập D S. Đo kiểm tra Mosfet trong mạch Khi kiểm tra Mosfet trong mạch , ta chỉ cần để thang x1W và đo giữa D và S. Nếu 1 chiều kim lên đảo chiều đo kim không lên => là Mosfet bình thường, Nếu cả hai chiều kim lên = 0 W là Mosfet bị chập DS ● Ứng dung của Mosfet trong thực tế. Mosfet trong nguồn xung của Monitor Hình 1.3:Mosfet trong nguồn xung Trong bộ nguồn xung của Monitor hoặc máy vi tính, người ta thường dùng cặp linh kiện là IC tạo dao động và đèn Mosfet, dao động tạo ra từ IC có dạng xung vuông được đưa đến chân G của Mosfet, tại thời điểm xung có điện áp > 0V => đèn Mosfet dẫn, khi xung dao động = 0V Mosfet ngắt => như vậy dao động tạo ra sẽ điều khiển cho Mosfet liên tục đóng ngắt tạo thành dòng điện biến thiên liên tục chạy qua cuộn sơ cấp => sinh ra từ trường biến thiên cảm ứng lên các cuộn thứ cấp => cho ta điện áp ra.