Đề tài Thiết kế mạch linh kiện điện tử công suât bằng Orcad và mô phỏng băng proteus

thiết kế mạch linh kiện điện tử công suât bằng Orcad và mô phỏng băng proteus Lời Nói Đầu Ngμy nay cïng víi viÖc ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c øng dông cña khoa häc kü thuËt trong c«ng nghiÖp, ®Æc biÖt lμ trong c«ng nghiÖp ®iÖn tö th× c¸c thiÕt bÞ linh kiÖn ®iÖn tö cã c«ng suÊt lín còng ®−îc chÕ t¹o ngμy cμng nhiÒu. Vμ ®Æc biÖt c¸c øng dông cña nã vμo c¸c ngμnh kinh tÕ quèc d©n vμ ®êi sèng hμng ngμy ®· vμ ®ang ®−îc ph¸t triÓn hÕt søc m¹nh mÏ. Tuy nhiªn ®Ó ®¸p øng ®−îc nhu cÇu ngμy cμng nhiÒu vμ phøc t¹p cña c«ng nghiÖp th× ngμnh ®iÖn tö c«ng suÊt lu«n ph¶i nghiªn cøu ®Ó t×m ra gi¶i ph¸p tèi −u nhÊt. §Æc biÖt víi chñ tr−¬ng c«ng nghiÖp ho¸ - hiÖn ®¹i ho¸ cña Nhμ n−íc, c¸c nhμ m¸y, xÝ nghiÖp cÇn ph¶i thay ®æi, n©ng cao ®Ó ®−a c«ng nghÖ tù ®éng ®iÒu khiÓn vμo trong s¶n xuÊt. Do ®ã ®ßi hái ph¶i cã thiÕt bÞ vμ ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn an toμn, chÝnh x¸c. §ã lμ nhiÖm vô cña ngμnh ®iÖn tö c«ng suÊt cÇn ph¶i gi¶i quyÕt. §Ó gi¶i quyÕt ®−îc vÊn ®Ò nμy th× Nhμ n−íc ta cÇn ph¶i cã ®éi ngò thiÕt kÕ ®«ng ®¶o vμ tμi n¨ng. Sinh viªn ngμnh T§H t−¬ng lai kh«ng xa sÏ ®øng trong ®é ngò nμy, do ®ã mμ cÇn ph¶i tù trang bÞ cho m×nh cã mét tr×nh ®é vμ tÇm hiÓu biÕt s©u réng. ChÝnh v× vËy m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt lμ mét yªu cÇu cÊp thiÕt cho mçi sinh viªn T§H. Nã lμ bμi kiÓm tra kh¶o s¸t kiÕn thøc tæng hîp cña mçi sinh viªn, vμ còng lμ ®iÒu kiÖn ®Ó cho sinh viªn ngμnh T§H tù t×m hiÓu vμ nghiªn cøu kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng suÊt. Qua ®©y cho em ®−îc göi lêi c¶m ¬n tíi thÇy NguyÔn Ánh D­¬ng ®· tËn t×nh chØ dÉn, gióp chóng em hoμn thμnh tèt ®Ò tµi tèt nghiÖp nμy. §Ò tµi nμy hoμn thμnh kh«ng nh÷ng gióp em cã ®−îc thªm nhiÒu kiÕn thøc h¬n vÒ m«n häc mμ cßn gióp em d−îc tiÐp xóc víi mét ph−¬ng ph¸p lμm viÖc míi chñ ®éng h¬n,linh ho¹t h¬n vμ ®Æc biÖt lμ sù quan träng cña ph−¬ng ph¸p lμm viÖc theo nhãm.Qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi lμ mét thêi gian thùc sù bæ Ých cho b¶n th©n em vÒ nhiÒu mÆt. Phó Thä, ngμy 25 th¸ng 03 n¨m 2009 Sinh viªn Nhãm 5 Mục Lục PHẦN 1 : SỬ DỤNG PHẦN MỀM ORCAD THIẾT KẾ MẠCH IN. CHƯƠNG 1 : Vẽ mạch nguyên lý bằng OrCad………………………………….…….. CHƯƠNG 2 : Thiết kế mạch in…………………………………………………….……. PHẦN 2: MÔ PHỎNG MẠCH BẰNG PROTEUS. PHẦN 3: THIẾT KẾ MODULE THỰC HÀNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT. Khối mạch Tranzitor công suất (BJT) …………………………………………….. Khối mạch MOSFET công suất………………………………………….…………. Khối mạch Dalington…………...…………………………………………………… Khối mạch Triac……………...……………………………………………………... Khối mạch Diac………………...……………………………………………………. Khối mạch IGBT…………………...……………………………………………….. Khối mạch Thyrirtor………………..………………………………………………. Khối phát xung UJT…………………………………..…………………………….. Khối mạch phát xung PWM………………………….……………………………. Khối mạch nguồn…………………………………………..……………………….. Khối mạch phát xung sử dụng CTA 785………………...………………………… PHẦN 4: TỔNG KẾT LINH KIỆN HOÀN THÀNH MODUL THỰC HÀNH PHẦN 1: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ORCAD THIẾT KẾ MẠCH IN Giới thiệu Cùng với sự phát triển nhanh chóng của máy tính, CAD( computer- Aideddegin) được xây dựng ngày càng hoàn thiện và ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Đối với chuyên ngành điện tử, nhiều phần mềm CAD cho phép thiết kế mạch,mô phỏng và vẽ mạch in một cách nhanh chóngvà hiệu quả như OrCAD/ Pspice, Multisim( Elẻctonics WorkBench), Mỉcisim, ExpeditionPCB,… ORCAD là một phần mềm thiết kế mạch điện tư đơn giản và phổ biến.Cũng có rất nhiều phần mềm thiết kế điện tử khác, tuy nhiên, chúng tôi chọn sử dụng phần mềm này, vì bộ công cụ này được đánh giá là khá mạnh. Nhược điểm lớn nhất là phần mềm Orcad không cung cấp miễn phí, nhược điểm thứ 2 là bộ phần mềm Orcad hộ trợ quá nhiều vì vậy nó khá nặng. Tuy vậy các thư viện linh kiện của Orcad có thể coi là mạnh nhất cho đến nay, và hầu hết các nhà sản xuất linh kiện điện tử đều cung cấp các Add-in thư viện linh kiện cho Orcad. Phần mềm Orcad cho phép chúng ta sử dụng để thiết kế nguyên lý mạch điện từ đó chuyển sang mạch in và được sử dụng trong mạch điện thực dụng. Các thao tác với phần mềm Orcad: Phần thứ nhất: Một số thao tác để vẽ một mạch nguyên lý với Orcad dùng Capture. Phần thứ hai: Các thao tác để chuyển từ mạch nguyên lý sang mạch in dùng Layout Plus. Phần thứ ba: Một số phương pháp điều chỉnh mạch in, và tạo các file cần thiết để gia công mạch in công nghiệp,và xuất ra file *.pdf của mạch in. Phần thứ tư: dùng file .pdf để thiết kế mạch in hoàn chỉnh. Chương 1 : Vẽ mạch nguyên lý với OrCad Trước tiên chúng ta khởi động OrCad với chương trình CAPTURE hoặc CAPTURE CIS đều như nhau.Như hình trên. Màn hình Capture sẽ hiện ra như trên. Việc các bạn cần làm tiếp theo là tạo ra một project để làm việc. Các bạn bấm vào biểu tượng tờ giấy trắng (Creat document) để tạo ra một dự án làm việc với Capture. Chúng ta sẽ thấy xuất hiện một cửa sổ,cho phép chọn vị trí đặt thư mục làm việc (Location), v à cho phép đặt tên (Name). Ta bấm vào nút Browse để chọn vị trí đặt bài của chúng ta. Cửa sổ tiếp theo xuất hiện cho phép ta chọn thư mục làm việc.N ếu ta muốn tạo ra một thư mục con đẻ chứa bài tập ta bấm vào nút Create Dir… để tạo ra thư mục con. Ta đánh tên thư mục con muốn tạo và ấn nút OK. Màn hình Capture sẽ hiện ra như trên.Việc ta cần làm tiếp theo là tạo một project để làm việc.Ta bấm vào biểu tượng tờ giấy trắng (Creat document) đ ể tạo ra phần làm việc với Capture. Ta sẽ thấy xuất hiện một cửa sổ cho phép chọn vị trí đặt thư mục làm việc (Location),và cho phép đặt tên bài. Ta bấm vào nút Brown để chọn vị trí đặt bài tập. Cửa sổ tiếp theo hiện ra cho phép chọn thư mục làm việc.Nếu ta muốn tạo ra một thư mục con để chứa bài tập ta ấn vào nút Create Dir… để tạo ra thư mục con. Ta đánh tên thư mục con muốn tạo và ấn nút OK. Ta xem lại một lần nữa cửa sổ làm việc, và các con số chính là thứ tự công việc cần làm. Sau khi tạo thư mục con và tạo thư mục con ta có thể đặt tên cho bài tập.Tốt nhất mỗi bài t ập nên đặt vào một thư mục riêng. Sau khi đặt tên ta sẽ thấy một cửa sổ có các ô chấm xuất hiện.Bây giờ ta cần ước lượng xem mạch nguyên lý mình làm có lớn không?Ta nên chọn khổ giấy để vẽ mạch trước tiên.Tất nhiên khi vẽ mạch nếu khổ giấy vẽ không đủ ta có thể thay đổi sau.Nhưng chúng ta nên chọn một thói quen chọn khổ giấy trước và cố gắng sắp xếp sao cho mạch vừa với khổ giấy. Ta chọn Option => Schematic Page Properties. M ột khung cửa sổ mới sẽ hiện ra cho phép ta chọn khổ giấy. Ta có thể chọn kích thước theo Inches hoặc Millimeters.Ta có thể chọn khổ giấy mặc định theo kích thước A,B,C,D,E, hoặc có thể chọn Custom để cài đặt khổ giấy tuỳ thích. Sau khi đặt khổ giấy xong ta cần đặt các linh kiện lên khung giấy đó.Nhấn Shift + P để mở khung màn hình Place Part như hình trên. Khi lần đầu chạy OrCad,c ác thư viện linh kiện chưa được Add vào.Ta chọn Add Library để đưa các thư viện vào. Màn hình cho phép Add các thư viện sẽ hiện ra, ta chọn tất cả các file.olb và nhấn Open. Bên tay trái phía trên có một nút được đánh dấu tròn, thay vì nhấn Shift +P ta có thể nhấn vào nút đó, nó cũng mở lên cửa sổ Place Part. Cửa sổ Place Part hiện ra,ta để ý đến ô Libraries nằm bên tay trái phía duới,chỉ chuột vào 1 trong các thư viện vừa add vào ta sẽ thấy danh sách các linh kiện ở ô cửa sổ trên thay đổi.Ta có th ể chọn linh kiện phù h ợp để thiết kế mạch. Nhấn OK để lấy linh kiện ra.Linh kiện dù được lấy ra nhưng vẫn tiếp tục dính vào chuột,nếu ta nhấn chuột trái một lần nữa thì một linh kiện giống linh kiện trước sẽ đặt vào giấy, vì vậy ta phải nhấn ESC để kết thúc việc lấy linh kiện. Ta đặt đầy đủ các linh kiện cần dùng vào giấy trước,sau đó sắp xếp và nối mạch lại với nhau. Để nối các đ ường mạch ta bấm vào nút có hình dây dẫn như ch ữ Z ngược ở góc phải phía trên,Ta bấm chuột trái vào chân linh kiện này và nối với chân linh kiện khác. Để trông dễ coi hơn ta cần phải xoay các linh kiện hoặc di chuyển đến vị trí thích hợp.Sau khi sửa ta nhấn ESC để trở lại trạng thái làm việc hoặc nhấn vào hình mũi tên ở phía trên cùng góc trái. Muốn di chuyển linh kiện ta nhấn chuột vào linh kiện và kéo nó đi. Muốn xoay, lật linh kiện ta nhấn chuột v ào linh kiện và nhấn nút V,R hoặc H.Mỗi nút ứng với một trạng thái xay lật khác nhau.Như hình dưới. Từ một hình linh kiện gốc ta có thể xoay Rotate,lật theo trục dọc Vertical, lật theo trục ngang Horizontal. Như vậy ta có thể chọn linh kiện, đặt linh kiện theo y muốn và nối mạch giữa các linh kiện để có được mạch nguyên lý hoàn thiện. Bước cuối cùng đó là chân linh kiện nào ta không nối dây mạch thì ta phải đánh dấu X vào chân linh kiện đó. đối với các chân linh kiện nào nối đất hoặc nối nguồn thì ta phải gắn nguồn và đất cho chúng. Chương 2: Thiết kế mạch in 1.Các thành phần chính trên giao diện của chương trình Layuot Thanh công cụ. Mở, lưu trang vẽ. Library Maneger : Quản lý thư viện các kiểu chân hàn. Delete : Xoá thành phần đã chọn. Find : Tìm kiếm thành phần trên bản vẽ. Edit : Hiển thị và sửa đổi thuộc tính của các thành phần đã chọn. Speadsheet : Quản lý các thành phần trên trang vẽ. Công cụ Zoom. Query : Hiển thị các điểm nghi vấn trên trang vẽ. Component : công cụ để chọn và xử lý các thành phần. Pin : Công cụ để chọn và xử lý chân hàn. Obstacle : Công cụ để chọn và xử lý các đường ngăn cách. Text : công cụ xử lý văn bản. Connection : Công cụ xử lý các đường kết nối mạch. Error : Dò tìm các lỗi trên trang vẽ. Color : Định màu sắc. Online DRC : Tắt mở chức năng kiểm các quy tắc định trước. Reconnect : Tắt mở việc hiển thị các đường mạch in đã vẽ. Auto path round : công cụ vẽ đường mạch in tự động cho từng kết nối. Shove track : Công cụ để xê dịch các đường mạch in. Edit segment : Dịch chuyển đoạn nối mạch in. Add/Edit route : Vẽ mới hoặc sửa đổi các đường mạch in. Refreesh all : làm tươi trang vẽ. Design rule Check : Kiểm tra các quy tắc đã định trước. Thanh trạng thái. Hiển thị toạ độ hiện tại của con trỏ. Hiển thị và cho phép chọn lớp mạch in. 2.Thực hành vẽ một mạch in Sử dụng chương trình OrCad Capture tạo một Project có tên LAYOUT trong thư mục Layuot. Vẽ một mạch nguyên lý như sau: Ứng với mỗi linh kiện cần có một chân hàn nhất định. Để xác định kiểu chân hàn cho linh kiện : nhấn đúp vào linh kiện, nhập kiểu chân của linh kiện vào mục PCB Footprint, nhấn vào nút để trở về trang vẽ mạch nguyên lý. Nhấn vào nút để đóng trang vẽ: Chọn PAGE 1 nhấn vào nút Create Netlist: Mở chương trình Orcad Layout. Tạo một trang vẽ board mạch in mới :File->New Chọn file _Default.tch, nhấn Open Chọn thư mục Layuot đã lưu Project, chọn tập tin netlist LAYUOT.MNL: Xác định thư mục lưu bản vẽ board mạch in, xác định tên tập tin lưu board mạch in. Một trang để vẽ mạch in được mở ra với tất cả các chân hàn của các linh kiện đã được xác định trước và các đường nối theo sơ đồ nguyên lý: Nhấn nút để chọn và di chuyển linh kiện đến vị trí mong muốn.Việc xoay linh kiện có thể được thực hiện bằng cách chọn linh kiện và nhấn phím R.Nhấn để tắt chức năng kiểm tra các quy tắc trước. Nhấn nút để vẽ các đường mạch in nối mạch, chọn lớp thứ 2(BOT) để thực hiện vẽ đường mạch in. Chọn đường nối cần vẽ nhấn chuột và thực hiện từng đường nối giữa 2 điểm. Muốn xoá đường nối chọn đường nối nhấn phím Delete trên bàn phím. Muốn thay đổi độ rộng của đường nối chọn đường nối nhấn phím W chỉnh lại giá trị độ rộng của đường nối, nhấn OK. Thường xuyên nhấn nút để làm tươi trang vẽ. Để vẽ đường biên thể hiện phạm vi của board mạch nhấn nút chọn lớp Global Layout (lớp 0) vẽ một khung khép kín bằng cách nhấn chuột tại một góc của board mạch,di chuyển đến các góc kế tiếp nhấn chuột. Để kết thúc vẽ đường biên nhấn phím ESC. Nhấn nút để lưu bản vẽ. PHẦN 2 : MÔ PHỎNG MẠCH BẰNG PROTEUS 1.Khởi động chương trình. Sauk hi cài đặt Proteus,vào Start menu,khởi động isis của Proteus: 2.Giao diện chính. 3.Các toolbar chính: Thanh số 1: -Cụm 1: tạo nhanh một trang thiết kế, mở trang thiết kế đã tạo,lưu trang thiết kế -Cụm 2: In cả trang,chọn vùng ib tùy ý -Cụm 3: Chia lưới điểm trang thiết kế. -Cụm 4: Zoom linh kiện về giữa trang,phóng to,thu nhỏ, fix trang,zoom vùng tuỳ chọn. -Cụm 5: Cắt, coppy, paste trang. -Cụm 6: Copy, move, quay, xoá linh kiện trên trang. -Cụm 7: Chỉ vùng biểu tượng đầu,chọn linh kiện. Thanh số 2: 1.Cho phép chọn linh kiện sau khi nhấn nút P ở hộp thoại DEVICES. 2.Chấm điểm trên trang. 3.Tạo nhãn:nhấn trái chuột lên dây dẫn và đặt tên. 4.Text:nhấn trái chuột và vẽ. 5.Tạo Bus 6.I don’t use. 7.nhấn trái lên linh kiện để xem edit component. 8.Nguồn, đất, bus… 9.Chân linh kiện. 10.Simulation Graph. 11.Tape recorder. 12.Generator: DC, xung, sin,….. 13.Voltage Probe:giống vôn kế thường nhưng chỉ có một đầu dây,hiện số trực tiếp. 14.Current Probe: giống ampe kế nhưng chỉ có một đầu. 15.Dụng cụ ảo: oscilloscope.vôn kế AC,DC,ampe kế AC,DC…….. 16.vẽ đường 2D. 17.Vẽ hộp 2D. 18.Vẽ đường tròn 2D 19.Vẽ cung tròn 2D 20.Vẽ đa giác 2D 21.Text 2D:nhấn trái vào trang va type. Thanh số 3: Quay trái,phải, đối xứng chân ngang dọc linh kiện trên hộp hiển thị linh kiện. Thanh số 4. điều khiển Start, step by step, pause,stop quá trình mô phỏng. 4.Thiết kế mạch mô phỏng. Thiết kế mạch mô phỏng chương trình hiển thị số từ 0 đến 9 dùng LED 7 thanh. Mạch mô phỏng như sau: Đầu tiên ta lấy tất cả các linh kiện cần dùng ra hộp thoại DEVICES bằng cách nhấn vào chữ P ở hộp thoại DEVICES, ta sẽ có hộp thoại Pick Devices hiện ra như sau: Gõ tên linh kiện cần lấy vào ô Keywords. Hình linh kiện và sơ đồ chân mạch in sẽ hiện ra bên cạch khi ta nhấn vào chân linh kiện. Để chọn ta nhấn OK lúc này trên hộp thoại DEVICES sẽ xuất hiện tên linh kiện đã chọn. Để lấy linh kiện rat rang thiết kế ta nhấn vào tên linh kiện trong hộp thoại DEVICES, dùng thanh công cụ thay đổi cho phù hợp sau đó sang nhấn trái vào trang thiết kế để đặt linh kiện. Ta lần lượt đưa các linh kiện cần dùng ra trang thiết kế.Nguồn và đất lấy ra bằng cách nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ số 2.ta sắp xếp các linh kiện theo mạch nguyên lý. Để đi dây ta nhấn vào chân linh kiện thứ nhất, di chuyển chuột và nhấn vào chân linh kiện thứ 2. Để sửa một linh kiện ta nhấn đúp chuột lên linh kiện đó.Sau khi đi dây ta được mạch hoàn chỉnh như sau: Như vậy ta đã mô phỏng xong mạch hoàn chỉnh. Để chạy mạch ta nhấn vào nút Start trên thanh công cụ số 4. PHẦN 3 : THIẾT KẾ MODULE THỰC HÀNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.Mạch điều khiển nguồn cấp xung sử dụng TCA785 Sơ đồ nguyên lý khối mạch phát xung sử dụng TCA785 Giới thiệu sơ đồ : Mạch bao gồm: MBA(T1) 220AC/24AC; MBA xung T2. Một IC TCA785. Bảy điện trở : R1(4,7kΩ) ; R2 (10kΩ) ; R3 (220kΩ) ; R4 (4,7kΩ) ; R5(220Ω); R6(2.2kΩ); R7(22kΩ). Biến trở R9,R10. 5 Diode (D1-D5) và 1 diode zenner D8. Tụ điện C1(0,47uF); C2(1000uF); C3(2,2uF); C4; C5(4,7nF); C6(150pF). Nguyên lý: MBA T1 có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều 220v hoặc 110v xuống 24v. thông qua bộ chỉnh lưu cầu Diode điện áp Ac chuyển thành điện áp Dc cung cấp cho mạch điều khiển. sơ sử dụng các tụ lọc C2,C3,C4,C5,C6. và tụ kích C1. TCA 785 có nhiệm vụ điều biến xung ra làm xung có tính ổn định cao MBA xung T2 giúp biến đổi xung ra không giao động Sơ đồ mạch in khối mạch phát xung sử dụng TCA78 Mô phỏng khối khuyếch đại tạo xung sử dụng TCA 785 2.Khối mạch khuyếch đại công suất kết hợp Tranzitor và Mosfet Sơ đồ nguyên lý khối mạch khuyếch đại công suất sử dụng Mosfet và Tranzitor công suất Giới thiệu sơ đồ. Sơ đồ mạch gồm: 15 điện trở : R1,R2,R12(51kΩ); R3(13kΩ); R4,R5(47kΩ); R6(1kΩ); R7(2,7kΩ); R8,R9; R11(510Ω); R13(100Ω); R14(10Ω); R15(8Ω). Biến trở R10,R16. 8 Tụ điện : C1(220uF); C2(47uF); C3; C4(100uF); C5(47uF); C6,C7(2200uF); C8(0.68 uF). 4 Tranzitor : 2 phân cực thuận(2N3904), 2 phân cực ngược(2N3906). 1 Diode D1. 2Mosfet Q5,Q6 Sơ đồ mạch in khối mạch khuyếch đại công suất dùng Mosfet và Tranzitor công suất Mạch mô phỏng khối khuyếch đại công suất dùng MOFED và TRAZITOR 3.Khối mạch Dalington Sơ đồ nguyên lý khối mạch Dalington Mạch nguyên lý tầng khuyếch đại Dalington mắc Colector chung ghép một cặp Tranzitor T1 và T2 liên tiếp. Ưu điểm cơ bản của mạch là có trở kháng vào rất lớn, trở kháng ra nhỏ và hệ số khuyếch đại rất lớn . tổng = 1 x 2 = 200 x 200 = 40000 Sự có mặt của tụ điện C1 (gọi là tụ ghép mạch vào) nhằm chống sự ảnh hưởng của nội trở. Sự có mặt của C2 nhằm nối ngắn mạch điện trở R4 đảm bảo trở kháng cực E của Tr2 là thấp nhất . Áp dụng các kết quả đã có về phân cực một chiều ta nhận dược: UB1 = .Ucc = = 13,75 V UB2 = UB1 – 2UBE = 13,75V – 1,4 V = 12,35 V Dòng Emitor của T2: IE2 = = = 12,35 mA IE1 = = = 61,75A Sơ đồ mạch gồm: 5 điện trở : R1(1kΩ); R2(1MΩ); R3(2,2MΩ); R4,R5(1kΩ). Tụ C1. 2 Tranzitor 2N1069, 2N1070. Sơ đồ mạch in khối mạch Dalington Mô phỏng khối mạch DALINHTON 4.Khối mạch phát xung PWM sử dụng IGBT Sơ đồ nguyên lý khối mạch phát xung PWM sử dụng IGBT Sơ đồ mạch gồm: Một MBA 220/24VAC. Chỉnh lưu cầu Diode. Điện trở R1. Tụ C1. 3 IC. 6 IGBT Q1-Q6. 12 Diode D2-D13. Nguyên lý hoạt động Phương pháp thực hiện dựa vào kỹ thuật analog.giản đồ kích đóng công tắc bộ nghịch lưu trên cơ sở so sánh hai tín hiệu cơ bản: sóng mang Up tần số cao sóng điều khiển Ur dạng sin.ví dụ: công tắc lẻ được kích đóng khi sóng điều khiển lớn hơn sóng mang(Ur>Up).trong trường hợp ngược lại công tắc đóng chẵn được kích đóng. Sóng mang Up có thể ở dạng tam giác. tần số sóng mang càng cao,lượng sóng hài bậc cao bị khử càng nhiều.tuy nhiên , tần số đóng cắt cao làm cho tổn hao phát sinh do quá trình đóng ngắt các công tắc tăng theo .ngoài ra, các linh kiện đỏi hỏi có thời gian đóng Ton và ngắt Toff nhất định.các yếu tố này làm hạn chế việc chọn tần số sóng mang. Sóng điều khiển Ur mang thông tin về độ lớn trị hiệu dụng và tần số sóng hài cơ bản của điện áp ở ngõ ra. Trong trường hợp bộ nghịch lưu áp 3 pha, 3 sóng điều khiển của 3 pha phải được tạo lệch nhau về pha 1/3 chu kỳ của nó. Trong trường hợp bộ nghịch lưu áp 1 pha, tương ứng với 2 pha tải có điện trở và điện cảm ta cần tạo 2 sóng điều khiển lệch pha nhau 1/2chu kỳ(tức chúng ngược pha nhau). để đơn giản mạch kích hơn ta co thể sử dụng 1 sóng điều khiển duy nhất để kích đóng ví dụ: cặp công tắc(S1 S4) được kích đóng theo quan hệ giữa sóng điều khiển và sóng mang, còn cặp (S3 S2) được kích đóng ngược lại với chúng.Lúc đó,hình thành trạng thái kích đóng (S1 S2) hoặc (S3 S4). Sơ đồ mạch in khối mạch phát xung PWM sử dụng IGBT Mạch mô phỏng khối phát xung PWM sử dụng IGBT 5.Khối mạch Diode công suất Sơ đồ nguyên lý khối mạch Diode công suất Đây là mạch chỉnh lưu cầu 1 pha toàn sóng. Trong khoảng 00, D1 và D2 cùng dẫn,còn D3 và D4 bị khoá. Nửa chu kỳ sau <t<2, điện áp nguồn phân cực ngược lại nên D3 và D4 dẫn còn D1 và D2 bị khoá. Dạng sóng điện áp và dòng điện chỉnh lưu qua tải hoàn toàn giống sóng dòng điện và điện áp trong sơ đồ chỉnh lưu 1 pha máy biến áp thứ cấp điểm giữa. Điểm khác biệt cần lưu ý trong sơ đồ là vì có 2 Diode còng bị khoá nên điện áp ngược cực đại đặt trên mỗi diode giảm một nửa. Sơ đồ mạch in khối mạch Diode công suất Mô phỏng khối mạch Diode công suất 6.Khối phát xung UJT kết hợp sử dụng Thyristor Sơ đồ nguyên lý khối mạch phát xung UJT kết hợp Thyristor M¹ch ®iÖn lµ sù kÕt hîp sö dông UJT ®Ó t¹o xung nhän ®Çu khëi ®éng cho SCR, xung ®iÒu khiÓn nhËn ®­îc trªn ®iÖn trë R=56 «m cã gãc pha ®Çu thay ®æi ®­îc nhê ®iÖn trë biÕn ®æi Rt. M¹ch ho¹t ®éng nh­ sau: - ®iÖn ¸p chØnh l­u cã d¹ng sãng nöa h×nh sin ®­îc cÊp cho m¹ch, 1 phÇn ®Æt tíi t¶I lóc SCR dÉn ®iÖn, 1 phÇn qua m¹ch æn ®Þnh Rs D5 t¹o ®iÖn ¸p mét chiÒu cung cÊp cho m¹ch tù dao ®éng dïng UJT. TÇn sè dao ®éng suÊt hiÖn trªn Emit¬ cña UJT vµ trªn baz¬ 1 d¹ng xung nhän ®Çu cã thÓ thay ®æi nhê ®iªnk trë Rt (cã gi¸ trÞ cùc ®¹i lµ 500k.«m) vµ nhê ®ã thay ®æi ®­écgcs dÉn ®iÖn cña SCR b»ng c¸ch chän thêi ®iÓm xu©t hiÖn c¸c xung nhän ®iÒu khiÓn SCR. KÕt qu¶ lµ khi t¨ng gi¸ trÞ Rt, SCR ®­îc khëi ®éng më sím h¬n vµ dßng ®iÖn qua t¶I t¨ng lªn. chó ý UJT ®­îc cung cÊp sãng 1 chiÒu lÊy trªn D5 cã d¹ng b»ng ®Çu vµ tÇn sè ®ång bé víi sãng ra cña khèi m¹ch ph¸t xung ®iÒu khiÓn( chu k× lµ 8,33ms vµ t¹i lóc nµy sãng ra chØnh l­u b»ng 0, chu k× dao ®éng l¹i ®­îc khëi ®éng b»ng viÖc n¹p cho tô C1). T¶i cã thÓ sö dông ë ®©y lµ c¸c phÇn tö c«ng suÊt cã dßng t¶i ®iÒu tiÕt ®­îc theo gãc më dÉn ®iÖn cña SCR, ®©y lµ dßng mét chiªu ®Ëp m¹nh h­íng tõ trªn xuèng d­íi theo m¹ch do tÝnh chÊt dÉn ®iÖn cña SCR. Sơ đồ mạch in khối mạch phát xung UJT mở Thyristor Mạch mô phỏng khối phát xung UJT kết hợp dùng thyristor 7.Khối mạch Triac Nguyên lý khối mạch Triac Điện áp chỉnh lưu Ua được so sánh với điện áp U1 lấy trên biến trở VR1.tại thời điểm Ua=U1 thì đổi dấu điện áp ra của khuyếch đại thuật toán A1 kết quả là ta có chuỗi xung chữ nhật không đối xứng Ub. Ở đây có độ rộng xung âm của Ub,phần dương Ub tích phân qua A2 thành điện áp tựa. Kết quả tiếp theo ta có chuỗi xung Uc. Xung điều khiển được đưa vào kết hợp phần dương Uc được tích phân qua A3 tạo điện áp tựa điện áp này được khuyếch đại qua tầng khuyếch đại Dalington. Xung đưa ra được đưa đến máy biến áp xung để diều khiển Triac. Trong vùng làm mất xung điều khiển,do không có điện áp tựa.theo nguyên tắc này càng giảm nhỏ góc càng tốt, mà góc do U1 quyết định.Vì vậy có thể giảm U1 để có góc một vài độ, sai số một vài độ là hoàn toàn cho phép. Mạch điều khiển là bộ điều áp xoay chiều một pha với mạch điều khiển là Triac điều khiển sợi đốt. Sơ đồ mạch in khối mạch Triac Phần 4: TỔNG KẾT LINH KIỆN HOÀN THÀNH MODUL THỰC HÀNH 1.Khối mạch phát xung sử dụng TCA 785: BA xung 1 Chỉnh lưu cầu 1 1 MBA 220v ( 110v)/ 24Vac 1 M IC TCA 785 điện trở: R= 4.7 kΩ( 2 con) R= 220kΩ ( 2 con) R= 10kΩ ( 1 con) R= 2.2kΩ ( 2 con) R= 22kΩ (1 con) Biến trở R= 100kΩ ( 1 con) R= 10kΩ ( 1 con) Tụ điện: C= 1000µF ( 1 con) C= 0.47µF ( 1 con) C= 2.2µF ( 1 con) C= 0.1µF ( 1con) C= 47µF ( 1 con) C= 150pF( 1 con) Diode : 1N4005 ( 6 con) Zennor 15v ( 1 con) BBAY 61 ( 3 con) 2. khối mạch khuyếch đại công suất dùng MOFED: Tranzitor: 2N2905 ( 2 con); 2N3417 (2 con) Mosfed : 2SK413 (2 con) Động cơ Dc 12v ( 1 chiếc) Tụ điện: C= 47µF ( 1 con) C= 220pF ( 6 con) - Điện trở: R= 13Ω ( 1 con) R= 470Ω (13 con) Biến trở: 2 con 3. Khối mạch khuyếch đại Dalinhton - Điện trở: R= 1MΩ ( 1 con) R= 2.2MΩ ( 1 con) R=1kΩ ( 2 con) - Tranzitor: 2N1070 ( 2 con) 4. Khối mạch phát xung PWM Tụ điện: C= 220µF ( 1con) C= 1.5 µF ( 3 con) Diot: 2N5400 (6 con) IGBT: STGT40NC60DC (6 con) IC: 4227G ( 3 con) Động cơ: 12v 3 pha ( 1 chiếc) 5. Khối mạch phát xung UJT - Điện trở: R= 10kΩ ( 1 con) R= 100Ω ( 1 con) R= 56Ω ( 1 con) Biến trở: R= 500kΩ ( 1 con) Diot zenner: 1N4744A ( 1 con) UJT: 2N6027 ( 1con) Thyristor: EC 113M3 ( 1con) ; Động cơ 1 chiều 12v ( 1 chiếc) Lời Kết Trong thêi gian võa qua víi sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy gi¸o NguyÔn Ánh D­¬ng em ®· cè g¾ng hoµn thµnh ®Ò tµi m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt víi ®Ò tµi “thiÕt kÕ module thùc hµnh linh kiÖn ®iÖn tö c«ng suÊt” .MÆc dï lóc ®Çu cßn bì ngì ,nh­ng ®­îc sù chØ b¶o tËn t×nh cña thÇy gi¸o NguyÔn Ánh D­¬ng, em ®· hoµn thµnh ®Ò tµi,cã thªm ®­îc nhiÒu kinh nghiÖm quý b¸u trong thùc tÕ , kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng su©t vµ c¸c m«n häc kh¸c ®Ó sau nµy cã ®ñ tù tin lµm c¸c ®Ò tµi kh¸c ,gióp em: -HiÓu ®­îc cÊu t¹o , nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c linh kiÖn ®iÖn tö c«ng suÊt. -BiÕt c¸ch thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch. -BiÕt c¸ch thiÕt kÕ vµ ch¹y m¹ch in. -BiÕt sö dông phÇn mÒm thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö OrCad KÕt qu¶ m« pháng cho thÊy m¹ch ho¹t ®éng tèt ®¸p øng ®­îc nh÷ng yªu cÇu ®Æt ra. §iÒu ®ã chøng tá tÝnh ®óng ®¾n cña m¹ch ®· thiÕt kÕ. KÕt qu¶ nµy cã thÓ lµ c¬ së cho viÖc øng dông ®Ó thiÕt kÕ m¹ch trong thùc tÕ. Tuy nhiªn, do thêi gian cã h¹n vµ kiÕn thøc cña em cßn h¹n chÕ nªn ®Ò tµi nµy kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy gi¸o NguyÔn Ánh D­¬ng ®· tËn t×nh h­íng dÉn , gióp ®ì em trong suèt thêi gian lµm ®Ò tµi ®Ó em hoµn thµnh ®Ò tµi nµy. Phó Thä Ngµy 25 th¸ng 04 n¨m 2009 Sinh viªn thùc hiÖn Nhãm 5