ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC BOOST SINH VIÊN MSSV 1.PHẠM TRUNG HIẾU 14124011 4.HOÀNG TRÚC TÂN 14054911 LỚP : DHDKTD10C GVHD : THS.PHẠM QUỐC KHANH TP. HCM, NĂM 2018 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài (1): Đỗ Văn Linh MSSV : 14051761 (2): Hoàng Trúc Tân MSSV : 14054911 (3): Vũ Cảnh Châu MSSV : 14140721 (4): Phạm Trung Hiếu MSSV : 14124011 2. Tên đề tài THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC BOOST 3.
Nội dung Nghiên cứu bộ chuyển đổi DC/DC boost Thiết kế bộ chuyển đổi DC/DC boost Thi công mô hình 4. Kết quả Hoàn thành mô hình chuyển đổi DC/DC BOOST Tp.năm 2018 Giảng viên hƣớng dẫn Sinh viên i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN. ii MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP. i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN.
ii MỤC LỤC. iii DANH SÁCH CÁC BẢNG. vii DANH SÁCH CÁC HÌNH. viii CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU.
Lí do lựa chọn đề tài. Mục tiêu và nội dung của đề tài. Mục tiêu tổng quát. Mục tiêu cụ thể.
Phƣơng pháp thực hiện. Tiến trình thực hiện. Ý nghĩa thực tế của đề tài .3 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN. Giới thiệu về mạch BOOST.
Boost Converter là gì ?. Nguyên lí hoạt động. Các mạch BOOST trong thực tế trên thị trƣờng. Mạch Tăng Áp HT016.
Giới thiệu về MOSFET. Cấu tạo MOSFET. Nguyên lí hoạt động. Giới thiệu về DIODE.
Cấu tạo, ký hiệu. Nguyên lý hoạt động. Đặc tuyến Voltage – Ampere. Ứng dụng của diode.
Các loại diode thƣờng dùng. Kiểm tra Diode. Giớithiệuvềmạch drive cho MOSFET. Mạch drive cho MOSFET thông dụng.
Cách kiểm tra MOSFET. Cấu tạo của cuộn cảm. Các đại lƣợng đặc trƣng của cuộn cảm. Đặc tính cơ bản.
Đơn vị của tụ điện. Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện. Giá trị điện áp trên thân tụ. Phân loại tụ điện.
Phƣơng pháp kiểm tra tụ điện. Ứng dụng của tụ điện. Giới thiệu về Ardruino. Môi trƣờng lập trình bo mạch Arduino.
Các ứng dụng nổi bậc của Arduino .35 CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM. Sơ đồ khối mạch thí nghiệm. Chức năng từng khối. Lựa chọn linh kiện cho mô hình thí nghiệm.
Tính toán lựa chọn tụ. Tính toán lựa chọn tụ C. Mô phỏng chạy thử trên phần mềm Matlab. Mô phỏng mạch BOOST dùng Matlab.
Sơ đồ nguyên lí mạch BOOST trên phần mềm Altium. Sơ đồ PCB BOOST trên Altium. Bố trí các thành phần trong mô hình thí nghiệm. Kết quả thi công mô hình.
Kết quả thí nghiệm trong mô hình. Dạng sóng điện áp qua các linh kiện. Kiểm tra dòng.89 CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Kiến nghị về hƣớng phát triển .93 TÀI LIỆU THAM KHẢO .94 vi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.
1 Tiến trình thực hiện. Mô tả các chân IR2153. Thông số IR2153(D)(S). Giới hạn công suất tuyệt đối.
Thông số hoạt động IR2153(D)(S). Giá trị đề xuất điện trở và tụ điện. Chức năng các chân. Thông số IR2011.
Bảng chọn giá trị L (uH). Thông số cơ bản của Mạch Arduino Nano V3. Giới hạn trên và dƣới qua cuộn dây. Dòng trung bình qua MOSFET.
Dòng đỉnh xung. Giá trị I min và I max. 8 Dòng trung bình qua Diode. Giá trị định mức Diode.
Chức năng các chân IR2011. 11 Giá trị IR2011. Thông tin linh kiện. Thông tin linh kiện.
Thông tin linh kiện. Thông tin linh kiện .76 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2. Hai chế độ của bộ BOOST Converter. Boost converter hoạt động ở chế độ liên tục.
Boost converter hoạt động ở chế độ không liên tục. Mạch tăng áp HT 016. Cấu tạo MOSFET. Lớp tiếp giáp P - N Diode.
Một số kí hiệu của DIODE. Đặc tuyến Voltage - Ampere của Diode. 12 Cách kiểm tra Diode. 13 Kiểm tra Diode schottky.
Sơ đồ kết nối đặc trƣng IR2153(D)(S). Gíá trị điện trở RT với tần số (f). Sơ đồ kết nối đặc trƣng IR2011. nối tắt G vào D để thoát điện tích trên cực G.
Cuộn dây lõi không khí. Cuộn dây lõi Ferit. Kí hiệu cuộn dây trên sơ đồ. Thí nghiệm về cảm kháng của cuộn dây với dòng điện xoay chiều28 Hình 2.
Thí nghiệm về tính nạp xả của cuộn dây. Ký hiệu của tụ điện trong mạch điện. Các loại tụ không phân cực. Các loại tụ hóa phân cực.
Các loại tụ xoay. Giao diện IDE của Arduino. Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560. Robot di động tránh vật cản dùng Arduino.
Sơ đồ PCB BOOST trên Altium. Khối công suất. Khối điều khiển. Sơ đồ thiết kế Auto CAD.
Mô hình BOOST đã đƣợc thi công. Sơ đồ khối mạch BOOST. Khi khóa K đóng. Khi khóa K mở.
Cuộn dây L = 100 uH/10A. Tụ phân cực 1000 uF-100V. Ảnh lập trình trên giao diện chính. Dạng xung tại f = 10kHz , D = 20%.
Dạng xung tại f = 10 kHz , D = 20%. Dạng xung tại f = 10 kHz , D = 80%. Dạng xung tại f = 10 kHz , D = 80%. Dạng xung tại f =50 kHz , D = 50%.
Dạng xung tại f = 50 kHz , D = 80%. Mô hình chuyển đổi DC-DC BOOST. Dạng sóng qua qua các linh kiện trong mạch. Khi khóa K đóng.
Dòng áp qua MOSFET. 19 Mô hình chuyển đổi DC - DC BOOST. 20 Dạng sóng dòng của các linh kiện trong 1 chu kì. Khi khóa K mở.
Dạng sóng dòng điện qua cuộn dây. Dạng sóng dòng áp qua Diode. Diode Schottky MBR2100CT. Biểu đồ điện áp phân cực thuận nghịch Diode.
Giá trị trên cửa sổ window. Mạch Boost converter trên Matlab Simulink. Đáp ứng dòng áp qua tải. Đáp ứng dòng áp qua Diode.
Đáp ứng dòng áp qua mosfet. Đáp ứng dòng áp qua tải. Đáp ứng dòng áp qua Diode. Đáp ứng dòng áp qua mosfet.
Đáp ứng dòng qua cuộn dây. Đáp ứng dòng áp qua tải. Đáp ứng dòng áp qua Diode. Đáp ứng dòng áp qua Mosfet.
Đáp ứng dòng qua cuộn dây. Sơ đồ nguyên lí mạch BOOST. Phần công suất. Phần điều khiển.
Dạng sóng áp ngõ vào của nguồn. Dạng sóng ngõ ra của tín hiệu điều khiển (IR2011). Dạng sóng qua 2 đầu cuộn dây. Dạng sóng qua 2 đầu MOSFET.
Dạng sóng qua 2 đầu Diode. Dạng sóng ngõ ra của tải. Dạng sóng xung kích của IR2011. Dạng sóng điện áp của cuộn dây L.
Dạng sóng điện áp của IRF540. Dạng sóng điện áp của Diode. Dạng sóng ngõ ra tải. Dạng sóng xung kích của Drive.
Dạng sóng điện áp của cuôn dây L. Dạng sóng điện áp của MOSFET IRF540. Dạng sóng điện áp của Diode. Dạng sóng điện áp của tải.
Dạng sóng từ nguồn cấp tới cuộn cảm D = 0. Dạng sóng từ nguồn cấp tới cuộn cảm D = 0. Dạng sóng đầu điện trở sau cuộn dây D = 0. Dạng sóng đầu điện trở sau cuộn dây D = 0.
Dạng sóng từ cuộn dây qua MOSFET D = 0.2Error! Bookmark not defined. Dạng sóng từ cuộn dây qua MOSFET D = 0.8Error! Bookmark not defined. Dạng sóng từ Mosfet qua diode D = 0.2Error! Bookmark not defined. Dạng sóng từ Mosfet qua diode D = 0.8Error! Bookmark not defined.
Dạng sóng qua chân S của Mosfet đo từ chân D = 0. Error! Bookmark not defined. Dạng sóng qua chân S của Mosfet đo từ chân D = 0. Error! Bookmark not defined.
xi Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Ths.Phạm Quốc Khanh CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU 1. Lí do lựa chọn đề tài Các bộ nguồn là thành phần không thể thiếu trong tất cả các hệ thống máy móc công nghệ, là trái tim của hệ thống điều khiển các hệ thống truyền động trong các nhà máy, xí nghiệp. Nguồn điện này là nguồn một chiều (DC) và có nhiệm vụ cung cấp năng lƣợng cho toàn bộ phần điều khiển, board mạch chủ và các thiết bị ngoại vi trong hệ thống điều khiển. Hiện nay, với công nghệ ngày càng hiện đại thì các thiết bị ngày càng nhỏ gọn hơn, mạnh mẽ hơn, hiệu suất cao hơn nhƣng cũng rất dễ bị tổn thƣơng trƣớc tác động của sốc điện.
Do đó, các bộ nguồn ngày càng phải có chất lƣợng cao hơn với khả năng đáp ứng nhanh với sự thay đổi điều kiện làm việc của hệ thống điều khiển. Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo vật liệu bán dẫn, các khóa chuyển mạch bán dẫn cũng nhƣ các mạch điều khiển chúng ngày luôn đƣợc nâng cấp và cập nhật các tính năng mới trong nỗ lực nâng cao hiệu suất và chất lƣợng của các bộ nguồn. Vấn đề thiết kế các bộ nguồn mới với chất lƣợng cao là một yêu cầu cấp thiết và là việc làm liên tục để nhanh chóng nắm bắt và áp dụng các công nghệ mới vào thực tế sản xuất, tiến tới nâng cao chất lƣợng và hiệu quả công việc. Ngoài ra, trong lĩnh vực giáo dục, việc cập nhật các thiết bị, công nghệ mới vào giảng dạy lý thuyết v thực hành sẽ giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu và tích cực hơn trong học tập và nghiên cứu khoa học.
Do đó, việc thiết kế và thi công một mô hình thực hành DC/DC boost có tính cấp thiết nhằm nâng cao chất lƣợng dạy và học đặc biệt là trong môn điện tử công suất. Mô hình sẽ làm cho bài giảng và bài thực hành thêm gần hơn với thực tiễn sản xuất ngoài xã hội. Do hạn chế về trình độ ngoại ngữ, tài liệu tham khảo và với thời gian chƣa nhiều nên đồ án còn có nhiều khiếm khuyết, sai sót. Chúng em mong nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp cũng nhƣ những lời khuyên hữu ích từ các thầy cô cùng các bạn để có thể thấy rõ những điều cần sửa và phải bổ xung, giúp cho việc xây dựng đề tài đạt kết quả tốt hơn.
1 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Ths.Phạm Quốc Khanh 1. Mục tiêu và nội dung của đề tài 1. Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu chuyên sâu hơn về nguyên lý, cấu tạo và vận hành của một mạch chuyển đổi DC/DC boost.