Mạch tăng áp DCDC từ 5V lên 10V or 12V sử dụng pin năng lượng mặt trời.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (663.01 KB, 9 trang )
KHOA ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO NỘI DUNG
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
(PHẦN PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG)
ĐỀ TÀI: Mạch tăng áp DC-DC từ 5V lên 10V or 12V sử dụng pin năng
lượng mặt trời.
SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Văn Hiếu
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:T.S Trần Đình Thơng
MÃ SINH VIÊN: 2019605152
Hà Nội, 2021
A,Yêu cầu thiết kế
Yêu cầu đặt ra là thiết kế một mạch tang áp dc-dc thừ 5v lên 10V or 12V sử dụng pin
năng lượng mặt trời.
Input: Vin= 5VDC
Output: Vout= 10VDC
Phân tích thiết kế
Phương pháp 1:
Thiết kế mạch tăng áp DC-DC từ 5V lên 10V or 12V sử dụng transistor BJT.
Ưu điểm
Mạch đơn giản dễ làm, chi phí thấp.
Nhược điểm:
Mạch có cơng suất thấp, tốc độ đóng cắt chậm, tiêu thụ năng lượng cao.
Phương pháp 2:
Thiết kế mạch tăng áp DC-DC từ 5V lên 10V or 12V sử dụng Mosfet.
Ưu điểm
Công suất lớn, đa dụng, tiêu thụ năng lượng thấp.
Nhược điểm
Phức tạp hơn, chi phí cao hơn, tốc độ đóng cắt nhanh.
Phương pháp phù hợ nhất là phương pháp 2 bởi vì nó tối ưu hơn có cơng suất cao hơn,
thơng dụng hơn, đa dụng, có thế tăng điện áp ở nhiều mức điện áp.
B, Xây dựng sơ đồ khối
Sơ dồ khối tổng quát
Bộ chuyển đổi điện
áp DC-DC
Nguồn
Đầu ra (tải)
Chức năng
Khối Nguồn : cung cấp nguồn điện đầu vào
Khối Mạch chuyển đổi điện áp DC-DC: là một mạch tăng áp dung để tang nguồn điện
áp đầu vào.
Khối Đầu ra: nơi điện áp ra (lớn hơn điện áp đầu vào).
Sơ đồ khối chi tiết
1,Khối nguồn:
PIN
Mạch ổn áp ( sử
dụng 7805)
Giải thích :
Pin: là pin năng lượng mặt trời biến đổi ánh sang thành điện năng
Mạch ổn áp: là mạch sử dụng ic7805 để ổn định điện áp đầu vào.
2,Khối mạch chuyển đổi DC-DC:
Mạch tăng áp sử dụng
mosfet(IRF520N)
Bộ tạo xung
Giải thích :
Bộ tạo xung: là một bộ tạo xung sử dụng ic555 cấp cho mosfet trong mạch tăng áp
Mạch tăng áp: là mạch chuyển đổi nguồn điện áp thấp lên thành nguồn điện áp cao
hơn.
3, Khối nguồn ra
Đầu ra (tải)
Giải thích
Là một bóng đèn họa một thiết bị điện nào đó.
C, Thiết kế sơ đồ nguyên lý
1, Sơ đồ mạch nguyên lý mạch tăng áp.
Nguyên lý hoạt động
Hình dưới minh họa hoạt động của mạch trong khoảng thời gian sóng vuông tần số
cao ở mức cao được đưa vào cực cửa của MOSFET. Trong khoảng thời gian này
MOSFET dẫn điện, làm cho đầu bên phải của cuộn cảm L được nối với cực âm của
nguồn điện. Do đó, sẽ có một dịng điện chạy giữa cực dương và âm của nguồn điện
qua cuộn dây L và tăng dần từ giá trị ban đầu nào đó. Cuộn dây tích lũy năng lượng
dưới dạng từ trường. Hầu như khơng có dịng điện chạy trong phần cịn lại của mạch
vì sự kết hợp của D, C và tải biểu thị trở kháng cao hơn nhiều so với đường dẫn trực
tiếp qua MOSFET dẫn điện mạnh.
Hình dưới cho thấy đường đi của dòng điện trong khoảng thời gian sóng vng đưa
vào cực cửa của MOSFET ở mức thấp. Vì MOSFET bị tắt nhanh chóng nên dịng điện
giảm đột ngột làm cho cuộn dây L tạo ra một sức điện động ngược. Cực tính điện áp
trên cuộn dây L ngược chiều so với khoảng thời gian MOSFET dẫn, để dòng điện
chạy qua. Điều này dẫn đến hai điện áp, điện áp cung cấp VIN và điện áp VL trên cuộn
dây nối tiếp với nhau.
Điện áp cao hơn này (VIN + VL) phân cực thuận cho diode D. Dòng điện tạo ra chạy
qua D và nạp điện cho tụ điện C đến giá trị VIN + VL trừ đi một ít điện áp trên D, đồng
thời cung cấp cho tải.
Hình trên cho thấy hoạt động của mạch khi MOSFET dẫn điện trở lại sau giai đoạn
khởi động ban đầu. Mỗi khi MOSFET dẫn, điện thế tại cực cathode của diode D
dương hơn điện thế tại cực anode, do điện áp trên C. Do đó, diode D tắt nên ngõ ra của
mạch bị cách ly với ngõ vào, tuy nhiên tải vẫn tiếp tục được cung cấp điện áp VIN +
VL từ điện áp trên tụ điện C. Mặc dù tụ điện C xả điện qua tải làm cho điện áp trên tụ
giảm trong thời gian này, tụ điện C được sạc điện trở lại mỗi khi MOSFET dẫn, do đó
duy trì điện áp ngõ ra trên tải gần như ổn định.
2,Thơng số chính của mạch
Nguồn đầu vào: Vin= 5V
Nguồn đầu ra: Vout= 10V
Hiệu suất: n = 85%, ∆𝑉 = ±0.5𝑉,f = 1126 (hz).
Với thông số trong yêu cầu ta đi tính tốn linh kiện:
𝑉𝑖𝑛.𝑛
D=1 −
𝑉𝑜𝑢𝑡
=1 −
5.0,85
10
= 0.575
Tính chọn L
Chọn dòng ra: ∆𝐼 = 𝐼𝑜𝑢𝑡=2.5=2.5
∆𝐼 =
𝑉𝑖𝑛. 𝐷
𝑓. 𝐿
𝑉𝑖𝑛.𝐷
=>L=
𝑓.∆𝐼
=
5.0,575
1126.2,5
= 1000𝑢𝑓
Chọn tụ C
∆𝑉 =2%.Vout=0,02.10=0.2
Tụ đầu ra
C=
Iout.D
𝑓.∆𝑉
=560uf
Chọn tụ ra với thông số
Tính chọn mosfet
Điện áp ngược đặt lên van là 10V
Dịng 28A
Sử dụng mosfet IRF 540
Tính chọn dioe
Iout=0.75
Điện áp ngược đặt lên diode với hệ số dự chữ chọn là 1.3
Vdr=1.3 *10=13
Chọn loai diode 1n4007
2, Mạch tạo xung
C1
C2
Hình trên là mạch tạo xung vuông sử dụng ic 555
Kết quả: ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vng, có chu kỳ ổn định.
Tm
Ts
T
Trong sơ đồ mạch trên tần số đầu ra của 555 được tính theo cơng thức :
f=
1
(hz)
(ln2.C1.(R1+2R2))
1
T= (s)
𝑓
Với
R1=1kΩ
R2=100kΩ
C1=C2=10Uf
Nguồn
Sử dụng cục pin năng lượng mặt trời 5v
D.Mô phỏng mạch điện
1. Mô phỏng trên Proteus
Kết quả
2.Trên altium
