Mạch điều khiển Mosfet tốc độ cao: nguyên lý thiết kế và ứng dụng

[ToanThang88]

Hiện nay nguồn xung xê cần hen chỉ có giá dưới 70.000 nghìn. Chính xác nguồn PC chỉ có giá 15K đến 25K thôi mà chất lượng khỏi chê. Nhưng nếu chỉ phục vụ nghiên cứu, làm ăn cò con thì có nên làm kiểu này không? Giả sử công ti em đang muốn làm hàng vạn chiếc nguồn xung multi output mà trong đó có ngả 9V3A thì làm thế nào hả bác Toanthang88. Lại đi tìm hàng xê cần hen hả bác.

Em cũng nghĩ như bác dientu.net, Bác chưa làm được nguồn xung nên vòng vo tam quốc kiểu này. Cái cơ bản ấy còn đếch hiểu huống chi làm các cái khác. Hãy chứng tỏ bằng 1 bài quấn biến áp xung có logic đi bác. Em tin bác là người làm giỏi hơn nói đấy.
Cái bác muốn hỏi em post cái gì? em muốn bác post cái nguồn bác làm được. Như mạch của bác quế dương ấy. Bác ấy post hết cả lên cho anh em xem rồi đóa

Cậu thích nói về nguồn xung nào? hàng tỉ người đang dùng TL494 đấy.
Cái cậu nói cái mới là cái gì? Cậu có hiểu thế nào là bản chất 1 vấn đề không?

STOP!

Mặc kệ các bác có hiểu những gì em nói không. Nhưng thôi, ý bác "kiwi" là muốn post cái nguồn em đã làm để anh em có thêm tài liệu chứ gì? OK, không thành vấn đề.

Vậy làm từ A --> Z một nguồn xung có tần số và độ rộng xung thay đổi nhé, sử dụng IR2153, TL431, Cuộn cảm công suất 560uF, 0.5A.

Tất cả linh kiện trên chắc chắn có được, nhưng còn cuộn cảm, nếu mua ở nước ngoài gởi về giá hơi đắt. Vậy sẽ trình bày một phương pháp tính toán, chọn lõi, chọn dây, và cách đo thông số để đảm bảo độ an toàn luôn nhé.

Các bác toàn chơi luật rừng thôi. (phải chiều thôi không lại loạn cả diễn đàn).

[taolao]

Hehe các bác cãi hay lắm. Em có cái tật hơi bị kỳ, đi xem đá banh thì thích coi cầu thủ choảng nhau, xem các kỳ họp quốc hội trên TV thì thích xem các bác bộ trưởng cãi nhau, vào trong các diễn đàn này thì thích xem các bác cãi nhau. Hễ lúc nào em vào diễn đàn này là em tìm những luồng nào đang cãi nhau để xem trước thôi. Xem trên TV thấy các bác bộ trưởng ta cãi nhau hay lắm cơ; cãi ngô ra ngô, khoai ra khoai, mà lời lẽ lại rất lịch sự. Tất nhiên rồi, các bác ấy ai cũng có học thức đầy mình mà.

Xem các bác trong diễn đàn này cãi em cũng thích. Càng cãi các bác càng lộ rõ cái bản chất... giỏi của các bác hehehe... Chỉ tiếc là thỉnh thoảng lại thấy những chữ khó đọc, mà có đọc được thì cũng khó nghe, như chữ "đéo", chữ "đếch" chẳng hạn. Giá mà các bác thay những chữ này thành chữ "không" thì hay biết mấy. Diễn đàn này cũng có rất nhiều người tham gia, lớn nhỏ đủ cả. Chắc chắn rằng trong đây ai nấy cũng đều có học thức đầy mình. Em biết có người đi du học ở nước ngoài, có người có học vị đến tiến sỹ, có người làm giảng viên đại học ở ngước ngoài cơ đấy. Em mong rằng các bác có cãi nhau, cãi nhau có ra lửa đi chăng nữa thì cũng tránh dùm những lời lẽ thô tục để diễn đàn này được trong sạch.

Em cũng đề nghị các bác mod/admin thường xuyên nghé thăm và sửa lại dùm mấy chữ khó đọc (mà thỉnh thoảng mấy bác ở đây... nhỡ tay gõ vào) để những người khác xem không bị chướng mắt.

[kiwi]

STOP!
Vậy làm từ A --> Z một nguồn xung có tần số và độ rộng xung thay đổi nhé, sử dụng IR2153, TL431, Cuộn cảm công suất 560uF, 0.5A.

Hay quá, bác Toanthang88. Bác hướng dẫn đi. Em cũng muốn làm cái nguồn xung xủng xùng xung đây. Nghe lệnh bác, bác biểu gì em nghe đấy. Dùng biến áp mãi rồi, chán lắm. Vừa to, vừa nặng, vừa khó đút vào vỏ hộp.
Hoan Hô bác ToanThang88.

[dientu.net]

Vậy làm từ A --> Z một nguồn xung có tần số và độ rộng xung thay đổi nhé, sử dụng IR2153, TL431, Cuộn cảm công suất 560uF

He he Đây gọi là nhầm lẫn cơ bản không anh em ơi? Thầy tớ dậy Fara là đơn vị đo điện dung cơ mà. Mời các bạn góp ý nha

[CHIBANG]

He he Đây gọi là nhầm lẫn cơ bản không anh em ơi? Thầy tớ dậy Fara là đơn vị đo điện dung cơ mà. Mời các bạn góp ý nha

Bác này sao cứ bắt bẻ cỏn con vậy, chuyện đánh máy quen tay nhầm là chuyện ai cũng gặp cả. Cãi nhau thì đưa cái hay ra, chứ ai lại đi bắt bí cái tiểu tiết như vậy?
Lần sau chú ToanThang88 đánh máy cần thận, kẻo lại bị ông dientu.net này soi đó.. hê hê

[ToanThang88]

Sơ đồ mạch: http://dientuvietnam.net/forums/show...?t=1929&page=8

[ToanThang88]

Thông số kĩ thuật:

Input:

V_in(min) = 110 VAC => V_peak(min) = 155 VDC

V_in(max) = 220 VAC => V_peak(max) = 310 VDC

f_ac = 50 Hz

Ouput:

V_out = 15 VDC ; I_out(max) = 0.5 A ; I_out(min) = 0.2A

P_out(max) = 15 * 0.5 = 7.5 W

P_out(min) = 15* 0.2 = 3 W

P_in = P_out(max) / eff = 7.5 / 0.75 = 10 W

eff (efficiency - hiệu suất): chọn hiệu suất thấp nhất = 75%.

Chọn độ nhấp nhô điện áp cho phép khi đi qua tụ lọc = 20%

V_ripple = 20% V_peak(min)

V_low = V_peak(min) - V_ripple - V_diode = 155 - 31 - 1.5 = 122.5 V

Dòng trung bình input: I_in(avg) = P_in / V_low = 10 / 122.5 = 0.08 A

Thiết kế

Khối input

+ 1 cầu chì bảo vệ ngắn mạch (F1): chọn cầu chì có giá trị định mức 2A, 250VAC.

+ 1 diode chỉnh lưu cầu (D4): quan tâm điện áp định mức và dòng quá độ.

Điện áp định mức: Vrd > V_peak(max) = 310 VDC.

Dòng thuận: I_forward > 1.5 * I_in(avg) = 1.5 * 0.08 = 0.12 A

Dòng quá độ: I_trans > 5 * I_forward = 5 * 0.12 = 0.6 A

==> chọn diode cầu: 2A, 600V

+ 1 tụ lọc điện áp cao (C3):

C_bulk = P_in / [ f_ac * (V_peak(min) - V_low) * (V_peak(min) + V_low)]

C_bulk = 10 / [50 * (155 - 122.5) * (155 + 122.5)] = 22 uF

Điện áp định mức tụ: Vrc > V_peak(max) = 310 VDC

==> chọn tụ hóa: 33uF, 450V.

+ 1 tụ hấp thụ gai điện áp xoay chiều (RV1): chọn loại 275VAC

Khối tạo xung

+ Trung tâm của mạch là IR2153 của hãng International Rectifier: tự tạo xung dao động giống timer 555 có khả năng điều chỉnh xung, được tích hợp sẵn một mạch lái 1/2 cầu IGBT (max 600V), cho phép điều khiển cả tầng trên và tầng dưới theo cấu hình đối nghịch, có 'dead time' chống trùng dẫn.

Sơ đồ mạch được thiết kế dựa trên nguyên lí của bộ buck converter (biến đổi buck)

V_out = D * V_in ( D = duty cycle hoặc độ rộng xung )

=> D_max = V_out / V_peak(min) = 15 / 155 = 9.6%

=> D_min = V_out / V_peak(max) = 15 / 310 = 4.8%

Tần số dao động cơ bản của IR2153 phụ thuộc vào Ct và Rt.

f_osc = 1 / [1.4*(Rt + 150)*Ct]

Chọn f_osc = 50 KHz => Rt = 5.1K, Ct = 2.7n

Khối output

+ IC regulator TL431 được dùng để điều chỉnh điện áp ngõ ra, 2 điện trở R4 và R8 cấu thành nên bộ chia áp giảm điện áp V_out xuống, sau đó tín hiệu được đưa vào so sánh với điện áp chuẩn có sẵn bên trong TL431 (V_ref = 2.5V).

+ TL431 có tác dụng điều chỉnh độ rộng xung với thời gian t_off = const (t_off của xung luôn không thay đổi). Ví dụ: nếu có một sự gia tăng nhỏ tại điện áp ngõ ra sẽ làm TL431 bắt đầu dẫn => giảm thời gian t_on của xung, và ngược lại. Do vậy: D sẽ lớn khi điện áp V_in thấp, D sẽ nhỏ khi V_in cao. Do thời gian t_off luôn là hằng số nên kết quả là tần số của xung sẽ thấp tại V_in thấp, và sẽ cao tại V_in cao.

D_max = t_on(max) / [t_on(max) + t_off]

D_min = t_on(min) / [t_on(min) + t_off]

f_sw(min) = 1 / t_on(max) + t_off

IR2153 có D = 45% tại f_osc = 50 KHz (tra datasheet) => t_off = 11us

Kết quả: t_on(max) = 1.17 us ; t_on(min) = 555 ns ; f_sw(min) = 82.2 KHz ; f_sw(max) = 86.6 KHz

+ Chọn dòng đi qua bộ chia áp = 2.5 mA, điện áp trên R8 luôn luôn = 2.5V

=> R8 = 2.5 / 2.5 mA = 1K

R4 = R8 * (V_out - 2.5V) / 2.5V = 1K * (15 -2.5) / 2.5 = 5K

+ Cuộn cảm:

P_out(max) = 15 * 0.5 = 7.5 W ==> R_out(min) = 30 Ohm

P_out(min) = 15* 0.2 = 3 W ==> R_out(max) = 75 Ohm

Trong điều kiện duy trì dòng liên tục (dòng qua cuộn cảm luôn > 0) thì:

L_min > [R_out(max) * (1 - D_min)] / 2f_sw(min) = [75 * (1 - 0.048)] / 2*82.2 KHz = 434 uH

chọn L > 1.25 L_min = 560 uH.

Dòng đỉnh tại đó cuộn cảm có thể chịu đựng được:

I_pk = [V_out / R_out(min)] + [t_off * V_out / 2L] = 15 / 30 + 11us*15V / 2*560uH = 0.647 A

Vậy phải chọn cuộn cảm 560uH có dòng bão hòa I_sat = 0.7A > I_pk.

+ Mosfet

chọn mosfet có I_d(on) > I_pk ; V_dss > V_peak(max)

Ví dụ: IRF740, IRF840.

[dientu.net]

sẽ có 1 app note làm sáng mắt ông ra.

Được rồi, sáng lòi mắt ra rồi Toanthang88 ah. Sáng tới mức bắt được luôn mấy cái lỗi của cậu.
1. Khối dao động RT/CT

f_osc = 1 / [1.4*(Rt + 150)*Ct]

Chọn f_osc = 50 KHz => Rt = 5.1K, Ct = 2.7n

Một phương trình có 2 ẩn khi giải bắt bưộc phải thêm điều kiện để giải, ví như chọn R=?? hoặc C=?? sao cho tồn tại linh kiện đó ở vendor. Kết luận mang tính cóp nhặt trong application Note này không mang tính hiểu biết cá nhân. (AN-1044 page 17 của International IR rectifier)

2. Buck Converter phải có 1 Chân của cuộn cảm nối vô chân Source của Mosfet. Trong mạch vẽ bằng OrCAD của cậu không đúng.

Nếu aii đó làm cái mạch này không chạy thì cứ hỏi Toanthang88

[dientu.net]

+ IC regulator TL431 được dùng để điều chỉnh điện áp ngõ ra, 2 điện trở R4 và R8 cấu thành nên bộ chia áp giảm điện áp V_out xuống, sau đó tín hiệu được đưa vào so sánh với điện áp chuẩn có sẵn bên trong TL431 (V_ref = 2.5V).

+ TL431 có tác dụng điều chỉnh độ rộng xung với thời gian t_off = const (t_off của xung luôn không thay đổi). Ví dụ: nếu có một sự gia tăng nhỏ tại điện áp ngõ ra sẽ làm TL431 bắt đầu dẫn, do vậy dòng nạp cho tụ sẽ đi qua
R6 xuống ground mà không đi qua tụ => giảm thời gian t_on của xung, và ngược lại. Do vậy: D sẽ lớn khi điện áp V_in thấp, D sẽ nhỏ khi V_in cao. Do thời gian t_off luôn là hằng số nên kết quả là tần số của xung sẽ thấp tại V_in thấp, và sẽ cao tại V_in cao.

Ví dụ: nếu có một sự gia tăng nhỏ tại điện áp ngõ ra sẽ làm TL431 bắt đầu dẫn, (Tất nhiên lúc này Q1 đang dẫn) dòng điện từ chân RT qua R5 phân áp trên R6//C6. dòng điện qua R6 bao gồm dòng phun từ R5 xuống, Dòng phóng từ C6 sang. sau quá độ, cỡ 2.5V nhỏ hơn ngưỡng lật S trong FF = Vcc/3 = 5V. Lúc này Uc = 2.5 V thay vì 5V như bình thường dao động. Thời gian nạp C6 từ 2.5V đến 5V sẽ phải tính và Toff không được lấy 11microsec như lúc dao động bình thường bởi khi bình thường, Uc6 = 5V đến 10V. Lúc này là 14microsec cơ Toanthang88 thân mến.

[MinhHa]

Kiểm tra cái D5 xem sao nhé.
Mạch này L phải nối vào S của Q1 chứ nhỉ?
Cái buck này thì đơn giản. Bạn thử cái Flyback converter xem sẽ thấy.
Trong mạch L dễ hơn nhiều so với làm biến áp.
Mach đầu vào thêm 1 R khoảng 2.2 ôm để bảo vệ cái tụ C3 vì có thể khi bạn bật nguồn thì tụ đã xả hết điện mà lúc này U đầu vào đang ở đỉnh SIN.
Mach TL431 mắc như vậy đầu ra chưa ngon.

To dientu.net
Có lẽ bạn chuyên làm về cái này thì post vài bài xem sao.

[opendoor2507]

Được rồi, sáng lòi mắt ra rồi Toanthang88 ah. Sáng tới mức bắt được luôn mấy cái lỗi của cậu.
1. Khối dao động RT/CT

Nguyên văn bởi ToanThang88
f_osc = 1 / [1.4*(Rt + 150)*Ct]
Chọn f_osc = 50 KHz => Rt = 5.1K, Ct = 2.7n

Một phương trình có 2 ẩn khi giải bắt bưộc phải thêm điều kiện để giải, ví như chọn R=?? hoặc C=?? sao cho tồn tại linh kiện đó ở vendor. Kết luận mang tính cóp nhặt trong application Note này không mang tính hiểu biết cá nhân. (AN-1044 page 17 của International IR rectifier)

Cái này bác bắt bẻ quá đáng. Bác thử đưa ra cái hiểu biết cá nhân của bác cho trường hợp tính RC này xem nào, giả sử vendor nó đáp ứng mọi giá trị R, C bác yêu cầu, tại sao lại chọn R=5.1K , C =2.7n chứ không phải bất kỳ giá trị nào thỏa mãn tích RC = 5.1*2.7*10^(-6) ????

[dientu.net]

Mach TL431 mắc như vậy đầu ra chưa ngon.

Minhha nhận xét tinh tường quá. TL431 người ta ít mắc trực tiếp như thế. Người ta mắc có hồi tiếp tạo thành mạch lọc thông thấp nhi?

To dientu.net
Có lẽ bạn chuyên làm về cái này thì post vài bài xem sao.

Có lẽ cho tớ làm phản biện thôi.

[dientu.net]

Cái này bác bắt bẻ quá đáng. Bác thử đưa ra cái hiểu biết cá nhân của bác cho trường hợp tính RC này xem nào, giả sử vendor nó đáp ứng mọi giá trị R, C bác yêu cầu, tại sao lại chọn R=5.1K , C =2.7n chứ không phải bất kỳ giá trị nào thỏa mãn tích RC = 5.1*2.7*10^(-6) ????

Cậu hãy lắp vào công thức này sẽ biết là có thay thế được không nhé.

Nạp:

Uc = Vcc(1-exp(-t/((RT+ri).CT))) trong đó ri là nội trở so với nguồn của chân RT

Xả:

Uc = Uco(exp(-t/((RT+ri).CT))) trong đó ri là nội trở so với đất của chân RT

cứ cho nội trở là 150 Ohm cho cả 2 trường hợp. Tính tần số khi CT= 27uF. RT = 0.51Ohm,

[opendoor2507]

Cậu hãy lắp vào công thức này sẽ biết là có thay thế được không nhé.

Nạp:
Uc = Vcc(1-exp(-t/((RT+ri).CT))) trong đó ri là nội trở so với nguồn của chân RT

Xả:
Uc = Uco(exp(-t/((RT+ri).CT))) trong đó ri là nội trở so với đất của chân RT
cứ cho nội trở là 150 Ohm cho cả 2 trường hợp. Tính tần số khi CT= 27uF. RT = 0.51Ohm,

He he , bác giải thích gì mà tối nghĩa thế em chả hỉu, tự dưng bác lại tính ra RT = 0.51 Ohm là sao?
Có phải ý bác là có 2 ẩn Rt và Ct , bác thiết lập hai phương trình phóng nạp để tính % duty cycle chớ gì. Sao trong công thức xả điện không thấy bác đếm xỉa gì đến con điện trở R8 mắc nối tiếp với TL431 ????

Hai phương trình bác đưa ra thật ra là 2 phương trình một ẩn, vì dạng toán học của (RT+ri).CT là như nhau trong cả hai phương trình, có thể đặt (RT+ri).CT = x là một ẩn số thôi. Thế thì bác giải sao đây. Tưởng bác ở bên Mẽo được học cái gì hay chớ, mấy cái này kiến thức phổ thông thôi à.

2. Buck Converter phải có 1 Chân của cuộn cảm nối vô chân Source của Mosfet. Trong mạch vẽ bằng OrCAD của cậu không đúng.

He he, bác này mắc lỗi cơ bản nhé, bác không phân biệt được Source và Drain của Mosfet à???.

Có thể do bác cuống quá sợ mất 100 $ nên type nhầm, nếu đúng vậy em bỏ qua, còn nếu không ai đời làm điện tử công suất mà kô biết xác định D, S của MOSFET .
-----------------------

to Toanthang88, chú bình tĩnh xem lại cái mạch của chú. Sửa lại một số chỗ vẽ nhầm như sau: Một đầu của L nối vào Drain của Mosfet. Bỏ con đi ốt D5 đi , nên nối tắt vào, hoặc nếu có thể thì cho một R_shunt vào đó để làm thêm mạch bảo vệ quá dòng. Chú sợ gì ông dientu.net này chớ, thường thôi ! hehe

[dientu.net]

He he , bác giải thích gì mà tối nghĩa thế em chả hỉu, tự dưng bác lại tính ra RT = 0.51 Ohm là sao?Có phải ý bác là có 2 ẩn Rt và Ct , bác thiết lập hai phương trình phóng nạp để tính % duty cycle chớ gì. Sao trong công thức xả điện không thấy bác đếm xỉa gì đến con điện trở R8 mắc nối tiếp với TL431 ????

cái này để giải thích cho cậu tích thời gian RC.

Hai phương trình bác đưa ra thật ra là 2 phương trình một ẩn, vì dạng toán học của (RT+ri).CT là như nhau trong cả hai phương trình, có thể đặt (RT+ri).CT = x là một ẩn số thôi. Thế thì bác giải sao đây. Tưởng bác ở bên Mẽo được học cái gì hay chớ, mấy cái này kiến thức phổ thông thôi à.

cái x của cậu không đồng nhất. 1 chân có I source khác I sink

He he, bác này mắc lỗi cơ bản nhé, bác không phân biệt được Source và Drain của Mosfet à???.

Có thể do bác cuống quá sợ mất 100 $ nên type nhầm, nếu đúng vậy em bỏ qua, còn nếu không ai đời làm điện tử công suất mà kô biết xác định D, S của MOSFET .

http://59.56.176.43/website/solution...al/an_1044.pdf

Xem cái này thì biết Toanthang88 lấy mạch đó ở đâu