- Chân 1 (INV): Đầu vào đảo ngược của bộ khuếch đại lỗi, thường được kết nối với tín hiệu phản hồi.
- Chân 2 (NI): Đầu vào không đảo của bộ khuếch đại lỗi, thường được kết nối với điện áp tham chiếu.
- Chân 3 (SYNC): Chân đồng bộ hóa cho đầu vào xung nhịp bên ngoài.
- Chân 4 (OSC): Chân để kết nối tụ điện thời gian, dùng để cài đặt tần số dao động.
- Chân 5 (CT): Chân tụ điện thời gian để điều khiển tần số dao động bên trong.
- Chân 6 (RT): Chân điện trở thời gian để điều chỉnh tần số dao động.
- Chân 7 (XẢ ĐIỆN): Xả tụ điện thời gian trong mỗi chu kỳ dao động.
- Chân 8 (KHỞI ĐỘNG MỀM): Điều khiển quá trình khởi động bằng tụ điện để đảm bảo đầu ra tăng dần.
- Chân 9 (COMP): Để ổn định và bù vòng phản hồi.
- Chân 10 (TẮT MÁY): Kích hoạt tính năng tắt máy để vô hiệu hóa các giai đoạn đầu ra ngay lập tức.
- Chân 11 & 14 (OUT A, OUT B): Đầu ra PWM để điều khiển MOSFET bên ngoài.
- Chân 12 (VCC): Đầu vào điện áp cung cấp chính.
- Chân 13 (GND): Kết nối đất.
- Chân 15 (VC): Điện áp cung cấp cho tầng đầu ra.
- Chân 16 (VREF): Cung cấp điện áp tham chiếu 5V cho các linh kiện bên ngoài.
Thiết lập tần số PWM
Tần số PWM của SG3525 được xác định bởi các thành phần thời gian bên ngoài là điện trở và tụ điện (RT và CT) được kết nối với Chân 5 và 6. Công thức sau đây tính toán tần số dao động:
F = 1 / (CT × (0,7 RT + 3 RD))
Ở đâu:
-
- F = Tần số tính bằng Hz
- CT = Tụ điện thời gian (F)
- RT = Điện trở thời gian (Ω)
- RD = Điện trở thời gian chết giữa chân 5 và 7 (Ω)
Ví dụ, với các giá trị thành phần sau:
- CT = 1µF
- RT = 14kΩ
- RD = 47Ω
Thay những thứ này vào công thức:
F = 1 / (1 × 10⁻⁶ × (0,7 × 14 × 10³ + 3 × 47))
F ≈ 100,59Hz
Tần số này có thể được điều chỉnh tùy theo yêu cầu của ứng dụng, chẳng hạn như 50Hz hoặc 60Hz cho đầu ra nguồn điện xoay chiều.
Thiết kế mạch biến tần cầu H sử dụng IC SG3525
IC SG3525, khi kết hợp với cấu hình cầu H gồm các MOSFET bổ sung, sẽ trở thành một giải pháp hiệu quả để chuyển đổi điện áp DC sang điện áp AC. Với việc tích hợp các linh kiện bổ sung để điều chỉnh điện áp đầu ra và ngắt khi pin yếu, mạch có thể đảm bảo hiệu suất và khả năng bảo vệ đáng tin cậy cho các thiết bị được kết nối.
Các thành phần chính của mạch biến tần cầu H
Mạch biến tần cầu H bao gồm một số thành phần quan trọng, mỗi thành phần đều góp phần vào hoạt động hiệu quả của hệ thống. Dưới đây là tổng quan về các thành phần chính:
- IC SG3525 : Bộ điều khiển chính để tạo tín hiệu PWM nhằm điều khiển MOSFET trong cấu hình cầu H.
- MOSFET cầu H : Transistor công suất (thường là MOSFET kênh N như IRFZ44N hoặc IRF3205) chuyển đổi điện áp DC để tạo ra dạng sóng xoay chiều.
- Mạch điều khiển : Kết nối SG3525 với MOSFET để đảm bảo chuyển mạch chính xác.
- Máy biến áp tăng áp : Chuyển đổi đầu vào DC điện áp thấp thành đầu ra AC điện áp cao hơn.
- Mạch phản hồi điện áp : Đảm bảo điều chỉnh điện áp đầu ra bằng cách điều chỉnh chu kỳ hoạt động của PWM.
- Mạch ngắt pin yếu : Ngắt tải khi điện áp pin xuống dưới ngưỡng an toàn, bảo vệ pin khỏi tình trạng xả quá mức.
- Mạch bảo vệ : Cung cấp khả năng bảo vệ chống quá dòng, quá nhiệt và đoản mạch (tùy chọn).
- Bộ lọc thông thấp : Chuyển đổi tín hiệu PWM thành dạng sóng AC mượt mà hơn cho các thiết bị nhạy cảm (tùy chọn).
Sơ đồ mạch biến tần cầu H dựa trên SG3525
Danh sách thành phần
- Điện trở :
-
- R1, R2 = 1kΩ
- R3 = 100kΩ
- R4, R5, R6, R7, R8 = 10kΩ
- R9 = 47Ω
- R10 = 3,3kΩ
- R11 = 56kΩ
- R12, R14 = 1kΩ
- R13 = 470kΩ
- R15, R16 = 10Ω
- RV1 = 50kΩ cài đặt trước
- RV2, RV3 = cài đặt trước 10kΩ
- Tụ điện :
- C1 = 1000µF/25V
- C2, C3 = 1µF
- C4 = 0,1µF
- C5 = 10nF
- C6 = 68nF
- C7 = 10µF/450V
- C8, C9 = 10uF
- Cuộn cảm : L1 = 47µH
- Điốt :
-
- D1 = Đèn LED xanh lục
- D2 = Đèn LED đỏ
- D3, D4 = 1N4728A Zener
- D5, D6 = 1N4148
- Transistor và IC:
- Q1, Q2, Q3, Q4 = MOSFET IRFZ44N
- Q5, Q6 = 2N2222
- U1 = IC SG3525A
- U2 = LM358 hoặc LM393
- Các thành phần khác :
- Máy biến áp tăng áp 12V lên 220V
- Pin 12V
- Đầu nối vít (2, 2, 2)
Hoạt động chi tiết của mạch biến tần cầu H SG3525
1. Bộ điều khiển PWM SG3525
IC SG3525 đóng vai trò là lõi của mạch, tạo ra các tín hiệu PWM bổ sung để điều khiển MOSFET trong cấu hình cầu H.
- Chân 1 (INV) và Chân 2 (NI) : Các đầu vào này được sử dụng để điều khiển phản hồi nhằm điều chỉnh điện áp đầu ra. Mạch chia điện áp từ đầu ra cung cấp tín hiệu phản hồi đến bộ khuếch đại lỗi, bộ khuếch đại này điều chỉnh chu kỳ làm việc của PWM.
- Chân 5 (Tụ điện thời gian dao động) : Tụ điện được kết nối ở đây sẽ xác định tần số dao động, thường được đặt cho đầu ra AC 50 Hz.
- Chân 6 (Điện trở thời gian dao động) : Hoạt động với tụ thời gian để cài đặt tần số.
- Chân 8 (Khởi động mềm) : Tụ điện được kết nối với chân này để điều khiển mức tăng dần của tín hiệu PWM, giảm nguy cơ dòng điện đột biến.
- Chân 9 (COMP) : Chân này cho phép ổn định vòng lặp thông qua bù trừ.
- Chân 10 (Tắt máy) : Dùng để vô hiệu hóa đầu ra PWM khi chức năng ngắt pin yếu được kích hoạt.
- Chân 11 và 14 (Đầu ra A & B) : Cung cấp tín hiệu PWM bổ sung để điều khiển các cổng của MOSFET.
2. Tầng công suất MOSFET cầu H
Tầng cầu H bao gồm bốn MOSFET kênh N (ví dụ: IRFZ44N), có chức năng chuyển đổi điện áp DC qua cuộn dây sơ cấp của máy biến áp để tạo ra dạng sóng xoay chiều.
- Điện trở cổng : Điện trở được kết nối với cổng MOSFET để giới hạn dòng điện sạc cổng và ngăn ngừa hiện tượng đổ chuông.
- Điốt Flyback : Điốt trên MOSFET bảo vệ chúng khỏi các xung điện áp do bản chất cảm ứng của máy biến áp gây ra.
3. Máy biến áp tăng áp
Máy biến áp tăng áp 12V đến 230V được sử dụng để chuyển đổi đầu vào DC điện áp thấp (thường là 12V đến 15V) thành đầu ra AC điện áp cao (220V đến 240V). Tỷ số vòng dây của máy biến áp phải phù hợp với điện áp đầu ra mong muốn.
- MOSFET điều khiển cuộn dây sơ cấp của máy biến áp và cuộn dây thứ cấp cung cấp đầu ra AC cần thiết.
- Kết nối pin 12V với đầu vào và đầu ra của máy biến áp với đầu ra của cầu H.
4. Điều chỉnh điện áp đầu ra
Việc điều chỉnh điện áp được thực hiện bằng mạch phản hồi. Một mạng lưới chia điện áp trên cuộn thứ cấp của máy biến áp (đầu ra AC) sẽ giảm điện áp đầu ra xuống mức phù hợp cho đầu vào phản hồi của SG3525. Tín hiệu phản hồi này được đưa đến bộ khuếch đại lỗi (chân 1), cho phép IC điều chỉnh chu kỳ làm việc PWM và duy trì điện áp đầu ra ổn định.
5. Mạch ngắt pin yếu
Mạch ngắt pin yếu bảo vệ pin khỏi tình trạng xả quá mức.
- Bộ chia điện áp để theo dõi : Bộ chia điện trở giảm điện áp của pin để so sánh.
- Mạch so sánh : Bộ khuếch đại thuật toán (ví dụ: LM358 hoặc LM393) theo dõi điện áp pin. Khi điện áp giảm xuống dưới ngưỡng đặt trước (ví dụ: 10,5V đối với pin 12V), bộ so sánh sẽ kéo chân tắt của SG3525 (chân 10) lên mức cao , vô hiệu hóa các đầu ra PWM.
- Điốt Zener : Điốt 1N4728A cung cấp điện áp tham chiếu ổn định để so sánh và bảo vệ IC.
6. Các tính năng tùy chọn
- Bộ lọc thông thấp : Để làm mịn dạng sóng PWM thành dạng sin, có thể thêm bộ lọc LC (cuộn cảm và tụ điện) vào mạch. Điều này đặc biệt hữu ích cho các thiết bị nhạy cảm yêu cầu đầu ra dạng sóng sin chuẩn.
- Mạch bảo vệ : Có thể thêm chức năng bảo vệ quá dòng và bảo vệ ngắn mạch để bảo vệ MOSFET và các linh kiện khác.
