Mạch sạc dự phòng cho Smartphone

Lời nói đầu Đất nước ta đà phát triển,do khoa học kĩ thuật đóng vai trị quan trọng cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước.Việc áp dụng khoa học kĩ thuật làm tăng suất lao động,thay sức lao động người cách hiệu ; phát minh ,sự tìm tịi sản phẩm nho nhỏ giúp hoàn thiện thân Vì vậy, để tạo tảng tốt cho bước phát triển tương lai , cần đầu tư thời gian công sức, nghiên cứu, giáo dục phát triển khoa học kĩ thuật cách nghiêm túc từ môi trường đại học Đồ án môn học Điện tử tương tự môn học giúp sinh viên ngành điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có bước làm quen với công việc thiết kế mạch điện mà người kĩ sư điện gắn bó đời vào Đồ án giúp sinh viên mường tượng tốt công việc tương lai qua có cách nhìn đắn đường học tập đồng thời tăng thêm lòng nhiệt huyết ,yêu nghề sinh viên Không trình thực đồ án thử thách kĩ mà sinh viên chưa tiến hành trình học lý thuyết lớp , sừ dụng phần mềm là: Proteus , phầm mềm tính tốn ,làm mạch phải áp dụng kiến thức mà giáo viên dạy áp dụng vào qúa trình làm đồ án Trong trình làm đồ án, chúng em dẫn nhiệt tình của thầy …Sự cổ vũ thầy động lực lớn lao cổ vũ tinh thần cho chúng em đường rèn luyện đầy gian lao, vất vả Do đồ án môn học mà chúng em thực nên chắn mắc phải sai lầm thiếu sót Em mong nhận góp ý chân thành từ thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn Mục Lục Chương I: Giới thiệu tổng quan 1.1.Mục tiêu đồ án ……………………………………………………………………………………… 1.2 Giải vấn đề đồ án ………………………………………………………………… Chương II Phương pháp tiếp cận 2.1 Mô tả chung hệ thống………………………………………………………………………… Chương III Đối tượng điều khiển Chương IV Thiết kế chi tiết hệ thống 4.1.Linh kiện sử dụng…………………………………………………………………………………… 4.2 Giới thiệu IC MC34063 mạch……………………………………………………… 4.3.Sơ đồ ngun lý tính tốn thơng số, lựa chọn linh kiện mạch…… 4.3a.Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp chung……………………………………………………… 4.3b Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp sử dụng Ic MC34063……………………………… 43.c Sơ đồ nguyên lý mạch sạc cho pin………………………………………………………… Chương V Kết thử nghiệm11 Chương VI Kết luận hướng phát triển12 Chương VII.Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………….12 Chương I: Giới thiệu tổng quan 1.1 Mục tiêu đồ án - Thông qua việc làm mạch sạc dự phòng cho smartphone nhờ linh kiện điện trở, diode, transistor, diode xung, tụ điện, dây, IC giúp ta hiểu sâu lý thuyết học lớp mà áp dụng vào thực tế 1.2 Giải vấn đề đồ án - Như bạn biết,có điện thoại smartphone dung lượng tối đa pin nhỏ,nếu khơng có sạc dự phịng khó mà đủ lượng để chúng làm việc cho ngày vài ngày ví dụ ta dã ngoại núi mà khơng có nguồn điện trực tiếp ,vv Chương II Phương pháp tiếp cận 2.1 Mô tả chung hệ thống - Giới thiệu sơ lược: Pin lượng cho mạch : Pin Li-ion, cell laptop hay đơn giản viên pin điện thoại Cổng kết nối sạc : USB Tương thích : Android, Window phone, IOS thiết bị hỗ trợ sạc qua cổng USB ( ngồi cịn có chân kết nối sử dụng nối jack khác Nokia ) Hiệu suất : 85% Dịng tiêu thụ max : 1A ( sạc tốt cho Tablet ) Trái tim mạch : IC MC34063 -Để hiểu rõ hơn, mời thầy nhìn vào sơ đồ khối chúng em đây: -Sơ đồ hệ thống mạch sạc chúng em gồm khối có khối là: khối mạch sạc, khối mạch bảo vệ , khối mạch boost - Nguyên lý hoạt động sau: Khối mạch sạc làm nhiệm vụ sạc cho cell laptop có điện áp 3,7V mà cell dự phòng hết điện , nhiên điện áp vào để sạc cho máy smartphone cần dùng nguồn tối thiểu 5V( adapter sạc điện thoại mình) cần mạch boost tăng áp từ 3,7V đến 5V Pin dự phòng lựa chọn cell pin laptop có điện áp danh định 3.7V, dung lượng khoảng 2500mAh cục Có thể dùng hai cục, dự phịng đơn giản cục đủ Hoặc sử dụng cell nối song song Vì cell pin hư nạp nên cần phải có mạch bảo vệ cho cell pin, ta cần có mạch bảo vệ tự ngắt cell nạp đầy (4.2V), tự ngắt chập đầu ra, tự động ngắt tải điện áp cell thấp xuống mức áp giới hạn (2.5V) bảo vệ tốt cho cell Chương III Đối tượng điều khiển Chương IV Thiết kế chi tiết hệ thống 1.Linh kiện sử dụng Mạch sạc chúng em sử dụng linh kiện sau: ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ 180 ; ; F IC : IC MC34063 Giới thiệu IC mạch : Đặc điểm +Vận hành khoảng nguồn vào từ 3.0 đến 40V +Hạn chế dòng ngắn mạch +Dòng điện dự phòng thấp +Đầu chuyển thành dịng 1,5A khơng cần transistor ngồi +Điện áp đầu điều chỉnh +Khoảng tần số vận hành từ 10kHz đến 100KHz + Dùng nâng áp, hạ áp điều khiển chuyển mạch Mô tả IC MC34063 điều chỉnh hệ thống nguyên khối dùng chuyển đổi DC thành DC Thiết bị bao gồm tham chiếu bù nhiệt độ , điều khiển chu kỳ công suất dao động điện tử , điều khiển , chuyển mạch đầu dịng lớn Nó sử dụng cho hạ áp ,tăng áp, điều khiển chuyển mạch ổn áp Các chân MC34063 đảm nhận chức khác +Chân chân vào chuyển cực thu +Chân chân vào chuyển cực phát +Chân chân vào tụ định thời +Chân điểm nối đất +Chân chân vào so sánh chuyển đổi đầu vào +Chân nguồn cấp +Chân chân vào tạo dao động +Chân chân vào điều khiển cực thu MC34063 IC điều khiển PWM đa với dòng trực tiếp lên tới 1,5A Từ cấu trúc MC34063, người ta thiết kế thành tất dạng nguồn DC-DC không cách ly thông dụng như: nguồn buck (giảm áp), nguồn boost (tăng áp), nguồn inverter (đổi dấu điện áp) Mạch dạng phổ biến thiết bị điện tử cho phép tạo điện áp từ điện áp vào bất kỳ, có bảo vệ dòng, cấu trúc nhỏ, hiệu suất cao MC34063 cung cấp cho cần thiết nguồn xung: +1 tạo dao động PWM, +1 khuếch đại so sánh điện áp +1 khóa chuyển cơng suất +1 mạch bảo vệ q dịng điện Các trị số định mức Điện áp nguồn cấp tối đa 40VDC Khoảng điện áp đầu vào mạch so sánh -0,3 đến 40 VDC Điện áp chuyển cực thu 40VDC Điện áp chuyển cực phát 40VDC Điện áp điều khiển cực phát 40VDC Dòng vào điều khiển cực phát 100mA Dòng chuyển 1,5A Tần số hoạt động 24-42kHz, định mức 33kHz Trong mạch thiết kế nguồn sạc dự phòng lần này, ta dùng IC MC34063 trái tim mạch boost tăng áp, tăng điện áp từ 3,7v lên 5v 3.Sơ đồ nguyên lý tính tốn thơng số, lựa chọn linh kiện mạch Trước tiên ta tìm hiểu nguyên lý mạch boost Boost Converter biến đổi nguồn DC-DC có điện áp đầu lớn điện áp đầu vào Nó chứa hai chuyển mạch bán dẫn (một diode transistor) phần tử tích lũy lượng, tụ điện, cuộn dây hai a) Nguyên lí hoạt động mạch tăng áp chung Khi khóa đóng, dịng điện chạy qua cuộn cảm theo chiều kim đồng hồ cuộn dây tích trữ lượng Chiều bên trái cuộn dây mang dấu dương Khi khóa mở, dịng điện bị giảm Tuy nhiên dịng điện sụt giảm chống lại cuộn dây Chiều cuộn dây đảo ngược (bên trái cuộn dây mang dấu âm) Kết ta có hai nguồn điện nạp lượng cho tụ thông qua diode D Nếu khóa hồn thành chu kỳ chuyển mạch, điện cảm sẻ khơng tích điện đầy trạng thái tích điện tải sẻ có điện áp lớn đầu vào khóa mở Khi khóa mở, tụ nối song song tải tích điện tới điện áp tương ứng Khi khóa đóng phần mạch bên phải ngắn mạch từ bên trái, tụ sẻ cung cấp điện áp lượng cho tải Trong trình này, diode khó ngăn tụ xả điện tích qua khóa Khóa phải mở đủ để chống lại tụ xả điện Nguyên lý Boost converter : -Trạng thái On, khóa S đóng, làm tăng dịng điện cảm -Trạng thái Off, khóa mở dịng điện cảm chạy qua diode D, tụ C tải R Kết chuyển lượng tích lũy trạng thái On vào tụ -Bộ boost converter hoạt động hai chết độ liên tục không liên tục ứng với hai trạng thái -Với chế độ khơng liên tục ta có cơng thức: t=DT với T chu kì chuyển mạch ( chu kì suất) -Với chế dộ khơng liên tục, ta có cơng thức: -Như tải cung cấp lượng liên tục mach chù kì ngắt b) Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp trực tiếp dùng Icmc34063 Với mạch chúng em,con TIP41 làm việc khóa S, sử dụng ICMC34063 để đóng mở transistor - Đầu tiên, Nguồn pin 3,7V được đưa vào chân 6(VCC) IC ,pin em sử dụng pin loại 3.7v dung lượng khoảng 2500mah cục - Trước vào chân ta sử dụng tụ hóa C1 nối xuống mass có tác dụng lọc phẳng điện áp vào( thật r a ko cần thiết nguồn vào nguồn pin phẳng) song cịn có tác dụng lọc tín hiệu ko cần thiết từ điểm xuống đất để vào chân tối ưu - Giữa chân chân dùng R1 dùng để bảo vệ mạch q dịng, ta bỏ R1 được, mạch chạy chức bảo vệ dòng - Cuộn dây thành phần quan trọng mạch boost để trì dịng điện chu kì MC34063 ngắt nguồn.Để chọn giá trị L1 , ta phải chọn cho phù hợp với cơng thức tức chọn cho dịng max cuộn cảm 1A, liên quan đến tần số chuyển mạch điện áp vào, -Con TIP41 làm việc khóa chuyển mạch thành phần quan trọng mạch boost với cuộn dây L1 nối với chân số Ic, ic điều khiển stransistor , chân số cần xuất điện áp 0,7v đến 0.8v TIP41 chạy tốt -Trong số trường hợp sau làm mạch xong mà điện áp đầu không đủ 5v ta phải dùng biến trở nối đất chân trước cho áp vào chân B TIP41 cho đủ 0,7 đến 0.8v -Chân Ic chân nối đất - TỤ C2 nối với chân ( timing capacitor): chân vào tụ định thời , dùng để xác định tần số xung PWM, với ICMC34063, chọn tụ có giá trị tần số khoảng 20kHZ đến 50kHZ.Tụ cao giá trị tụ nhỏ ta chọn giá trị tụ 102pF Khi ta tháo tụ 102pF mạch chạy trạng thái ko ổn định - diode zener 1N4733A có tác dụng ghim điện áp , làm cho mạch ổn định điện áp , đầu 5V lên ta chọn loại có giá trị 5,1V 1W - Chân đưa với hai điện trở R4(22k) R5(6.8k) làm nhiệm vụ chia áp với tỉ lệ 1:3 để hạn chế dòng từ chân tải - C4 dùng để làm phẳng điện áp đầu mạch boost mở hoạt động thời gian chu kì nên điện áp nhấp nhô ko liên tục nên phải dùng tụ làm chậm biến đổi điện áp, lọc nguồn c) Mạch sạc cho pin pin dự phòng hết điện Sơ đồ nguyên lý TL431 diode ổn áp,có khả truyền lượng lớn transistor, trì dịng điện với đầu vào không liên tục Đầu tiên nguồn điện vào phân áp trước đến cực điều khiển G thuysitor mạch hoạt động với điện áp thấp tần số thấp Dòng điện từ chân Anot(chân 3) xuống chân catot( chân 2) làm bóng đèn sáng, R3=470 Ôm bảo vệ Led Diode D1 ổn định điện áp, chỉnh lưu cho dòng sạc pin ổn định hơn,đồng thời chống sốc cho pin, bảo vệ pin Dịng điện thuận cực đại: Cơng thức dùng để tính dịng điện thuận Thyristor dẫn điện VAK khoảng 0,7V 10 Đây trị số lớn cho dịng điện qua Thyristor mà chịu đựng liên tục, có nghĩa trị số Thyristor bị hư Sau thiết kế xong khối, lắp ráp khối vào với ta sạc dự phịng hồn chỉnh Chương V Kết thử nghiệm Mạch chạy tốt với hiệu suất 85%, dòng khoảng 1A, điện áp đầu 5.1V ,hiện thử nghiệm thành công ứng dụng Sau ảnh sau làm mạch xong : 11 Chương VI Kết luận hướng phát triển Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế , em hoàn thành đồ án thiết kế sạc dự phòng cho smartphone Kết thiết kế lắp ráp thành mạch điện kết thực nghiệm đạt yêu cầu thiết kế Qua đề tài giúp em áp dụng kiến thức học vào thực tế đồng thời nâng cao khả tự tìm hiểu thiết kế mạch điện tử tương tự Từ kiến thức thu q trình thực đị án giúp em có thêm kinh nghiệm để thực mạch điện phức tạp Chương VII.Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo: Nguyên lý mạch boost tăng áp trực tiếp DATASHEET ICMC34063, DATASHEET TL431 ,TIP41 12 ... bảo vệ , khối mạch boost - Nguyên lý hoạt động sau: Khối mạch sạc làm nhiệm vụ sạc cho cell laptop có điện áp 3,7V mà cell dự phịng hết điện , nhiên điện áp vào để sạc cho máy smartphone cần... 1A ( sạc tốt cho Tablet ) Trái tim mạch : IC MC34063 -Để hiểu rõ hơn, mời thầy nhìn vào sơ đồ khối chúng em đây: -Sơ đồ hệ thống mạch sạc chúng em gồm khối có khối là: khối mạch sạc, khối mạch. .. dụng Mạch sạc chúng em sử dụng linh kiện sau: ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ 180 ; ; F IC : IC MC34063 Giới thiệu IC mạch : Đặc điểm +Vận hành khoảng nguồn vào từ 3.0 đến 40V +Hạn chế dòng ngắn mạch +Dòng điện dự phòng