(TIỂU LUẬN) đồ án điện tử ỨNG DỤNG đề tài MẠCH ổn áp XUNG BUCK

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI: MẠCH ỔN ÁP XUNG BUCK SVTH : Nguyễn Trần Minh Tấn, Lớp 17CDT1, Nhóm Trưởng Nguyễn Trần : Hồng Đình Sao, Lớp 17CDT1 Nguyễn Trần :iNguyễn Tấn Hưng, Lớp 17CDT1 GVHD: ThS Nguyễn Văn Phòng Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phị ng Đà Nẵng 12/2020 LỜI NĨI ĐẦU Ngày điện nguồn lượng quan trọng bậc văn minh loài người Với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, dân số ngày gia tăng dẫn đến nhu cầu sử dụng điện cao Nguồn điện ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động thiết bị sử dụng điện Để hoạt động bình thường chúng cần phải có nguồn đầu vào không đổi Các thiết bị sử dụng nguồn DC khơng ngoại lệ Đó lý cần đến biến đổi DC-DC để ổn đinh nguồn cung cấp mức điện áp khác cho thiết bị khác Trong đồ án nhóm chúng em phân cơng thầy thực đề tài: Thiết kế mạch ổn áp Buck Qua q trình thực ơn lại lý thuyết môn học Kĩ thuật điên, Kĩ thuật điện tử, Điện tử cơng nghiệp, Kĩ thuật xung số Ngồi cịn nâng cao khả thi cơng mạch, kĩ sử dụng phần mềm Proteus hỗ trợ q trình tính tốn mơ vẽ mạch in Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy: Th.s Nguyễn Văn Phòng tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em hồn thiện đồ án Trong q trình tính tốn thiết kế thi cơng cịn gặp nhiều sai sót, nhóm mong nhận góp ý thầy bạn để đồ án hồn thiện SVTH Nhóm : Nguyễn Trần Minh Tấn : Hồng Đình Sao : Nguyễn Tấn Hưng Đà Nẵng, 12/2020 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phị ng HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý ổn áp zenner Hình 1.2 Ổn áp tuyến tính dùng linh kiện bán dẫn Hình 1.3 IC ổn áp 78xx, 79xx Hình 1.4 Sơ đồ khối ổn áp xung Hình 1.5 Sơ đồ mạch Buck Hình 1.6 Sơ đồ mạch Boost Hình 1.7 Sơ đồ mạch Buck-Boost Hình 1.8 Sơ đồ mạch Cuk Hình 2.1 Sơ đồ Buck transistor đóng Hình 2.2 Sơ đồ Buck transistor mở Hình 2.3 Sơ đồ dạng sóng mạch ổn áp xung BUCK Hình 2.4 Cấu tạo cuộn cảm L Hình 2.5 phạm vi làm việc linh điện điện tử theo tần số điện áp Hình 2.6 phạm vi làm việc linh điện điện tử theo tần số dịng điện Hình 2.7 Ký hiệu MOSFET cảm ứng đặt sẵn Hình 2.8 đặc tuyến làm việc MOSFET Hình 2.9 Cấu tạo MOSFET kênh n có sẵn Hình 2.10 Cấu tạo MOSFET kênh n cảm ứng Hình 2.11 Sơ đồ mạch điều khiển MOSFET Hình 2.12 Sơ đồ mach dạng sóng Astable dùng ic555 Hình 2.13 Sơ đồ mach dạng sóng Monostable dùng ic555 Hình 2.14 Sơ đồ mach hồi tiếp Hinh 2.15 Mạch phân áp lấy mẫu Hình 2.16 Sơ đồ mạch tạo điên áp chuẩn Hình 2.17 Mạch so sánh khếch đại vi sai Hình 2.18 Mạch Opam đêm Hình 3.1 Sơ đồ mạch tổng thể Hình 3.2 Sơ đồ mạch lọc LC Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phị ng Hình 3.3 Đặc tuyến –VDS, -ID Mosfet IRF4905 Hình 3.4 Sơ đồ mạch Astable thiết kế Hình 3.5 Sơ đồ mạch xén Hình 3.6 Sơ đồ mạch Monostable Hình 3.7 Sơ đồ mạch tính Vht từ điện trở nội ic555 Hình 3.8 Sơ đồ chân LM358 Hình 3.11 Xung khối Astable Hình 3.9 Xung khối Astable Hình 3.10 Xung mạch xén Hình 3.11 Xung Monostable Hình 3.12 Xung mạch điều khiển Mosfet Hình 3.13 Xung chân D Mosfet Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phị ng MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU HÌNH VẼ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Tổng quan ổn áp chiều 1.2.1 Ổn áp tham số (ổn áp zenner) 1.2.2 Ổn áp theo nguyên lý hồi tiếp 1.3 Kết luận chương 14 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Giới thiệu chương 15 2.2 Phương pháp tính tốn mạch lọc LC 15 2.3 Tính cuộn dây L: 18 2.4, Lựa chọn Transistor .19 2.4.1 So sánh loại transistor .19 2.4.2 Giới thiệu MOSFET .21 2.5 Mạch điều khiển MOSFET 24 2.6, Khối tạo xung (astable) .25 2.7 Khối điều chế độ rộng xung (Monotable) 28 2.8 Thiết kế mạch hối tiếp 30 2.8.1 Mạch phân áp 31 2.8.2 Mạch tạo điện áp chuẩn 32 2.8.3 Mạch so sánh khuyếch đại vi sai 33 2.8.4 Mạch đệm .34 2.9 Kết luận chương 35 CHƯƠNG III:,THIẾT THẾ, MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG MẠCH .36 3.1 Giới thiệu chương 36 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 3.2 Yêu cầu thiết kế 36 3.3 Sơ đồ mạch tổng thể .37 3.4, Tính toán mạch lọc LC 38 3.5 Tính chọn Mosfet 40 3.6 Tính tốn mạch điều khiển Mosfet 42 3.7 Tính tốn mạch tạo xung (Astable) .46 3.8 Tính mạch xén 48 3.9 Tính mạch điều chế rơng xung (monostable) 50 3.10 Tính tốn mach hồi tiếp 51 3.10.1 Tính giá trị Vht đưa mạch Monostable 51 3.10.2 Tính mạch tạo điên áp chuẩn 53 3.10.3 Tính mạch so sánh khuyếch đại vi sai 53 3.10.4 Tính tốn mạch lấy mẫu .54 3.11 Kết đo xung thưc tế 55 3.12 Kết luận chương 61 KẾT LUẬN 62 TÀI LIÊU THAM KHẢO 64 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chương Ở nơi có nguồn điện áp khơng ổn định khiến thiết bị điện hoạt động chập chờn, khơng xác Vấn đề để lâu làm giảm độ bền thiết bị sử dụng điện Do đó, ta cần biến đổi ổn định điện áp đầu mạch điện áp đầu vào mạch thay đổi phạm vi cho phép Trong chương tìm hiểu ổn áp chiều 1.2 Tổng quan ổn áp chiều Ổn áp chiều mạch có nhiệm vụ trì điện áp chiều ngõ không đổi tầm thay đổi điện áp lưới khu vực dòng tải, nhiệt độ Mạch ổn áp chiều thường đặt sau chỉnh lưu lọc - Phân loại: + Ổn áp tham số + Ổn áp theo nguyên lý hồi tiếp 1.2.1 Ổn áp tham số (ổn áp zenner) Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phị ng Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý ổn áp zenner Nguyên lý họat động: Nguồn Vi thơng qua điện trở hạn dịng Ri ghim diode zenner D2 điện áp cố định (điện áp đánh thủng) để lấy điện áp cố định V0 cung cấp cho mạch - Ưu điểm: Mạch đơn giản, dễ thực - Nhược điểm: Cho dòng nhỏ ( ≤20mA ) 1.2.2 Ổn áp theo nguyên lý hồi tiếp Nguyên lý hồi tiếp hay nguyên lý bù có khái niệm sau : Khi dòng ngõ điện ngõ vào nhiệt độ thay đổi làm cho điện ngõ thay đổi, mạch lấy phần thay đổi ngõ đưa ngược lại đầu vào để điều khiển ngõ vào nhằm giữ cho điện áp ngõ khơng đổi 1.2.2.1 Ổn áp tuyến tính Ổn áp tuyến tính ổn áp dựa nguyên lý hồi tiếp (nguyên lý bù), phần tử làm việc chế độ khuếch đại Có hai loại ổn áp tuyến tính chính: + Ổn áp tuyến tính dùng linh kiện bán dẫn + Ổn áp tuyến tính dùng vi mạch tích hợp a) Ổn áp tuyến tính dùng linh kiện bán dẫn: Việc sử dụng khố khí, chẳng hạn cơng tắc khí, khố điện, rơle điện, rơle điện từ, có nhược điểm cồng kềnh, độ tin cậy thấp, thời gian chuyển trạng thái chậm dẫn tới hệ thống có khố có độ tin cậy khơng cao, tốc độ đáp ứng chậm khả ứng dụng thấp Do vậy, sử dụng khóa linh kiện bán dẫn transistor, MOSFET, để khắc phục nhược điểm Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phị ng Hình 1.2 Ổn áp tuyến tính dùng linh kiện bán dẫn Khi điện áp ngõ vào tăng điện áp ngõ tăng Khi điện áp chân E đèn Q2 tăng nhiều chân B (do có Dz gim từ chân E đèn Q2 lên Ura, điện áp lấy mẫu lấy phần điện áp ) Nên UBE giảm kéo theo Q2 dẫn giảm, làm Q1 dẫn giảm điện áp ngõ giảm xuống Tương tự U vào giảm, thông qua mạch điều chỉnh, ta lại thu điện áp ngõ tăng Thời gian điều chỉnh vòng hồi tiếp nhanh khoảng vài µ giây tụ lọc đầu loại bỏ, không làm ảnh hưởng đến chất lượng điện áp chiều Như kết điện áp ngõ tương đối phẳng b) Ổn áp tuyến tính dùng vi mạch tích hợp: Các vi mạch ổn áp chiều tuyến tính sử dụng rộng rãi ưu điểm như: + Tích hợp tồn linh kiện khối có kích thước nhỏ + Khơng cần cần thêm vài linh kiện để tạo mạch hoàn chỉnh Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 88 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 89 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 90 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 91 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 92 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 93 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 6, Datasheet IRF4905 94 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 95 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 96 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 97 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 7, Datasheet IC LM317 98 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 99 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 100 Tieu luan ĐỒ Á N ĐIỆ N TỬ Ứ NG DỤ NG GVHD: Nguyễn Vă n Phò ng 101 Tieu luan Tieu luan ... có điện áp trung bình ngõ lớn ngõ vào + Ổn áp Buck_ Boost: loại ổn áp có điện áp ngõ lớn nhỏ điện áp ngõ vào + Ổn áp Cuk: ổn áp có điện áp ngõ lớn nhỏ điện áp ngõ vào cực tính ngược với điện áp. .. chế xung: vừa thay đổi độ rông xung, vừa thay đổi độ rộng xung c) Phân loại ổn áp xung Có loại ổn áp xung: + Ổn áp Buck: loại ổn áp có điện áp trung bình ngõ nhỏ ngõ vào + Ổn áp Boost: loại ổn áp. .. bán dẫn Hình 1.3 IC ổn áp 78xx, 79xx Hình 1.4 Sơ đồ khối ổn áp xung Hình 1.5 Sơ đồ mạch Buck Hình 1.6 Sơ đồ mạch Boost Hình 1.7 Sơ đồ mạch Buck- Boost Hình 1.8 Sơ đồ mạch Cuk Hình 2.1 Sơ đồ Buck