Báo cáo thực tập kĩ thuật thiết kế mạch nguồn giảm áp đơn giản bằng phần mềm altium

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO THỰC TẬP KĨ THUẬT THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN GIẢM ÁP ĐƠN GIẢN BẰNG PHẦN MỀM ALTIUM GVHD: Hồ Thanh Phương SVTH: Nguyễn Huỳnh Huy Mân - 1712128 Ngô Chấn Nghiệp – 1712310 TP.HCM, ngày 27 tháng 03 năm 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Giới thiệu phần mềm Altium Designer Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium Designer Nguyên lí hoạt động mạch nguồn giảm áp sử dụng IC AMS1117: Sơ đồ thiết kế 10 Kết luận 12 LỜI NĨI ĐẦU Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy/cô hướng dẫn giao nhiệm vụ để tụi em hồn thành thực tập kĩ thuật, có thêm kiến thức cấu tạo mạch hạ áp đơn giản, học cách thiết kế mạch điện tử phần mềm Altium 1 Giới thiệu phần mềm Altium Designer Altium Designer trước có tên gọi quen thuộc Protel DXP, công cụ vẽ mạch điện tử mạnh Được phát triển hãng Altium Limited Altium designer phần mềm chuyên nghành sử dụng thiết kế mạch điện tử Nó phần mềm mạnh với nhiều tính thú vị, nhiên phần mềm cịn người biết đến so với phần mềm thiết kế mạch khác orcad hay proteus Altium Designer có số đặc trưng sau: - Giao diện thiết kế, quản lý chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên cho tài liệu thiết kế - Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm giải pháp thiết kế chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo tham số - Mở, xem in file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ thông tin linh kiện, netlist, liệu vẽ, kích thước, số lượng… - Hệ thống thư viện linh kiện phong phú, chi tiết hoàn chỉnh bao gồm tất linh kiện nhúng, số, tương tự… - Đặt sửa đối tượng lớp khí, định nghĩa luật thiết kế, tùy chỉnh lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện PCB - Mơ mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực không gian chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mơ hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho 2D 3D - Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA ngược lại Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium Designer  Bước 1: Tạo Project o Khởi động Altium Designer  File  New  Project  Create  Bước 2: Vẽ mạch nguyên lí o Tạo file schematic lưu lại o Add thư viện: chọn Design  Add/remove Library  Install  Install from file (tìm đến file thư viện)  Close o Thực vẽ mạch nguyên lí theo thiết kế  Bước 3: Vẽ mạch in o Chọn Design  Update PCB Document o Sắp xếp linh kiện vào khung PCB o Đặt kích thước cho bo mạch o Thực dây tự động : Route  Auto Route  All … Nguyên lí hoạt động mạch nguồn giảm áp sử dụng IC AMS1117: o Cấu hình: tuyến tính (Linear) o Các phiên AMS1117: o Mô tả chung: - Mạch nguồn giảm áp sử dụng IC AMS1117 điều chỉnh điện áp tuyến tính (LDO), mạch cho phép biến đổi điện áp đầu vào Vin = 5V xuống mức điện áp đầu Vout = 1,8V - Có hình thức nhỏ, dạng gói DCY (linh kiện SMD), có nhiều loại AMS1117, mạch báo cáo thuộc loại AMS1117-1.8 (SOT-223) o Nguyên lí hoạt động:  Chức linh kiện: - AMS1117-1.8V ổn áp cố định, cấp nguồn cho IC thơng qua đầu Vin (INPUT mạch có kết nối USB type A) đầu điều chỉnh nhận chân Vout - Chân ADJ/Ground trường hợp hoạt động chân mass nối mass - Hai điện trở bên (R1 R2) định điện áp đầu điều chỉnh - Tụ điện thêm vào để lọc nhiễu - Tụ điện CADJ (C3 mạch trên) tụ bypass thêm vào để cải thiện khả loại bỏ gợn sóng (nếu cần thiết) - Hai tụ điện lại (C1 C2) dùng để lọc nhiễu đầu vào đầu tương ứng - Diode D1 thêm vào hai chân IN OUT để bảo vệ mạch (khi ứng dụng với tụ đầu lớn, từ 1000µF – 5000µF)  Mơ tả hoạt động: - Khi cấp nguồn vào VIN IC AMS1117 (một thành phần thường gặp gồm hệ thống FET, MOSFET BJT mắc theo kiểu Darlington hoạt động vùng tuyến tính) cho phép dịng điện chạy qua gây điện áp rơi Tại vùng làm việc tuyến tính, có tính chất điện trở, thành phần gây giảm áp đầu so với đầu vào - Điện áp đầu cảm nhận so sánh với giá trị điện áp tham chiếu (Vref – Reference Voltage) so sánh “Error Amplifier” (theo sơ đồ khối IC) o Sơ đồ chân IC AMS1117: o Sơ đồ khối IC AMS1117:  Lựa chọn thông số linh kiện: - Tụ đầu vào CIN: C1 = 10µF (với nguồn tuyến tính tụ đầu vào 10 µF đủ cho hầu hết trường hợp) - Tụ đầu COUT: C2 = 22µF Thơng thường ripple đầu LDO phụ thuộc vào hai yếu tố độ lớn tụ đầu (tụ đầu cần lớn giá trị tối thiểu) điện trở tương đương (ESR) tụ đầu nên nhỏ Để thụ ESR nhỏ lựa chọn tụ gốm (Ceramic Capacitor) mắc song song vài tụ với - Diode D1 chịu ±25V mà khơng làm hỏng mạch Tụ điện đầu phóng điện, dịng phóng điện phụ thuộc vào giá trị tụ điện, diode chịu dịng từ 10A đến 20A vài micro giây Với tụ điện đầu cực lớn (>1000µF) đầu vào bị nối đất làm hỏng mạch - Tụ bypass chân ADJ: C3 = 10µF Cần lựa chọn giá trị tụ C3 phù hợp với tần số ripple mà ta muốn lọc, tần số ripple cần loại bỏ cao giá trị tụ bypass phải nhỏ Ở ta chọn R1 = 100 Ohm, C3 chọn giá trị tối thiểu 10µF  Tính tốn giá trị điện trở R1 R2 Dựa vào sơ đồ bên dưới, ta thiết lập công thức: Vout  Vref (1  R / R1)  I ADJ R Với Vref = 1.25V Vout = 1.8V theo thiết kế Chúng ta bỏ qua dòng nhỏ I ADJ = 50µA Dịng I1 qua R1 giới hạn khoảng 2-10mA, chọn giá trị R1 = 100 Ohm Ta tính giá trị R2 = 44 Ohm Sơ đồ thiết kế  Sơ đồ nguyên lí:  Sơ đồ mạch in 2D:  Sơ đồ mạch in 3D: Kết luận - Nguồn tuyến tính (Linear) xây dựng dựa đặ tính phần tử “Pass Element” MOSFET, BJT,… làm việc vùng tuyến tính - Mạch nguồn tuyến tính có hiệu suất khơng cao, lượng lớn lượng bị tiêu hao dạng nhiệt - Nguồn tuyến tính ứng dụng phổ biến mạch có cơng suất tiêu thụ nhỏ yêu cầu điện áp ổn định, nhiễu mạch tương tự, mạch cảm biến… o Một số lưu ý thiết kế layout cho mạch: - Tụ đầu vào, tụ đầu tụ bypass chân ADJ nên đặt gần sát chân tương ứng IC - Nên xếp GND tụ, led trở cho hợp lí nối linh kiện mặt mạch nhằm tối ưu kích thước