mach tao xung

tao xung uc3842

Với việc thiết kế 1 nguồn xung đòi hỏi sự hiểu biết, người thiết kế phải có những kỹ năng điện tủ’ vũng thì mới có thể thiết kế được Khó khăn lớn nhất cho những người thiết kế là

về mặt biến áp xung, vì biến áp xung đòi hỏi độ chính xác cao, với các thông số mà khó có thể đưa ra 1 công thức chung, chỉ có máy đo thì mới chính xác được

về mặt ứng dụng của biến áp xung thì rất nhiều, trong đó tiêu biểu nhất là trong nguồnxung, bộ Invector, bộ UPS

I CÁCH HOẠT ĐỘNG VÀ Ý NGHĨA CỦA UC3842 VÀ TL 431

ƯC3842 hay KA3842 là một

Sơ đồ khối bên trong IC - KA3842

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

* IC UC3842 có 8 chân và nhiệm vụ của các chân như sau :

- Chân 1: (COMP) đây là chân nhận điện áp so sánh, điện áp chân số 1 tỷ lệ thuận với điện

áp ra, thông thường trong mạch nguồn, chân 1 không nhận áp hồi tiếp mà chỉ đấu qua một

R sang chân số 2

- Chân 2: (VFB ) đây là chân nhận điện áp hồi tiếp, có thể hồi tiếp so quang hoặc hồi tiếptrực tiếp từ cuộn hồi tiếp sau khi đi qua cầu phân áp, điện áp hồi tiếp về chân 2 tỷ lệ nghịchvới điện áp ra, nếu một lý do nào đó làm điện áp đưa về chân 2 tăng lên thì điện áp ra sẽgiảm thấp hoặc bị ngắt

- Chân 3: (CURRENT SENSE) chân cảm biến dòng, chân này theo dõi điện áp ở chân s củađèn Mosfet, nếu dòng qua Mosfet tăng => điện áp chân s sẽ tăng => điện áp chân 3 sẽ tăng,nếu áp chân 3 tăng đến ngưỡng khoảng 0,6V thì dao động ra sẽ bị ngắt, điện trở chân sxuống mass khoảng 0,22 ohm, nếu điện trở này tăng trị số hoặc bị thay trị số lớn hơn thì khichạy có tải là nguồn bị ngắt

- Chân 4: ( Rt / Ct) chân nối với R-C tạo dao động, tần số dao động phụ thuộc vào trị số R

và c ở chân 4, người ta thường đưa xung dòng hồi tiếp về chân 4 để đồng pha giữa tần sốdòng với tần số dao động nguồn, điều đó đảm bảo khi sò dòng hoạt động tiêu thụ nguồn thìMosfet nguồn cũng mở đế kịp thời cung cấp, điều đó làm cho điện áp ra không bị sụt áp khicao áp chạy

- Chân 5: là Mass

- Chân 6: là chân dao động ra, dao động ra là dạng xung vuông có độ rộng có thể thay đối

đế điều chỉnh thời gian ngắt mở của Mosfet, thời gian ngắt mở của Mosfet thay đối thì điện

áp ra thay đổi

- Chân 7: là chân Vcc, điện áp cung cấp cho chân 7 từ 12V đên 14V, nêu điện áp giảm nếu

< 12V thì dao động có thể bị ngắt, điện áp chân 7 được cấp qua trở mồi, khi nguồn chạy điện áp này được bố xung từ cuộn hồi tiếp sau khi chúng được chỉnh lun

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

và lọc

- Chân 8: (Vref) đây là chân từ IC đưa ra điện áp chuẩn 5V, điện áp này thường dùng để

cung cấp cho chân dao động số 4, người ta thường thiết kế mạch bảo vệ bám vào chân 8 để khi nguồn có sự cố sẽ làm mất nguồn ở chân 8 => mạch ngắt dao động

Khối nguồn có chức năng cung cấp các mức điện áp

một chiều cho các bộ phận của máy, bao gồm các điện áp

- 12V cung cấp cho mạch INVERTER (Mạch cao áp)

- 5V cung cấp cho Vi xử lý

- 3,3V cung cấp cho mạch xử lý hình ảnh

- Điện áp đầu vào là nguồn 220V AC

2 Các thành phần trong khối nguồn:

a Mạch lọc nhiễu

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

- Có chức năng lọc bỏ nhiễu cao tần bám theo đường dây điện không để chúng lọt vào trong máy làm hỏng linh kiện và gây nhiễu trên màn hình

ự-min jyr max

Băng điện áp vào: ì i n e , ì i n e

Tần số ngõ vào: fL

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

Công suất ngõ ra lớn nhất: P0

ước lượng hiệu suất: Eff thường chọn trong khoảng 0.7-0.85

Tính công suất ngõ vào lớn nhất, bởi công thức:

Như sơ đồ bộ nguồn ở dưới đây, bên sơ cấp có mầu hồng và bên thứ cấp có mầu

xanh

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

ĐOAN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

H'Ọ1 C^OI ur

zỉ ĩịệệp ??àb>

:>4+j itíu ĩà.1

liu-r IX

ICTRl_

KÌ27SR33

I -1

CM^orr

iiMự-B c r_m x;

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

nguồn bên thứ cấp

220V AC

Mạch bảo vệ đầu vào:

- Đe bảo vệ mạch nguồn không bị hỏng khi điện áp đầu vào quá cao, người ta đấu một

đi ốt bảo vệ ở ngay đầu vào (VRT601), đi ốt này chịu được tối đa là 300V, nếu điện ápđầu vào vượt quá 300V thì đi ốt này sẽ chập và nổ cầu chì, không cho điện vào trong

bộ nguồn

- Ở ngay đầu vào người ta gắn một cầu chì, cầu chì này có tác dụng ngắt điện áp khidòng đi qua nó vượt ngưỡng cho phép

b Tính toán giá trị cho tụ lọc nguồn và chọn dải điện áp cho ngõ vào

Có 2 dải điện áp thường được sử dụng là:

- Dải thông dụng có băng điện áp ngõ vào trong khoảng 85-265 Vrms

- Dải European có băng điện áp ngõ vào trong khoảng 195-265 Vrms

GVHD: Th.s MÃ DUY KHANH Trang 12

JW _ Q ' n \ Ư m a x + d s v R O n C \ n \

^ L ' n \

m V, (v« n )+w

Step 25 Calculate secondary RMS current I

Cuộn L dung loại bead với dòng ra <1A, còn dùng dạng cuộn nếu >1A

HE 24] Calculate secondary peak current ISH

Step 27 Determine output capacitor ripple current I RIPP1

• Output capacitor ripple current

I = 1 / 2 - I 2

1 RIPPLE V 1 SRMS 1 ()

where IQ is the output DC current

* 1 SP~ I p*

Step 31 Select output capacitor

• Ripple current specification at 105 cC, 100 kHz: Must be equal to

or larger than IR1PPLE where 1 PIPP1 r is from Step 27.

• ESR specification: Use low pSR, electrolytic capacitor^ Output switching ripple voltage is IL x fclKI , where Isp is from Step 24.

Chọn Diode chỉnh lưu cho cuộn thứ cấp dựa trên dòng và áp Điện áp

ĐOAN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

V R R M > 1 - 3 ■ ^ D ( n )

lp>1.5 /0(n)

V(RRM) áp lớn nhất, I(F) dòng trung bình của Diode

Việc chọn Diode được cho bởi bảng 2 với t(rr) là thời gian phục hồi lớn nhất:

Schottky Barrier Diode

Produ

ge SB33

EGP30

F 3*0 V 3 A SC- "3 DO- 2'OAD EGP'O

EGP'OJ 600 V ‘A &:■ -3

DO-4-c Tính toán cho Mosfet:

Ta có hệ sô tự cảm Lm (hay điện cảm của cuộn) được cho bởi công thức :

fs: tần số đóng ngắt của mạch

KRF : hệ só gợn sóng

+ Đối với chế độ dẫn điện không liên tục (discontinuous con-duction mode : DCM) thì

KRF=\

+ Đối với chế độ dẫn điện liên tục (continuous con-duction mode : CCM) thì

Thường chọn ^ R F =0.3-0.5 cho băng ngõ vào phổ biến (85 V-265 Vrms), =0.4-0.8cho băng ngõ vào (195 V - 265 Vrms)

Lm được chọn sao cho dòng trên Mosfet là lớn nhất:

rm s

in max

where ^EDC

d s : dòng hiệu dụng trên Mosfet.

Ta có công thức tính Vdc lớn nhất khi chế độ CCM có tải:

Chọn công suất vào và dòng Ids cho Mosfet

Với dòng Ids max được cho ở mục IV thì ta chọn Mosfet với dòng quá tải của Mosfet Iover lớn hơn Ids (peak) Với sai số cho I over là 12%, đồng thời cũng quan tâm đếncông suất của Mosfet sao cho phù hợp

d Tính toán giá trị cho mạch Snubber

Khi Mosfet tắt thì có 1 điện áp khá cao của dòng tự cảm đặt lên chân drain của Mos, và

có thể làm Mos bị chết, vì vậy cần có mạch snuuber để bảo vệ Mos

Diode để dẫn dòng rò đi lên, tụ là để dòng rò nạp vào đó

Đầu tiên thiết kế mạch snubber với điện áp trên tụ snubber tại thời điếm áp vào nhỏ nhất

và điều kiện có tải chọn Vsn, công suất của mạch snubber khi áp vào nhỏ nhất và khi có tải :

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

Điện trở snubber phù hợp với công suất định mức dựa trên công suất thất thoát

Độ biến thiến áp nhỏ nhất của tụ snubber:

fs tần số của mạch switching, thông thường là 5-10%

Với mạch thiết kế theo CCM, dòng drain và áp trên tụ snubber giảm thì áp ngõ vào tăng Nên tụ snubber được tính

Với CCM thì

Với DCM thì

Từ Vsn2,Điện áp lớn nhất trên Mos

2

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

Còn diode thì thường chọn Ultra fast diode với dòng là 1A

e Tính toán cho cuộn biến áp xung :

Điện áp rơi trên cuộn sơ cấp:

- Trong mạch Fly-back có 2 chế độ làm việc là: chế độ dẫn liên tục (continuous

conduction mode-CCM) và không liên tục (discontinuous conduction mode - DCM) Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng của nó

- DCM : cung cấp điều kiện chuyến mạch cho Diode chỉnh lun tốt hơn, kích thước biến

áp nhỏ hơn nên sự tích trữ năng lượng sẽ ít hơn CCM Tuy nhiên bản thân DCM chodòng RMS cao hơn DCM thường được dùng cho những mạch có ngõ ra điện áp cao,dòng thấp Trong khi đó CCM dùng cho áp thấp, dòng cao Điện áp từ ngõ vào đến ngõ

ra CCM thì phụ thuộc vào chu trình làm việc, còn DCM không chỉ phụ thuộc vào chutrình làm việc mà còn phụ thuộc vào tải

Ta có công thức sau :

Y — ^max T/-min

R O : điện áp cuộn sơ cấp

Ta chọn Dmax sao cho lớn nhất có thế, thường thì đề chọn Dmax ta dựa vào

DOAN 1 MACH NGUON XUNG UC 3842

Với Iover là dòng đỉnh xung cao nhất Qua công thức ta thấy nếu Iover mà lớn thì sẽ làm cho kích thước biến áp lớn Thường chọn sao cho

I ds = 70%-80% lover

+

v,

i'

RO

+

SadorutgoncuaBienApTrongdotaxe

D

Figure 6 Simplified diagram of the transformer

+ +

V 01 V

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

mngoraVollagocdedieuchinhcacngo

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

rakhacTinhsovongdaychocacngora:

Heso

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

vongday:

N P ,Nsl :sovongcuonsocap,thiicap

Vol :dienapngora

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

VF 1:dienaproitrenDiodeNslsedirgelamtronsaocho

NP

Ionhon

NPMin

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

Sovongchongorathu1

n :

Vcc* là điện áp danh định cung cấp

cho mạch, V(Fa) điện áp rơi trên

Diode Da

Thường chọn IV cho Fast diode,0,7V cho untraFast diode, 0,5V cho

Schottkydiode

Xem Vcc* như là điên áp bắt đầu của

Vcc cần tránh việc quá tải

Với số vòng của cuôn sơ cấD thì ta có

côn 2 thức tính độ dài của khe

Tính toán đường kính cho dây cuốn vàdòng RMS cho mỗi ngõ ra:

VF(n) áp roi trên Diode DR(n)

Dòng mật độ thong thường là 5A/mmA2 khi dây cuốn > l m , khi dây quấn với số vòngnhỏ thì là 6-10 A/mmA2 cũng có thể chấp nhận được Tránh sử dụng với đường kính nhỏhơn 1 mm để tránh mất dòng xoáy mạnh cái mà sẽ làm cho cuộn dây dễ dàng làm việc.Với ngõ ra có dòng cao tốt nhất cuốn song song với nhiều dây bện quấn mỏng để tranhhiệu ứng bề mặt

Kiểm tra xem cửa sổ dùng để quấn dây Aw có đủ để quấn dây hay không :

Ac là vùng dây dẫn thực tế, K(F) là hệ số lấp đầy thường chọn trong khoảng 0.2-0.25 nếuchỉ có 1 ngõ ra, và chọn 0.15-0.2 cho nhiều ngõ ra

Neu Awr mà lớn hơn Aw thì ta chọn lõi lớn hơn Đôi khi không thể thay đổi cho phù hợpgiá cả và kích thước ràng buộc

Trong kỹ thuật CCM thì thiếu sót Aw là không đáng kể, ta giảm Lm bằng cách tăngK(RF)

Và số vòng của cuộn sơ cấp Np(min) sẽ giảm khi đó Awr sẽ giảm

Đường kính dây được tính dựa vào dòng hiệu dụng qua dây Mật độ dòng

thông dụng là 5 A / mm2 , khi dây dài hơn lm Khi dây ngắn và số vòng ít thì có thể lấy6-10A/mm2 Lưu ý, không nên dung đường kính dây lớn hơn lmm, để tránh dòng

Faulcol

1 hệ so quan trong can lưu ý đó là Lm (primary side inductance), được xác định :

f.Mạch hồi tiếp so quang:

KA431

- Dòng điện đi qua đi ốt so quang sẽ được IC - KA431 điều khiến

- Dòng điện qua đi ốt phát quang sẽ làm đi ốt phát sáng chiếu sang đèn thu quang => đèn thu quang dẫn, dòng điện đi qua đi ốt phát quang tỷ lệ thuận với dòng điện đi qua đèn thu quang trong IC so quang, dòng điện anỳ sẽ được đưa về chân hồi tiếp âm (chân 2) của IC

Nguyên lý ổn áp:

- Giả sử khi điện áp đầu vào tăng, ngay tức thời thì điện áp đầu ra cũng tăng lên => điện áp lấy mẫu tăng => điện áp chân R của TL431 tăng => dòng điện đi qua TL431 tăng => dòng điện đi qua đi ốt trong IC so quang tăng => dòng điện qua đèn thu quang trong IC so quang tăng => điện áp đưa về chân 2 của IC tăng => biên độ dao động ra giảm xuống => đèn công suất hoạt động giảm và điện áp ra giảm xuống, nó có xu

Điện áp ra

hướng giảm trở về vị trí ban đầu

- Neu điện áp đầu vào giảm thì quá trình diễn ra theo xu hướng ngược lại, và kết quả là khi điện áp đầu vào thay đổi lớn nhưng điện áp đầu ra thay đổi không đáng kể, vòng hồi tiếp này có tốc độ điều chỉnh rất nhanh, chỉ mất vài phần ngàn giây vì vậy nó hoàn toàn cóthể điều chỉnh kịp thời với các thay đổi đột ngột của điện áp đầu vào

LÍũù

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

Mạch lọc nhiễu có tác dụng triệt tiêu toàn bộ nhiễu cao tần bám theo đường dây điệnkhông để chúng lọt vào trong bộ nguồn gây can nhiễu cho máy và làm hỏng linh kiện,các can nhiễu đó bao gồm:

- Nhiễu từ sấm sét

- Nhiễu công nghiệp

- Nhiễu từ các thiết bị phát ra xung điện V V

h Mạch chỉnh lưu và lọc điện áp AC 220V thành DC 300V:

- Mạch chỉnh lun sử dụng đi ốt mắc theo hình cầu đế chỉnh lun điện áp AC thành DC

- Tụ lọc nguồn chính sẽ lọc cho điện áp DC bằng phang

i.Điện trỏ’ mồi và mạch cấp nguồn cho IC

TRGK1

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

Khi có điện áp 300V DC, điện áp đi qua R603 và R609 vào định thiên cho đèn Q602dẫn, đưa dòng điện đi qua R602 (Rmồi) đi qua đèn cấp nguồn vào chân số 7 của IC

- Tụ C617 có tác dụng làm cho điện áp đi vào chân 7 tăng tù’ tù' (mạch khởi

j.Mạch bảo vệ quá dòng:

ĐỒ ÁN 1 MẠCH NGUON XUNG uc 3842

4 R/C CO

RS18 lâK

10K-vw-

re« iâtT-6

- Người ta mắc một đi ốt Zener 24V từ điện áp vcc đến chân G của đi ốt có điều khiển Thristor, chân A của Thiristor đấu với chân 1 của IC, chân K đấu với mass

- Khi điện áp của nguồn ra tăng cao, điện áp vcc tăng theo, nếu điện áp vcc > 24 Vthì có dòng điện đi qua đi ốt Zener vào chân G làm Thiristor dẫn, điện áp chân 1 của

IC bị thoát xuống mass, biên độ dao động ra giảm bằng 0, đèn công suất tắt, điện áp ramất

- Khi mạch bảo vệ hoạt động và ngắt đèn công suất, điện áp ra mất, không có dòng điqua đi ốt zener, IC lại cho dao động ra và quá trình lặp đi lặp lại

III Hình ảnh khối nguồn trên một số máy thực tế

Hình 1.1Khối nguồn và các khối khác trên Monitor LCD ACER

Mạch cao áp

Vi xử tý

và khối Video

Khói nguổn

Tụ lọc nguổn chính

ổn áp 3,3V Cổng suất Biến áp xung

ị j

Hình 1.2

Các bộ phận chính trên khối nguồn Monitor LCD ACER

Hình 1.3Khối nguồn và khối cao áp trên Monitor LCD AOC

IV Hướng dẫn và chú ý khi thi công.

Schematic

Chú ý :

s Các giá trị của tụ điện phải có điện áp phù hợp.

S Các điện trở phải đúng công suất, điện trở nào

chỉ ghi giá trị tức là điện trở thường, điện trở nào ghi 1% tức là điện trở 5 vòng màu

s Cuộn dây L2 như hình sau:

s Chú ý mắc cho đúng chân Đây là cuộn lọc AC,

thường thấy trong board màn hình máy tính Ta

có thế mua những cuộn cũ, miễn sao cuộn không bị đứt là xài được

' S Tương tự với cuộn LI, ta cũng mua loại cũ,

như hình dưới thì nó là cuộn màu đen Vớimạch này thì mua cuộn to khoảng gần bàngngón tay út thì mới đam bảo về dòng điện

Biên áp xung.

o Dây đồng

o Băng cách điện (loại băng này có màu vàng)

o Keo (để khi quấn xong mỗi lớp mình sẽ quét lớp keo này lên)

Tất cả vật liệu trên mua tại tiệm Tâm Tiên, trên lầu sạp Cl, cao ốc A

Nguyễn Kim,p7,Q 10 (chợ Nhật Tảo)

Cuộn L cũ có thế mua nhũng tiệm kế bên, cũng ở trên lầu luôn Hoặc cũng cóthể mua mới tại tiệm này

Dây đồng thì mua tại tiệm dây đồng : cuộn sơ cấp (45T : 45 vòng) và cuộn Bias(6T) dùng loại dây 0.3mm, cuộn thứ cấp (3T) dùng loại 0.5mm

về phần dây dồng và biến áp này nên mua chung bởi vì họ không bán lẻ, và sẽ

rẻ hơn rất nhiều, cử 1 người đại diện mua cho tất cả, dây đồng thường người ta bán ítnhất là 2 hoặc 3 lạng

Nhìn trong schematic ta thấy trong biến áp có ký hiệu các số chân, và điềuquan trọng là dấu chấm đen Điếm bắt đầu quấn là dấu chấm đen này, và kết thúc tạichân kia.

Quấn các cuộn theo 1 chiều nhất định

Quấn sao cho thật đều, đẹp và gọn gang tòng lớp

Quấn xong 1 lớp thì quét keo, rồi mới quấn tiếp lớp 2

Khi quấn xong các cuộn thì phải quấn băng cách điện, ít nhất 3 vòng

Cuộn sơ cấp nằm trong cùng, kế tiếp là cuộn thứ cấp, và ngoài cùng là cuộnBias

Trước khi quấn cuộn sơ cấp thì cần quấn 1 lớp băng cách điện, khoảng 3vòng

Phía trên cùng và phía dưới cùng sẽ không quấn dây ở đây, mà sẽ quấn băng cách điện như hình bên trái, lớp băng cách điện này có độ dày bằng lớp dây đồng, chiều rộng khoảng l m m với hình trên là 3mm

Khi quấn sẽ quấn từ dưới lên, từ trái qua phải Khi đã quấn đến điểm trên cùngthì sẽ từ trên xuống Neu đang quấn đến lưng chừng mà xong thì phải quấn 1 lớp băngcách điện, rồi mới kéo dây xuống đế hàn vào chân

Để cho tốt thì nên mua 1 vài cục biến áp xung cũ, tháo ra xem cách người ta quấn dây,cách ra dây như thế nào, phủ lớp băng cách điện ra sao, những điểm nào quan trọng thìghi chú lại

Quấn cho chắt đế tránh tình trạng khỉ cấp nguồn làm cho biến áp kêu, rung, rít hoặc nóng

c Test mạch.

Khi lắp ráp đúng như sơ đồ thì cần kiểm tra lại Tại đầu ra có thể mắc đèn led

để xem mạch hoạt động, rồi cắm nguồn chạy thử