Đồ án i đề tài mạch sạc và các hệ thống sạc thông minh

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ KHOA TỰ ĐỘNG HÓA  ĐỒ ÁN I ĐỀ TÀI: MẠCH SẠC VÀ CÁC HỆ THỐNG SẠC THÔNG MINH Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Hoài Linh Sinh viên thực hiện: Phạm Đăng Thái MSSV: 20200581 Lớp: KT ĐK&TĐH 09 – K65 HÀ NỘI, 7/2023 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIN LI-ION 1.1 Khái niệm pin Li-ion 1.2 Cấu tạo pin Li-ion 1.2.1 Điện cực dương (Cathode) 1.2.2 Điện cực âm (Anode) 1.2.3 Bộ phân tách (Separator) 1.2.4 Chất điện phân (Electrolyte) 1.3 Nguyên lý hoạt động pin CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ SẠC PIN LI-ION 2.1 Phương pháp sạc CCCV gì? 2.2 Nhiệt độ hoạt động 2.3 Sạc pin nhiều cell CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH SẠC PIN LI-ION 11 3.1 Sơ đồ khối mạch sạc pin Li-ion 11 3.1.1 Máy biến áp 11 3.1.2 Mạch chỉnh lưu 12 3.1.3 Mạch lọc nguồn 14 3.1.4 Mạch hiển thị trạng thái kết nối pin 15 3.1.5 Mạch ổn áp sử dụng LM317, BC547 16 3.2 Lựa chọn linh kiện 20 3.3 Sơ đồ mạch 21 CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH VÀ KẾT LUẬN 22 4.1 Mơ hình mạch thật 22 4.2 Kết luận 22 4.2.1 Kết nghiên cứu 22 4.2.2 Nhận xét kết thực nghiệm 23 4.2.3 Hướng phát triển cải tiến 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu tạo pin Li-ion [1] Hình 2.1: giai đoạn chế sạc CCCV [2] Hình 2.2: Đồ thị mơ tả q trình phục hồi điện áp hở mạch [3] Hình 2.3: Đồ thị mơ tả mối quan hệ vòng đời pin với nhiệt độ dòng sạc [4] Hình 2.4: (a) Sạc pin nhiều cell mắc nối tiếp, (b) Sạc pin nhiều cell sử dụng hệ thống giám sát cân pin để điều chỉnh hướng dịng sạc [5] 10 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch sạc pin Li-ion 11 Hình 3.2: Ký hiệu hình dạng máy biến áp 11 Hình 3.3: Dạng sóng điện áp sau qua máy biến áp 12 Hình 3.4: Phân loại mạch chỉnh lưu 12 Hình 3.5: Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha sử dụng diode 13 Hình 3.6: Dạng sóng điện áp trước (trên) sau (dưới) chỉnh lưu 13 Hình 3.7: Sơ đồ mạch lọc nguồn đơn giản 14 Hình 3.8: Dạng sóng điện áp trước sau có tụ lọc 14 Hình 3.9: Transistor BC557 [6] 15 Hình 3.10: Sơ đồ mạch hiển thị trạng thái kết nối pin 16 Hình 3.11: IC ổn áp LM317 [7] 16 Hình 3.12: Sơ đồ cấu tạo IC ổn áp LM317 [7] 17 Hình 3.13: Mạch điều chỉnh điện áp dùng LM317 [7] 18 Hình 3.14: Transistor BC547 [8] 19 Hình 3.15: Mạch ổn dịng, ổn áp dùng LM317 BC547 [7] 19 Hình 3.16: Sơ đồ mạch sạc pin sử dụng LM317 21 Hình 4.1: Mơ hình mạch sạc pin Li-ion sử dụng IC LM317 22 LỜI MỞ ĐẦU Các thiết bị chạy pin trở thành phần thiếu sống đại Trong thiết bị này, để tránh phải thay pin thường xuyên tiết kiệm chi phí, loại pin sạc phát triển dần thay loại pin dùng lần Do đó, sạc pin đóng vai trò quan trọng việc quản lý lượng thiết bị Với mong muốn khám phá, tìm hiểu lĩnh vực quản lý lượng cụ thể sạc pin, đồ án trình bày đề tài “Mạch sạc hệ thống sạc thông minh” Bên cạnh việc thiết kế mạch sạc pin, đề tài đưa hiểu biết pin Li-ion nguyên lý sạc pin phổ biến Mục đích đề tài: Thiết kế mạch sạc pin Li-ion theo phương pháp sạc dòng điện không đổi điện áp không đổi (CCCV) sử dụng IC ổn áp LM317 Đối tượng nghiên cứu • Pin Li-ion • Nguyên lý sạc CCCV • IC ổn áp LM317 Phạm vi nghiên cứu: Mạch sạc ứng dụng cho pin Li-ion 18650 sử dụng IC ổn áp LM317 Phương pháp nghiên cứu • Tìm hiểu đặc tính pin Li-ion ngun lý sạc CCCV • Tìm hiểu IC ổn áp LM317 ứng dụng sạc pin từ đưa sơ đồ ngun lý mạch sạc • Sử dụng kiến thức lý thuyết mạch, điện tử cơng suất để tính tốn thơng số cần thiết • Sử dụng phần mềm Proteus PSIM làm công cụ để mô kiểm chứng kết • Lắp ráp linh kiện để tạo mạch thật so sánh với kết mô để đưa nhận xét Ý nghĩa đề tài: Đưa cấu tạo sạc pin 18650 đơn giản, an tồn, khơng ảnh hướng nhiều đến tuổi thọ pin Nội dung đề tài trình bày chương: • • • • Chương 1: Tổng quan pin Li-ion Chương 2: Nguyên lý sạc pin Li-ion Chương 3: Thiết kế mạch sạc pin Li-ion Chương 4: Mơ hình kết luận Trong trình nghiên cứu đề tài, thân em cố gắng trau dồi học hỏi để cải thiện kiến thức kỹ năng, nhiên kinh nghiệm cịn chưa nhiều nên khó tránh khỏi sai sót Vậy em mong nhận lời đánh giá, góp ý thầy để nghiên cứu hoàn thiện Qua em xin chân thành cảm ơn PGS TS Trần Hồi Linh tận tình hướng dẫn, bảo trình em thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … 2023 Sinh viên thực Phạm Đăng Thái CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIN LI-ION 1.1 Khái niệm pin Li-ion Pin Lithium, hay gọi pin Li-on, pin Lithi-on, viết tắt LIB, thuộc loại pin sạc, tổ hợp bao gồm nhiều tế bào Pin sử dụng kim loại Lithium hợp kim Lithium làm vật liệu điện cực âm sử dụng dung dịch điện giải khơng dính Pin Lithium nhà hóa học người Anh M Stanley Whittingham, dạy cho Đại học Binghamton, nghiên cứu ông làm việc cho Exxon vào năm 1970 Whittingham sử dụng titan (IV) sulfide kim loại lithi làm điện cực Qua q trình thí nghiệm, pin có điện cực lithium kim loại cho thấy vấn đề an toàn, lithium chất phản ứng mạnh, cháy điều kiện khí bình thường có nước oxy khơng khí Do việc nghiên cứu chuyển qua phát triển pin không sử dụng kim loại lithi, mà sử dụng hợp chất hóa học lithium, với khả chấp nhận giải phóng ion lithium Pin Lithium chia thành hai loại: pin Lithium kim loại pin Lithium-Ion (pin Li-ion) Pin Lithium-Ion không chứa Lithium kim loại sạc lại Pin có hình dạng là: Hình trụ nhỏ, hình trụ lớn, hình phẳng (dạng túi) hình lăng trụ với loại pin lithium-ion là: • Lithium-Cobalt Oxide (LiCoO2): dùng cho thiết bị cầm tay điện thoại di động, laptop) • Lithium-Titanate (Li4Ti5O12): dùng cho vài mục đích đặc biệt • Lithium-Nickel Mangan Cobalt Oxide (LiNiMnCoO2): dùng xe điện • Lithium-Iron Phosphate (LiFePO4), Lithium-Mangan Oxit (LiMn2O4, Li2MnO3) Lithium-Mangan Oxit (LiMn2O4, Li2MnO3): dùng thiết bị điện y tế 1.2 Cấu tạo pin Li-ion Cấu tạo pin Li-ion bao gồm: điện cực dương, điện cực âm, phân tách, chất điện phân hai thu dịng điện Hình 1.1: Cấu tạo pin Li-ion [1] 1.2.1 Điện cực dương (Cathode) Điện cực dương thường làm từ LiCoO2 LiMnO4 Cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide Coban (hoặc Oxide Mangan) liên kết với ngun tử Lithium Khi có dịng điện chạy qua, nguyên tử Lithium nhanh chóng tách khỏi điện cực tạo thành ion dương Lithium, Li+ 1.2.2 Điện cực âm (Anode) Điện cực âm cấu tạo từ graphite số vật liệu cacbon khác có cấu trúc cho phép ion Li+ xen ké vào lớp mạng cacbon 1.2.3 Bộ phân tách (Separator) Bộ phân tách thường làm từ nhựa PE PP, đóng vai trị hàng rào vật lý ngăn cách cực âm cực dương pin có lỗ nhỏ cho phép ion Li+ qua 1.2.4 Chất điện phân (Electrolyte) Chất điện phân chất lỏng lấp đầy hai cực màng ngăn pin, đóng vai trị môi trường truyền ion Li+ điện cực trình sạc xả pin Dung dịch điện phân dùng pin Li-ion chứa muối lithi, LiPF6, LiBF4 hay LiClO4 dung môi hữu etylen cacbonat, dimetyl cacbonat, dietyl cacbonat 1.3 Nguyên lý hoạt động pin Trong chế hoạt động pin lithium ion, cực âm, cực dương đóng vai trị ngun liệu phản ứng điện hóa Dung dịch điện phân tạo môi trường dẫn cho ion Lithi di chuyển điện cực âm dương Dòng điện chạy mạch ngồi pin hoạt động Q trình thể quy trình sạc, xả Khi xả, ion Lithi mang điện dương di chuyển từ cực âm (thường graphite) qua dung dịch điện ly sang cực dương dương cực có phản ứng với ion Lithi Để đảm bảo cân điện tích, với ion Lithi dịch chuyển từ cực âm sang cực dương pin mạch ngồi, lại tiếp tục có electron chuyển động từ cực âm sang cực dương, sinh dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm Khi sạc, trình diễn ngược lại trình xả Dưới điện áp sạc, electron bị buộc chạy từ điện cực dương pin (giờ trở thành cực âm), ion Lithi tách khỏi cực dương di chuyển trở điện cực âm pin (ở quy trình đóng vai trị cực dương) Trong q trình sạc xả pin đảo chiều, tên gọi cực pin khơng dựa cấu tạo mà cịn dựa trạng thái sạc/xả Trong chu kỳ phóng điện, nguyên tử Lithi cực dương bị ion hóa tách khỏi điện cực chúng Các ion Lithi di chuyển từ cực dương qua chất điện phân chúng đến cực âm Tại chúng tái kết hợp với điện tử trung hòa điện Bán phản ứng cực dương (cathode) vật liệu dạng lớp LCO viết sau (chiều thuận sạc, chiều nghịch xả): LiCoO2 ⇋ CoO2 + Li+ + e− (1.1) Bán phản ứng cực âm (anode) vật liệu dạng lớp graphite (chiều thuận sạc, chiều nghịch xả): C6 + Li+ + e− ⇋ LiC6 (1.2) Phản ứng pin (chiều thuận sạc, chiều nghịch xả): C6 + LiCoO2 ⇋ LiC6 + CoO2 (1.3) Như sạc, C60 (anode) bị khử thành C61-, Co3+ bị oxy hóa thành Co4+, ngược lại xả Về phản ứng ln có giới hạn Nếu xả mức (nhét thừa ion lithi) lithi coban oxide bão hịa dẫn đến hình thành lithi oxide, theo phản ứng chiều sau: LiCoO2 + Li+ + e− → Li2 O + CoO (1.4) Nếu sạc pin LCO lên 5,2 V dẫn đến hình thành coban IV oxide, theo phản ứng chiều sau, điều kiểm chứng nhiễu xạ tia X LiCoO2 → Li+ + e− + CoO2 (1.5) CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ SẠC PIN LI-ION Theo phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật vài thập niên vừa qua, loại sạc cho pin Li-ion ngày đa dạng ngun lý như: sạc dịng điện khơng đổi nhiều giai đoạn (Multi-step Constant Current), sạc xung (Pulse Charging), sạc dòng điện không đổi – điện áp không đổi,… mang lại nhiều đột phá khía cạnh khác rút ngắn thời gian sạc, tăng tuổi thọ pin, giảm chi phí chế tạo,… Đồ án tập trung nghiên cứu phương pháp sạc phổ biến nay: Phương pháp Dịng điện khơng đổi – Điện áp không đổi (CCCV) 2.1 Phương pháp sạc CCCV gì? Phương pháp sạc Dịng điện khơng đổi – Điện áp không đổi (Constant Current Constant Voltage - CCCV) phương pháp sạc pin Liion phổ biến nay, phương pháp sạc bao gồm bốn giai đoạn Hình 2.1 Hình 2.1: giai đoạn chế sạc CCCV [2] Giai đoạn sạc nhỏ giọt (Trickle Charge – TC), diễn pin xả mức, tức điện áp pin nhỏ 3.0V Sạc nhỏ giọt cịn áp dụng để xác định xem pin hoạt động tốt hay hư hỏng Dòng điện sạc giai đoạn (𝐼𝑡𝑐 ) trì mức khơng đổi khoảng 1/10 dòng sạc đầy pin để tránh nhiệt độ pin cao Sau xác định pin hoạt động bình thường tăng điện áp pin lên mức 3.0V, trình sạc chuyển sang giai đoạn Giai đoạn thứ hai sạc dòng điện không đổi (Constant Current – CC) Trong giai đoạn này, dịng điện sạc giữ khơng đổi (thường có giá trị C/2-C với C dung lượng [Ah] ắc quy), điện áp đạt tới điện áp ngưỡng tối đa (khoảng 4.2 V), lúc này, dung lượng pin đạt khoảng 70% Để pin đầy, việc tiếp tục sạc chế độ CC làm điện áp pin vượt điện áp cực đại định mức, dẫn tới nhiệt độ pin tăng cao, làm hỏng cấu trúc chất hóa học cấu tạo nên thành phần cua pin (như thảo luận mục 1.3) Do đó, giai đoạn CC phải dừng lại để chuyển sang giai đoạn Giai đoạn thứ ba sạc điện áp không đổi (Constant Voltage – CV) Trong giai đoạn này, sạc đặt lên pin điện áp không đổi (bằng với giá trị điện áp cực đại định mức pin) Đồng thời, dòng điện sạc giảm dần đến ngưỡng định 𝐼𝑒𝑜𝑐 – thường khoảng 2% dòng sạc tối đa Giai đoạn thứ tư kết thúc sạc (End of Charge – EOC) Sau dòng điện sạc giai đoạn CV đạt giá trị 𝐼𝑒𝑜𝑐 , sạc ngừng cấp điện cho pin Lúc dung lượng pin đạt mức tối đa điện áp pin ổn định giá trị 4.2V Sau ngừng sạc, điện áp hở mạch pin giảm dần mức ổn định 3.6 – 3.9V Hiện tượng gọi phục hồi điện áp hở mạch (Open Circuit Voltage Relaxation – VR), mơ tả Hình 2.2 Đây q trình điện hóa diễn cấu tạo pin xảy sau dòng điện chạy qua pin bị gián đoạn, dẫn tới tượng giảm điện áp nội trở pin (Internal Resistance – IR) khơng có dịng điện qua Điện áp pin lúc giảm xuống mức điện áp hở mạch ổn định (Steady State Open Circuit Voltage – SS OCV) Quá trình xả có lượng ion Lithi khỏi điện cực dương làm giảm mức lượng pin Mà điện áp pin lại xác định nồng độ ion Lithi bề mặt điện cực nên tượng ion Lithi phân tán theo thời gian làm giảm dần điện áp cực pin Hình 2.2: Đồ thị mơ tả trình phục hồi điện áp hở mạch [3] cấu tạo từ điện trở transistor Bằng phương pháp này, q trình sạc tiếp tục đến tất cell pin sạc đầy mà không làm tổn hại chúng Hình 2.4: (a) Sạc pin nhiều cell mắc nối tiếp, (b) Sạc pin nhiều cell sử dụng hệ thống giám sát cân pin để điều chỉnh hướng dòng sạc [5] 10 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH SẠC PIN LI-ION 3.1 Sơ đồ khối mạch sạc pin Li-ion Mạch sạc pin nghiên cứu đồ án sử dụng phương pháp sạc CCCV có sơ đồ khối Hình 3.1 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch sạc pin Li-ion 3.1.1 Máy biến áp Hình 3.2: Ký hiệu hình dạng máy biến áp Máy biến áp hay máy biến (Transformer) thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện áp, với tần số không đổi Cấu tạo chung máy biến áp gồm thành phần chính: Lõi thép, dây quấn vỏ máy • Lõi thép dùng để dẫn từ thơng, chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt • Dây quấn có hai loại: Dây quấn nhận lượng từ lưới gọi dây quấn sơ cấp Dây quấn cung cấp lượng cho phụ tải gọi dây quấn thứ cấp Nguyên lý hoạt động máy biến áp dựa hai tượng vật lý: • Dịng điện chạy qua dây dẫn tạo từ trường • Sự biến thiên từ thông cuộn dây tạo hiệu điện cảm ứng (hiện tượng cảm ứng điện từ) 11 Cơng thức liên hệ số vịng dây, điện áp, dòng điện máy biến áp: 𝑈𝑃 𝑁𝑃 𝐼𝑆 = = 𝑈𝑆 𝑁𝑆 𝐼𝑃 (3.1) đó: • 𝑈𝑃 , 𝐼𝑃 : điện áp dòng điện vào cuộn sơ cấp • 𝑈𝑆 , 𝐼𝑆 : điện áp dòng điện cuộn thứ cấp • 𝑁𝑃 , 𝑁𝑆 : số vịng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Trong nghiên cứu này, khả chịu tải điện áp dòng điện điện áp pin linh kiện điện tử có hạn nên cần sử dụng máy biến áp hạ áp, giảm điện áp từ 220VAC xuống cịn 15VAC Hình 3.3: Dạng sóng điện áp sau qua máy biến áp 3.1.2 Mạch chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu (Rectifier) mạch điện điện tử sử dụng van bán dẫn để biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện chiều (DC) Dựa vào số pha, sơ đồ van, có điều khiển hay khơng điều khiển mà mạch chỉnh lưu phân loại Hình 3.5 Hình 3.4: Phân loại mạch chỉnh lưu Với yêu cầu thiết kế mạch sạc pin, không cần thiết sử dụng loại chỉnh lưu có điều khiển nên nghiên cứu này, chỉnh lưu cầu pha sử dụng diode lựa chọn làm phần chỉnh lưu cho mạch 12 Hình 3.5: Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha sử dụng diode Sơ đồ phần mạch chỉnh lưu bố trí Hình 3.5 Trong nửa chu kỳ dương điện áp đầu vào AC, D1 D2 phân cực thuận, D3 D4 phân cực ngược Khi điện áp vào tăng đến điện áp ngưỡng D1 D2, dòng điện theo đường màu đỏ từ nguồn qua tải trở theo đường màu xanh Hình 3.5 (a) Trong nửa chu kỳ âm điện áp đầu vào AC, D3 D4 phân cực thuận, D1 D2 phân cực ngược Dòng điện theo đường màu đỏ từ nguồn qua tải trở theo đường màu xanh Hình 3.5 (b) Dạng sóng điện áp trước sau chỉnh lưu mô tả đồ thị Hình 3.6 Hình 3.6: Dạng sóng điện áp trước (trên) sau (dưới) chỉnh lưu 13 3.1.3 Mạch lọc nguồn Mạch lọc nguồn (Capacitance Multiplier) loại mạch điện tử thiết kế để loại bỏ nhiễu biến động điện áp không mong muốn nguồn điện, giúp san độ gợn sóng điện áp Mạch lọc nguồn thường áp dụng sau giai đoạn chỉnh lưu trước giai đoạn ổn áp thiết bị điện Điện áp đầu chỉnh lưu trở thành điện áp chiều không phù hợp để cấp cho thiết bị điện không ổn định nhấp nhô theo dạng sóng Do đó, cấu tạo thiết bị cần có phận làm điện áp cung cấp mượt ổn định hơn, phận gọi mạch lọc nguồn Hình 3.7 trình bày dạng đơn giản mạch lọc nguồn tạo từ tụ hóa (một loại tụ phân cực) Hình 3.7: Sơ đồ mạch lọc nguồn đơn giản Trong nửa chu kỳ đầu điện áp cấp từ mạch chỉnh lưu tăng, tụ điện nạp điện Trong nửa chu kỳ sau, điện áp giảm, tụ điện phóng điện Lúc tụ đóng vai trị nguồn cấp thứ hai mắc song song với nguồn ban đầu cấp điện cho tải, khoảng trống gợn sóng điện áp liên tiếp Q trình mơ tả Hình 3.8 Hình 3.8: Dạng sóng điện áp trước sau có tụ lọc Tụ điện mạch lọc hoạt động bình chứa, tích trữ điện dư thừa phóng điện cung cấp cho tải thiếu, nên chúng có tên gọi khác tụ điện dự trữ Để có giá trị điện áp đẹp ổn định, nên sử dụng hai tụ mắc song song với giá trị từ vài trăm đến vài ngàn µF Mạch sạc thiết kế nghiên 14 cứu sử dụng tụ hóa với giá trị 470µF mắc song song với tụ gốm có giá trị 100nF 3.1.4 Mạch hiển thị trạng thái kết nối pin Để thuận tiện cho việc theo dõi trình sạc, mạch điện tử dùng để xác định xem pin kết nối chưa tích hợp thêm vào sạc Mạch dựa nguyên lý hoạt động transistor BC557 để làm sáng đèn LED mạch trạng thái sạc Khi đầu không kết nối với pin, đèn tắt Hình 3.9: Transistor BC557 [6] BC557 transistor lưỡng cực PNP, collector emitter đóng (Phân cực thuận) chân base nối đất mở (Phân cực ngược) có tín hiệu cấp vào chân Base Nó thường sử dụng khuếch đại làm cơng tắc đóng cắt mạch điện tử Khi transistor phân cực hồn tồn cho phép dịng tối đa 100mA chạy qua chân collector emitter Giai đoạn hoạt động gọi Vùng bão hòa (Saturation Region) điện áp cho phép Collector-Emitter (𝑉𝐶𝐸 ) BaseEmitter (𝑉𝐵𝐸 ) tương ứng 200mV 900 mV Khi dòng điện base bị ngắt, transistor tắt hoàn toàn, giai đoạn gọi Vùng cắt (Cut-off Region) điện áp Base-Emitter (𝑉𝐵𝐸 ) vào khoảng 660 mV Để phân cực transistor, cần cấp dòng điện vào chân base dòng điện 𝐼𝐵 nên giới hạn 5mA Khi dòng điện lớn 5mA transistor hỏng, cần điện trở mắc nối tiếp với chân base giá trị điện trở tính cơng thức đây: 𝑅𝐵 = 𝑉𝐵𝐸 𝐼𝐵 15 (3.2) Trong giá trị 𝑉𝐵𝐸 phải 5V BC557 𝐼𝐵 khơng vượt q 5mA, ta tính giá trị 𝑅𝐵 sau: 𝑅𝐵 = = 1000 (Ω) × 10−3 (3.3) Mạch hiển thị trạng thái kết nối pin sử dụng transistor bố trí Hình 3.10 Trong mạch có thêm đèn LED, pin chưa nối vào mạch, dòng điện qua diode Khi pin kết nối, dòng điện qua điện trở R2 cấp điện cho chân Base transistor, làm chân Collector Emitter mở, cho dòng qua làm LED sáng Hình 3.10: Sơ đồ mạch hiển thị trạng thái kết nối pin 3.1.5 Mạch ổn áp sử dụng LM317, BC547 a IC ổn áp LM317 Hình 3.11: IC ổn áp LM317 [7] 16 Sau điện áp chỉnh lưu qua chỉnh lưu cầu lọc qua tụ lọc, phẳng nguồn đầu vào thay đổi yếu tố mơi trường, nhiễu… mức điện áp biến thiên, từ dễ làm hư hỏng thiết bị điện Để giải tượng trên, biện pháp thường thấy thêm mạch ổn áp với chức giữ điện áp đầu ổn định kể điện áp đầu vào thay đổi Mạch ổn áp nghiên cứu sử dụng IC LM317 Hình 3.12: Sơ đồ cấu tạo IC ổn áp LM317 [7] LM317 IC ổn áp có chân với cấu tạo Hình 3.12 với thành phần sau: • Cặp Transistor Darlington NPN (khối số 1): cấu tạo transistor cách cho chân E transistor thứ kết nối với chân B transistor thứ Cách mắc giúp cho khả khuếch đại dòng điện tốt Để đảm bảo dịng điện lớn qua IC mà khơng làm nhiệt độ tăng cao, nên trì mức chênh lệch điện áp đầu vào đầu (𝑉𝐼 − 𝑉𝑂 ) lớn 3V • Khối tải (khối số 2): có chức ngắt mạch để bảo vệ IC bị q dịng q nhiệt • Khối điều chỉnh điện áp/dòng điện đầu (khối số 3): sử dụng khuếch đại thuật toán với điện áp bù đầu vào 1.25V (tạo diode zener), cung cấp khả điều chinh dòng điện điện áp đầu mạch Đây IC ổn áp tuyến tính phổ biến thiết bị điện tử với ưu điểm điều chỉnh điện áp đầu Khi sử dụng IC cần phải 17 ý điện áp vào 𝑉𝑖𝑛 < 40𝑉 dòng tải tiêu thụ tối đa 1.5A Nếu muốn thay đổi điện áp đầu cần mắc thêm điện trở tạo thành phân điện áp Hình 3.13 Hình 3.13: Mạch điều chỉnh điện áp dùng LM317 [7] Vì IC LM317 có khả trì điện áp chân OUTPUT chân ADJUST 1.25V nên ta có: 𝐼𝑅2 = 𝐼𝑅1 + 𝐼𝑎𝑑𝑗 = (3.4) 1.25 + 𝐼𝑎𝑑𝑗 𝑅1 𝐼𝑎𝑑𝑗 dòng điện khỏi chân ADJUST LM317 Do đó, điện áp ta 𝑉𝑜 tính theo cơng thức sau: (3.5) 𝑉𝑜 = 𝑉𝑅1 + 𝑉𝑅2 1.25 = 1.25 + ( + 𝐼𝑎𝑑𝑗 ) × 𝑅2 𝑅1 = 1.25 (1 + 𝑅2 ) + 𝐼𝑎𝑑𝑗 × 𝑅2 𝑅1 Vì 𝐼𝑎𝑑𝑗 có giá trị nhỏ, khoảng 50𝜇𝐴 nên tính tốn bỏ qua Trong mạch sạc nghiên cứu đồ án này, chọn 𝑅1 = 220 Ω, 𝑅2 biến trở 5𝑘Ω để thuận tiện việc điều chỉnh điện áp sạc 18