Nó thường được sử dụng để điều khiểnmạch nguồn xung boost, buck, hoặc flyback để cung cấp điện áp ổn định cho các ứngdụng điện tử.. Tương thích với các thiết bị công suất N-channel, đầu
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ I BÁO CÁO BÀI TẬP MÔN HỌC CAD/CAM Giảng viên : Nguyễn Trung Hiếu Nhóm : 07 Thành viên : Nguyễn Xuân Mai - B20DCDT127 Vũ Duy Mạnh - B20DCDT133 Lê Văn Luận - B20DCDT121 Dương Đức Lương - B20DCDT123 Nhóm lớp : 04 HÀ NỘI – 2023 MỤC LỤ C DANH MỤC HÌNH ẢNH Chương GIỚI THIỆU 1.1 Mục tiêu, mục đích báo cáo 1.2 Giới thiệu tổng quan mạch nguồn xung Flyback Chương PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN TRONG MẠCH 2.1 Sơ đồ mạch .4 2.2 Thành phần mạch 2.2.1 IC UC3842 2.2.2 Opto-coupler PC817 2.2.3 Biến áp xung 2.2.4 Các linh kiện khác 10 2.3 Nguyên lý làm việc mạch 10 2.4 Chức .11 2.5 Ưu nhược điểm 12 2.6 Ứng dụng mạch .13 Chương Mạch nguyên lý, mạch in PCB 14 3.1 Mạch nguyên lý 14 3.2 Mạch PCB .14 3.2.1 Mạch PCB 2D trước đổ đất 14 3.2.2 Mạch PCB 2D sau đổ đất 16 3.2.3 Mạch PCB 3D 17 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: UC3842 Hình 2: Sơ đồ khối .6 Hình 3: Chức chân IC UC3842 Hình 4: OPTO Hình 5: Biến áp xung Hình 6: Mạch nguyên lý mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 .14 Hình 7: PCB 2D top layer mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 trước đổ đất 15 Hình 8: PCB 2D bottom layer mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 trước đổ đất 15 Hình 9: PCB 2D top layer mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 sau đổ đất 16 Hình 10: PCB 2D bottom layer mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 sau đổ đất .16 Hình 11: PCB 3D mặt .17 Hình 12: PCB 3D mặt mạch .17 Chương Giới thiệu 1.1 Mục tiêu, mục đích báo cáo Mục tiêu báo cáo cung cấp nhìn tồn diện hiểu biết sâu rộng mạch nguồn xung Flyback sử dụng IC điều khiển PWM UC3842 Bài báo cáo nhằm mục đích giải thích cách mạch hoạt động, phân tích chức thành phần mạch, cung cấp thông tin liên quan đến thiết kế, ứng dụng tính tốn liên quan đến mạch nguồn xung Flyback Các mục tiêu mục đích báo cáo tóm tắt sau: Nắm vững Nguyên tắc Hoạt động: Mục tiêu giúp người đọc hiểu rõ nguyên tắc hoạt động mạch nguồn xung Flyback cách biến đổi điện áp đầu vào thành điện áp đầu ổn định Phân Tích Thành Phần: Báo cáo giải thích chức vai trò linh kiện thành phần mạch, bao gồm biến áp, cuộn cảm chính, cuộn cảm phụ, transistor chuyển đổi, diode chuyển đổi, điều chỉnh độ rộng xung, linh kiện khác Hướng Dẫn Thiết Kế: Mục tiêu khác hướng dẫn người đọc quy trình thiết kế mạch nguồn xung Flyback sử dụng UC3842 Bao gồm việc chọn giá trị linh kiện, tính tốn tần số chuyển đổi, điều chỉnh độ rộng xung Ứng Dụng Thực Tế: Mục đích áp dụng kiến thức học từ báo cáo vào ứng dụng thực tế, thiết kế nguồn cung cấp chuyển đổi DC-DC thiết bị điện tử khác Đảm Bảo An Toàn: Mục tiêu quan trọng khác đảm bảo an toàn trình thiết kế vận hành mạch, bao gồm cách xử lý điện áp cao biện pháp bảo vệ Hiểu Biết Sâu Hơn Về IC UC3842: Mục tiêu bổ sung giúp người đọc hiểu sâu IC điều khiển PWM UC3842, bao gồm tính năng, chức cách sử dụng mạch nguồn xung Flyback 1.2 Giới thiệu tổng quan mạch nguồn xung Flyback Mạch nguồn xung Flyback loại mạch nguồn chuyển đổi điện áp DC/DC sử dụng biến áp để cách ly điện áp đầu vào đầu Mạch hoạt động dựa nguyên lý lưu trữ lượng cuộn cảm sơ cấp cấp điện giải phóng lượng vào cuộn thứ cấp cơng tắc đóng ngắt Chương Phân tích thành phần mạch 2.1 Sơ đồ mạch 2.2 Thành phần mạch 2.2.1 IC UC3842 Hình 1: UC3842 Khái quát chung UC3842 ic điều khiển mạch nguồn xung (PWM) phổ biến sử dụng ứng dụng nguồn xung chuyển đổi Nó thường sử dụng để điều khiển mạch nguồn xung boost, buck, flyback để cung cấp điện áp ổn định cho ứng dụng điện tử UC3842 có sẵn gói chân mini-DIP với tính cần thiết để triển khai hệ thống điều khiển dòng dòng cố định ngoại tuyến chế độ dòng điện với số lượng linh kiện ngoại vi tối thiểu Kỹ thuật dẫn đến việc cải thiện điều chỉnh dịng điện từ nguồn, tăng cường tính ổn định tải giúp thiết kế vòng điều khiển trở nên đơn giản Các ưu điểm cấu trúc bao gồm giới hạn dịng điện xung tích hợp theo xung Mạch bảo vệ bao gồm khóa ngoại áp tích hợp giới hạn dịng điện Các tính khác bao gồm hoạt động tồn phần khóa, tham chiếu bandgap điều chỉnh 1%, dịng khởi đầu 1mA Các thiết bị có đầu totem-pole thiết kế để cung cấp hút dịng tối đa từ tải có tụ điện, cổng MOSFET cơng suất Tương thích với thiết bị công suất N-channel, đầu thấp trạng thái TẮT Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 12-30V Dòng điện: 1A Tần số hoạt động: 400kHz Nhiệt độ: 0-70C Kiểu chân: DIP-8 Giới hạn xung Tăng cường đặc tính đáp ứng tải Khóa điện áp thấp với độ trễ Kiểm soát xung kép Document continues below Discover more from:tử Số Diện ELE1309 Học viện Công ng… 13 documents Go to course BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ SỐ 2022 Diện tử Số 116 BG DTSo - Bài giảng Điện tử số - C… Diện tử Số 218 None None Điện tử số - 2013 Điến tử số 2013 Diện tử Số None BAI GING MON DIN T 123 S HC VIN CONG N Diện tử Số 19 None thiet ke mach day logic kiem tra tinh… Diện tử Số None Tien quyet Dientu 2020 - Điện tử Diện tử Số None Sơ đồ khối Hình 2: Sơ đồ khối Chức chân: Hình 3: Chức chân IC UC3842 - - - Chân (COMP - Compensation): Chân sử dụng để kết nối bên điều chỉnh (compensation network) để ổn định vịng lặp điều khiển Nó thường sử dụng để điều chỉnh độ ổn định tần số chuyển đổi nguồn cung cấp Chân (Vfb - Voltage Feedback): Chân làm nhiệm vụ đo điện áp đầu nguồn cung cấp so sánh với điện áp tham chiếu (VREF) để điều chỉnh độ rộng xung điều khiển PWM điều khiển đầu Chân (Isense - Current Sense): Chân sử dụng để đo dòng nguồn cung cấp thông qua resistor cảm biến dịng cung cấp thơng tin dịng cho điều khiển IC để điều chỉnh xung PWM - - - Chân (Rt/Ct - Timing Components): Chân kết nối với resistor (Rt) tụ (Ct) để xác định tần số chuyển đổi độ rộng xung điều khiển PWM Chân (GND - Ground): Chân kết nối với mạch đất Chân (OUTPUT): Chân đầu IC điều khiển MOSFET IGBT mạch nguồn cung cấp chuyển đổi để tạo đầu DC ổn định Chân (VCC): Chân cung cấp điện áp cấp cho IC Thường kết nối với nguồn điện áp DC Chân (VREF - Voltage Reference): Chân cung cấp điện áp tham chiếu cho chân Vfb (chân 2) để so sánh với điện áp đầu điều khiển độ rộng xung PWM Nguyên lý hoạt động So sánh điện áp: Chân Vfb (chân 2) UC3842 đo điện áp đầu so sánh với điện áp tham chiếu (VREF - chân 8) Kết so sánh sử dụng để điều chỉnh độ rộng xung PWM So sánh dòng: Chân Isense (chân 3) sử dụng để đo dịng thơng qua resistor cảm biến dòng Kết sử dụng để điều chỉnh xung PWM để đảm bảo dòng ổn định bảo vệ khỏi tải Tạo xung PWM: Sự so sánh điện áp đầu điện áp tham chiếu với thông tin dòng sử dụng để tạo xung PWM chân OUTPUT (chân 6) Độ rộng xung PWM tùy thuộc vào tần số độ rộng đặt thành phần ngoại vi resistor (Rt - chân 4) tụ (Ct - chân 4) Điều khiển MOSFET IGBT: Xung PWM chân OUTPUT sử dụng để điều khiển MOSFET IGBT mạch nguồn cung cấp chuyển đổi Chúng mở đóng để chuyển đổi nguồn điện từ nguồn vào thành điện áp đầu ổn định với tần số độ rộng xung kiểm soát Phản hồi điều chỉnh liên tục: Quá trình lặp lặp lại liên tục để trì điện áp đầu ổn định Bất kỳ biến đổi điện áp đầu dòng dẫn đến điều chỉnh độ rộng xung PWM để đảm bảo điện áp đầu trì theo yêu cầu 2.2.2 Opto-coupler PC817 Là loại IC cách ly quang với cấu tạo gồm: diode phát quang LED Transistor quang Dựa theo quang học, IC ghép nối tiếp với Tín hiệu điện chuyển đầu vào đầu theo quang học mà khơng có liên kết vật lý với PC817 hoạt động đơn giản, điện áp đầu vào đặt chân chân LED kích hoạt Khi đó, transistor bên IC nhận ánh sáng chuyển sang trạng thái bão hịa sau chân nối lại với Tính / Thơng số kỹ thuật PC817 - Loại gói: Dip chân SMT - Loại transistor: NPN - Dịng cực góp tối đa (IC): 50mA - Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO): 80V - Điện áp bão hòa cực góp - cực phát: 0,1 đến 0,2 - Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO): 6V - Cơng suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc): 200 mW - Nhiệt độ lưu trữ từ: -55 độ C – +120 độ C - Nhiệt độ hoạt động từ: -30 độ C – +100 độ C Sơ đồ chân Dựa vào chấm tròn opto điểm bắt đầu Đó điểm đánh dấu chân dương LED hồng ngoại từ xác định chân khác theo thứ tự hình - Chân 1: Anode - Chân 2: Cathode - Chân 3: Emitter-Phát - Chân 4: Collector -Thu Hình 4: OPTO 2.2.3 Biến áp xung Hình 5: Biến áp xung Biến áp flyback loại biến áp đặc biệt sử dụng mạch nguồn xung flyback Biến áp flyback có hai cuộn dây, cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp cấp điện từ nguồn đầu vào, cuộn thứ cấp cung cấp điện cho tải Biến áp flyback hoạt động dựa nguyên lý lưu trữ lượng cuộn cảm sơ cấp cấp điện giải phóng lượng vào cuộn thứ cấp cơng tắc đóng ngắt Cấu tạo biến áp flyback Biến áp flyback có cấu tạo gồm hai cuộn dây, cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp quấn lõi từ ferrite, cuộn thứ cấp quấn lõi từ ferrite lõi từ ferit Nguyên lý hoạt động biến áp flyback Khi nguồn điện đầu vào cấp, cơng tắc điện tử đóng lại Dịng điện chạy qua cuộn sơ cấp, tạo từ trường cuộn dây Khi từ trường đạt đến độ bão hòa, công tắc điện tử ngắt Từ trường cuộn sơ cấp biến mất, tạo điện áp cao cuộn thứ cấp Điện áp lọc tụ lọc đầu cấp cho tải Khi công tắc điện tử đóng lại, q trình lặp lại 2.2.4 Các linh kiện khác - Transistor chuyển đổi (MOSFET IGBT): Dùng để chuyển đổi nguồn vào Tụ đầu (Output Capacitor): Tụ sử dụng để lọc ổn định điện áp đầu Tụ đầu vào (Input Capacitor): Dùng để lọc làm phẳng điện áp đầu vào Diode chuyển đổi (Flyback Diode): Diode thường đặt song song với cuộn cảm phép dịng chảy transistor chuyển đổi tắt IC ổn áp (LM78xx): IC ổn áp sử dụng để cung cấp điện áp ổn định cho linh kiện khác mạch Điện trở (Resistors): Điện trở sử dụng để điều chỉnh chia đến, chẳng hạn điện trở Rt để điều chỉnh tần số chuyển đổi Diode xung: Các diode sử dụng để định hình xung đầu cho mục đích bảo vệ xử lý biến đổi 2.3 Nguyên lý làm việc mạch Khối nguồn chỉnh lưu đầu vào Khi nguồn xoay chiều đầu vào kết nối qua diode cầu sau chỉnh lưu thành nguồn chiều Nguồn chiều tiếp tục dẫn qua tụ để làm phẳng sau kết nối với linh kiện 10 Khối tạo xung điều khiển IC3842 IC điều khiển nguồn xung flyback IC có chức sau: - Tạo xung điều khiển cho MOSFET Q1 Điều khiển độ rộng xung (PWM) để điều chỉnh điện áp đầu Giám sát điện áp đầu để đảm bảo hoạt động ổn định mạch IC3842 tạo xung điều khiển cho MOSFET Q1 cách sử dụng dao động bên Độ rộng xung xung điều khiển điều chỉnh IC3842 cách thay đổi thời gian bật tắt MOSFET Q1 Khối công suất: MOSFET Q1 transistor công suất điều khiển nguồn xung flyback Transistor sử dụng để đóng cắt dịng điện chạy qua cuộn sơ cấp biến áp T1 Khi MOSFET Q1 kích hoạt, dịng điện chạy qua cuộn sơ cấp, tạo từ trường cuộn sơ cấp Khi từ trường cuộn sơ cấp đạt đến giá trị cực đại, MOSFET Q1 bị tắt Từ trường cuộn sơ cấp giảm xuống, tạo điện áp cảm ứng cuộn thứ cấp biến áp T1 Điện áp cảm ứng cuộn thứ cấp cung cấp cho tải Khối lọc đầu ra: Tụ điện lọc lọc thành phần nhiễu cao tần khỏi điện áp xoay chiều Khối ổn áp: IC ổn áp 7805, 7812, 7912 IC tích hợp có chức ổn định điện áp Trong mạch này, IC ổn áp 7805 khuếch đại điện áp xoay chiều để tạo điện áp đầu 5V IC ổn áp 7812, 7912 khuếch đại điện áp xoay chiều để tạo điện áp đầu 12V 2.4 Chức Điều khiển xung PWM (Pulse Width Modulation): IC UC3842 tạo xung PWM để điều chỉnh độ rộng xung tần số xung đầu Điều cho phép kiểm sốt điện áp dịng điện đầu ra, giúp đảm bảo đầu ổn định theo yêu cầu 11 Tùy chỉnh tần số chuyển đổi: Mạch cho phép điều chỉnh tần số chuyển đổi dựa yêu cầu ứng dụng cụ thể Tần số chuyển đổi điều chỉnh để đảm bảo tương thích với yêu cầu hệ thống Bảo vệ tải (Overload Protection): IC UC3842 có tính bảo vệ tải để ngăn ngừng hoạt động hỏng dịng điện đầu vượt q giới hạn an tồn Điều bảo vệ mạch khỏi hỏng hóc giúp kéo dịng điện đầu mức an tồn Điều chỉnh dòng điện đầu ra: Mạch cho phép điều chỉnh dòng điện đầu theo nhu cầu ứng dụng Điều thực cách điều chỉnh thông số mạch theo dõi hiệu suất dựa dòng điện Hiệu suất chuyển đổi cao: Mạch Flyback thường có hiệu suất chuyển đổi cao, giúp giảm tổn thất lượng tiết kiệm lượng ứng dụng điện tử Bảo vệ nhiệt độ (Thermal Protection): Nếu mạch trở nên nóng tải điều kiện xấu, IC UC3842 có tính bảo vệ nhiệt độ để ngăn việc hỏng hóc đảm bảo an toàn mạch Tạo điện áp đầu ổn định: Mạch nguồn xung Flyback sử dụng IC UC3842 để chuyển đổi điều chỉnh nguồn vào thành nguồn ổn định với độ xác cao Những chức giúp mạch nguồn xung Flyback sử dụng UC3842 thực việc chuyển đổi nguồn điện cách hiệu ổn định, phục vụ cho nhiều ứng dụng điện tử khác 2.5 Ưu nhược điểm Ưu điểm: - Cuộn sơ cấp cách ly với đầu Có khả cung cấp nhiều điện áp đầu ra, tất cách ly với nguồn Khả điều chỉnh nhiều điện áp đầu với điều khiển Có thể hoạt động nhiều loại điện áp đầu vào Mạch flyback sử dụng linh kiện so với loại SMPS khác Nhược điểm: - Có thể phát tiếng ồn - Yêu cầu sử dụng linh kiện chất lượng cao 12 13 2.6 Ứng dụng mạch Mạch flyback sử dụng cho nhiều ứng dụng điện tử như: - Máy thu hình tiêu thụ lượng điện nhỏ, lên đến khoảng 250W Nguồn điện dự phòng cho máy tính Điện thoại di động sạc thiết bị di động Nguồn cung cấp điện áp cao TV hình CRT, laser, đèn pin Xenon, máy photocopy, 14 Chương Mạch nguyên lý, mạch in PCB 3.1 Mạch nguyên lý Hình 6: Mạch nguyên lý mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 3.2 Mạch PCB 3.2.1 Mạch PCB 2D trước đổ đất Top layer: 15 Hình 7: PCB 2D top layer mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 trước đổ đất Bottom layer: Hình 8: PCB 2D bottom layer mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 trước đổ đất 16 3.2.2 Mạch PCB 2D sau đổ đất Top layer: Hình 9: PCB 2D top layer mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 sau đổ đất Bottom layer: Hình 10: PCB 2D bottom layer mạch nguồn xung flyback sử dụng IC UC3842 sau đổ đất 17 3.2.3 Mạch PCB 3D Hình 11: PCB 3D mặt Hình 12: PCB 3D mặt mạch 18