Báo cáo đồ án 2 thiết kế mạch cung cấp điện điện áp + 12

LỜI MỞ ĐẦUTrong cuộc sống hiện đại, các thiết bị điện tử không thể thiếu bộ nguồn hạ áp, ổn áp để chuyển đổi dòng điện 220v xoay chiều xuống dọng điện thấp hơn để cung cấp cho các vi mạc

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

THIẾT KẾ MẠCH CUNG CẤP

ĐIỆN ĐIỆN ÁP -+ 12

Thành viên nhóm :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

-o0o -NHẬN XÉT GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống hiện đại, các thiết bị điện tử không thể thiếu bộ nguồn

hạ áp, ổn áp để chuyển đổi dòng điện 220v xoay chiều xuống dọng điện thấp hơn để cung cấp cho các vi mạch trong thiết bị…

Xuất phát từ nhu cầu trên, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài “Thiết kế mạch cung cấp điện áp +- 12v DC 1A để cung cấp vi mạch trong thiết bị công suất nhỏ như amply, vang số,…

Thành viên thực hiện

MỤC LỤC

I Phân tích yêu cầu thiết kế, lập sơ đồ khối

II Chức năng tùng khối

III Xây dựng sơ đồ nguyên lý

IV Tính toán sơ đồ nguyên lý

V Đánh giá ưu nhược điển của mạch đã thiết kế

I Phân tích yêu cầu thiết kế, lập sơ đồ khối.

1 Phân tích yêu cầu thiết kế

 Điện áp cung cấp vào : 220v/50hz

 Điện áp ra :12v

 Rtải : 40ῼ

2 Lập sơ đồ khối

Khối

cung

cấp → Khối hạ

áp → Khối chỉn

h lưu → Khối ổn

tải

II Chức năng từng khối

 Khối cung cấp: cung cấp dòng điện cho khối hạ áp hoạt đông

Tín hiệu có dạng :

 Khối hạ áp: hạ từ khối cung cấp xuống dòng điện thích hợp

Nguyên lý hoạt đông:

Máy biến áp hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lý:

- Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường

- Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (hiện tượng cảm ứng điện từ)

Nguyên lý làm hoạt động của máy biến áp

Cuộn dây N1 và cuộn dây N2 được quấn trên lõi thép khép kín Đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, trên cuộn dây này sẽ xuất hiện dòng điện I1 chạy trong dây dẫn, đồng thời trong dây dẫn sẽ xuất hiện từ thông móc vòng cho cả hai cuộn N1 và N2 Cuộn dây N2 được nối với tải thì trên cuộn N2 sẽ xuất hiện dòng điện I2 với điện áp U2 Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2

 Khối chỉnh lưu : được sử dụng để biến đổi dòng điện xoay chiều (AC – Alternating Current) thành dòng điện một chiều (DC – Direct Current)

Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha bao gồm 4 diode được kết nối với tải Để hiểu được nguyên lý làm việc chúng ta cần phải phân tích mạch dưới đây

Nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu cầu

Trong nửa chu kỳ (+) của diode dạng sóng AC đầu vào D1 và D2 được phân cực thuận, D3 và D4 phân cực ngược Khi điện áp được đến điện áp ngưỡng của D1 và D2 lúc này dòng tải sẽ được đi qua như hiển thị ở hình với đường dẫn màu đỏ

Ở nửa chu kỳ (-) của dạng sóng AC đầu vào, Diode D3 và D4 sẽ được phân cực thuận, D1 và D2 phân cực ngược Dòng tải lúc này sẽ chạy qua D3 và D4

Chúng ta có thể thấy với cả 2 chu kỳ của điện áp AC đầu vào thì hướng dòng tải đều giống nhau khi đi qua diode và đều theo 1 hướng, có nghĩa

là dòng điện đi theo 1 chiều Do đó, bằng việc sử dụng 1 bộ chỉnh lưu cầu thì dòng điện xoay chiều AC đầu vào sẽ được chuyển đổi thay dòng điện

1 chiều DC

 Khối ổn áp: tăng hay giảm nguồn năng lượng cấp ra tải để điện áp trở

về giá trị phù hợp

Điện áp ở đầu ra

Nguyên lý hoạt động:

Tranzitor được cấu tạo từ vật liệu n-type đi kèm với hai vật liệu p-type, loại như vậy của transistor được gọi là transistor PNP Nó là một thiết bị được kiểm soát hiện tại Một lượng nhỏ dòng cơ sở kiểm soát cả bộ phát

và dòng thu

Điện áp trên diode zener ghim điện áp 15v nối tiếp song song vơi tụ 10uF

để ổn định điện áp cho Diode Zener Dòng điện 21 mA kiểm soát bộ phát

và dòng thu trên TIP 41 và TIP 42

III Xây dựng sơ đồ nguyên lý.

Linh kiện trong bài gồm có :

Vsin ( dòng điện 220v Ac) Biến trở

Điện trở 10k, 1k, 40 ῼ Tụ hóa 100uF

IC 7812, IC 7912

IV Tính toán sơ đồ nguyên lý.

1 Khối nguồn cung cấp: sử dụng dòng điện 220v/50hz.

U hiệu dụng = U =220 =314.

Tần số : 50hz

2 Khối hạ áp: sử dụng biến áp 220v/24v

Cài đặt thông số mô phỏng máy biến áp :

3 Khối chỉnh lưu.

Sử dụng diode cầu 5 A có Umax 50v.

Điện áp sau khi chỉnh lưu được lọc qua tụ để san bằng điện áp là 24v

a) Trước tiên, ta tính điện áp nửa trên BJT TIP 41.

- Điện áp chạy qua R4, d1 ta có phương trình như sau:

Vcc - VR4- vD1=0.

Ta có Vd1=15v, Vcc=24v => VR4=9v.

- Điện áp chạy qua R4 , BJT, có phương trình như sau:

Vcc - VR4 - VBE - Vout = 0.

Ta có Vcc = 24v, VR4 =9v; VBE= 0,7v

=> 24 - 9 - 0,7 - Vout = 0 => Vout = 14.3v.

IC 7812 có Umin = 14v Umax <=35v và điện áp ra Ura= 12v, Ira <= 1.5A.

Điện áp mô phỏng đo được trên phần mềm protues.

b) Tính điện áp trên nửa dưới BJT TIP 42 tương tự như trên ta cũng có hai phương trình như sau:

Vcc - VR3 -Vd2 = 0 => VR3 = 15 v

Vcc- VR3 - VBE - Vout = 0 => Vout = 14.3V.

Tương tự, IC 7912 có Umin<= 14v, Umax <=35 và Ura=12v, Ira<=1.5A.

Chọn linh kiện sử dụng trong mạch.

Khối nguồn cung cấp : sử dụng dòng điện 220v/ 50hz.

Khối hạ áp : sử dụng biến áp 220v AC ra 24 v DC.

Biến áp đối xứng 24v 5A

Tụ hóa 1000uF Khối chỉnh lưu cầu: sử dụng diode cầu 5A và tụ hóa 1000uF để san bằng điện áp.

Khối ổn áp :

TIP41C là transistor công suất NPN trong package TO-220 nên thiết bị này phù hợp với các ứng dụng về âm thanh, công suất tuyến tính và chuyển đổi switching

Đặc tính của transistor lưỡng cực TIP41C

Loại - NPN

Điện áp Collector-Emitter: 100 V

Điện áp Collector-Base: 100 V

Điện áp Emitter-Base: 5 V

Dòng Collector: 6 A

Công suất tiêu tán Collector - 65 W

Mức tăng dòng DC (hfe) - 15 đến 75

Tần số chuyển đổi - 3 MHz

Nhiệt độ vận hành và lưu trữ từ -65 đến +150 ° C

Gói - TO-220

Sơ đồ chân pinout TIP41C

+ TIP 42

Transistor TIP42C là một phiên bản bổ sung cho TIP41C, là transistor

lưỡng cực – BJT TIP42C có cấu tạo và hoạt động tương tự Tip41C

nhưng Tip42C phân cực thuận PNP.

Thông số kỹ thuật:

Điện áp cực đại: UC = -100V

Dòng cực đại: - 6A

Hệ số khuếch đại: 15 ~ 75

Nhiệt độ làm việc: -65oC ~ 150oC

Transistor TIP42C được đóng gói theo chuẩn TO-220, thứ tự chân từ trái qua phải là B C E TIP42C là transistor công suất có hệ số khuếch

đại trong khoảng từ 15 đến 75, công suất lên đến 65W

+ IC 7812

IC 7812 (LM7812) được biết đến là một trong những dòng IC ổn áp có tác dụng dùng để ổn định điện áp 12V đầu ra, với đầu vào cực đại (Max)

là 35V, cực tiểu (Min) là 14V

Số lượng chân của IC khá ít nên rất thích cho các mạch điện tử với điện

áp nhỏ, IC tích hợp trong gói TO-200

Với IC 7812 hiện nay được tích hợp các chức năng bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá nhiệt và giữ các linh kiện transistor công suất trong mạch làm việc ở ngưỡng an toàn để tránh trường hợp mạch có vấn đề nhưng không thể phá hủy IC

IC 7812 chủ yếu làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp cố định, bạn có thể xem sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của mạch điện áp cố định đầu ra 12V Điện áp đầu ra: +12V DC, IC 7812 được tích hợp chức năng bảo vệ khỏi dòng điện cao Nó có một bộ tản nhiệt với điểm chung được kết nối với

nó Tản nhiệt giúp ic ổn áp của chúng ta không bị quá nhiệt và đoản mạch

Dòng ra: lên đến 1.5A, ic ổn áp 7812 không yêu cầu bất kỳ thành phần nào để cân bằng hoặc bão hòa điện áp đầu ra của chúng

Các ứng dụng thực tế của IC 7812

IC LM7812 thường được sử dụng trong các mạch như:

Mạch nguồn 12V

Bộ sạc Pin

Bộ điều khiển động cơ

Nguồn cấp năng lượng mặt trời

Một số ứng dụng liên quan tới vi điều khiển

Mạch nguồn DC 12V dùng IC 7812

Mạch nguồn DC 12V dùng IC 7812

Mạch cấp nguồn có thể điều chỉnh đầu ra dùng IC 7812

Để IC và mạch có hiệu suất ổn định và lâu dài thì tuyệt đối không nên sử dụng và vận hành mạch quá dòng 1,5A Sử dụng cho IC bộ tỏa nhiệt phù hợp, luôn phải kiểm tra sơ đồ chân trước khi sử dụng và tuyệt đối không hoạt động ở nhiệt độ dưới 0 độ C và lớn hơn 125 độ C

+IC 7912

LM7912 là bộ điều chỉnh điện áp âm đầu ra cố định của dòng LM79xx và đóng gói TO-220 IC này chỉ yêu cầu một hoặc hai linh kiện bên ngoài là hai tụ lọc được đặt ở đầu vào và đầu ra của IC như thể hiện trong hình ảnh sơ đồ chân của IC ở dưới Các tụ điện này có thể là tụ tantalum hoặc

tụ hóa và nên được đặt càng gần IC càng tốt với dây dẫn ngắn Phải sử dụng một bộ tản nhiệt thích hợp cho IC để IC có thể chịu tải tối đa là 1,5A Điện áp đầu vào phải cao hơn từ 2V đến 3V so với điện áp đầu ra là 12V để có được điện áp đầu ra ổn định Ngoài ra, dòng điện đầu vào phải

ở mức tối thiểu 1.5A đến 2A để có được 1.5A chính xác ở đầu ra

Các tính năng / Thông số kỹ thuật của IC LM7912

Gói TO-220

Dòng điện đầu ra lên đến 1.5A

Chức năng bảo vệ ngắn mạch

Chức năng tắt quá nhiệt

Đáng tin cậy để sử dụng thương mại

Đầu ra 12V chính xác

Điện áp đầu vào tối đa là 35V DC

Dòng điện tĩnh thấp

Sơ đồ chân

Hướng IC LM7912 phía trước mặt thì sơ đồ chân theo thứ tự từ trái qua phải lần lượt là chân nối đất, chân đầu vào, chân đầu ra như hình bên dưới

Nơi sử dụng và cách sử dụng

LM7912 có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như các loại nguồn điện khác nhau Sử dụng IC này khá đơn giản Như trong hình trên nó có thể được nối giữa nguồn âm với tải

Các ứng dụng

Mạch giảm điện áp

Nguồn cấp điện kép

Trình điều khiển động cơ

Mạch sạc pin

Mạch cung cấp năng lượng mặt trời

Cách chạy lâu dài an toàn trong mạch

Để có được hiệu suất lâu dài và ổn định từ LM7912 không tải quá 1,5A, điện áp đầu vào không được quá 35V Luôn sử dụng bộ tản nhiệt thích hợp và không vận hành hoặc bảo quản IC ở nhiệt độ dưới -65 độ C và trên +150 độ C

+ Diode ZENER 15

Điốt Zener (Zener diode) còn gọi là điốt ổn áp, là một loại Điốt bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng (breakdown)

Nó được chế tạo sao cho khi phân cực ngược thì điốt Zener sẽ ghim một mức điện áp gần cố định bằng giá trị ghi trên diode, làm ổn áp cho mạch điện

Điện áp: 15v

Công suất: 1W

+ Điện trở 1 k , điện trở 10k.

 Model: 1K 1/4W

 Nhiệt độ hoạt động: -55oC – 155oC

 Linh kiện xuyên lỗ: 0.5mm

 Loại: Điện trở cố định

 Quy cách đóng gói: 50 cái/gói

Điện trở cắm 1K 1/4W có giá trị trở kháng cố định được sản xuất theo chuẩn E24 có sai số rất nhỏ chỉ 5%, hiệu suất làm việc ổn định, nhiễu nhiệt nhỏ, đặc tính tần cao Là loại điện trở được sản xuất theo công nghệ Carbon film Điện trở cắm 1/4W có kích thước nhỏ, nhiệt độ hoạt động từ -55oC đến 155oC và dải điện áp rộng thích hợp với nhiều mạch điện tử Bạn có thể ghép các điện trở nối tiếp, song song hoặc kết hợp để có

được giá trị điện trở phù hợp với yêu cầu

+Tụ hóa 100uF

- Trị số điện dung 100uF

- Điện áp định mức 50V

Khối tải : sử dụng các thiết bị có dòng tải dưới 5 A

V Đánh giá ưu nhược điểm điểm của mạch thiết kế.

1 Ưu điểm

Mạch cho ra điện áp ổn định

Mạch có cấu tạo đơn giản, linh kiện giá rẻ.

2 Nhược điểm.

Mạch sử dụng biến áp sắt không tối ưu.

Mạch có công suất nhỏ dưới 5A.