MẠCH NGUỒN XUNG UC3842

Hiện nay đang trong thời đại công nghệ phát triển ngành công nghệ điện tử đang chiếm ưu thế,mà đặt biệt là ngành điện tử tự động.có thể nói nó góp phần xây dựng và phát triển đất nước,không chỉ được phát triển ở nước ta mà còn trên cả thế giới. Ta luôn bắt gặp các công nghệ điện tử trong đời sống thường ngày của chúng ta,nhưng để hiểu được nó thì đòi hỏi cả một quá trình lâu dài học tập và nghiên cứu.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN 1

MẠCH NGUỒN XUNG UC3842

Giảng viên hướng dẫn : Th.s MÃ DUY KHANH

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HOÀNG ANH_08179231

NGUYỄN VĂN HUY_08160901 PHAN BẢO QUÂN_08177711

Niên khoá: 2008 - 2011

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010

Lời nói đầu

- Hiện nay đang trong thời đại công nghệ phát triển ngành công nghệ điện tử đang chiếm ưu thế,mà đặt biệt là ngành điện tử tự động.có thể nói nó góp phần xây dựng và phát triển đất nước,không chỉ được phát triển ở nước ta mà còn trên cả thế giới Ta luôn bắt gặp các công nghệ điện tử trong đời sống thường ngày của chúng ta,nhưng để hiểu được nó thì đòi hỏi cả một quá trình lâu dài học tập

và nghiên cứu.

- Trong đó nguồn xung là loại rất phổ biến trong các thiết bị điện tử Nhưng để hiểu về nguồn xung thì rất khó khăn vì : thiếu các thiết bị để đo đạc, thiếu tài liệu (hầu hết chỉ có tài liệu tiếng anh mà không có tài liệu tiếng việt nào nói về nguồn xung 1 cách chi tiết, cụ thể) Chính vì thế mà càng gây khó khăn cho sinh viên tiếp cận, học hỏi

Với việc thiết kế 1 nguồn xung đòi hỏi sự hiểu biết, người thiết kế phải có những kỹ năng điện tử vững 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 nguồn xung,

bộ Invector, bộ UPS … vì vậy nên chúng em xin tìm hiểu về “đề tài mạch nguồn xung uc3842”

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy (cô) trong khoa Điện Tử, những người đã giảng dạy và

hướng dẫn chúng em trong quá trình học tập Đặc biệt, chúng em xin cảm ơn Thầy Th.s Mã Duy Khanh đã góp ý, giúp đỡ và hướng dẫn chỉ bảo tận tình chúng em trong quá trình thực hiện đồ án

này.

Cuối cùng xin gởi lời cảm ơn bạn bè những người đã giúp đở chúng em trong thời gian thực hiện đồ án.

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.HCM, ngày… tháng… năm 2010 Giảng viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

TP.HCM, ngày… tháng… năm 2010

Giảng viên phản biện

Mục lục

TrangLời mở đầu

c. Test mạch 35

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay nguồn xung rất phổ biến trong các thiết bị điện tử Nhưng để hiểu về nguồn xung thì rất khó khăn vì : thiếu các thiết bị để đo đạc, thiếu tài liệu (hầu hết chỉ có tài liệu

tiếng anh mà không có tài liệu tiếng việt nào nói về nguồn xung 1 cách chi tiết, cụ thể) Chính vì thế mà càng gây khó khăn cho sinh viên tiếp cận, học hỏi.

Với việc thiết kế 1 nguồn xung đòi hỏi sự hiểu biết, người thiết kế phải có những kỹ năng điện tử vững 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 nguồn xung, bộ Invector, bộ UPS …

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

UC3842 hay KA3842 là một

Sơ đồ khối bên trong IC - KA3842

* 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 tiếp

trực tiếp từ cuộn hồi tiếp sau khi đi qua cầu phân áp, điện áp hồi tiếp về chân 2 tỷ lệ nghịch với điện áp ra, nếu một lý do nào đó làm điện áp đưa về chân 2 tăng lên thì điện

áp ra sẽ giảm thấp hoặc bị ngắt

- Chân 3: ( CURRENT SENSE ) chân cảm biến dòng, chân này theo dõi điện áp ở chân S của

đèn 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 S xuống mass khoảng 0,22 ohm , nếu điện trở này tăng trị số hoặc bị thay trị số lớn hơn thì khi chạy 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 thì Mosfet nguồn cũng mở để kịp thời cung cấp, điều đó làm cho điện áp ra không bị sụt

áp khi cao 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 đổi

để điều chỉnh thời gian ngắt mở của Mosfet, thời gian ngắt mở của Mosfet thay đổi thì điện áp ra thay đổi

- Chân 7: là chân Vcc, điện áp cung cấp cho chân 7 từ 12V đến 14V, nếu 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 bổ xung từ cuộn hồi tiếp sau khi chúng được chỉnh lưu 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

- Điện áp đầu vào là nguồn 220V AC

2.Các thành phần trong khối nguồn:

- Có chức năng tạo ra xung dao động cao tần để điều khiển đèn Mosfet ngắt mở tạo ra dòng biến thiên chạy qua cuộn biến áp xung.

d.Đèn công suất

- Ngắt mở dưới sự điều khiển của xung dao động để tạo ra dòng điện sơ cấp chạy qua biến áp xung

e.Mạch hồi tiếp

-Lấy mẫu điện áp đầu ra rồi tạo ra điện áp sai lệch hồi tiếp về mạch dao động để tự động điều khiển đèn công suất hoạt động sao cho điện áp

ra được ổn định khi điện áp vào hoặc dòng tiêu thụ thay đổi

f.Biến áp xung

-Ghép giữa cuộn sơ cấp, hồi tiếp và thứ cấp đẻ thực hiện điều khiển điện áp đồng thời lấy

ra nhiều mức điện áp khác nhau theo ý muốn

3.Tính toán cho khối nguồn:

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

o in

ff

P P

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

Phần nguồn bên sơ cấp: Phần nguồn bên thứ cấp

Phần

Mạch bảo vệ đầu vào:

- Để 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 áp đầu 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 khi dòng

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

Dòng của tụ ngõ ra thứ n Co(n), hay độ nhấp nhô của dòng ra

I(D) dòng của Diode, được tính ớ phần IX

Điện áp trên tụ của ngõ thứ n

R(C) là điện trở có ích của tụ ngõ ra

Đôi khi có nhưng hệ số đặc biết với kiểu 1 ngõ ra, mà ta không có được trở như mong muốn, ta có thể thay thế băng lọc LC với tần số khoảng bằng 1/10 hoặc 1/5 của tần số mạch, không được quá thấp

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

Chọn Diode chỉnh lưu cho cuộn thứ cấp dựa trên dòng và ápĐiện áp lớn nhất và dòng RMS của Diode ngõ ra :

Điện áp và dòng cho Diode chỉnh lưu được lấy :

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:

c.Tính toán cho Mosfet :

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

: 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 I over lớn hơn Ids (peak) Với sai số cho I over là 12%, đồng thời cũng quan tâm đến công 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 cóthể 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 điểm 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 :

Vsn điện áp trên tụ snubber , nến lấy lớn hơn VR0, Vsn = 2~2.5VR0 Nếu Vsn quá nhỏ sẽ dẫn đến mạch snuuber vô tác dụng

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 vàotăng Nên tụ snubber được tính

Với CCM thì

Với DCM thì

Từ Vsn2,Điện áp lớn nhất trên Mos

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 conductionmode-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 chuyển mạch cho Diode chỉnh lưu tốt hơn, kích thước biến áp nhỏ hơn nên sự tích trữ năng lượng sẽ ít hơn CCM Tuy nhiên bản thân DCM cho dòng 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 chu trình làm việc

mà còn phụ thuộc vào tải

Ta có công thức sau :

min max

max

1

V

: điện áp cuộn sơ cấp

nom ds

ta lấy 65-70% điện áp đỉnh của Mosfet Trong trường hợp điện áp Mosfet là 650V,

Một số hình dạng biến áp xung :

- kiểu 1 :

Kiểu 2 :

Các kiểu lõi Ferrite :

Sơ đồ rút gọn của Biến Áp

Trong đó ta xem ngõ ra Vo1 là gốc để điều chỉnh các ngõ ra khácTính số vòng dây cho các ngõ ra:

Hệ số vòng dây:

N P , Ns1 : số vòng cuộn sơ cấp, thứ cấp

Vo1 :điện áp ngõ ra

VF 1 : điện áp rơi trên Diode

Số vòng cho ngõ ra thứ n :

Số vòng dây cho cuộn Vcc :

Chiều dài của lõi cho bởi công thức:

Vcc* là điện áp danh định cung cấp cho mạch, V(Fa) điện áp rơi trên Diode Da

Thường chọn 1V cho Fast diode, 0,7V cho untraFast diode, 0,5V cho Schottky diode

Xem Vcc* như là điên áp bắt đầu của Vcc cần tránh việc quá tải

Với số vòng của cuộn sơ cấp thì ta có công thức tính độ dài của khe

(mm)

A(L) là giá trị AL khi không có khe ( nH/vòng ^ 2), là hệ số điện cảm cho mỗi vòng dây quấn, cái này thường tự chọn, do ta không biết là dây đồng như thế nào, nếu tốt thì nên

có máy để đo

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

Dòng RMS cho ngõ ra thứ n được xác định bởi :

VF(n) áp rơi trên Diode DR(n)

Dòng mật độ thong thường là 5A/mm^2 khi dây cuốn >1m, khi dây quấn với số vòng nhỏ thì là 6-10 A/mm^2 cũng có thể chấp nhận được Tránh sử dụng với đường kính nhỏ hơn 1mm 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 tranh hiệu 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 nếu chỉ có 1 ngõ ra, và chọn 0.15-0.2 cho nhiều ngõ ra

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

Trong kỹ thuật CCM thì thiếu sót Aw là không đáng kể, ta giảm Lm bằng cách tăng K(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 1m Khi dây ngắn và số vòng ít thì có thể lấy 10A/mm2 Lưu ý, không nên dung đường kính dây lớn hơn 1mm, để tránh dòng FaulcolTiết diện lõi :

6-kiểu lõi và kích thước lõi được chọn dựa vào thông số sau : Ae : diện tích mặt cắt ngang (diện tích hình trụ ở giữa) (mm2)

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

f.Mạch hồi tiếp so quang:

Nếu như không có mạch hồi tiếp thì khi điện áp đầu vào tăng hoặc dòng tiêu thụ giảm thì điện áp đầu ra sẽ tăng theo Khi điện

áp đầu vào giảm hoặc dòng tiêu thụ tăng thì điện áp ra sẽ giảm xuống, vì vậy điện áp ra sẽkhông ổn định

Mạch hồi tiếp so quang có chức năng giữ cho điện áp ra ổn định trong mọi trường hợp, mạch được thiết kế như sau:

- Từ điện áp 5V đầu ra, người ta lấy ra một điện áp lấy mẫu thông qua cầu phân áp R711

và R712, điện áp lấy mẫu này sẽ tăng giảm tỷ lệ thuận với điện áp ra

- Điện áp lấy mẫu được đưa vào chân R của IC khuếch đại áp lấy mẫu TL431 hoặc KA431

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

- 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 soquang 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 hướng giảm trở về vị tríban đầu

- Nếu 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

Khi điện áp vào thay đổi lớn (50%) nhưng nhờ có mạch hồi tiếp mà

điện áp ra thay đổi không đáng kể (khoảng 1%)

g.Mạch lọc nhiễu cao tần:

Mạch lọc nhiễu có tác dụng triệt tiêu toàn bộ nhiễu cao tần bám theo đường dây điện không 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 lưu sử dụng đi ốt mắc theo hình cầu để chỉnh lưu điện áp AC thành DC

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

i.Điện trở mồi và mạch cấp nguồn cho IC

Khi có điện áp 300V DC, điện áp đi qua R603 và R609 vào định thiên cho đèn Q602 dẫn, 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 từ từ (mạch khởi động mềm)

- Khi điện áp chân 7 tăng đến khoảng 10V thì IC sẽ hoạt động và điều khiển cho khối nguồn hoạt động

- Khi nguồn hoạt động, điện áp lấy ra từ cuộn hồi tiếp 9 - 10 được chỉnh lưu qua D602 rồi đưa về chân 7, đây sẽ là nguồn chính để duy trì cho IC hoạt động

- Đồng thời khi nguồn hoạt động, điện áp Vref ra từ chân 8 sẽ đi qua R610 làm cho đèn Q603 dẫn, tụ điện C618 sẽ làm cho đèn Q618 dẫn chậm lại, khi đèn Q618 dẫn thì đèn Q602 sẽ tắt, vì vậy dòng điện đi qua Rmồi (R602) chỉ được sử dụng trong vài giây lúc đầu