Đồ án môn học khối nguồn xung tivi CRT

Điện áp đầu ra được điều biến theo độ rộng xungKhi " Switch On" được đóng tức là nối nguồn vào mạch thì lúc đó dòng điện điqua cuộn cảm và dòng điện trong cuộn cảm tăng lên, tại thời điể

dạy bảo cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy Mã Học Nhân

đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên

cứu giúp tôi hoàn thành đồ án môn học

Bên cạnh đó, tôi nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn bè đã có những nhận xét, đánh giá, trao đổi và cung

cấp cho tôi nhiều tài liệu tham khảo bổ ích giúp tôi hoàn thành

tốt đồ án

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng để hoàn thiện đồ án bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên

không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được

những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn

Trà Vinh, ngày 31 tháng 12 năm 2013

Sinh viên

Ngô Văn Nhân

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: PHẦN MỞ ĐẦU 3

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3

2 MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI 3

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

CHƯƠNG II: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NGUỒN XUNG 4

2.1 KHÁI NIỆM NGUỒN XUNG 4

2.2 PHÂN LOẠI NGUỒN XUNG 4

2.2.1 Nguồn xung kiểu : Buck 4

2.2.2 Nguồn xung kiểu : Boot 6

2.2.3 Nguồn xung kiểu : Flyback 9

2.2.4 Nguồn xung kiểu : Push-Pull 11

CHƯƠNG III: KHỐI NGUỒN XUNG TIVI CRT 13

3.1 TỔNG QUÁT VỀ KHỐI NGUỒN TIVI MẦU 14

3.1.1 Chức năng của khối nguồn tivi màu 14

3.1.2 chỉ tiêu kỹ thuật của nguồn tivi mầu 14

3.1.3 Nguyên tắc của các bộ nguồn công suất lớn nói chung và tivi màu nói riêng 15

3.1.4 Sơ đồ tổng quát của khối nguồn tivi mầu 15

3.2 KHỐI NGUỒN XUNG 17

3.2.1 Mạch đầu vào của nguồn xung 17

3.2.2 Nguồn xung(nguồn Switching) 19

3.2.2.1 Mạch tạo nguồn xung 19

3.2.2.2 Mạch hồi tiếp để giữ điện áp ra 21

3.2.2.3 Các mạch bảo vệ 24

CHƯƠNG III: PHẦN KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

án của mình.

2 Mục tiêu chọn đề tài.

Tìm hiểu và nghiên cứu nguyên lý hoạt động của nguồn xung trên các máyTivi, hiểu được nguồn xung của Tivi CRT ,cũng như sẽ hiểu được nguyên lýchung của các nguồn điện trên các thiết bị điện tử khác

3 Phạm vi nghiên cứu.

Chỉ nghiên cứu “Khối nguồn xung tivi CRT”…

4 Phương pháp ghiên cứu:

Phương pháp thu thập số liệu, giả thiết nghiên cứu, thu thập thong tin, xử lí kếtquả nghiên cứu ……

CHƯƠNG II:

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NGUỒN XUNG

2.1 KHÁI NIỆM NGUỒN XUNG.

- Mạch nguồn xung (còn gọi là nguồn ngắt/mở - switching) là mạch nghịchlưu thực hiện việc chuyển đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng điệnxoay chiều và ngược lại,có thể tăng hoặc giảm điện áp tùy theo nhu cầu của người

sử dụng

2.2 PHÂN LOẠI NGUỒN XUNG.

Nguồn xung hiện nay có rất nhiều loại khác nhau nhưng nó được chiathành 2 nhóm nguồn : Cách ly và không cách ly

2.2.1 Nguồn xung kiểu : Buck

Đây là kiểu biến đổi nguồn cho điện áp đầu ra nhỏ hơn so với điện áp đầu

Mạch có cấu tạo nguyên lý đơn giản chỉ dùng một van đóng cắt nguồn điện

và phần lọc đầu ra Điện áp đầu ra được điều biến theo độ rộng xungKhi " Switch On" được đóng tức là nối nguồn vào mạch thì lúc đó dòng điện điqua cuộn cảm và dòng điện trong cuộn cảm tăng lên, tại thời điểm này thì tụ điệnđược nạp đồng thời cũng cung cấp dòng điện qua tải Chiều dòng điện được chạytheo hình vẽ

Khi " Swith Off" được mở ra tức là ngắt nguồn ra khỏi mạch Khi đó trongcuộn cảm tích lũy năng lượng từ trường và tụ điện điện được tích lũy trước đó sẽphóng qua tải Cuộn cảm có xu hướng giữ cho dòng điện không đổi và giảm dần.Chiều của dòng điện trong thời điểm này như trên hình vẽ Quá trình đóng cắt liên tục tạo tải một điện áp trung bình theo luật băm xungPWM Dòng điện qua tải sẽ ở dạng xung tam giác đảm bảo cho dòng liên tục quatải Tần số đóng cắt khá cao để đảm bảo triệt nhiễu công suất cho mạch Van côngsuất thường sử dụng các van như Transitor tốc độ cao, Mosfet hay IGBT

Điện áp đầu ra được tính như sau :

Vout = Vin * (ton/(ton+toff) = Vin* D ( với D là độ rộng xung %)

Với ton, toff lần lượt là thời gian mở và thời gian khóa của vanĐối với kiểu nguồn Buck này thì cho công suất đầu ra rất lớn so với công suất đầuvào vì sử dụng cuộn cảm, tổn hao công suất thấp Do vậy nên nguồn buck được sửdụng nhiều trong các mạch giảm áp nguồn DC ví dụ như từ điện áp 100VDC màmuốn hạ xuống 12VDC thì dùng nguồn Buck là hợp lý.

Dưới đây là một ứng dụng của nguồn Buck trong việc tạo ra nguồn 3.3V

Mạch dùng LM3485 để tạo xung đóng cắt van.Mạch có thể điều chỉnhđựoc điện áp đầu ra, có phản hổi để ổn định điện áp

2.2.2 Nguồn xung kiểu : Boot

Kiểu dạng nguồn xung này cho điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào :Vin < Vout

Xét một mạch nguyên lý như sau :

Mạch có cấu tạo nguyên lý khá đơn giản Cũng dùng một nguồn đóng cắt,dùng cuộn cảm và tụ điện Điện áp đầu ra phụ thuộc vào điều biến độ rộng xung

và giá trị cuộn cảm L

Khi "Swich On" được đóng lại thì dòng điện trong cuộn cảm được tăng lênrất nhanh, dòng điện sẽ qua cuộn cảm qua van và xuống đất Dòng điện không quadiode và tụ điện phóng điện cung cấp cho tải Ở thời điểm này thì tải được cungcấp bởi tụ điện Chiều của dòng điện như trên hình vẽ

Khi "Switch Off" được mở ra thì lúc này ở cuối cuộn dây xuất hiện với 1điện áp bằng điện áp đầu vào Điện áp đầu vào cùng với điện áp ở cuộn cảm quadiode cấp cho tải và đồng thời nạp cho tụ điện Khi đó điện áp đầu ra sẽ lớn hơnđiện áp đầu vào, dòng qua tải được cấp bởi điện áp đầu vào Chiều của dòng điệnđược đi như hình vẽ!

Điện áp ra tải còn phụ thuộc giá trị của cuộn cảm tích lũy năng lượng vàđiều biến độ rộng xung (điều khiển thời gian on/off) Tần số đóng cắt van là khácao hàng Khz để triệt nhiễu công suất và tăng công suất đầu ra.Dòng qua van đóngcắt nhỏ hơn dòng đầu ra.Van công suất thường là Transior tốc độ cao, Mosfet hayIGBT Diode là diode xung, công suất

Công thức tính các thông số đầu ra của nguồn Boot như sau :

Ipk = 2 x Iout,max x (Vout / Vin,min)

Tdon = (L x Ipk) / (Vout - Vin)

Điện áp đầu ra được tính như sau :

Vout = ((Ton / Tdon) + 1) x Vin

Với : Ton là thời gian mở của Van

Ipk là dòng điện đỉnh

Trong nguồn Boot thì điện áp đầu ra lớn hơn so với điện áp đầu vào do đócông suất đầu vào phải lớn hơn so vói công suất đầu ra Công suất đầu ra phụthuộc vào cuộn cảm L.Hiệu suất của nguồn Boot cũng khá cao nên được dùngnhiều trong các mạch nâng áp do nó truyền trực tiếp nên công suất của nó rất lớn

Ví dụ như mạch biến đổi từ nguồn 12VDC lên 310VDC chả hạn

Nguồn boost có 2 chế độ:

- Chế độ không liên tục: Nếu điện cảm của cuộn cảm quá nhỏ, thì trongmột chu kỳ đóng cắt, dòng điện sẽ tăng dần nạp năng lượng cho điện cảm rồi giảmdần, phóng năng lượng từ điện cảm sang tải Vì điện cảm nhỏ nên năng lượngtrong điện cảm cũng nhỏ, nên hết một chu kỳ, thì năng lượng trong điện cảm cũnggiảm đến 0 Tức là trong một chu kỳ dòng điện sẽ tăng từ 0 đễn max rồi giảm về0

- Chế độ liên tục: Nếu điện cảm rất lớn, thì dòng điện trong 1 chu kỳ điệncảm sẽ không thay đổi nhiều mà chỉ dao động quanh giá trị trung bình.Chế độ liêntục có hiệu suất và chất lượng bộ nguồn tốt hơn nhiều chế độ không liên tục,nhưng đòi hỏi cuộn cảm có giá trị lớn hơn nhiều lần

Một ứng dụng của mạch nguồn Boot

Đây là mạch tạo được điện áp đầu ra lớn hơn đầu vào từ 12VDC lên được 24VDC Sử dụng IC dao động

2.2.3 Nguồn xung kiểu : Flyback

Đây là kiểu nguồn xung truyền công suất dán tiếp thông qua biến áp Chođiện áp đầu ra lớn hơn hay nhỏ hơn điện áp đầu vào Từ một đầu vào có thể chonhiều điện áp đầu ra

Sơ đồ nguyên lý như sau :

Mạch có cấu tạo bởi 1 van đóng cắt và 1 biến áp xung Biến áp dùng đểtruyền công suất từ đầu vào cho đầu ra Điện áp đầu ra phụ thuộc vào băm xungPWM và tỉ số truyền của lõi

Như chúng ta đã biết chỉ có dòng điện biến thiên mới tạo được ra từ thông

và tạo được ra sức điện động cảm ứng trên các cuộn dây trên biến áp Do đây làđiện áp một chiều nên dòng điện không biến thiên theo thời gian do đó ta phảidùng van đóng cắt liên tục để tạo ra được từ thông biến thiên

Khi "Switch on " được đóng thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp tăng dầnlên Cực tính của cuộn dây sơ cấp có chiều như hình vẽ và khi đó bên cuộn dâythứ cấp sinh ra một điện áp có cực tính dương như hình vẽ Điện áp ở sơ cấp phụthuộc bởi tỷ số giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Lúc này do diode chặn nên tảiđược cung cấp bởi tụ C

Khi "Switch Off" được mở ra Cuộn dây sơ cấp mất điện đột ngột lúc đóbên thứ cấp đảo chiều điện áp qua Diode cung cấp cho tải và đồng thời nạp điệncho tụ

Trong các mô hình của nguồn xung thì nguồn Flybach được sử dụng nhiềunhất bởi tính linh hoạt của nó, cho phép thiết kế được nhiều nguồn đầu ra với 1nguồn đầu vào duy nhất kể cả đảo chiều cực tính Các bộ biến đổi kiểu Flybackđược sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sử dụng nguồn pin hoặc acqui, có mộtnguồn điện áp vào duy nhất để cung cấp cho hệ thống cần nhiều cấp điện áp(+5V,+12V,-12V) với hiệu suất chuyển đổi cao.Đặc điểm quan trọng của bộ biến đổiFlyback là pha(cực tính) của biến áp xung được biểu diễn bởi các dấu chấm trêncác cuộn sơ cấp và thứ cấp (trên hình vẽ)

Công thức tính toán cho nguồn dùng Flyback

Vout=Vin x (n2/n1) x (Ton x f) x (1/(1-(Ton x f)))

với :

n2 = cuộn dây thứ cấp của biến áp

1 = Cuộn dây sơ cấp biến áp

Ton = thời gian mở của Q1 trong 1 chu kì

f là tần số băm xung (T=1/f = (Ton + Toff))

Nguồn xung kiểu Flyback hoạt động ở 2 chế độ : Chế độ liên tục (dòng quathứ cấp luôn > 0) và chế độ gián đoạn (dòng qua thức cấp luôn bằng 0)Một mạch ứng dụng nguồn dùng Flyback như sau:

Đây là mạch nâng ấp dùng nguồn chuyển đổi flyback Điện áp đầu vào 12Vcho đầu ra tới 180V Sử dụng IC555 và có ổn định điện áp đầu ra

2.2.4 Nguồn xung kiểu : Push-Pull

Đây là dạng kiểu nguồn xung được truyền công suất gián tiếp thông quabiến áp, cho điện áp đầu ra nhỏ hơn hay lớn hơn so với điện áp đầu vào từ một

điện áp đầu vào cũng có thể cho nhiều điện áp đầu ra Nó được gọi là nguồn đẩykéo

Xét sơ đồ nguyên lý sau :

Đối với nguồn xung loại Push-Pull này thì dùng tới 2 van để đóng cắt biến

áp xung và mỗi van dẫn trong 1 nửa chu kì Nguyên tắc cũng gần giống với nguồnflyback

Khi A được mở B đóng thì cuộn dây Np ở phía trên sơ cấp có điện đồngthời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía trên ở thứ cấp có điện và điện áp sinh ra cócùng cực tính Dòng điện bên thứ cấp qua Diode cấp cho tải Như trên hình vẽKhi B mở và A đóng thì cuộn dây Np ở phía dưới sơ cấp có điện đồng thời cảmứng sang cuộn dây Ns phía dưới thứ cấp có điện và điện áp này sinh ra cũng cùngcực tính Như trên hình vẽ

Với việc đóng cắt liên tục hai van này thì luôn luôn xuất hiện dòng điệnliên tục trên tải Chính vì ưu điểm này mà nguồn Push Pull cho hiệu suất biến đổi

là cao nhất và được dùng nhiều trong các bộ nguồn như UPS, Inverter

Công thức tính cho nguồn Push-Pull

Vout = (Vin/2) x (n2/n1) x f x (Ton,A + Ton,B)

Với :

Vout=Điện áp đầu ra –V

Vin= Điện áp đầu vào - Volts

n2=0.5 x cuộn dây thứ cấp Tức là cuộn dây thứ cấp sẽ quấn sau đó chia1/2 Đợn vị tính bằng Vòng

n1=Cuộn dây sơ cấp

f = Tần số đóng cắt – Hertz

Ton,A = thời gian mở Van A – Seconds

Ton,B = Thời gian mở Van B – Seconds

Một số lưu ý khi dùng nguồn đẩy kéo:

+ Trong 1 thời điểm thì không được cả hai van A và B cùng dẫn Mỗi vanchỉ được dẫn trong 1 nửa chu kì Khi van này mở thì van kia phải đóng và ngượclại

+ Thời gian mở các van phải chính xác, giữa 2 van cần phải có thời gianchết để đảm bảo cho hai van không dẫn cùng

Tham khảo một sơ đồ ứng dụngh mạch Push-Pull

Trong mạch này thì nguồn đẩy kéo chỉ giữa chức năng là nâng điện áp từ12V lên tới 310V TL494 làm chức năng tạo xung đóng cắt có thời gian chết đểnđiều khiển các van đóng cắt

CHƯƠNG III KHỐI NGUỒN XUNG TIVI CRT

3.1.1 Chức năng của khối nguồn Ti vi mầu

Sơ đồ cung cấp điện của bộ nguồn

Nhiệm vụ của khối nguồn là cung cấp điện áp cho vi xử lý và khối quétdòng hoạt động, đầu ra của nguồn là hai điện áp B1 = 110V và B2 = 12V là haiđiện áp một chiều bằng phẳng và ổn định

- Nguồn 110 cung cấp cho cao áp và tầng kích dòng

- Nguồn 12V cung cấp cho dao động dòng và ổn áp qua IC LA7805 xuống5V cung cấp cho vi xử lý

Điện áp đầu vào của nguồn có tầm thay đổi rộng từ 90V đến 280V AC

3.1.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của nguồn Ti vi mầu :

• Điện áp vào là nguồn xoay chiều thay đổi tử 90 => 280V

• Điện áp đầu ra là hai hoặc nhiều nguồn một chiều bằng phẳng không thay đổi khi điện áp vào thay đổi và dòng tiêu thụ thay đổi

• Công suất cung cấp khoảng 100W và biến đổi gấp 10 lần giữa chế độ chờ ( khoảng 10W) với chế độ máy hoạt động ( khoảng 100W)

• Kích thước gọn nhẹ, khả năng cho công suất lớn

Để đạt được chỉ tiêu kỹ thuật trên, nguồn Ti vi mầu không thể sử dụng các

bộ nguồn tuyến tính như ta đã từng thấy trong Ti vi đen trắng được

Giả thiết nguồn Ti vi mầu có cấu tạo như nguồn Ti vi đen trắng :

• Ta biết rằng bộ nguồn Ti vi đen trắng chỉ cho công suất khoảng 30W nhưng đã

có trọng lượng khoảng 2Kg, vậy nếu để có công suất khoảng 100W thì trọng lượng sẽ là 6Kg , điều ấy không phù hợp với tiêu chuẩn gọn nhẹ

• Nếu sử dụng nguồn tuyến tín, điện áp đầu vào chỉ có thể lớn hơn và lớn hơn không qua 50% điện áp ra, như vậy không thoả mãn tiêu chuẩn là điện áp vào

Nguyên tắc hoạt động của các bộ nguồn xung

Điện áp xoay chiều 50Hz được chỉnh lưu và lọc phẳng thành điện áp mộtchiều, sau đó được ngắt mở thông qua công tắc điện tử với tần rất cao khoảng15KHz đến 30KHz , sau đó người ta mới đưa điện áp xoay chiều cao tần này điqua biến áp xung, khi hoạt động ở tần số cao thì biến áp xung cho công xuất rấtmạnh, bởi vì tần số hoạt động của biến áp tỷ lệ với công xuất , chỉ cần một biến

áp có trọng lượng khoảng 0,2Kg nhưng có thể cho công xuất trên 100W => đó lànguyên tắc cơ bản của nguồn xung được sử dụng trong Ti vi mầu

3.1.4 Sơ đồ tổng quát của khối nguồn Ti vi mầu :

Khối nguồn có thể chia làm hai phần chính :

Phần mạch đầu vào : Hầu hết các bộ nguồn xung đều có mạch đầu vào giống

nhau, mạch có nhiệm vụ cung cấp nguồn một chiều DC phẳng và sạch cho nguồnxung, phẳng là không còn gợn xoay chiều, sạch là không có can nhiễu, mạch đầu vàobao gồm các mạch:

- Mạch lọc nhiễu : Lọc bỏ nhiễu cao tần bám theo đường dây không cho lọtvào nguồn xung

- Mạch chỉnh lưu và lọc : Đổi điện áp xoay chiều AC 50Hz thành điện áp mộtchiều DC phẳng , điện áp DC thu được bằg 1,4AC, khi ta cắm 220V AC ta thu đượcđiện áp khoảng 300V DC Một số máy có mạch chỉnh lưu nhân đôi tự động khi ta cắmđiện AC 110V ta vẫn thu được 300V DC

- Mạch khử từ : Khử từ dư trên đèn hình ( mạch này không có liên quan đến sựhoạt động của nguồn )

Phần nguồn xung : Phần nguồn xung có nhiều loại khác nhau nhưng về cơ bảnchúng có 3 mạch chính :

- Mạch tạo dao động : Có nhiệm vụ tạo xung dao động để điều khiển đèn côngxuất đóng mở , tạo thành điện áp xoay chiều đưa vào biến áp xung

- Mạch hồi tiếp để ổn định áp ra : Mạch dao động chỉ tạo ra điện áp ra nhưngđiện áp ra không cố định Mạch hồi tiếp có nhiệm vụ giữ cho điện áp ra không đổi khiđiện áp vào thay đổi hoặc dòng tiêu thu thay đổi

- Mạch bảo vệ : Có nhiệm vụ bảo vệ đèn công xuất nguồn khi phụ tải bị chậphoặc điện áp đầu vào tăng cao, và bảo vệ các mạch phía sau khi khối nguồn ra điện ápquá mạnh

- Đèn công xuất : Có nhiệm vụ ngắt mở để tạo thành dòng điện xoay chiều tần sốcao chạy qua biến áp xung đèn công xuất đồng thời là đèn tham gia dao động nếunguồn dao động sử dụng kiểu dao động nghẹt, không tham gia dao động nếu nguồn sửdụng dao động đa hài

3.2 Khối nguồn xung

3.2.1 Mạch đầu vào của bộ nguồn