Thiết kế mạch nguồn ổn áp điện áp vào ac điện áp ra dc

Nguồn Tuyến tính được mô tả đơn giản như hình bên trái dưới đây: Giả sử có một tải sử dụng điện là RL với điện áp yêu cầu là Vout và điện áp vào Vin luôn bị thay đổi. Để ổn định được điện áp cung cấp cho RL thì cần phải tạo ra một bộ điều chỉnh tuyến tính (Linear Regulator được gọi là Nguồn Tuyến tính) nối tiếp với tải RL sao cho khi điện áp ra trên RL tăng lên thì nó phải gánh bớt điện áp để điện áp trên tải RL vẫn luôn luôn được giữ nguyên. Nguồn Tuyến tính được mô tả đơn giản như hình bên trái dưới đây: Giả sử có một tải sử dụng điện là RL với điện áp yêu cầu là Vout và điện áp vào Vin luôn bị thay đổi. Để ổn định được điện áp cung cấp cho RL thì cần phải tạo ra một bộ điều chỉnh tuyến tính (Linear Regulator được gọi là Nguồn Tuyến tính) nối tiếp với tải RL sao cho khi điện áp ra trên RL tăng lên thì nó phải gánh bớt điện áp để điện áp trên tải RL vẫn luôn luôn được giữ nguyên.

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

BÀI BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1

Đề tài:

THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ỔN ÁP

ĐIỆN ÁP VÀO AC ĐIỆN ÁP RA DC

GVHD: Nguyễn Đức Hiệp SVTH:

Nguyễn Vũ Bảo Quốc 11304551

Trang 2

I TỔNG QUAN VỀ MẠCH NGUỒN

1. Nguồn Tuyến Tính

Nguồn Tuyến tính được mô tả đơn giản như hình bên trái dưới đây: Giả sử có một tải sử dụng điện là RL với điện áp yêu cầu là Vout và điện áp vào Vin luôn bị thay đổi

Để ổn định được điện áp cung cấp cho RL thì cần phải tạo ra một bộ điều chỉnh tuyến tính (Linear Regulator được gọi là Nguồn Tuyến tính) nối tiếp với tải RL sao cho khi điện áp ra trên RL tăng lên thì nó phải gánh bớt điện áp để điện áp trên tải RL vẫn luôn luôn được giữ nguyên

Hình 1:nguồn tuyến tính

Mạch nguồn trên đây hoạt động dựa theo nguyên tắc là nếu khi tải càng tiêu thụ cường độ dòng điện càng lớn (tức là trở kháng của tải sẽ càng giảm) thì sụt áp lên tải sẽ

bị giảm đi khiến cho chênh lệch điện áp giữa chân E và chân B của Transistor càng tăng lên (vì B được giữ ổn định nhờ Zener còn E bị giảm đi do tải bị sụt áp) nên theo nguyên

lý làm việc của Transistor là chênh lệch điện áp giữa B và E càng lớn thì Cường độ dòng điện qua tiếp giáp C – E càng lớn tức là Cường độ dòng điện chạy qua tải càng tăng lên

Trang 3

V 0v vo 0v vo

 Biến Thế:

Biến thế gồm 2 loại : tự ngẫu và cách ly

Cuộn thứ cấp

đôi

Hình 2: biến thế

Trang 4

2 Mạch Vào Và Chỉnh Lưu

- Chỉnh Lưu + Tụ Lọc

 Mạch chỉnh lưu 1 bán kỳ 1 diode

 Mạch chỉnh lưu 2 bán kỳ 2 diode

Trang 5

 Mạch

chỉnh lưu 2 bán

kỳ 4 diode

chỉnh lưu đôi ( đối xứng)

Hình 3: mạch chỉnh lưu

Sử dụng diode cầu diode để chỉnh lưu điện áp xoay chiều lấy từ biến áp ở đây ta lấy

áp ra xoay chiều có giá trị hiệu dụng 12V Kết hợp với tụ chỉnh lưu để tạo ra điện áp DC

có giá trị Vin = √2 * 12 = 15V Khối này dùng một đèn led để báo hiệu có điện áp DC

3 Ổn Áp Và Nâng Dòng

Trang 6

Hình 4: mạch ổn áp và nâng dòng

khối này làm nhiệm vụ tạo điện áp ổn định 5V ở đầu ra.Sử dụng IC 7805 chuyển điện áp 15V đầu vào thành điện áp 5V IC 7805 cho dòng ra định danh 1A nhưng thực tế thì dòng ra khoảng 500mA Nên để tạo ra nguồn cung cấp 3A ta sử dụng mạch nâng dòng dùng BJT B688 Điện trở R4=10Ω để phân cực cho BJT dẫn ở chế độ khuếch đại

Tụ C3,C4,C5 để lọc điện áp gợn tránh ảnh hưởng của tín hiệu cao tầng chạy về nguồn.Led D5 để báo có áp ra

Trang 7

4 Bảo Vệ Áp

Hình 5: mạch bảo vệ

có tác dụng bảo vệ nguồn khi điện áp đầu ra tăng vọt khỏi giá trị 5V.Thực hiện bằng cách đóng role để ngắt mạch nguồn khỏi điện áp vào.Khi điện áp đầu ra lớn hơn 5V BJT Q5 sẽ dẫn nhờ cầu phân áp R6,R7 diode zener D2 để ghim điện áp cực E 3,3V.Khi Q5 dẫn sẽ làm cho Q9 dẫn.BJT Q9 làm nhiệm vụ đệm dòng.Q9 dẫn dòng Ic đổ qua role làm role đóng ngắt nguồn vào

Hình 6: mạch mắc E chung

Trang 8

Hình trên ký hiệu của BJT pnp hướng từ E vào B, ngược lại với BJT npn Nếu điện

áp Vi=12V=VE hoặc ngõ Vi không được kết nối thì BJT không hoạt động, không có dòng điện qua RC vì dòng IB =0 nên dòng IC =0 Khi Vi=0V thì dòng IB xuất hiện và xuất hiện dòng IC (từ cực E) , nếu dòng IB đủ lớn sẽ gây bão hòa BJT và điện áp VEC gần bằng 0V hay điện áp rơi trên RC gần bằng 12V, khóa hoạt động rất tốt Do đó, BJT pnp thường được dùng làm phần trên trong các mạch cầu H Một điều thú vị là mạch điện trong hình 6 cũng là một mạch mắc E chung

Có lẽ đã đến lúc chúng ta di thiết kết một mạch cầu H hoàn chỉnh dùng BJT Trong hình 10 tôi giới thiệu một cách thiết kế, đây không phải là cách duy nhất nhưng tôi sẽ dùng mạch này trong việc giải thích và ví dụ điều khiển (nếu có) Bạn có thể “chế” lại tùy thích miễn sao đảm bảo tất cả các BJT phải rơi vào trạng thái bão hòa khi được kích

II GIỚI THIỆU LINH KIỆN

1 Điện Trở ,Tụ,Cảm Biến,Diode

- Điện Trở

Hình 7: hình dạng điện trở

Trang 9

Hình 8: bảng màu điện trở

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

- Tụ Điện

Hình 9: ký hiệu các loại tụ điện

Trang 10

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu

Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượng điện trường của tụ điện Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều

Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui Mặc dù cách hoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng điện

Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electron ở cực này và chuyển electron sang cực còn lại Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra electron

-nó chỉ lưu trữ chúng Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh Đây là một ưu thế của -nó

so với ắc qui

- Biến Trở

Biến trở chẳng qua là điện trở mà trị số có thể thay đổi được, bằng cách vặn, xoay, gạt qua gạt lại, … Nó có thể được gọi là biến trở, hay “chiết áp” (hay cái chia áp)

Hình 10: ký hiệu biến trở

Trang 11

Hình 11: ký hiệu biến trở

Và biến trở thì có 3 chân, thì 1 trong các chân đó sẽ là “chân chạy” Dùng VOM – mode đo Ohm để xác định chân nào là “chân chạy” (điện trở giữa chân chạy và 1 trong 2 chân còn lại sẽ thay đổi khi ta vặn núm xoay)

- Diode

Hình 12: ký hiệu diode

 các loại diode

 diode bán dẫn

cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm một số chất để tăng thêm electron tự do Loại này dùng chủ yếu để chỉnh lưu dòng điện hoặc trong mạch tách sóng

 diode Schottky

Ở tần số thấp, điốt thông thường có thể dễ dàng khóa lại (ngưng dẫn) khi chiều phân cực thay đổi từ thuận sang nghịch, nhưng khi tần số tăng đến một ngưỡng nào đó, sự ngưng dẫn không thể đủ nhanh để ngăn chặn dòng điện suốt một phần của bán kỳ ngược Điốt Schottky khắc phục được hiện tượng này

 diode Zener

còn gọi là "điốt đánh thủng" hay "điốt ổn áp"

là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng Khi sử dụng điốt này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của điốt thì điốt

Trang 12

sẽ cho dòng điện đi qua (và ngắn mạch xuống đất bảo vệ mạch điện cần ổn áp) và đến khi điện áp mạch mắc bằng điện áp định mức của điốt - Đây là cốt lõi của mạch ổn áp

 diode phát quang

hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode)

là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt bán dẫn, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

 diode quang (photodiode)

là loại nhạy với ánh sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đại lượng điện, thường

sử dụng ở các máy ảnh (đo cường độ sáng), sử dụng trong các mạch điều khiển (kết hợp một điốt phát quang và một điốt quang thành một cặp), các modul đầu ra của các PLC

 diode biến dung (varicap)

Có tính chất đặc biệt, đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ điện, loại này được dùng nhiều cho máy thu hình, máy thu sóng FM và nhiều thiết bị truyền thông khác

 diode ổn định dòng điện

là loại điốt hoạt động ngược với Điốt Zener Trong mạch điện điốt này có tác dụng duy trì dòng điện không đổi

 diode step-recovery

Ở bán kỳ dương, điốt này dẫn điện như loại điốt Silic thông thường, nhưng sang bán

kỳ âm, dòng điện ngược có thể tồn tại một lúc do có lưu trữ điện tích, sau đó dòng điện ngược đột ngột giảm xuống còn 0

2 LM317 VA LM337

- LM317

Trang 13

 Công suất tiêu thụ lớn nhất là 20W

 Dòng điện đầu ra lớn nhất Imax = 1.5A

 Đảm bảo thông số Vi - Vo >= 3V

Việc thiết kế bộ nguồn với các IC nguồn có sẵn ngày nay đã không còn khó khăn Mạch thiết kế đơn giản, tính ổn đinh cao, công suất lớn Các IC nguồn bán dẫn đã được

sử dụng nhiều trong các thiết bị, máy móc LM317 và LM337 là hai loại IC nguồn bán dẫn có công suất đầu ra 1.5A, điện áp đầu ra có thể điều chỉnh từ (+-1.25V ~ +-37V) với điện áp đầu vào max là 40V Mạch thiết kế với hai IC này sẽ đơn giản hơn, gọn nhẹ hơn, kết nối đơn giản Ứng dụng mạnh vào các thiết bị cần có nguồn điều chỉnh và cố định

Đây được coi là một linh kiện chuyển đổi khá là tiện dụng Dùng để chuyển đổi điện áp dương từ +1.25 đến +37V Và có khẳ năng cung cấp dòng quá 1.5A

- LM337

Bộ điều chỉnh điện áp âm (-) Lm337

Hình 13:hình dạng Lm337

Trang 14

 ADJ là chân điều khiển

 Vo là điện áp đầu ra

 Vi là điện áp đầu vào

Những thông số nó y hệt như Lm317 nhưng nó ở mức âm

ứng dụng của hai linh kiện lm317 va lm337

Hai linh kiện này đều là biến đổi điện áp đầu ra đối xứng nhau.Nên trong các mạch nguồn đối xứng thường sử dụng hai linh kiện này ghép nối để tạo được ra nguồn đối xứng cố định hay điều khiển

Tôi lấy ví dụ 1 mạch điện điều chỉnh điện áp trong khoảng (+-1.25 đến +-20V)

3 78xx và 79xx

Trang 15

4 BJT

Hình 12: ký hiệu BJT

 NPN

vc>vb>ve

vbf=(0.2;0.7)

áp:

vbqvc

vbqvce

dòng: