Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điện áp ra 12V-5A có bảo vệ dòng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điện áp ra 12V-5A có bảo vệ dòng... LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ được

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điện áp ra 12V-5A có bảo vệ dòng

MỤC LỤC Trang

Mục lục ……1

LỜI MỞ ĐẦU 4

Phần I: ĐO VÀ KIỂM TRA LINH KIỆN 5

I.Transistor 5

1 Kiểm tra trans npn hay pnp: 5

2 Đo xác định chân B, E và C: 6

II.Thrysistor 7

III Điode, điện trở, tụ điện 8

1 Diode 8

2 Điện trở 9

3 Tụ điện: 9

Phần II: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN MỘT CHIỀU 11

I Khái niệm chung về nguồn một chiều 11

II Biến áp nguồn, chỉnh lưu và lọc nguồn .11

1.Biến áp nguồn .11

2 Chỉnh lưu và lọc nguồn 11

III Ổn định điện áp .12

1 Khái niệm ổn áp 12

2 Phân loại ổn áp: 12

3 Bộ ổn áp tuyến tính IC 14

Phần III: THIẾT KẾ NGUỒN ỔN ÁP CÓ ĐIỆN ÁP RA 12V-5A 15

I Lựa chọn phương pháp thiết kế .15

1 Biến áp 15

3 Khối bảo vệ dòng 15

4 Khối ổn áp 15

II Sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý .16

1 Sơ đồ khối của khối nguồn 16

2 Sơ đồ nguyên lý 16

3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 24

III Tính toán linh kiện 25

1 Biến áp 25

2 Khối chỉnh lưu và lọc nguồn 26

3 Khối bảo vệ dòng 26

4 Khối lấy điện áp ra 28

KẾT LUẬN 29

Tài liệu tham khảo : 30

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết trong các lĩnh vực kinh tế- xã hội cũng như trong đời sống Trong tất cả các thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp là một trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc ổn định của hệ thống Hầu hết các thiết bị điện tử đều sử dụng các nguồn điện một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao Hiện nay kỹ thuật chế tạo các nguồn điện ổn áp cũng đang là một khía canhj đang được nghiên cứu phát triển với mục đính tạo ra các khối nguồn có công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ

Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn điện một chiều ổn áp

và củng cố lại những kiến thức được học và áp dụng thực hành trong thực tế, nên

em đã chọn đề tài: “Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điện áp ra 12V-5A có bảo vệ dòng” để qua đó tìm hiểu kĩ hơn về nguyên lí hoạt động của các mạch nguồn đòng thời củng cố them kĩ năng trong thiết kế các mạch điện tương tự

Trong quá trình thực hiện đề tài em xin chân thành cảm ơn thầy giáo : Hà Tất Thắng đã hướng dẫn em hoàn thành đề tài này

Do khả năng kiến thức bản than còn hạn chế, đề tài chắc chắn sẽ không tránh những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến thầy để đề tài được hoàn thiện hơn

Phần I: ĐO VÀ KIỂM TRA LINH KIỆN

I.Transistor

Ta kiểm tra dấu pin của que đo đồng đồng hồ bằng điode ( giả sử que đen +

1 Kiểm tra trans npn hay pnp:

Transistor khi hoạt động có thể hư hỏng do nhiều nguyên nhân, như hỏng do nhiệt độ, độ ẩm, do điện áp nguồn tăng cao hoặc do chất lượng của bản thân Transistor, để kiểm tra Transistor bạn hãy nhớ cấu tạo của chúng

Kiểm tra Transistor ngược NPN tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Anôt, điểm chung là cực B, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que đen vào B ) thì tương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kim không lên

Kiểm tra Transistor thuận PNP tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Katôt, điểm chung là cực B của Transistor, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que

đỏ vào B ) thì tương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kim không lên

2 Đo xác định chân B, E và C:

Để đồng hồ thang x1Ω , đặt cố định một que đo vào từng chân , que kia chuyển sang hai chân còn lại, nếu kim lên = nhau thì chân có que đặt cố định là chân B( nếu que đồng hồ cố định là que đen thì là Transistor ngược (npn), là que đỏ thì là Transistor thuận (pnp)) 2 chân còn lại là C và E

Kiểm tra chân C,E:

+ Với transistor npn ta đặt que đen đồng hồ vào 1 trong 2 chân, que đỏ vào chân còn lại Can nhiễu chân có que đen nếu trường hợp có điện trở (kim đồng hồ lên) thì chân đặt vào que đen là chân C, chân còn lại là E

+ Với transistor pnp ta làm ngược lại với các que và các bước thực hiện tương

tự Khi can nhiễu kim đồng hồ lên thì chân đặt vào que đỏ là chân E, chân còn lại

là C

-Đo kiểm tra Thyristor

Kiểm tra dâu pin của que đo đồng hồ bằng điode (giả sử que đen là + pin, que

đỏ là – pin)

Xác định chân A, G, K: Đặt que đen và que đỏ đồng hồ vào 2 chân bất kỳ của thrysistor, trường hợp nào kim lên thì chân đặt vào que đen là chân G, chân đặt vào que đỏ là chân K, chân còn lại là A

Đặt động hồ thang x1Ω , đặt que đen vào Anot, que đỏ vào Katot ban đầu kim không lên , sau đó can nhiễu => thấy đồng hồ lên kim , sau đó dừng can nhiễu

=> đồng hồ vẫn lên kim => như vậy là Thyristor tốt

III Điode, điện trở, tụ điện

Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập

Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

Các loại Diode : Diode ổn áp, Diode thu quang, Diode phát quang, Diode biến dung, Diode xung, Diode tách sóng, Diode nắn điện

Điode nắn điện được phân biệt bởi vạch dấu trên điode; đầu có vạch mang dấu

âm, đầu còn lại dấu dương

Ta thường xác định que âm, dương của đồng hồ vạn năng bằng điode

3 Tụ điện:

Dùng thang điện trở để đo kiểm tra tụ điện

Ta có thể dùng thang điện trở để kiểm tra độ phóng nạp và hư hỏng của tụ điện, khi đo tụ điện nếu là tụ gốm ta dùng thang đo x1 KΩ, nếu là tụ hóa ta dùng thang

đo x1 Ω hoặc x10 Ω

Dùng thang đo x1K Ω để kiểm tra tụ gốm

Phần II: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN MỘT CHIỀU

I Khái niệm chung về nguồn một chiều

Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch

và các thiết bị điện tử hoạt động Năng lượng một chiều của nó tổng quan được lấy

từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua một quá trình biến đổi được thực hiện trong nguồn một chiều

Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ra ít phụ thuộc vào điện áp mạng, của tại và nhiệt độ Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định Các mạch cấp nguồn cổ điển thường dung biến áp, nên kích thước và trọng lượng của

nó khá lớn Ngày nay người ta có xu hướng dung các mạch cấp nguồn không có biến áp

II Biến áp nguồn, chỉnh lưu và lọc nguồn

1.Biến áp nguồn

Biến áp nguồn làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện thành điện áp xoay chiều có trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lưu và ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạng điện xoay chiểu về một chiều

2 Chỉnh lưu và lọc nguồn

Các phần tử tích cực dùng để chỉnh lưu là các phần tử có đặc tuyến V-A không đối xứng sao cho dòng điện đi qua nó chỉ đi qua nó một chiều Người ta thường dùng chỉnh lưu Silic, để có công suất nhỏ hoặc trung bình cũng có thể dùng chỉnh lưu Selen Để có công suất ra lớn và có thể điều chỉnh điện áp ra tùy ý, người

ta dùng Thyristor để chỉnh lưu

Các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp là chỉnh lưu nửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu cầu mà trong đó sơ đồ chỉnh lưu cầu có nhiều ưu điểm hơn cả

Mạch chỉnh lưu phải có hiệu suất cao, ít phụ thuộc vào tải và độ gợn sóng của điện áp ra nhỏ

Lọc bằng tụ điện: Do sự phóng nạp tụ qua các nửa chu kỳ và do các song hài được rẽ qua mạch C xuống điểm chung, dòng điện ra tải chỉ còn thành phần một chiều và một lượng nhỏ sóng hài bậc thấp

Nghĩa là tác dụng lọc càng rõ rệt khi C và Rt càng lớn Với bộ chỉnh lưu dòng điện công nghiệp giá trị tụ C thường có giá trị từ vài uF đến vài nghìn uF

Việc ổn định điện áp xoay chiều có nhiều hạn chế nhất là khi điện lưới thay đổi nhiều Dùng bộ ổn áp một chiều bằng phương pháp điện tử được sử dụng phổ biến hơn đặc biệt khi công suất tải ra yêu cầu không lớn và tải tiêu thụ trực tiếp điện áp một chiều

2 Phân loại ổn áp:

+ Ổn áp tham số ( ổn áp dùng điode zenner)

+ Ổn áp xung: là ổn áp dựa trên nguyên lý hồi tiếp (nguyên lý bù), trong đó phần tử diều chỉnh làm việc ở chế độ xung Ổn áp xung có những ưu điểm vượt trội so với ổn áp tuyến tính như sau:

+ Ổn áp tuyến tính :

Trong phạm vi của đồ án này chúng ta chỉ xét đến mạch ổn áp có hồi tiếp với nguyên tắc thực hiện các sơ đồ ổn áp có hồi tiếp, phân loại và một số loại IC ổn áp tuyến tính

Tùy theo phương pháp cấu trúc, các sơ đồ ổn định có hồi tiếp được chia thành hai loại cơ bản: ổn định song song và ổn định nối tiếp Do sơ đồ nối tiếp có tổn hao

ít hơn sơ đồ song song nên hiệu suất cao hơn và nó được dùng phổ biến hơn

Ưu điểm của sơ đồ song song là không gây nguy hiểm khi quá tải vì nó ngắn mạch đầu ra Sơ đồ nối tiếp yêu cầu phải có thiết bị bảo vệ vì khi quá tải ,dòng qua phần tử điều chỉnh và qua bộ điều chỉnh sẽ quá lớn gây nên hỏng phần từ điều

chỉnh hoặc biến áp

Phần tử điều khiển

Bộ khuếch đại

Bộ so sánh Nguồn chuẩn

3 Bộ ổn áp tuyến tính IC

Để thu nhỏ kích thước cũng như chuẩn hóa các tham số của các bộ ổn áp một chiều kiểu bù tuyến tính người ta chế tạo chúng dưới dạng vi mạch, nhờ đó việc sử dụng cũng dễ dàng hơn Các bộ IC ổn áp trên thực tế cũng bao gồm các thành phần

tử chính là bộ tạo điện áp chuẩn, bộ khuếch đại tín hiệu sau lệch, transistor điều chỉnh, bộ hạn dòng

Các IC ổn áp thường đảm bảo dòng ra khoảng từ 100 mA đến 1.5A điện áp tới 50V, công suất tiêu tán khoảng 500-800 mW Hiện nay người ta cũng chế tạo các IC ổn áp cho dòng tới 10A Các loại IC ổn áp điều chỉnh thường dùng là 78xx, 79xx, LM309, uA723, LM323, LM317…

Tùy thuộc vào tham số kỹ thuật như điện áp ra, dòng ra, hệ só ổn định điện

áp, khả năng điều chỉnh điện áp ra, dải nhiệt độ làm việc, nguồn cung cấp độ ổn định theo thời gian… mà người ta chế tạo ra nhiều loại khác nhau

Phần III: THIẾT KẾ NGUỒN ỔN ÁP CÓ ĐIỆN ÁP RA 12V-5A

I Lựa chọn phương pháp thiết kế

Dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn như trên ta lựa chọn phương pháp thiết kế cho từng khối của bộ nguồn và từ đó đưa ra sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn

1 Biến áp

Ở đây do nguồn ổn áp được sử dụng ở lưới điện xoay chiều 220V-50Hz và điện áp ( dòng điện) ra là 12Vdc-5A, công suất cực đại là 60W nên ta sử dụng một biến áp có điện áp vào 220V và điện áp ra 15V, dòng ra 5A

2 Mạch chỉnh lưu và bộ lọc nguồn

Do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện

áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn

3 Khối bảo vệ dòng

Có nhiệm vụ bảo vệ mạch trong trường hợp dòng vào tăng Ta sẽ sử dụng các tính chất của thrysistor, transistor, diode để tạo nên khối bảo vệ dòng phù hợp

4 Khối ổn áp

Theo yêu cầu thiết kế mạch ổn áp có điện áp ra 12V-5A nên ta sử dụng một

IC ổn áp thông dụng là LM7812 Do LM7812 chỉ cho điện áp vào trong dải 14,5V -27V (với cách mắc thông thường) và điện áp ra 12V , dòng ra 5.0mA-1.0A nên ta

sẽ sử dụng thêm 1 transistor công suất để gánh dòng

II Sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý

1 Sơ đồ khối của khối nguồn

It

U1~ Uo1’ Uo2 Ut Rt

Các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn:

+ Biện áp 220/15V-5A AC-50Hz

Ổn áp một chiều

Bộ bảo

vệ dòng

Đồ thị tuyến tính IC LM7812

Bảng kèm theo Transistor TIP42C

Đồ thị tuyến tính Transistor TIP42C:

Bảng kèm theo transistor 2SC2335:

Đồ thị tuyến tính transistor 2SC2335:

3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Sơ đồ nguyên lý:

Mạch in linh kiện :

2 Khối chỉnh lưu và lọc nguồn

Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất Umax=240V, dòng lớn nhất qua điode là 5A

Do đó ta lựa chọn cầu 6A

Điện áp sau chỉnh lưu U =15√2 -1.4=19.8 V

Sau khi qua khối chỉnh lưu cầu thì tụ lọc cũng phải đảm bảo chịu được điện áp lớn nhất là 24(V)

=>Chọn tụ C1= 1000uF/35V

Led 1 báo điện áp vào

3 Khối bảo vệ dòng

=>Transistor T2 khóa, khối bảo vệ chưa hoạt động

+ Khi I ả tăng => U giảm

+ Khi I ả > I ả ệ : => U > U

=>Transistor T2 thông, có dòng kích vào thrysistor hoạt động, dòng vào qua R2, qua thrysistor về chân mass, đồng thời transistor T1 bị khóa Lúc này không có dòng cấp cho phần mạch sau khối bảo vệ nên tải và các linh kiện được bảo vệ

Tính toán cho khối:

Ta có:

U1 - U =U

4 Khối lấy điện áp ra

Do dòng ra là 5A ta phải sử dụng một transistor có khả năng chịu được dòng lớn hơn hoặc bằng 5A Ở đây ta sẽ sử dụng transistor công suất Tip42C để kéo dòng, vì dòng ra lớn nhất ở LM7812 là 1A

Điện áp vào khối lấy điện áp ra là: U2= Ung – 1.4 - - 0.1* ả

= 15√2 – 1.4 – 0.7 – 0.1*5

= 18.6 V

Trong thời gian thực hiện đề tài, với sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của thầy

Hà Tất Thắng, đến nay đề tài: “thiết kế nguồn ổn áp 12V-5A có bảo vệ dòng” đã

được hoàn thành Chúng em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã được học để giải quyết những yêu cầu của đề tài

Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế trong nhiều vấn đề nên trong quá trình thực hiện vẫn còn những thiếu xót hạn chế Chúng em rất mong nhận được ý kiến và góp ý của các thầy cô trong khoa về ý tưởng thiết kế cũng như mô hình sản phẩm cảu chúng em để sản phẩm được hoàn thiện hơn

Cuối cùng chúng em xin cảm ơn quý thầy cô đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng

em có thể hoàn thành đề tài trong thời gian sớm nhất

Tài liệu tham khảo :