Bài tập lớn Điện tử tương tự và điện tử số trường đại học Bách Khoa Hà Nội, thiết kế mạch sạc 12V tự ngắt khi pinắc quy đầy. Mạch được chế tạo và chạy thử nghiệm cho kết quả ổn. Hướng phát triển: dùng IC điều khiển.
Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ********* ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ VÀ ĐIỆN TỬ SỐ Đề tài: Thiết kế mạch sạc ác quy tự ngắt ác quy đầy báo dung lượng pin ắc quy theo độ sáng đèn LED Nhóm số Giảng viên: Nguyễn Cảnh Quang Nhóm sinh viên thực hiện: Tên thành viên Bùi Như Quỳnh Nguyễn Xuân Đạt Nguyễn Văn Đàm Phạm Anh Tuấn Nguyễn Văn Ngọ Trần Đức Mạnh Nguyễn Thanh Tùng MSSV 20120780 20120246 20120221 20121062 20120670 20120605 20121108 Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số Chương Lời nói đầu tổng quan Hiện nay, thiết bị, động điện có phận quan trọng ác quy tích điện Để cho động hoạt động tốt đòi hỏi cần có ác quy ổn định Ác quy làm từ chất liệu độc hại, gây ô nhiễm với môi trường chì, axit…và giá để sản xuất ác quy cao Mà trình vận hành ác quy cung cấp lượng cho thiết bị, để tránh việc cần phải thay ác quy ta tái sử dụng việc cấp lại phần lượng ta cần sạc điện cho ác quy Câu hỏi đặt việc sạc ác quy hiệu nhất, an toàn tránh việc ác quy nhanh hỏng, bị chai để ác quy có tuổi thọ kéo dài Để giải vấn đề nhóm em tìm giải pháp thiết kế mạch sạc ác quy tự ngắt đầy hiển thị dung lượng pin qua đèn LED với mục đích bảo vệ ác quy tang thời gian sử dụng Để thực ý tưởng chúng em tìm tòi nghiên cứu kiến thức IC, điôt, điện trở, máy biến áp, tranzitor…kết hợp với kiến thức môn học điện tử tương tự điện tử số Kính mong thầy bạn theo dõi! *** Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số Chương Các phương pháp giải vấn đề 1.Vấn đề: Hiện loại ác quy thường không tích hợp thiết bị bảo vệ ác quy nên ác quy sạc đầy ta không ngắt mạch mà tiếp tục sạc dễ gây tượng chai ác quy giảm khả tích điện ác quy, sau thời gian ác quy bị hỏng hoàn toàn 2.Hướng giải quyết: Cần tích hợp mạch sạc tự ngắt ác quy đầy 3.Các phương án giải • • • Mạch sạc dùng role để ngắt Dùng tổ hợp Điốt Dùng IC chuyên dùng Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số Chương Sơ đồ khối tổng quan mạch Sơ đồ khối khối mạch I Khối nguồn Chức Khối nguồn có chức cung cấp trì điện cho toàn mạch Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số Cấu tạo Bao gồm: + Máy biến áp; + Mạch chỉnh lưu Nguyên lý hoạt động: dòng điện vào 220 V qua biến áp tự ngẫu hạ xuống xoay chiều 12V Qua điot chỉnh lưu dòng xoay chiều sang dòng chiều 12v dùng tụ C 1000 µf để san phẳng II Khối điều khiển Chức Điều khiển mạch sạc cách dùng ic tranzitor để đóng ngắt rơ le, ngắt điện cung cấp vào mạch bảo vệ ac quy Cấu tạo Bao gồm: + IC LM311 + Tranzitor BJT BC337 + Rơ-le Được mắc sơ đồ sau Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số III Nguyên lý hoạt động : IC LM 311 so sánh điện áp acquy với điện áp nguồn sạc thấp xuất dòng mở khóa rơle thông qua Tranzitor BJT BC337 Đầu Chức : đầu điện để sạc cho acquy- pin Chương Thiết kế chi tiết Sử dụng IC có chức so sánh đầu vào So sánh điện áp phân áp ắc quy nối vào mạch điện áp cố định phân áp sẵn Đầu IC khuếch đại, sử dụng khóa tranzitor để ngắt thông dòng điện qua rơ – le Rơ – le có nhiệm vụ ngắt dòng cung cấp từ biến áp vào mạch I Thiết kế nguồn: Yêu cầu nguồn: nguồn sạc acquy điện áp vào xoay chiều 220V điện áp chiều 12V : Dùng diote D1,D2 chỉnh lưu dòng xoay chiều sang chiều Sơ đồ mạch nguồn Chi tiết a Máy biến áp tự ngẫu: đầu vào 220 V 110 V - đầu ±12 V b Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ: sử dụng diote để biến dòng xoay chiều dòng chiều dạng sóng Mạch lọc : dùng tụ hóa có điện dung cao giá thành vừa phải để san điện áp c Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số II Thiết kế mạch điều khiển Nguyên lý : sử dụng IC LM311 so sánh điện áp điều khiển rơ-le đóng mở nguồn Rơ le _Rơ le (relay) công tắc chuyển đổi hoạt động điện gồm hai trạng thái ON OFF Rơ le trang thái On hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không _ Nguyên lý hoạt động: Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện chạy qua cuộn dây bên tạo từ trường hút Từ trường hút tác động lên đòn bẩy bên làm đóng mở tiếp điểm điện làm thay đổi trạng thái rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi nhiều, tùy vào thiết kế Rơ le có mạch độc lập họạt động Một mạch để điều khiển cuộn dây rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa điều khiển rơ le trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF rơ le Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển rơ-le ON hay OFF thường vào khoảng 30mA với điện áp 12V lên tới 100mA Do hầu hết chip cung cấp dòng này, nên ta cần có BJT để khuếch đại dòng nhỏ ngõ IC thành dòng lớn phục vụ cho rơ-le Trên rơ le có kí hiệu là: NO, NC COM Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số + COM (common): chân chung, kết nối với chân lại Còn việc kết nối chung với chân phụ thuộc vào trạng thái hoạt động rơ le + NC (Normally Closed): Nghĩa bình thường đóng Nghĩa rơ le trạng thái OFF, chân COM nối với chân + NO (Normally Open): Khi rơ le trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) chân COM nối với chân => Kết nối COM NC bạn muốn có dòng điện cần điều khiển rơ le trạng thái OFF Và rơ le ON dòng bị ngắt => Ngược lại nối COM NO chọn rơ le phù hợp: Mục đích cung cấp điện áp để sạc acquy 12v nên ta chọn loại rơ-le có điện áp điều khiển cuộn dây rơ-le 12V số tiếp điểm chân Diod bảo vệ rơ le: Mạch rơ le có diod bảo vệ Rơ le hoạt động dựa dòng điện chảy qua cuộn cảm đề tạo lực hút điền khiển đóng, mở tiếp điểm Và OFF đột ngột cuộn cảm nguyên nhân làm hỏng BJT IC IC LM311 Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số Các ic có khả so sánh họ ic LM Ví dụ LM311, LM 339N, LM111, LM211 Nhóm em chọn IC LM311 IC hỗ trợ điện áp từ 5V đến ±15V , phù hợp với việc sử dụng mạch sạc ắc quy có điện áp 12V Vì cần chức so sánh nên ứng dụng IC LM311 đủ để sử dụng IC LM311 Lược đồ IC LM311 Trong mạch nguyên lý đồ án nhóm em sử dụng, giải thích hoạt động ic LM311 sau: Page | Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số Điện áp vào chân phân áp cố định 6V điện trở R3 Zener 6v Điện áp vào chân điều chỉnh biến trở RV1 cho: • • Khi pin, ắc quy đầy không nối pin, ắc quy vào mạch điện áp chân lớn điện áp chân Khi đầu chân tín hiệu xử lý khóa tranzitor Đèn led lúc tắt Khi pic, ắc quy chưa đầy điện áp chân lớn chấn 3, có tín hiệu chân 7, khóa tranzitor mở thông mạch rơ le, rơ le đóng lại Mạch cung cấp nguồn sạc Page | 10 Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số IC LM311 , Tranzitor BC337 Tranzitor linh kiện bán dẫn thường sử dụng thiết bị khuếch đại khóa điện tử Cấu tạo transistor có chân * Chân E (Emitter) là chân dùng để phun các hạt mang điện Với transistor NPN, chân E phun dòng điện tử và với transistor PNP chân E phun dòng lỗ (dòng lỗ là chuyển động biểu kiến của các hạt điện tử chuyển dời các nối trống) Page | 11 Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số * Chân C (Collector) là chân dùng để thu gôm các hạt điện phun từ chân E Với transistor NPN, nó thu gôm các hạt điện tử và với transistor PNP nó thu gôm các hạt lỗ * Chân B (Base) là chân dùng để điều khiển dòng điện chảy transistor, chảy từ chân E vào chân C Khi dùng transistor làm linh kiện khuếch đại tín hiệu, chúng ta cho phân cực thuận mối nối B-E và phân cực nghịch mối nối B-C Lúc này tín hiệu đưa vào là mức áp tăng giảm chân B, nó sẽ tác động vào dòng chảy transistor, tín hiệu lấy có thể chân E hay chân C Chức khuếch đại BJT Dòng điện bên chân B rất nhỏ, nó có thể điều khiển dòng điện rất lớn bên chân C, đó chính là tính khuếch đại của các transistor Chúng ta đưa một tín hiệu có công suất nhỏ vào chân B, chúng ta có thể nhận được một tín hiệu lớn hơn, mạnh chân C Do đó, chân B gọi là ngả vào và chân C gọi là ngả Khi dùng một transistor làm tầng khuếch đại, chúng ta thường thiết kế theo trình tự sau: Thứ nhất: Phải lấy đúng phân cực DC Với transistor NPN, mức volt chân B cao E khoảng một diode, mức volt chân C phải cao chân B Thứ hai: Tìm cách đưa tín hiệu vào mạch khuếch đại và tìm cách thu lại tín hiệu ở ngả Có các kiểu vào sau: Page | 12 Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số * Cho tín hiệu vào chân B và lấy tín hiệu chân C * Cho tín hiệu vào chân B và lấy tín hiệu chân E * Cho tín hiệu vào chân E và lấy tín hiệu chân C Vậy chân B là ngả vào và chân C là ngả ra, chỉ có chân E có thể lúc làm ngả vào và lúc làm ngả Thứ ba: Dùng kỹ thuật hồi tiếp để hoàn thiện mạch khuếch đại Trong yêu cầu đề tài, dùng transistor kết hợp với rơ-le để đóng ngắt điện nạp cho acquy Mạch khóa điện tử transistor relayNguyên lý hoạt động: Nếu tín hiệu vào R1 (chân B transistor) transistor tắt, dòng chạy qua rơ le, rơ le trạng thái tắt Và bạn thấy mạch dòng điện cần điều khiển không chạy qua rơ le Nếu có tín hiệu vào R1, transistor dẫn Lúc có dòng chạy qua rơ le , rơ le hoạt động, làm đóng tiếp điểm thường mở rơ le, dòng điện cần điều khiển chạy qua rơ le Vì ta dùng transistor để khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ cung cấp cho rơ le Page | 13 Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số MẠCH NGUYÊN LÝ Chương Kết quả, hướng phát triển tương lai Chạy thử nghiệm: Kết quả: Page | 14 Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số So sánh với lý thuyết: Xu hướng phát triển tương lai: Sản phẩm có kích thước lớn thô sơ, chưa có hộp bảo vệ Hướng giải quyết: - Tối ưu mạch, sử dụng linh kiện dán mạch in thay để giảm kích thước sản phẩm - Thiết kế hộp bảo vệ, nâng cao độ an toàn sử dụng Chưa điều chỉnh điện áp nên chưa thể tích hợp nhiều chân sạc cho nhiều thiết bị Xu hướng phát triển: tìm cách biển đổi điện áp ra: “” Giá thành sản phẩm cao Sản phẩm thực tế: Mặt trước Page | 15 Đồ án Điện tử tương tự Điện tử số Mặt sau Page | 16 [...]... điện cần điều khiển sẽ chạy qua được rơ le Vì thế ta dùng transistor để khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ cung cấp cho rơ le Page | 13 Đồ án Điện tử tương tự và Điện tử số MẠCH NGUYÊN LÝ Chương 5 Kết quả, hướng phát triển tương lai Chạy thử nghiệm: Kết quả: Page | 14 Đồ án Điện tử tương tự và Điện tử số So sánh với lý thuyết: Xu hướng phát triển trong tương lai: Sản phẩm hiện tại có kích thước còn lớn và. .. ưu mạch, sử dụng linh kiện dán và mạch in thay thế để giảm kích thước sản phẩm - Thiết kế hộp bảo vệ, nâng cao độ an toàn khi sử dụng Chưa điều chỉnh được điện áp ra nên chưa thể tích hợp nhiều chân sạc cho nhiều thiết bị Xu hướng phát triển: tìm cách biển đổi điện áp ra: “” Giá thành sản phẩm còn cao Sản phẩm thực tế: Mặt trước Page | 15 Đồ án Điện tử tương tự và Điện tử số Mặt sau Page | 16 .. .Đồ án Điện tử tương tự và Điện tử số IC LM311 , 3 Tranzitor BC337 Tranzitor là linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuếch đại hoặc một khóa điện tử Cấu tạo transistor có 3 chân * Chân E (Emitter) là chân dùng để phun ra các hạt mang điện Với transistor NPN,... phun ra dòng điện tử và với transistor PNP chân E phun ra dòng lỗ (dòng lỗ là chuyển động biểu kiến của các hạt điện tử chuyển dời trên các nối trống) Page | 11 Đồ án Điện tử tương tự và Điện tử số * Chân C (Collector) là chân dùng để thu gôm các hạt điện phun ra từ chân E Với transistor NPN, nó thu gôm các hạt điện tử và với transistor PNP nó thu gôm các hạt... mức volt chân C phải cao hơn chân B Thứ hai: Tìm cách đưa tín hiệu vào mạch khuếch đại và tìm cách thu lại tín hiệu ở ngả ra Có các kiểu vào ra như sau: Page | 12 Đồ án Điện tử tương tự và Điện tử số * Cho tín hiệu vào chân B và lấy tín hiệu ra trên chân C * Cho tín hiệu vào chân B và lấy tín hiệu ra trên chân E * Cho tín hiệu vào chân E và lấy tín hiệu ra trên... dùng transistor kết hợp với rơ-le để đóng ngắt điện nạp cho acquy Mạch khóa điện tử transistor và relayNguyên lý hoạt động: Nếu không có tín hiệu vào R1 (chân B của transistor) thì transistor tắt, sẽ không có dòng chạy qua rơ le, rơ le ở trạng thái tắt Và các bạn thấy trong mạch thì dòng điện chính cần điều khiển sẽ không chạy qua được rơ le Nếu có tín hiệu vào R1, transistor dẫn Lúc này sẽ có dòng chạy