Thiết kế mạch nạp acquy 12v – 1a có chỉ thị báo nạp và tự động ngắt khi sạc đầy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Mục lục BÁO CÁO Đề tài 3: Thiết kế mạch nạp acquy 12V – 1A có thị báo nạp tự động ngắt sạc đầy Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Đào Quang Tiệp Phạm Văn Trường Phạm Xuân Bắc Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Thắng Hà Nội, - 2017 Danh sách hình ảnh Bảng phân chia công việc Đào Quang Tiệp Phạm Văn Trường Phạm Xuân Bắc Thiết kế mạch nguyên lý, mạch in, làm mạch, làm báo cáo Tìm hiểu lý thuyết, chọn linh kiện, mua linh kiện Hàn mạch, tính toán chọn linh kiện, tìm hiểu acquy Chương 1: Giới thiệu chung Trước khoa học kỹ thuật ngày phát triển với nhiều linh kiện sáng tạo giúp ích nhiều cho người như: Máy tính, xe đạp điện, ô tô, xe máy… Nhưng biết cắm điện 220V vào máy tính chay hay điện có xe dòng điện cấp trực tiếp từ điện lưới 220V Mà thực chất dòng điện 220V biến đổi thành dòng khác dạng khác nói dòng điện chiều tích trữ loại acquy, pin, tụ điện… Tuy phận cấp nguồn chiều phần nhỏ toàn khối làm việc chung mạch Nhưng lại giữ vai trò quan bếu thiếu khối làm việc Cho nên nhóm chúng em chọn đề tài nghiên chế tạo mạch sạc cho acquy Cụ thể mạch sạc cho acquy 12V, có chế độ tự ngắt, tự ngắt bình acquy cần nạp đầy 1.1 Các loại acquy phổ biến Trong thực tế, điểm qua loại acquy có lẽ có nhiều cách gọi như: acquy nước, acquy axit, acquy axit kiểu hở, acquy axit kín khí, acquy không cần bảo dưỡng, acquy khô, acquy GEL, acquy kiềm… Thực cách gọi cách gọi khác vài loại acquy bản, cách gọi bị bao hàm lẫn nhau, nghe qua có nhiều loại acquy Nhưng thực tế, acquy phân biệt thành hai loại acquy thông dụng acquy sử dụng điện môi axit (gọi tắt acquy axit acquy chì-axit) acquy sử dụng điện môi kiềm (gọi tắt acquy kiềm) Tuy có hai loại acquy kiềm gặp nên đa số acquy hay gặp thị trường acquy axit Trong loại acquy axit phân chia thành hai loại chính: acquy axit kiểu hở thông thường acquy kiểu kín khí Hai loại bị gọi cách thông dụng là: acquy nước acquy khô 1.2 Cấu tạo acquy Bình acquy chia thành nhiều ngăn, thông thường ngăn Mỗi ngăn acquy đơn cho điện áp 2V Như vậy, đem đấu nối tiếp ngăn với ta có nguồn acquy 12V Vỏ acquy chế tạo vật liệu cứng có tính chịu axit, chịu nhiệt, dod mà người ta đúc nhựa cứng ebonite Phía vỏ bình có vách ngăn để tạo thành ngăn riêng biệt gọi acquy đoen Dưới đáy bình ta làm hai yên đỡ gọi yên đỡ bán cực Mục đích để cực tỷ lên đó, tránh bị ngắn mạch đáy bình có lắng đọng cặn bẩn Bản cực làm từ hợp kim chì antimon, mặt cực có gắn xương dọc xương ngang để tăng độ cứng vững tạo ô cho chất hoạt tính bám cực Nếu cực dương chất hoạt tính để phủ vào khung ô cực dioxit chì Nếu cực dung làm cực âm chất hoạt tính sử dụng chì xốp Khi acquy hoạt động chất hoạt tính tham gia đồng thời vào phản ứng hóa học nhiều tốt, để tăng bề mặt tiếp xúc chất hoạt tính với dung dịch điện phân, người ta chế tạo chất hoạt tính có độ xốp, đồng thời đem ghép cực tên song song với thành chùm cực ngăn acquy đơn Chùm cực dương chùm cực âm lồng xen kẽ hai cực khác tên lại đặt thêm cách, cách làm từ chất cách điện để cách điện hai cực nhựa xốp, thủy tinh hay gỗ Phần nắp acquy để che kín phận bên bình, ngăn ngừa bụi chất khác từ bên rơi vào bên bình, đồng thời giữ cho dung dịch điện phân không bị tràn Trên nắp bình có lỗ để đổ kiểm tra dung dịch điện phân, lỗ thông chế tạo riêng biệt Để đảm bảo độ kín bình acquy, xung quanh mép nắp acquy xung quanh lỗ cực đầu ra, người ta thường trát nhựa chuyên dụng dung dịch điện phân dung acquy hỗn hợp axit sunfuric H 2SO4 pha chế theo tỷ lệ định với nước cất 1.3 Các thông số acquy Dung lượng: Là điện lượng acquy nạp đầy, đem cho phóng điện liên tục với dòng phóng 1A tới điện áp acquy giảm xuống đến trị số giới hạn quy định nhiệt độ quy định Dung lượng acquy tính ampe-giờ (Ah) Điện áp: Tùy thuộc vào nồng độ chất điện phân nguồn nạp cho acquy mà điện áp ngăn acquy nạp đầy đạt 2,6V đến 2,7V (để hở mạch), acquy phóng điện hoàn toàn 1,7V đến 1,8V Điện áp acquy không phụ thuộc vào số lượng cực acquy nhiều hay Điện trở trong: Là trị số điện trở bên acquy, bao gồm điện trở cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến ngăn cách ngăn cực Thường trị số điện trở acquy nạp đầy điên (0,001 – 0,0015j) acquy phóng điện hoàn toàn (0,2 – 0,025j) Ω Ω 1.4 Nguyên tắc nạp acquy 12V Nạp acquy cần phải chi tiết sau: Điện áp acquy đầy: 12,6V đến 13,7V Chế độ nạp: Có chế độ nạp Nạp “thả nổi”: dòng nạp nhỏ 1/15 dung lượng acquy 20h Ví dụ: acquy Ah nạp thả với dòng 0,27A Nạp vừa: dòng nạp 1/7 đến 1/8 dung lượng acquy 8h – 10h Nạp nhanh: dòng nạp ¼ dung lượng acquy 4h Vừa nạp vừa dùng: dòng nạp = ½ dung lượng acquy đầy Nguồn nạp hải có điện áp cao điện áp đầy acquy Tốt nạp nguồn chỉnh lưu, nắn mà không lọc (sẽ giúp trình nạp nhanh hơn) Chương 2: Sơ đồ khối chọn linh kiện Trong đề tài nhóm thực làm mạch sạc acquy 12 V – 1A, acuy sử dụng acquy GS- GTZ5S 12V-3,5Ah Mạch có chế độ hiển thị báo sạc không sạc, tự động ngắt sạc đầy bình cho phép nạp lại bình kiệt 2.1 Sơ đồ khối Hình : Sơ đồ khối mạch Từ điện áp lưới 220V-50Hz, ta hạ áp qua biến áp 12V-1A, sau cho qua chỉnh lưu cầu Điện áp đưa vào acquy có dạng: Hình : Khối biến áp chỉnh lưu cầu Điện áp hiệu dụng sau qua chỉnh lưu cầu: Vout = 12 − (0, × 2) = 15.57(V ) Sau chỉnh lưu, điện áp không lọc đưa thẳng vào rơ-le sạc cho acquy Bộ điều khiển điều khiển đóng ngắt rơ-le dựa vào điện áp đo cực acquy qua trình đấu nối để sạc Điện áp đầu cực acquy lớn 13,4V dừng sạc Điện áp đầu cực acquy nhỏ 12V cho phép sạc 2.2 Sơ đồ thiết kế lựa chọn linh kiện khối 2.2.1 Khối biến áp Khối biến áp có chức hạ điện áp 220V-50Hz xuống điện áp có giá trị hiệu dụng 12 V Biến áp sử dụng loại biến áp đầu – 1A Hình : Biến áp đầu 1A 2.2.2 Khối chỉnh lưu cầu Khối chỉnh lưu cầu có chức chỉnh lưu chu kì điện áp sau qua qua biến áp, tạo điện áp dương Diode cầu sử dụng diode KBP206 600V – 2A Hình : Diode cầu KBP206 2.2.3 Khối rơ -le Khối rơ -le có tác dụng van đóng ngắt dòng điện sạc cho acquy điều khiển Rơ-le sử dụng rơ-le 12V- 10A Hình : Rơ-le 12V – 10A 10 11 Nguyên lý làm việc: Rơ-le thực chất nam châm điện có gắn hệ thống tiếp điểm Nam chân điện gồm cuộn dây, lõi thép tĩnh lõi thép động Hình : So đồ chân rơ-le o o o Chân chân cuộn dây Chân chân hai lỗi thép tĩnh Chân lõi thép động Trong trạng thái để hở, không mắc vào mạch, dong điện chạy qua cuộn dây, lõi thép động chân vị trí chân hình Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, từ trường tạo hút lõi thép động chân vị trí chân Dựa vào tính chất đó, rơ-le dùng để đóng ngắt cho phép sạc hay không mạch 12 2.2.4 Khối điều khiển Khối điều khiển có chức điều khiển toàn mạch, cho phép sạc acquy hay không, có đèn thị sạc ngắt IC sử dụng IC NE555 IC có tác dụng nhận biết điện áp ac quy cần sạc hay cần ngắt, sau đưa tín hiệu điều khiển đóng ngắt sạc Có chức reset trạng thái nhận biết kết nối acquy cắm vào sạc Hình : IC NE555 Thông số kỹ thuật chức chân: Thông số kỹ thuật: o Điện áp đầu vào: 2V – 18V o Dòng tiêu thụ: 6mA – 15mA o Điện áp logic mức cao: 0,5V – 15V o Điện áp logic mức thấp: 0,03V – 0,06V o Công suất tiêu thụ (max): 600mW • Chức chân: o Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân • gọi chân chung o Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc 13 o Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V o Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC o Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân không nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định o Chân số 6(THRESHOLD) : chân đầu vào so sánh điện áp khác, tương tự chân số chân chốt, khác so sánh điện áp lớn o Chân số 7(DISCHAGER) : xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại, ngược lại mở Chân tự nạp xả o điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động Chân số (Vcc): Chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Không có chân coi IC không hoạt động Nó cấp điện áp từ 2V đến 18V 14 Dựa vào tính chất chức chân IC NE555, ta thiết kế điều khiển đóng ngắt rơ-le, điều khiển nạp acquy Ta cấp nguồn 12V cho IC NE555, dựa vào tích chất chức chân chân 6, ta điều chỉnh giá trị điện áp cần nạp cần ngắt sạc cho acquy Hình : Sơ đồ bên IC NE555 Chân chân nối với acquy ,qua phân áp điện trở, biến trở để thay đổi giá trị điện áp cần so sánh Như hình trên, Chân nối với VCC = 12V, qua phân áp điện trở có giá trị điện áp so sáng chân 8V, điện áp so sánh chân 4V Chân chân reset, chân nối với acquy qua phân áp điện trở, mục đích để ngắt sạc, ngắt rơ-le acquy kết nối vào đầu sạc, chân nối thông đất, mức thấp nên đầu IC NE555 mức thấp 0V, rơ-le bị ngắt Khi có acquy kết nối vào chân chuyển từ mức thấp lên mức cao, cho phép IC NE555 hoạt động bình thường Chân chân đầu IC NE555, đầu mức cao có điện áp điện áp VCC cấp cho IC NE555 12V đưa vào Transistor npn 15 Transistor sử dụng transistor npn 2N2222 40V – 600mA Hình : Transistor npn 2N2222 Thông số kỹ thuật: Model: NPN – TO92 Điện áp cực đại: VCBO = 60V VCEO = 30V VEBO = 5V Dòng điện cực đại: Ic = 600mA Hệ số khuếch đại: hFE ≈ 100 Nhiệt độ làm việc: -55oC đến 150oC Công suất tiêu thụ 500mW 16 IC ổn áp dùng IC LM7812 tạo nguồn DC 12V cho IC NE555 Hình : IC nguồn LM7812 Thông số: Điện áp đầu vào: 12,5V đến 35V Công suất tiêu thụ: 15W Dòng max: 1.2A Điện áp đầu ra: 12V 17 18 Chương 3: Sơ đồ nguyên lý mạch in 3.1 Sơ đồ nguyên lý Hình : Sơ đồ nguyên lý Điện áp vào lấy trực tiếp từ nguồn điện lưới xoay chiều 220V – 50Hz Sau đưa qua biến áp 12V qua chỉnh lưu cầu, đưa vào rơ-le Khi acquy acquy acquy đầy chân IC NE555 phân áp lớn 8V, đầu chân mức thấp, chân mức thấp đèn đèn LED sáng đỏ Khi acquy sạc điện, đầu chân IC NE555 mức cao đèn LED2 sáng xanh Transistor Q1 Q2 có tác dụng đóng ngắt rơ-le Khi đầu chân IC 19 NE555 mức thấp Q2 ngắt làm cho rơ-le ngắt suy ngắt sạc Ngược lại đầu chân mức cao, Q2 đóng, nối thông chân rơ-le với đất, tạo dòng điện chạy cuộn dây rơ-le làm rơ-le hoạt động cho phép sạc acquy Transistor Q1 có tác dụng điện lưới hay điện áp vào mà acquy kết nối để sạc, dừng tất hoạt động mạch, cách ly acquy với phần tử mạch Diode nắp song song với rơ-le có tác dụng chống dòng ngược rơ-le đóng, bảo vệ transistor Khi acquy kết nối với sạc, chân IC NE555 kéo lên mức cao, giúp IC NE555 hoạt động trở lại 20 3.2 Sơ đồ mạch in Hình : Sơ đồ mạch in 2D 21 Hình : Sơ đồ mạch in 3D 22 Tài liệu tham khảo - http://www.onsemi.com/pub/Collateral/P2N2222A-D.PDF - http://hqdt.vn/baiviet/555-nguyen-tac-va-ung-dung.html - http://www.songle.com/pdf/2008961512231004.pdf 23 ... Trong đề tài nhóm thực làm mạch sạc acquy 12 V – 1A, acuy sử dụng acquy GS- GTZ5S 12V- 3,5Ah Mạch có chế độ hiển thị báo sạc không sạc, tự động ngắt sạc đầy bình cho phép nạp lại bình kiệt 2.1 Sơ... (0,001 – 0,0015j) acquy phóng điện hoàn toàn (0,2 – 0,025j) Ω Ω 1.4 Nguyên tắc nạp acquy 12V Nạp acquy cần phải chi tiết sau: Điện áp acquy đầy: 12,6V đến 13,7V Chế độ nạp: Có chế độ nạp Nạp “thả... chung mạch Nhưng lại giữ vai trò quan bếu thiếu khối làm việc Cho nên nhóm chúng em chọn đề tài nghiên chế tạo mạch sạc cho acquy Cụ thể mạch sạc cho acquy 12V, có chế độ tự ngắt, tự ngắt bình acquy