www.tinhgiac.com thiet ke va thi cong mach tu dong xac pin dien thoai

Trang 1

0.GVHD : Th.S.NGUYEN NGOC ANH

LOI NOI DAU KEKE RE

Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển nhanh chóng đã đưa con người vượt ra ngoài sự mong đợi đó là cơng nghệ Wrreless, Mobil, v.v đã giúp con người dường như liên kết lại với nhau mọi lúc mọi nơi, những ứng dụng của khoa học kỹ thuật được áp dụng trong tất cả các lãnh vực từ kinh doanh, mua bán, cho đến giải trí,v.v Tất cả công nghé nay

muốn hoạt động thì cần phải có một thiết bị lưu điện (UPS),hoăc một thiết bị cơ bản nhất đó

là Pin sac, Ac-quiv.v

Trong xu thế ngày này trên thị trường người ta thiết kế rất nhiều mạch sạc khác nhau

từ việc sử dụng liên kiện cơ bản như Transistor (BỊT) kết hợp cho đến các linh kiện tích hợp như IC (Integrate CIrcuit), vi mạch,Vv.V

Em xin giới thiệu đến quý thầy cô một mạch sạc pin cơ bản kết hợp giữa BỊT và IC Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Ngọc Anh là giáo viên hướng dẫn cùng các bạn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Trang 2

BANG NHAN XET CUA GIAO VIEN HUGNG DAN

TE 8 OG AE OR OR 8 I OS OR OK AS IE OS 8 OR IS OK OK 8 OR

Ho va tén sinh vién : Nguyễn Công

Lớp : O8HDT11

MSVS : 05B10100077

Giáo viên hướng dẫn :Th.s:Nguyễn Thị Ngoc Anh

Tên đề tài

Thiết kế và thi công mach tự động xạc pĩn điện thoạI - c1 3555555555555535

Điểm đánh giá : XẾP loại : . +:

TP.Hồ Chí Minh, Ngày .tháng .năm 2003 Giáo viên hướng dẫn

Trang 3

MUC LUC

OE FE OK 2 2K OK 28 2K

PHẨNI :COSOLY THUYET

ChuongI : Giới thiệu tổng quan về để tài

Chương II : Kiến thức hổ trợ linh kiện liên quan

Chương III : Tìm hiểu IC OPAM AD741 và pin sac

Phần II : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

ChươngI : Phân tích mạch

[I1 : Sơ đồ khối

[2 : Chức năng từng khối

[3 : Tính tốn thiết kế từng khối [4 : Sơ đồ nguyên lý

L5 : Nguyên lý hoạt động Chương II : Thi công mạch sạc pin

PhânIH : KẾT LUẬN

Trang 4

PHANI

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TONG QUAN VE DE TAI

Đề tài gồm có những phân chính sau: PHAN I:CO SO LY THUYET

PHẦN II:TÍNH TỐN THIET KE

PHAN III:KET LUAN

CHƯƠNG II : KIẾN THỨC HO TRO LINH KIEN LIEN QUAN

II.1 ĐIỆN TRỞ

II.1.a - Chức năng:

-Là đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện, hoặc tạo sụt áp II1.b - Ký hiệu:

“ANA-

H.1.c - Phân loại:

1 - Theo cấu tạo:

- Điện trở than: Dùng bột than ép lại dạng thanh có trị số điện trở từ vài ohm

cho đến vài Megaohm, công suất từ 1/8W cho dén vai W

- Điện trở màng kim loại dùng chất Nicken-Crom có trị số ổn định hơn điện trở than, công suất điện trở thường thì 1/2W

- Điện trở oxit-kim loại dùng chất oxit-thiếc chịu được nhiệt độ cao và độ ẩm

cao Công suất điện trở thường là 1/2W

- Điện trở dây quấn dùng các loại hợp kim để chế tạo các loại điện trở cần trị

số nhỏ hay các dòng chịu đựng cao Công suất điện trở dây quấn từ vài Watt cho đến

vai chuc Waitt

2 - Theo céng dung:

Trang 5

0.GVHD : Th.S NGUYEN NGOC ANH

- _ Biến tré (Variable Resistor):VR còn được gọi là chiết áp được cấu tạo từ

một điện trở màng than hay một dây quấn có dạng hình cung với góc quay 270” Có một trục xoay ở giữa nối với một con trượt làm bằng than(cho biến trở dây quấn) hay

làm bằng kim loại cho VR than

- — Nhiệt trở (Thermistor-Th): Là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ.Có 2 loại nhiệt trở:

- Nhiệt trở có hệ số âm là loại nhiệt trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì trị số điện trở giảm xuống và ngược lại

- Nhiệt trở có trị số dương là loại điện trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì trị số điện trở tăng lên

- Quang tré(Photo Resistor): Quang trở có trị số lớn hay nhỏ phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng vào nó Độ chiếu sáng càng mạnh thì trị số điện trở càng nhở và ngược lại

- — Điện trở cầu chì(Fusistor): Điện trở cầu chì có tác dụng bảo vệ quá tai

cho hệ thống điện

- _ Điện trở tuỳ áp(Voltage Dependent Resistor):Đây là loại điện trở có trị

số thay đổitheo điện áp đặt vào hai cực Khi điện áp giữa hai cực ở dưới trị số qui định

th VDR có trị số điện trở rất lớn coi như hở mạch Khi điện áp giữa hai cực tăng cao

quá mức qui định thi VDR có trị giảm xuống còn rất thấp coi như ngắn mạch II.1.d - Các ứng dụng của điện trở:

- Trong sinh hoạt: điện trở được dùng để chế tạo các dụng cụ điện như: bàn ủi, bếp điện, bóng đènv.v

- Trong công nghiệp điện trở được dùng để chế tạo các thiết bị sấy,sưởi, giới

hạn dòng khi khởi động động cơv.v

- Trong lĩnh vực điện tử, điện trở được dùng để hạn dòng hay tạo sụt ấp v.v

IL2 TU ĐIỆN

II2.a - Cấu tạo:

Tụ điện là một linh kiện thụ động trong mạch điện tử, được viết tắt là C (Capacitor)

Trang 6

Tu dién gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa là một

lớp cách điện gọi là điện môi Chất cách điện thông dụng để làm điện môi trong tụ là giấy, dầu, mica, gốm, khơng khív.v

IL.2.b - Phân loại tụ : Có hai loại:

- _ Tụ điện có phân cực tính âm dương

- Tu điện không phân cực tính được chia làm nhiều dạng 1 Tụ oxit hố:

Tụ hóa có điện dung lớn từ 1uF đến 10000uFlà loại tụ có phân cực tính dương âm

Khi sử dụng phải lắp đúng theo cực tính âm dương, điện áp làm việc thường nhỏ

hơn 500V

2 Tụ gốm(Ceramic):

Tụ gốm có điện dung từ IpF cho đến 1uE, là loại khơng có cực tính, điện áp làm

việc cao đến vài trăm volt 3 Tụ giấy:

Là loại tụ khơng có cực tính gồm có hai bản cực là các băng kim loại dài, ở giữa có lớp cách điện là giấy tẩm dầu và cuộn lại thành ống Điện áp đánh thủng đến vai tram volt

4 Tu mica:

Là loại tụ khơng có cực tính, điện dung từ vài pF cho đến vài trăm nE, điện áp làm việc rất cao trên 1000V tụ mica đắt tiền hơn tụ gốm vì ít sai số, đáp tuyến cao tần

tố, độ bền cao Trên tụ mica được sơn các chấm màu để chỉ trị số điện dung 5 Tu mang mong:

La loại tụ có chất điện môi là các polyester(PE), Polyetylen(PS), điện dung từ vai

trim pF cho đến vài chục uF, điện áp làm việc cao đến hàng ngần volt 6 Tụ tang:

Là loại tụ có phân cực tính, điện dung có thể rất cao nhưng kích thước nhỏ từ 0.1uF

đến 100uEF, điện áp làm việc thấp chỉ vài chục volt

Trang 7

II.2.c - Đặc tính nạp, xả điên của tụ đối với dc 1, Tụ nạp điện:

Điện áp tức thời trên hai đấu tụ được tính theo cơng thức:

Ve()=Vpc(1-e"”®)

Trong đó: t: thời gian ty nap tinh bang (s) e = 2.71828

Cf =R*C đơn vị là s

C: được gọi là hằng số thời gian tụ nạp điện 2 Tụ xả điện:

Điện áp trên hai đầu tụ khi xả điện được tính theo cơng thức:

Ve(Đ= Vpcxe“°

Trong đó: t: thời gian tụ xa(s)

e = 2.71828

C= R*C

II2.d - Đặc tính của tụ đối với ac

Công thức tính cường độ dịng điện là: _ 9

[= t => Q=I*t

Đối với tụ điện tích tụ nạp được tính theo cơng thức:

Q=C*V => C*V =I*t

=> V =C'*I*t

điện áp nạp được trên tụ là sự tích tụ của dịng điện nạp vào tụ theo thời gian t do đó,

đối với dòng điện AC thì trị số tức thời của dòng điện là:

Trang 8

0.GVHD : Th.S NGUYEN NGOC ANH 1()=Ïm SInof

Hệ thức liên hệ giữa điện áp V¿ và dòng điện 1Œ):

Ve( = ¿ƒ i@.dt

Biên độ cực đại trên tụ nạp : I m

Mà — 2 aft

Sức cần của tụ điện đối với AC là:

Trong đó: X : sức cản gọi là dung kháng của tụ(©) f£ : tần số(Hz)

c : điện dung (F)

IL2.e - Ứng dụng của tụ

Tụ dẫn điện ở tần số cao:

Dung kháng của tụ tỉ lệ nghịch với tần số của dòng qua tụ, f càng cao thì dung kháng

càng nhỏ và ngược lại, được tính theo cơng thức: X =_-l

— 2zfC

Tụ nạp và xả điện trong các mạch lọc

II.3~ DIODE BÁN DẪN & DIODE ZENER

II.3.1 - DIODE BAN DAN:

IL3.1.a - Cấu tạo :

Trong một tinh thé bán dẫn Silicium hay Gecmanium được pha để trở thành vùng bán dẫn loại N (pha Photpho) và vùng bán dẫn loại P (pha Indium) thi trong tinh thé bán dẫn hình thành mối nối P-N ở mối nối P-N có sự nhạy cảm đối với tác động của điện, quang, nhiệt Trong vùng bán dẫn loại P có nhiều lỗ trống, bán dẫn N có nhiều electron thừa Khi hai vùng này tiếp xúc nhausẽ có một số electron vùng N qua mối nối và tái hợp với lỗ trống của vùng P

Diode bán dẫn có cấu tạo và ký hiệu như hình vẽ:

Trang 9

0.GVHD : Th.S NGUYEN NGOC ANH mol nd | on = |® ạ%“®® P N o O |@, ® si °014® 4 ° ⁄P N N Lỗ trếng 4 electron

II.3.1.b - Nguyên lý vận chuyển cua diode: 1 Phân cực ngược diode:

Sử dụng một nguồn DC, cực âm của nguồn nối với chân P và cực dương của

nguồn nối với chân N Lúc đó điện tích âm của nguồn sẽ hút lỗ trống của vùng P và cực dương của nguồn sẽ hút electron của vùng N làm cho lỗ trốn và electron cầng xa nhau hơn dẫn đến khó tái hợp lại Tuy nhiên vẫn xuất hiện dòng điện rất

nhỏ gọi là dòng điện rỉ (dịng bão hồ)

2 phân cực thuận diode:

Sử dụng một nguồn DC, cực âm của nguồn nối với chân N và cực dương nối với chân P Lúc đó điện tích âm của nguồn sẽ kéo lỗ trống của vùng P và cực dương của nguồn sè hút electron của vùng N làm cho lỗ trống và electron gần nhau hơn dẫn đến sự tái hợp giữa lỗ trống và electron trở nên dễ dàng hơn, khi lực điện đủ lớn làm di chuyển electron từ vùng N sang vùng P, như vậy đã có một dịng electron chạy liên tục từ cực âm của nguồn sang diode từ N sang P về cực dương của nguồn

IL3.1.c - Đặc tuyến kỹ thuật Volt - Ampe

Trang 10

0.GVHD : Th.S.NGUYEN NGOC ANH i Vrmax | I > Is Vi Vdmax Wd 11.3.2 —- DIODE ZENER

II.3.2.a - Cấu tao:

Diode Zener có cấu tạo giống như diode thường nhưng pha tạp chất với tỉ lệ cao hơn diode thường Diode Zener thường là loại Silicium

II.3.2.b - Ký hiệu và hình đáng và đặc tuyến của diode Zener:

P N 7,15 2 It fh Vz Vd ————> II3.2.c - Ứng dụng:

Thường làm mạch ổn áp trong các mạch có điện áp nguồn thay đổi HL4—- TRANSISTOR

11.4.1 - Cấu tạo :

Transistor là loại linh kiện bán dẫn gồm ba lớp bán dẫn tiếp giáp nhau tạo thành mối nối P-N

Trang 11

Tuy theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo hai loại transistor là :

loại PNP và loại NPN Transistor gồm ba cực : Cực phát E ( Emitter) Cực thu €C ( Collector) Cực nền B ( Base) II.4.2 - Ký hiệu và hình dáng: GC Œ B NPN PNP EB R E

11.4.3 — Dac tuyén kj thuat cua transistor:

1I.4.3.a - Đặc tuyến ngõ vào : Is/Vạz Ạ S6

Vis =0.9V 0 tit Ip = 1OuA sc po

Vez =0.55V thilg =20uA NO [eeeeeeeee eee Vaz =0.6V thìIs=30uA site _ | Vbe

Ver =0.65V thi ls = 40uA eel

II.4.3.b - Đặc tuyén truyén dan Ic/Vsr

Trang 12

0.GVHD : Th.S NGUYEN NGOC ANH IL4.3.c — Dac tuyén ngé ra Ic/Vcr:

Đầu tiên phải tạo điện áp phân cực Vụ: để tạo dịng Iạ, sau đó tăng điện áp Vcs, dé do

dong dién Ic

Khi tăng Vc: từ 0V lên thì dòng điện Ic tăng nhanh va sau khi đạt đến trị s6 Ic = Ix thi

gần như Ic không thay đổi mặc dù Vcs tiếp tục tăng cao Muốn Ic tăng cao hơn thì phải tăng phân cực b để có lạ tăng cao dan dén Ic tang cao theo Vcg trên đường đặc tuyến cao hơn

CHƯƠNG III : TÌM HIỂU VỀ IC OPAM AD741 & PIN SẠC

III.1 - IC OPAM AD741

III1.a - Mô tả cơ ban :

NE555 được sản xuất với độ chính xác cao Được ứng dụng trong các máy phát xung, định thới gian chính xác, và máy phát thời gian trễ,V.v

Với chế độ đơn ổn thời gian trễ được kiểm soát bởi điện trở và tụ điện gắn bên ngoài, với chế độ ổn định tần số và chu kỳ của mạch được quyết định bởi hai điện trở bên ngoài

và một tụ điện

III1.b - Cấu tạo bên trong của NE555:

Vec g | Ra 4 T2 ——* 35K Reset Upper 6 >Lomp 2/5 + vcc |_ Trigger Ee

Input = 5K Lower Control! |

+ Comp F/F ũ | œ 2 173 | Vcc |_ T1 7 Bogor ae —_— 25K Ỉ Output 3 G $ 1 _[ Ground Fig 3

III.1.c - Thông tin vé ting dung cia NE555:

Trang 13

Vth (chan 6) Vir (chân 2) Reset (chân 4) |Output (chân | Discharging (chân

3) 7)

X xX Low Low On

Vth>2Vcc/3 Vth>2Vcc/3 High Low On

Vece<Vth<2Vcc/3 | Vec<Vth<2Vcc/3 High - -

Vth<Vcc/3 Vth<Vcc/3 High High Off

Khi tín hiệu tại chân reset thấp (chân 4) thi output (chân 3) thấp bất chấp điện áp ngõ vào trigger (chân 2) hay điện áp threshold (chân 6) Chỉ khi điện áp reset ở mức cao thi output tuỳ thuộc vào tripsger và threshold voltage

Khi điện áp threshold sắp xì 2Vcc/3 khi ngõ ra output dang o mức cao thì chân 7 (Discharge Tr) mở, khi điện áp threshold thấp hơn đến ngưỡng Vcc/3, trong suốt khoảng thời gian này điện áp ngõ ra output vẫn ở mức thấp Sau đó, nếu điện áp tại chân trigger thấp hơn Vcc/3 thì chân7 dóng lại (turn off) để tăng điện áp threshold và lái ngõ ra output cao trở lại

Biến Ký hiệu Điều kiện Min Max Yêu cầu Đơn vị

Nguồn Vcc - 405 16 - V Dong Icc RL= - 15 10 mA Pin 5 Ve - - 2Vcc/3 V Chân 6 Vth - - 2Vcc/3 Vv Chan 2 Vtr - - Vec/3 V Reset Vest - - - 1 V

Low chân 3 Voi - 0.06 0.25 - V

High chan 3 Vou Vcc= 15V - - 13.3 V

ÏSouree = 100mA

IHL.2 - PIN SAC

IIL2.a - Cấu tạo :

- _ Gồm hai điện cực một cực âm(anot) và một điện cực dương(catot)

Trang 14

Dung dịch điện giải thường là H;soa; NHaC1; KOHv.v

Chất xúc tác thường là MnO;; KCI; Platin;Ag; Platadi; v.v

III2.b - Nguyên tắc hoạt động của mọi pin:

Trong phản ứng hóa học, phản ứng oxi hóa khử thơng thường electron chuyển trực

tiếp từ chất khử sang chất oxi hóa và năng lượng của phản ứng biến đổi thành nhiệt năng

Vd:

Khi nhúng thanh kẽm vào dung dich CuSO, ion Cu* dén trực tiếp thanh kẽm nhận electron

Cu* + Zn = Cu + Zn”

Và năng lượng của phản ứng thoát ra dưới dạng nhiệt:

AH Sy, = —230.12kj.mol”'

Do đó, người ta mới biến đổi năng lượng của phản ứng hoá học thành năng lượng điện Muốn làm được như vậy thì người ta phải thực hiện sự oxi hoá ở một nơi và

sự khử ở một nơi và cho dòng electron chuyển từ chất khử sang chất oxi hoá qua

một dây dẫn l ị mm j

KCl

Đây là mơ hình hoạt động của pin Trong qua cic Fn Cu | CuSO,

4

trình hoạt động điện cực kẽm bị ăn mòn và điện cực đồng được đầ thêm Nghĩa là trên cực

Zn da xay ra sự oxi hóa và trên cực Cu đã

xảy ra sự khử ion Cu”” và năng lượng của phản ứng biến thành điện năng

Dựa vào cấu tạo người ta chia làm hai loai pin: Pin thứ cấp và pin sơ cấp

Pin sơ cấp là những loại pin chỉ sử dụng một lần như pin lơ-lăng-se, pin kiểm

Pin thứ cấp là các pin có thể nạp lại được như pin Niken Cadimi(NiCd); ac-quy chì; pin

nhien liéu;v.v

I Pin so cấp:

I.1 - Pin Khô(Lơclăngse):

=

SVTH:Nguyễn công /4 mS

bột nhão

Trang 15

I.1.a - Cấu tao:

- Điện cực âm (Anốt) của pin là kẽm (vỏ pin)

- Điện cực dương (Catốt) là thanh than chì bọc bởi MnO;

và bột than

- Chất điện ly là NH¿Cl; ZnCl, (dang bộ nhão) I.1.b - Các phản ứng bên trong pin:

Phan ứng oxi-hóa tại Anốt:

Zn -> Zn” + 2e E° (076V) Phản ứng khử xảy ra tại Catốt:

2MnO; + 2H” + 2e -> MnO; + H;O E” = 1.04V

phản ứng chung bên trong pin:

Zn + 2MnO; + HỶ -> Zn”' + MnzO; + H;O E” = I.8V

Trên thực tế thì ta không đạt được điện áp 1.8V chuyển hoá từ phản ứng hoá học

thành điện năng mà chỉ đạt khoảng 1.5V vì có các phản ứng phụ bên trong pin

I.2 Pin kiểm:

IL.2.a - cấu tạo:

Có cấu tạo giống pin khô LơcLăngse nhưng chất điện giải không chứa axit (NHạC]) mà là chứa KOH là dung dịch kiểm, nên được gọi là pin kiểm

I.2.b - Nguyên tắc hoạt động của pin kiểm: Phản ứng oxi-hóa tại Anốt :

Zn + 20H -> ZnO+H20 + 2e

Phàn ứng khử tại Catốt :

2MnO;+HạO+2c -> Mn;O› +2OH

phản ứng chung tai hai điện cực:

Zn + 2MnO; -> ZnO +Mn;Os

Điện áp của pin kiểm cũng gần bằng pin khô LơcLăngse =1.54V

Trang 16

0.GVHD : Th.S NGUYEN NGỌC ANH

Xem xét các phản ứng phụ bên trong của hai loại pin LơcLăngse và pin kiểm người ta cho ra kết luận pin kiểm sử dụng tốt hơn pin khô LơcLăngse vì tráng được hai nhược

điểm của pin khô LơcLăngse mắc phải

1 Pin khô LơcLăngse phản ứng khử ở Catốt tạo ra chất khí:

2NH," + 2e° -> 2NH3 + Hp

Vả lại, trong pin có MnO;; là một tác nhân oxi-hóa có khả năng loại trừ khí H; 2MnQ©O; + H; -> Mn;O2 + HạO

còn khí NH¿ bị ion Zn”” loại bỏ tại Anốt : Zn** + 2NH3 + 2CI -> Zn(NH;);Cl;

Phan ting chung :

2MnO; + 2NH¿CI + Zn -> Mn¿O; + H;ạO + Zn(NHa);C];

vì phản ứng trong pin khô LơcLăngse tạo ra khí nên khi pin lần việc liên tục thì sản phẩm khí không bị loại bỏ kịp làm cho điện áp bị sụt nhanh chống

2 Các phản ứng trực tiếp giữa điện cực kếm(Zn) và ion Amoni (NH¿) tuy diễn ra

chậm nhưng cũng làm cho pin chống bị hỏng

II Pin thứ cấp:

II.1 - Ac-Quy chi:

II1.a - Cấu tao:

Cực âm là một tấm chì xốt

Cực dương là một thanh chì oxIt Chất điện ly là dung dịch H;SOa

II.1.b - Các phản ứng hóa học của Ac-quy chì:

Q trình phóng điện:

Tại cực âm : Pb -> Pb” + 2e

Tại cực dương : PbO; + 4H' + 2e' -> Pb”' + 2H;O

Phản ứng chung tại hai cực:

Pb** + SO,” -> PbSO,

Quá trình nạp điện:

Trang 17

Q trình nạp hồn tồn tương tụ q trình phóng điện nhưng ngược lại:

Tại cực âm: PbSO, + 2e° -> Pb + SO,”

Tại cực dương: PbSO¿ + 2H;O -> PbO; + 4H' + SO¿Z + 2e II.2 - Pin Niken-Cadimi (NiCad):

Ac-quy chì là một loại pin thứ cấp cũng khá phổ biến trong ứng dụng nhưng mang nhược điểm là khá cổng kểm và công suất thấp tính theo khối lượng Do đó đã xuất

hiện pin NiCad Pin NiCad được sử dụng khá rộng rãi và phổ biến và có thểnạp lại cả

hàng trăm lần Do đó dùng lâu hơn cả pin LơcLăngse và điện áp hầu như không đổi

Cực âm Anốt là Cadimi là thanh kim loại Cực dương Catốt là Niken(IV)oxit

Dung dịch điện giải là Baz

II.2.b - Q trình phóng điện:

Tại cực Anốt:

Cd + 20H -> Cd(OH); + 2e Tại cực Catốt:

NiO; + 2H;O + 2c' -> Ni(OH); +2OH Phản ứng chung tại hai cực:

Cd + NiO; + 2HaO -> Cd(OH); + Ni(OH)s

II.2.c - Quá trình nạp điện:

Pin NiCad có thể nạp lại bởi một nguồn ngoài và các phản ứng điện cực ngược

lại với phản ứng phóng điện

Đạc biệt, các sản phẩm của các phan ứng ở hai điện cực là chất rắn dính chặt vào bể

mặt của điện cực, vì các phản ứng không sinh ra chất khí nên pin có thể đóng kín

Điện áp của pin vào khoảng 1.4V LIL3 - Pin nhiên liệu Hidro-Oxi:

Phản ứng trong pin chỉ đơn giản là quá trình oxi hóa hidro của oxi để tạo nước:

Trang 18

O, + 2H2 -> 2H2O (+Q)

Nhưng người ta sắp xếp theo sơ dé:

- Hai thanh Carbon xốp, làm hai điện cực âm và điện cực dương - Dung dịch điện giải là KOH đặt

- Chất xúc tác gồm có Platin hay bạc ở điện cực âm; Platin hay Platadi ở điện cực đương

II.3.b - Các phản ứng hóa học trong pin:

„ |"), KOH

Phan ứng oxi hóa tại Anốt: é Sage

| rt | L_

2H; +4OH -> 4HạO + Ác” hạ | cư += Gœ

2 4 2 : me \ ý phản ứng khử tại Catốt: Hạ +H;Õ | / ae \ pe sạ+H¿ÐØ O, + 2H,O +4e -> 40H Chất Xúc tác \ / Chất Xúc tác Carbon xếp Phản ứng chung: 2H; + O› -> 2HO

II.3.c - Ung dung :

- Dung tao ra dién va nuéc trén tau vi tru tr khi oxi và Hidro

- Máy phát điện công suất lớn 4.5 MegaWatt(MW), được chế tạo thành công tại Tokyo, nhưng chất điện giải ở đây không phải là KOH đặt mà là oxit Photphoric

PHẨNII: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MACH SẠC PIN TỰ

DONG

CHUONG I: PHAN TICH MACH

I.1 Sơ đồ khối

Trang 19

phẩn tử điểu khiển má bS phan nap

®- Phẩm tử lấy a " ' mau vadieu khién

Vs : điện áp nguồn cung cấp Vo : Điện áp ra

I2 Chức năng từng khối:

I.2.a Khối điều khiển: Sử dụng IC NE555

D1 1 ny 2 L1 | V11N4007 R1 - R 10-14 VDC D2 | C1 R2 5.6V “0 2 TR đ Q 3 Tp NC 0 => "0 U1 NE555 = -

1.2.a.1 - Chức năng của khối:

Khi nguồn cung cấp VDC qua DI bị giảm áp qua điện trở R1 và diode Zener 5.6V để tạo thành một điện áp ổn định cung cấp cho IC NE555 hoạt động

R2 và R3 tạo ngưỡng dẫn nạp (V.nan ; luon nhỏ hơn V¿ /3 để cho điện áp ngõ ra (pin 3) luôn ở mức cao

Trang 20

I2.b Khối nạp sử dụng cặp transistor C1815: 1.2.b.1 - Chức năng:

Điện áp ra của khối điều khiển ở chân 3 (Vo ở mức cao) đóng vai trị là nguồn để cho hai điện trở R2 và R3 tạo thành cầu phân áp cho cap transistor C1815 hoạt động và cung cấp nguồn điện áp nạp cho Batt (Vpạ¿) Dòng nạp của

Batt được quyết định bởi điện trở R4 và điện áp Vppg của

mạch Khi R4 và điện áp Vppg được chọn đúng với yêu cầu nạp

Batt rồi ta chọn RI thích hợp với dòng nạp của Batt để tạo sụt

áp khoảng gần 2V thì sẽ làm cho LED sáng dùng báo hiệu Batt đang được nạp, còn khi LED tắt báo hiệu Batt khơng được nap

_V *_R3 ¬

Vig — V, R2+R3 (Vo của khối điều khiển)

I = I, — Vo 5 _

I.2.c Khối hồi tiếp điều khiển:

1.2.c.1 - Chứ năng của khối:

khi pin được nạp đầy đến ngưỡng phân cực

cho diode và mối nối BE của transistor C828, thi làm cho SCR bắt đầu dẫn Khi SCR dẫn thì sẽ

dẫn mãi và rút dòng từ Vs qua làm cho IC 555 tắt (hoặc dẫn rất yếu) Đồng thời ta cũng cung cấp

cho chân 6 của IC một điện áp lớn hơn 2Vcc/3

cung đồng nghĩa với IC tắt ngõ ra của IC(@pin 3) rơi xuống gần bằng 0V dẫn đến ngắt sự phân cực

Trang 21

làm cho Batt không nạp nữa.I.3- Chức năng các linh kiện:

IC NE555 :Là phần tử điển khiễn điện áp ngõ ra(Vo) Khi điên áp chân 6(Vth) lớn hơn 2Vcc/3 (lớn hơn 6V) thì Vo gần bằng 0 Khi chân 2(Vtr) nhỏ hơn Vcc/3(nhỏ hơn 3V) thì điện áp ngõ ra gần bằng Vcc

Diode Zener 5.6V(D3) tạo điện 4p Vcc bằng hằng số (=5.6V)

Diode DI ngăn điện áp AC và không cho xung phản hồi khi ngắn mạch Diode D2 tạo ngưỡng dẫn và cho dòng một chiều qua

LED : dùng để báo hiệu khi pin đang nạp (LED sáng )hay pin nạp đầy (LED tắt)

Transistor C18§15x2 : Là transistor công suất nhỏ được mắc Darlington dùng để nạp pin, có Vex = 0.65V Va dong Icmax =0.2A

Điện trở (R) :

R1(56Q) : hạn dòng cho nguồn Vcc từ nguồn Vs để cho Iccma„ = 50mA theo công thức:

Ip = lzmin + ÍCCmax — Vs -Vz

R

10 -5.6-0.7 R+Rp Tacó Izmiạ = 5mA

R+R, =35=670 _— 33m4

=> Ta chọn R= 56 @( Rpkhoảng 5-20)

Điện trở R4 và R5 được chọn để tạo cầu phân áp cho Cặp transistor mắc theo kiểu Darlington để tăng dòng nạp và dòng chịu đựng cho transistor

Điện trở cơng suất R7 có tác dụng quyết định dòng nạp cho pin

Điện trở công suất R6 tạo sụt áp khoảng 2V làm cho LED sáng khi dòng đang nạp và cũng có

tác dụng làm cầu trì điện trở bảo vệ quá dòng(ngắn mạch ngõ ra)

Điện trở R2 và R3 : có tác dụng tạo điện áp <Vcc/3 để cung cấp cho chân 2 của IC

Điện trở R8 tạo sự rút dòng khi Transistor C828 Và A564 mắc thành SCR cực nhạy được hoạ động

Trang 22

Điện trở R10 và C4 ổn định sự làm việc cho SCR

Tụ điện 220uF và tụ 100uE/16v có tác dụng ổn áp cho nguồn và các diode Zener mắt chung

VỚI nó I4 — Sơ đồ nguyên lý: D1 D5 1\ 2 1 nN 2 + 1N4007 ⁄ — 1N4007 V1 _T 10VDG R1 R10 100 Q2 C1815 “0 R7 i 11W = Batt = 1.4V 700mAh 15 Nguyén ly hoat déng:

Giả sử nguồn cung cấp Vs = 10VDC qua diode 1N4007 cé V =0.7V, điện trở 56Ô tạo sụt áp và diode Zener 5.6V tạo sự ổn áp và ổn dong cho IC NE555( Vec=Vz=5.6V)

hoạt động Điện áp cung cấp cho chân 8 (Vcc) và chân 4 (Reset) là const Điện áp ngõ ra tại chân số 3(output) luôn ở mức cao do hai điện trở 100k và 47k tạo thành cầu

Trang 23

0.GVHD : Th.S.NGUYEN NGOC ANH H1 H2 Vpp =V, * RAR = (5.6 —-1.4)* 33L 15E =2.89V | | Vo -L =O

phân áp, và cho vào chân số 2 một điện áp nhỏ hơn Vcc/3 làm cho Vo( chân 3) luôn ở

mức cao

Khi ngõ ra chân 3 (Vo) ở mức cao thì làm xuất hiện cầu phân áp trên điện trở R4 và

R5 tạo điện áp nạp cho pin Và khi ngõ ra ở mức thấp thì cặp transistor C1815 không được phân cực nên khơng có dịng nạp

Khi pin được nạp thì điện trở R7 (1/1w) tạo dòng nạp cho Batt và làm cho điện trở R6 tao sụt áp khoảng gần 2V làm cho LED sáng, khi pin nạp đầy thì LED gần như tắt hẳn,

trong thời gian này ta vẫn chưa ngắt nguồn thì dịng vẫn còn nạp cho đến khi >=điện

Ap ngu@ng (Vagueng =1.4V) thi mồi cho SCR dẫn điện và tắt IC

CHƯƠNG II : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

Tính tốn nguồn vào Vcc:

Ta có nguồn cung cấp Vs =10 - 15VDC Rgh

Diode Zener : c6 Vz=5.6V

IZmin = SMA Vs

IZmax = OMA =p _ Diode Zener

Ta có Ighmax = ÍZmin + ÍRLmax

lRI max = 50mA

R — 10—5.6—07 — 67O

gh 55mA

Chon R1= 56Q (Vi Rgh= Rp +R1)

Pgh„a„ = R1*(Igh„a„y =56*(55)”=0.17(W)

Tính tốn bộ nạpsử dụng cặp transistor C1815 mắc theo kiểu Darlington: Pin có điện áp 1.4V, 700mAh => dòng nạp yêu cầu là khoảng 70mA Transistor có

Trang 24

0.GVHD : Th.S NGUYEN NGOC ANH Tụ — J-)Fnp-Ïsụ — 2.89-14-14 — 009 — "(lưu 4 2231R7 R7 R7 Trong đó: Rep 1ø 9 — 0.09 _ + R7=2%=1.20 => Do đó ta chọn điện trở: R7=1O Py, =U *[ = = 9 = 8 ImW

11.3 Bộ hồi tiếp điều khiển:

khi pin được nạp đầy là 1.4V;(thực tế

day la 1.35V); thi diode D2(1N4007 có

Vp=0.7V) sẽ dẫn cùng với sự phân cực 10uR 56

1228

của mối nối Vạgg

làm transistor C828 C§28 cùng với transistor

Pin €

A564 hợp thành SCR cực nhạy được mồi

dẫn điện và tạo sự rút dòng từ nguồn >

S

Vcc xuống làm ngắt nguồn của IC

NE555