Rơ-le bán dẫn là loại linh kiện bán dẫn hoạt động được với tín hiệu điện xoay chiều. Loại linh kiện này thường được chế tạo với công suất lớn (dòng tải có thể chịu được lên đến hàng chục Ampe hoặc có thể lớn hơn).
Linh kiện này dược kết nối như sau để làm mạch điều khiển:
Ta nhận thấy rằng ở mạch trên, tải xoay chiều được điều khiển bằng nguồn một chiều (hoặc tín hiệu một chiều) thông qua linh kiện Solid State Relay. Loại Rơ-le này làm việc ở tần số cao tốt hơn rất nhiều so với loại Rơ-le dùng cuộn dây điều khiển.
Ta có thể sử dụng loại Rơ-le bán dẫn này thay thế các opto để thúc cho các bảng đèn có công suất lớn. + - ~ Điều khiển Tải xoay chiều Solid State Relay
PHẦN III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
CHƯƠNG 1: BỘ NGUỒN VÀ MẠCH AUTO RESETI. BỘ NGUỒN: I. BỘ NGUỒN:
Trong một mạch điện tử thì bộ nguồn là quan trọng nhất, nó quyết định sự hoạt động hay ngưng hoạt động của mạch. Một bộ nguồn không tốt sẽ làm cho mạch hoạt động không ổn định và sẽ làm hỏng linh kiện một cách nhanh chóng (điều này rất thường xảy ra đối với những mạch điện tử không được ổn áp tốt mà phải hoạt động ở những vùng có lưới điện không ổn định). Đối với các IC số thuộc họ TTL thì điều này luôn luôn đúng. Vì vậy một bộ nguồn ổn áp tốt thì rất cần thiết cho các mạch điện tử (thường là các mạch dùng IC số). Nhưng trước khi đi vào thiết kế bộ nguồn ổn áp, ta hãy tìm hiểu sơ bộ về chức năng cũng như nguyên tắc hoạt động chung của các mạch nguồn ổn áp DC.
Chức năng của mọi ổn áp DC là biến đổi điện áp vào DC chưa ổn định thành điện áp ra DC ổn định và giá trị điện áp này phải đúng với giá trị khi tính toán lý thuyết. Điện áp ra này phải được duy trì liên tục và không được thay đổi khi điện áp ngõ vào hoặc dòng tải thay đổi (ở một giới hạn cho phép của mạch). Để thực hiện được việc này thì một mạch ổn áp thường gồm có các phần sau đây:
SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MỘT ỔN ÁP CƠ BẢN
- Phần tử chuẩn (REF: Reference): cung cấp một mức điện áp ổn định biết trước (VREF).
- Phần tử lấy mẫu:lấy điện áp ngõ ra để làm mẫu.
- Phần tử khuếch đại sai biệt: so sánh mẫu điện áp ra với mức chuẩn và tạo ra tín hiệu sai biệt.
- Phần tử điều khiển công suất:biến đổi điện áp vào thàn múc điện áp ra mong muốn khi điều kiện tải thay đổi. Khối này được điều khiển bằng tín hiệu sai biệt từ bộ khuếch đại sai biệt đưa đến.
PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẦN TỬ LẤY MẪU R E F KHUẾCH ĐẠI SAI BIỆT Điện áp hồi tiếp Điện áp vào Điện ápra PHẦN TỬ CHUẨN VREF
Có 2 loại ổn áp cơ bản là: ổn áp liên tục và ổn áp xung. Ổn áp liên tục được chia ra làm hai loại nữa là ổn áp nối tiếp và ổn áp song song. Tuy mạch điện thật sự của các loại ổn áp này khác nhau nhưng về cơ bản đều phải có đủ cả bốn thành phần trong sơ đồ khối trên. Sau đây là các sơ đồ khối của các loại ổn áp cơ bản trên.
* Sơ đồ khối của mạch ổn áp nối tiếp:
Tên gọi ổn áp nối tiếp là do phần tử điều khiển mắc nối tiếp với tải (phần tử điều khiển thường là một Transistor có chức năng như một biến trở, ở đây ký hiệu là RS). Nguyên lý hoạt động của mạch như sau: giả sử điện áp ngõ vào bị sụt áp thì tại thời điểm tức thời (ngay lúc vừa sụt áp) điện áp ngõ ra cũng bị sụt theo. Điện áp sụt này (điện áp mẫu) được phản ánh đến bộ khuếch đại sai biệt nhờ cặp điện trở lấy mẫu R1, R2. Khối khuếch đại sai biệt sẽ so sánh điện áp mẫu này với điện áp chuẩn từ khối REF (Reference) đưa đến và sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển đến cực B của Transistor, điều chỉnh lại điện áp phân cực của nó (cụ thể là làm Transistor dẫn mạnh hơn). Giải thích tương tự cho trường hợp tăng áp ở ngõ vào.
* Sơ đồ khối của mạch ổn áp song song:
Tên gọi ổn áp song song cũng do phần tử điều khiển mắc song song với tải. Nguyên lý hoạt động của mạch cũng được giải thích tương tự như mạch ổn áp nối tiếp. Sự thay đổi điện áp vào sẽ làm điện áp ngõ ra cũng thay đổi theo tại thời điểm tức thời, cặp điện trở lấy mẫu R1, R2 sẽ truyền sự thay đổi này về bộ khuếch đại sai biệt. Bộ
REF RS VI R1 R2 VO VI RS VO R1 R2 RSHUNT REF
khuếch đại sai biệt cũng so sánh điện áp chuẩn với điện áp mẫu này và sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển tương ứng làm cho điện áp ra ổn định trở lại.
* Sơ đồ khối của mạch ổn áp xung:
Ổn áp xung dùng một khóa tích cực để làm phần tử điều khiển. Khóa này được dùng để ngắt điện áp vào theo một chu kỳ làm việc thay đổi theo các yêu cầu của tải.
Một bộ lọc (thường là lọc LC) dùng lấy trung bình điện áp hiện diện ở ngõ vào của nó và đưa điện áp đó đến tải ra. Do Transistor điều khiển hoặc mở (dẫn bão hòa) hoặc tắt nên công suất tiêu tán ở phần tử điều khiển sẽ tối thiểu. Vì lẽ đó, ổn áp xung hưũ hiệu hơn ổn áp nối tiếp hoặc song song. Do nguyên nhân này, ổn áp xung đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng có sai biệt điện áp vào ra lớn hay các yêu cầu dòng tải lớn.
Sự biến đổi chu kỳ nhiệm vụ thường đạt được bằng cách duy trì một tần sốkhông đổi và thay đổi thời gian tắt mở. Phương pháp này được gọi là biến điệu độ rộng xung (PWM: Pulse Width Modulation). Một kỹ thuật khác là duy trì thời gian mở không đổi và thay đổi thời gian tắt (thay đổi tần số).
Tất cả các loại ổn áp trên đều có thể ráp được từ các linh kiện rời như Transistor, Op-Amp,… hoặc từ các mạch tích hợp sẵn. Tuy nhiên, để mạch điện đơn giản nên ở đây dùng IC ổn áp (các mạch ổn áp được tích hợp sẵn).
Có nhiều loại IC ổn áp, trong đó loại IC ổn áp 3 chân thường được sử dụng rộng rãi vì chúng nhỏ và chỉ cần một số ít linh kiện bên ngoài. IC ổn áp 3 chân đặc biệt có lợi cho việc thiết kế các bộ nguồn nhỏ ổn định hay các ổn áp trên các card.
IC ổn áp 3 chân loại có điện áp ra cố định (không điều chỉnh được) có hai loại là ổn áp dương và ổn áp âm. Có nhiều họ IC ổn áp nhưng ở đây ta chỉ xét đến họ 78xx tương ứng với IC ổn áp dương, hai số sau chỉ điện áp ra cố định của nó, cụ thể là 7805: ổn áp dương có điện áp ngõ ra là 5V, 7812: có điện áp ra là 12V…. Tùy theo dòng điện ở ngõ ra, người ta thêm chữ để chỉ, thí dụ:
78Lxx: dòng điện ra danh định là 100mA. 78xx: dòng điện ra danh định là 1A. 78Hxx: dòng điện ra danh định là 5A. Chú ý: 78L62: ổn áp 6,2V. REF OSC VI VO R1 R2
Sau đây là một mạch ổn áp có điện áp ngõ ra cố định 5V sử dụng IC ổn áp 7805 (ổn áp dương có điện áp ngõ ra là 5V, dòng điện ngõ ra đến 1A).
Các tụ 0,33 µF và 0,1 µF dùng chống nhiễu và cải thiện đáp ứng quá độ của ổn áp. Các tụ này đặt càng gần chân IC càng tốt.
Phần tử tiêu thụ công suất chủ yếu của mạch này là bảng đèn (các IC số cũng tiêu thụ công suất nhưng không đáng kể), do dùng phương pháp quét nên tại mỗi thời điểm chỉ có một cột LED được phép sáng. Theo tính toán, nếu cả 7 LED trong cột cùng sáng thì dòng điện tức thời khoảng 2,7A nhưng dòng trung bình chỉ khoảng hơn 80mA. (theo như kết quả tính toán của phần thiết kế mạch thúc công suất).
IC ổn áp 7805 chịu được dòng ngõ ra đến 1A nên bảo đảm cung cấp đủ dòng cho toàn mạch mà bản thân nó không bị quá dòng. Tuy nhiên, ta cũng cần gắn tản nhiệt cho IC để nó hoạt động ở điều kiện tốt nhất.