Mạch bảo vệ quá áp yêu cầu thi công là mạch chống quá áp cho tải một chiều sử dụng nguồn 12Vdc.
Bài tốn
Thiết kế, vẽ mạch và thi cơng mạch in mạch bảo vệ quá áp cho tải sử dụng điện áp 12Vdc.
Yêu cầu:
Giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch. Tiết kiệm chi phí thiết kế và thi công.
Tổng quan
Mạch bảo vệ quá áp ứng dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử. Chúng có thể được sử dụng ở dạng module rời hoặc thiết kế chung trên bo mạch của thiết bị.
Cấu trúc trọng yếu là mạch điện so sánh điện áp giữa ngõ ra điều khiển tải với ngõ vào tham chiếu; nếu có sự gia tăng điện áp từ nguồn hoặc tải thì mạch so sánh cấp tín hiệu điều khiển linh kiện ngắt mạch nguồn cung cấp trực tiếp cho tải. Mạch so sánh thường là mạch Opamp, IC chuyên dụng, IC lập trình, mạch ghép liên kết 2 transistor (khuếch đại vi sai). Linh kiện đóng ngắt điện áp thường là relay (tải có cơng suất lớn và tần số thấp), opto, transistor công suất (Jfet, Mosfet), SCR, Triac. Tùy thuộc công suất tải và giá thành sản phẩm mà ta thiết kế linh kiện phù hợp.
Trong mạch nguồn xoay chiều cũng có linh kiện bảo vệ quá áp thường sử dụng đó là tụ chống sét hay chống quá áp (ZNR).
1. Mạch nguyên lý
1.1. Mạch nguyên lý tham khảo
Hình 3.4. Sơ đồnguyên lý mạch bảo vệquá áp tải 12Vdc
Hình 3.4 mơ tả sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ quá áp tải 12Vdc. Mạch sử dụng Opamp làm mạch so sánh, Mosfet làm công tắc điện tử đóng ngắt nguồn điện cung cấp cho tải.
1.2. Thiết kế mạch nguyên lý
Thực hành vẽ mạch nguyên lý theo các bước sau (tham khảo phần II mục 3 “Thực hành vẽ mạch nguyên lý” ở chương 1).
- Tạo Project, định dạng trang vẽ
- Lấy linh kiện, sắp xếp và hiệu chỉnh linh kiện - Nối đường mạch, tạo điểm nối và ghi nhãn - Kiểm tra sơ đồ mạch nguyên lý
Thư viện các linh kiện:
Tên linh kiện Tên thư viện
Opamp Opamp\OP-11
Button Discrete\SW Push Button
Transistor Transistor\BC548
Mosfet Transistor\MTP3055E
Tụ phân cực C1 ÷ C4 Discrete\Cap hoặc C
Biến trở Discrete\Resistor Var
Điện trở Discrete\R
Diode Discrete\Diode
Diode zener Discrete\1N914
Connector 2 (J1) Connector\Con2
2. Mạch in
2.1. Thiết kế mạch in
Thực hành vẽ mạch in theo các bước sau: - Liên kết footprint và tạo file Netlist - Tạo bản vẽ Layout - Sắp xếp linh kiện - Vẽ mạch - Hồn thiện bo mạch - Đo kích thước và in ấn bo mạch Lưu ý:
+ Khảo sát kích thước các linh kiện cẩn thận để bố trí phù hợp, tránh hiện tượng chồng lấn linh kiện sau khi hàn: nút nhấn, tụ điện, Mosfet.
+ Mosfet có bề mặt gắn nhôm tản nhiệt nên quay ra hướng cạnh bo mạch.
+ Bố trí connector đấu tải và nguồn ở hai đầu bo mạch sao cho tiện đấu nối dây dẫn.
+ Ghi nhãn nguồn 12Vdc và connector J1 để tránh trường hợp nhầm lẫn khi sử dụng.
2.2. Thi công mạch in
Thi công bản mạch in theo các bước sau:
- Chuẩn bị nguyên phụ liệu - In bản mạch
- Gia công phay, rửa mạch
- Khoan mạch, gắn và hàn linh kiện - Kiểm tra và xửlý bề mặt mạch in
Hình 3.5. Các loại linh kiện được sử dụng trong mạch bảo vệquá áp
3. Kiểm tra, hiệu chỉnh
- Kiểm tra hoàn chỉnh bản mạch như bảo vệ bề mặt bản mạch, đấu dây, cắt chân linh kiện,…
- Kiểm tra bằng ngoại quan: Sử dụng đèn 12Vdc để đấu vào connector tải, kiểm tra trạng thái sáng tắt của đèn trong các chế độ đúng áp và quá áp.
- Kiểm tra bằng đồng đo VOM: Chuyển đến giai đo 50VDC
+ Đo kiểm tra điện áp tại connector nguồn V1, điện áp hai đầu tải (connector J1).
+ Đo xác định điện áp tại ngõ vào âm (V-) chân 9 của IC LM358 trong hai trường hợp chỉnh biến trở VR1 làm đèn sáng và chỉnh VR1 làm đèn tắt.
+ Đo xác định điện áp tại ngõ vào dương (V+) chân 10 của IC LM358 trong hai trường hợp chỉnh biến trở VR1 làm đèn sáng và chỉnh VR1 làm đèn tắt.
+ Chỉnh biến trở VR1 để đặt giá trị ngưỡng độ nhạy của mạch bảo vệ quá áp.
+ Nhấn nút nhấn S1 để Mosfet dẫn, tải được cấp điện áp (đèn sáng). Nếu kết quả kiểm tra bằng ngoại quan và bằng đồng hồ đo khơng đúng thì tắt điện và đo, kiểm tra lại các linh kiện, các đường mạch và chân hàn, kiểm tra cực tính linh kiện, chủng loại và giá trị linh kiện.
Đo, kiểm tra Mosfet
+ Bước 1: Nạp điện tích cho cực G, chọn giai đo X1K (que đen vào cực G, que đỏ vào cực D hoặc S).
+ Bước 2: Đo RDSon, sau khi tích điện cho cực G ta đo điện trở giữa D và S (que đen vào cực D, que đỏ vào cực S) thì kim sẽ lên nếu Mosfet cịn tốt. Nếu kim khơng lên thì cực G bị hỏng hoặc đứt liên kết DS.
+ Bước 3: Xả điện cực G, chập cực G vào D hoặc cực G vào cực S để xả điện cực G.
+ Bước 4: Đo RDSoff, sau khi xả điện cực G ta đo điện trở giữa D và S (que đen vào cực D, que đỏ vào cực S) thì kim sẽ khơng lên nếu Mosfet cịn tốt. Nếu kim lên thì Mosfet bị chập cực DS.
- Hiệu chỉnh các điểm bị lỗi trong q trình thi cơng như: bong tróc đường mạch hoặc chân hàn, đường mạch bị đứt nét hoặc có nguy cơ chạm, chập.
- Hiệu chỉnh bằng cách thay các linh kiện bị hư trong quá trình kiểm tra.