1. Thiết kế khối ổn áp:
Để thiết kế khối ổn áp ta cĩ các cách sau:
+ Dùng linh kiện rời: theo cách này cĩ 2 loại nguồn ổn áp là: ổn áp tuyến tính và ổn áp đĩng cắt (xung).
+ Dùng IC OP-AMP: thường dùng các IC: 741, 725, 3130, 0041… + Dùng IC ổn áp 3 chân: thường dùng các IC: 78xx, 79xx, LM309, LM117, LM217, LM317, LM350…
Vì mục đích thiết kế bộ nguồn là để minh họa cho phần chính là phần card giao tiếp và phần lập trình điều khiển cho nên để đơn giản hĩa vấn đề ta chọn cách dùng IC ổn áp 3 chân.
Trong các loại IC ổn áp 3 chân thì các IC: 78xx, 79xx, LM309… là các IC ổn áp cố định nên ta khơng chọn các IC trên, mặc dù ta vẫn cĩ thể dùng chúng để thiết kế cho bộ nguồn thay đổi được nhưng dịng tĩnh IQ từ chân GND của các IC này ảnh hưởng đến sai số điện áp ra. Các IC: LM117, LM217, LM317 là các IC ổn áp điều chỉnh được điện áp ngõ ra, các IC loại này cĩ dịng tĩnh IQ từ chân ADJ nhỏ hơn nhiều so với dịng tĩnh từ chân GND của các IC ổn áp cố định. Và trong các IC ổn áp điều chỉnh được trên thì IC LM317 là loại thơng dụng nhất.
Sơ đồ mạch dùng LM317:
Cơng thức: Vout = 1.25 ( 1 + R2/R1 ) + Iadj.R2
2. Thiết kế khối định áp ra 0V:
Nếu chỉ sử dụng sơ đồ như trên thì điện áp ngõ ra tối thiểu là 1.2V, để cĩ điện áp là 0 V khi chưa cĩ tín hiệu điều khiển thì phải sử dụng thêm LM385 theo sơ đồ sau:
IN OUT
IN OUT
R2
R1
* Vấn đề kế tiếp là phải làm sau cho dịng ngõ ra đạt được 2A:
Để giải quyết vấn đề trên ta dùng thêm Transistor cơng suất để nâng dịng lên, cụ thể như hình sau:
Nguyên lý hoạt động:
- Trong mạch trên ta thiết kế cho LM317 chịu dịng tối đa 1A, vậy khi dịng tải nhỏ hơn 1A thì chỉ cĩ LM 317 làm việc, khi dịng tải lớn hơn 1A thì Transistor cơng suất T1 làm việc nĩ sẽ làm giảm dịng qua LM317, cụ thể như sau:
+ Khi Itải < 1A → áp rơi trên R4 < 0.56V → VEB < 0.56V → T1 ngưng dẫn ⇒ LM 317 gánh trọn dịng tải.
+ Khi Itải > 1A → áp rơi trên R4 > 0.56V → VEB > 0.56V → T1 dẫn ⇒ dịng tải rẽ qua T1 ⇒ dịng qua LM 317 < 1A.
- T2 làm nhiệm vụ bảo vệ q dịng, nĩ hoạt động như sau:
+ Khi dịng tải < 2A → áp rơi trên R3 < 0.6V → VEB < 0.6V → T2 ngưng Vout = 1.25 R2/R1
T1
+ Khi dịng tải > 2A (là trường hợp quá tải) → áp rơi trên R3 > 0.6V → VEB > 0.6V → T2 dẫn → VEC ≅ 0.2V.
⇒ VBT1 =Vin – 0.2V.
Trong khi đĩ: VET1 = Vin – 0.6V. ⇒ VB > VE ⇒ T1 ngưng dẫn.
⇒ LM 317 gánh trọn dịng tải (lúc này > 2A) ⇒ LM317 bị quá tải, nhưng bên trong LM317 cĩ bảo vệ q dịng cho nên LM317 sẽ ngưng dẫn ⇒ mạch được bảo vệ.
3. Thiết kế khối lấy mẫu:
- Khối này chỉ làm nhiệm vụ lấy điện áp ngõ ra và biến đổi nĩ cho phù hợp với điện áp ngõ vào mạch Nhận tín hiệu Analog (0 ÷ 5V), để thực hiện được việc trên ta chỉ cần sử dụng một biến trở như sau:
4. Thiết kế khối điều khiển:
Như đã trình bày ở trên ngõ vào điều khiển là tín hiệu số gồm 8 đường dữ liệu, nên ta khơng thể dùng biến trở để điều chỉnh áp ngõ ra. Do đĩ ta làm như sau: chia giá trị R2 thành 8 phần, mỗi phần cĩ giá trị khác nhau. Các phần nhỏ đĩ cĩ đĩng gĩp vào giá trị của R2 hay khơng là do các relay quyết định. Ở đây ta chọn relay là vì khi được tác động thì giá trị điện trở của nĩ bằng 0Ω, khác với trường hợp dùng transistor khi được tác động thì transistor cĩ điện trở nội.
Khi chia giá trị của R2 như vậy thì ta cĩ điện áp ngõ ra là sự tổ hợp của các thành phần của R2. Để cĩ được điện áp ngõ ra từ 0 ÷ 25.5 V với độ mịn là 0.1V thì ta phải cĩ 256 tổ hợp của các thành phần trong R2. Muốn vậy ta phải
10k Lấy từ
ngõ ra Tới mạch
Nhận tín hiệu Analog
R27= 2R26= 4R25= 8R24= 16R23= 32R22= 64R21= 128R20
Khi đĩ điện áp ngõ ra tương ứng của từng thành phần của R2 như sau: R27= 12.8V; R26= 6.4V; R25= 3.2V; R24= 1.6V;
R23= 0.8V ; R22= 0.4V; R21= 0.2V; R20= 0.1V.
Để từ tín hiệu số ở ngõ vào điều khiển cĩ thể tác động được các relay nhằm thay đổi điện áp ngõ ra ta dùng hệ thống các điện trở và IC như sau:
(xin xem hình trong sơ đồ nguyên lý bộ nguồn ổn áp)
Ngồi ra trong trường hợp chúng ta muốn sử dụng mạch này độc lập tức là khơng cĩ sự điều khiển của máy tính thì ta cĩ hệ thống các switch gạt bằng tay như trong hình sơ đồ nguyên lý.
5. Thiết kế khối chỉnh lưu:
Cuối cùng là phần biến đổi nguồn từ 220 VAC ra các mức điện áp DC cung cấp cho các IC, relay, LM317. Ở đây ta sử dụng 2 cầu chỉnh lưu nối với nhau để cho ra 2 mức điện áp khác nhau, mức thấp (khoảng 17V) cung cấp cho IC 7805, mức cao (khoảng 34V) cung cấp cho IC 7824. (Mạch điện xin xem sơ đồ nguyên lý bộ nguồn ổn áp).
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BỘ NGUỒN ỔN ÁP1. Nguyên lý hoạt động của module nguồn ổn áp: 1. Nguyên lý hoạt động của module nguồn ổn áp:
- Khi chưa cĩ tín hiệu từ máy tính và các switch ở trạng thái off thì điện áp ngõ ra cĩ giá trị 0V. Vì khi đĩ R2 = 0Ω, kết hợp với điện áp âm 1.2 V ở ngõ ra của LM385 nên theo cơng thức tính của LM317 ta cĩ ngõ ra 0V:
Vout = 1.25 ( 1 + R2/R1 ) + Iadj.R2 – 1.2 ≅ 0V