ĐẦU CÂN THỰC TẾ
III) Thiết kế các khối chức năng cho mạch vi xử lý
7) Thiết kế bộ nguồn
Ở các đầu cân thực tế người ta thường dùng bộ nguồn switching nên có độ chính xác và ổn định rất cao. Tuy nhiên để thiết kế bộ nguồn hoạt động tốt theo kiểu đó thì phức tạp vả lại linh kiện rất khó tìm,bộ nguồn ở đây được thiết kế theo kiểu thông thường.
Bộ nguồn được thiết kế với nhiều mức điện áp cho các ứng dụng khác nhau:
+5Volt cung cấp cho hoạt động của tất cả các IC, ngoại trừ IC sử dụng trong Card máy tính thì dùng nguồn nuôi có sẵn trong máy tính ; nguồn –5Volt cung cấp cho chân V- của AD ICL7109 ; nguồn 12Volt cung cấp cho bộ khuếch đại sử dụng op – amp OP 07 ; nguồn 10Volt ổn định cấp cho Loadcell. Riêng nguồn chuẩn làm điện áp tham khảo cấp cho AD được thiết kế ở điện áp cố định là 2,5Volt và thay đổi được là từ 0 đến 5Volt nhằm mục đích chỉnh theo ngõ vào của tín hiệu cần biến đổi AD. Có nhiều IC ổn áp làm nguồn tham khảo rất tốt, tuy nhiên rất khó tìm. Ở đây sử dụng các IC cho chất lượng có thể chấp nhận được.
Sơ đồ bộ nguồn như sau :
Bộ nguồn được thiết kế gồm những phần riêng biệt như sau :
• Khối 12Volt cung cấp cho op – amp sử dụng IC ổn áp LM7812 và LM7912.
Đây là họ IC ổn áp dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Sử dụng tản nhiệt phù hợp sẽ cho dòng ra có thể vượt quá 1 Ampere. Mặc dù được chế tạo để ổn định điện áp nhưng họ IC 78xx có thể thêm các linh kiện bên ngoài để điều chỉnh
1 2 1
2 LM7805/TO
1
3
VIN 2
GND
VOUT
0.1uF 0.1uF
1 2 1
2
2200uF
LM7912C/TO220
2 3
1
IN OUT
GND
0.1uF
0.33uF 2200uF
LM7905/TO3 3
1
VIN 2
GND
VOUT 1
2 1 2 LM7812/TO
1
3
VIN 2
GND
VOUT
0.1uF
1 2 1
2 T1
TRANSFORMER CT
1 5
6
4 8
- +
BRIDGE
1
4
3
2
0.33uF
+12V
0V
-12V 24V
12V 220V
+5V
-5V
được điện áp và dòng điện ở ngõ ra. Bên trong họ IC cũng có bảo vệ quá nhiệt và ngắn mạch. Sai lệch điện áp ngõ ra là từ 2% đến 4%. Tụ C1 2200F là để tránh nhấp nhô điện áp như trong các chỉnh lưu thông thường. Tụ C2 0,33F phải cần thiết khi nguồn cung cấp ở xa. Tụ C3 0,1F thì không phải để ổn định điện áp mà chỉ làm tăng đáp ứng quá độ.
• Khối 5Volt sử dụng 2 IC ổn áp LM7805, LM7905 dùng làm nguồn nuôi cho tất cả các IC trong mạch vi xử lý. Điện áp ngõ vào LM7805, LM7905 được lấy từ nguồn 12Volt đã ổn định trước đó. Điện áp vào IC LM7805 theo catalogue là có thể từ 7Volt đến 20Volt DC.
• Một yêu cầu cần thiết cho điện áp làm nguồn tham khảo cho AD ICL7109 là phải ổn định và chính xác.
• Điện áp cấp cho Loadcell được thiết kế sử dụng LM723 nhằm mục đích làm tăng tính ổn định vì tín hiệu ra của Loadcell rất nhỏ nên dễ bị ảnh hưởng nếu nguồn không ổn định.
LM723CN là IC có thể dùng để ổn áp dương hay ổn áp âm với dòng điện ra đạt tới 150mili Ampere DC. Dòng điện ngõ ra có thể làm tăng lên vài Ampere nếu dùng một hay nhiều transistor mắc bên ngoài. Tầm nhiệt độ sử dụng cho IC loại thương mại là từ 070C. LM723CN có các đặc điểm chủ yếu như sau :
+ Điện áp ngõ ra có thể chỉnh được từ 2Volt đến 37Volt DC tùy theo cách mắc.
+ Dòng điện ngõ ra đạt tới 150mili Ampere nếu không sử dụng Transistor mắc thêm bên ngoài.
+ Có thể chỉnh được dòng điện bảo vệ ngắn mạch.
+ Độ ổn định 0,01% Vout , thay đổi theo tải là 0,03%Vout (nếu dòng tải 1mA < IL <
50mA. Sai số tối đa là 0,3% và 0,6% tương ứng. Như vậy nếu muốn ổn định ở
R4 5.6K
8.2K
0.1uF
R11 5K
13
2
18K 100pF 0.1uF
JP4
HEADER 2 1 2
0.33uF
T2
TRANSFORMER
1 5
4 8
2200uF
- +
D2 BR IDGE
1
4
3
2
LM7812/TO 1
3
VIN 2
GND
VOUT
Vout
7 IN+
10
3 V+
6 Vref
4
LM723 IN-
2
V- Vc
5
CURRENTLIMIT
13 CURRENTSENSE 11
12
FREQCOMP
Cap cho Loadcell 220VAC
0V +12V
Trang 75 Vsense
RSC
0,66 0,33
R1 R2
2 1 R
R 1
7
Vout 1 0,4286. 7
10
10Volt thì có thể mắc sai số lớn nhất là 0,06Volt.
Thông số cần thiết khi thiết kế :
+ Tầm điện áp ngõ vào Vin : 9,5 Volt DC đến 40 Volt DC.
+ Tầm điện áp ngõ ra Vo : 2,0 Volt đến 37 Volt.
+ Sai lệch điện áp vào ra trong khoảng từ 3Volt đến 38 Volt.
+ Hệ số nhiệt độ trung bình của điện áp ngõ ra là 0,002% / C.
+ Độ dợn sóng (ở tần số từ 50Hz đến 10KHz) là : 86 dB nếu Cref là 5F và 74 dB nếu Cref = 0.
+ Dòng giới hạn ngắn mạch ISC là 65mA DC.
+ Độ ổn định trong chế độ dài hạn : là 1%/ 1000 giờ . Các thông số trên chỉ đúng khi nhiệt độ từ 0C đến 70C.
Theo cách mắc linh kiện bên ngoài như trong sơ đồ thì dòng ngắn mạch là :
ISC = = = 2 Ampere.
Cách kết nối tiêu biểu cho điện áp ra từ 7 Volt đến 37 Volt như sau :
Từ biểu thức tính điện áp ngõ ra cho bởi Catalogue : Vout = 7. R2+R1 R1
Ta suy ra : Vout = 7 1 + . Để tạo được điện áp ngõ ra là 10Volt thì tỷ số Ngoài ra để cho kết quả tốt nhất, theo khuyến cáo giá trị điện trở R2 phải nằm trong khoảng từ 10 K đến 100 K. Do đó giá trị
được chọn ở đây là R1 = 8,2 K, R2 là 18 K và giữa chúng có mắc một biến trở 5K để chỉnh cho phù hợp với tỷ lệ trên.
Nhằm mục đích làm cho độ trôi nhỏ, theo hướng dẫn thì giá trị R3 = R1//R2 nên ở đây chọn R3 = 5,6 K. Đây là những giá trị điện trở có trong thực tế.
Ngoài ra do trong mạch có sử dụng đèn Led có dòng lớn nên bộ nguồn còn được thiết kế có nguồn 5Volt riêng để cấp cho Led nhằm tránh qúa dòng cho các IC ổn áp.