Tìm Hiểu Và Thiết Kế Mạch Tạo Nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) - 123doc

Tải bản đầy đủ (.pdf) (15 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Luận Văn - Báo Cáo
>>
3. Kỹ thuật

Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (942.88 KB, 15 trang )

Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 2 Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, các thiết bị điện tử đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế xã hội cũng như trong đời sống. Trong tất cả các thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp là một trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc ổn định của hệ thống. Hầu hết các thiết bị điện tử đều sử dụng nguồn một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao. Hiện nay kỹ thuật chế tạo các nguồn ổn áp cũng đang là một khía cạnh đang được nghiên cứu phát triển với mục đích tạo ra các khối nguồn công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ (các nguồn xung). Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn một chiều ổn áp và dựa vào kiến thức đã học cũng như tự tìm hiểu thêm, nhóm em xin trình bày đề tài :”Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)”. Để qua đó tìm hiểu kỹ hơn về nguyên lý hoạt động của các mạch nguồn đồng thời củng cố thêm kỹ năng trong thiết kế các mạch điện tương tự. Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Hoàng Nam đã tận tình giúp chúng em hoàn thành đề tài này. Do khả năng kiến thức còn hạn chế, thực hiện đề tài chắc chắn sẽ không tránh được những thiếu sót, nhóm em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Nhóm sinh viên thực hiện Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 3 Mục lục Lời nói đầu 2 CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG 1.1 Khái niệm chung về nguồn một chiều 4 1.2. Biến áp nguồn và chỉnh lƣu 4 1.2.1. Biến áp nguồn 4 1.2.2. Chỉnh lưu 5 1.3. Bộ lọc một chiều 6 1.4. Ổn định điện áp 8 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) 2.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn 9 2.2. Phƣơng án thiết kế 9 2.2.1. Biến áp và chỉnh lưu 9 2.2.2. Lọc nguồn 9 2.2.3. Tạo điện áp 24V 10 2.2.4. Tạo điện áp 12V và 5V 10 2.2.5. Tạo điện áp 3,7V 11 2.2.6. Danh mục linh kiện 14 CHƢƠNG 3: KẾT LUẬN 3.1. Tổng hợp kết quả 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 4 CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG 1.1 Khái niệm chung về nguồn một chiều Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các thiết bị điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều của nó tổng quát được lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua một quá trình biến đổi được thực hiện trong nguồn một chiều. Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ra ít phụ thuộc điện áp mạng, của tải và nhiệt độ. Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định điện áp. Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh được biểu diễn như trên hình 1.1: Hình 1.1: Sơ đồ khối một bộ nguồn ổn áp Chức năng của các khối: - Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị thích hợp với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể không cần dùng biến áp. - Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một chiều UT (có giá trị thay đổi nhấp nhô). Sự thay đổi này tùy thuộc tưng dạng mạch chỉnh lưu. - Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch UT thành điện áp một chiều U01 ít nhấp nhô hơn. - Bộ ổn áp một chiều có nhiệm vụ ổn định điện áp ở đầu ra của nó U02 khi U01 thay đổi. Trong trường hợp không có yêu cầu cao thì không cần bộ ổn áp một chiều. Tùy theo điều kiện cà yêu cầu cụ thể mà bộ chỉnh lưu có thể mắc theo những sơ đồ khác nhau và dùng các van chỉnh khác nhau. 1.2. Biến áp nguồn và chỉnh lƣu 1.2.1. Biến áp nguồn Biến áp nguồn làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện thành điện áp xoay chiều có trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lưu nguồn và ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạng điện xoay chiều về mạch một chiều. Biến áp Chỉnh lưu Lọc Ổn áp1 chiều Tải U1 U2 UT U01 U02 Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 5 1.2.2. Chỉnh lƣu Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành năng lượng dòng điện một chiều. Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế. Sơ đồ cấu trúc thường gặp của mạch chỉnh như hình 1.2: Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Trong đó: - BA: Biến áp. Tùy vào yêu cầu mà có thể là tăng áp hay giảm áp. - MV: Mạch van. Các van ván dẫn được mắc theo nguyên tắc để tiến hành quá trình chỉnh lưu. - LSB: Lọc san bằng. Trên hình 1.3 là một số mạch chỉnh lưu thường gặp trong thực tế: Hình 1.3: Một số sơ đồ chỉnh lưu trong thực tế a) tia 1 pha, b) tia 1 pha có điểm giữa c) tia 3 pha, d) cầu 1 pha e) cầu 3 pha, g) tia 6 pha Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 6 Bảng 1.1: Tham số chính của các mạch chỉnh lưu cơ bản 1.3. Bộ lọc một chiều Trong các mạch chỉnh lưu ở trên điện áp ra tải mới có cực tính không đổi, nhưng giá trị của điện áp ra thay đổi theo chu kỳ, gọi là sự đập mạch (gợn sóng) của điện áp sau chỉnh lưu. Người ta định nghĩa hệ số đập mạch Kđm của điện áp. =ê  ó     á   ì   Hình 1.4: Sơ đồ khối bộ lọc Hiệu quả của khâu lọc được đánh giá qua hệ số san bằng: = Hệ số san bằng càng lớn thì điện áp ra càng ổn định, càng ít nhấp nhô, chất lượng bộ lọc càng tốt. Lọc Kđmv Kđmr Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 7 Một số bộ lọc thường gặp là lọc điện cảm L, lọc điện dung C, lọc LC và lọc hình π có sơ đồ như trên hình 1.5: Hình 1.5: Các sơ đồ bộ lọc san phẳng cơ bản a) lọc điện cảm, b) lọc LC c) lọc điện dung, d) lọc hình π (lọc CLC) - Lọc điện cảm: Giá trị điện cảm lọc cần để có hệ số Ksb cần thiết là:  =211 [] Lọc điện cảm phù hợp với tải công suất lớn, vì công suất càng lớn thì điện trở tải Rt càng nhỏ, sẽ càng dễ dàng thực hiện điều kiện lọc tốt nhất là XL>>Rt. - Lọc điện dung: Giá trị tụ điện được xác gần đúng theo công thức:  =11 [] Lọc điện dung khó thực hiện với tải công suất lớn, vì Rt càng nhỏ càng khó thực hiện điều khiện lọc tốt XC<<Rt do giá trị tụ C phải lớn. Do đó lọc tụ chỉ dùng cho tải công suất nhỏ. - Lọc LC: Đây thực chất là kết hợp của hai loại lọc trên, do vậy để lọc hiệu quả vẫn cần tuân theo nguyên tắc: XL>>Rt; XC<<Rt. Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 8 Ta có: .  =+ 1212 - Lọc hình π (lọc CLC): Đây là bộ lọc gồm 2 mắt lọc, lọc C và lọc LC mắc nối tiếp nhau.Hệ số san bằng của bộ lọc bằng tích hệ số san bằng của từng mắt lọc. = .  Lọc CLC ứng dụng khi cần có Ksb>50. 1.4. Ổn định điện áp Có một số phương pháp ổn định điện áp một chiều sau: - Sử dụng đi-ốt Zenner - Sử dụng IC ổn áp cố định: 78xx, 79xx. Với IC 78xx, điện áp ra cố định là dương xx. Với IC 79xx, điện áp ra cố định là âm xx. - Sử dụng IC ổn áp thay đổi được (mắc điện trở ngoài để thay đổi giá trị điện áp ra): LM317,… Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 9 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) 2.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn Các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn: - Điện áp vào: 220Vac – 50Hz. - Điện áp ra: 4 mức 3,7Vdc ; 5Vdc ; 12Vdc ; 24Vdc. - Dòng điện ra: 2A 2.2. Phƣơng án thiết kế Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật trên ta lựa chọn phương án thiết kế cho từng khối của bộ nguồn: 2.2.1. Biến áp và chỉnh lƣu Đầu vào là lưới điện xoay chiều dân dụng (220V – 50Hz) nên sử dụng biến áp 220-24V, với dòng 3A. Sử dụng mạch chỉnh lưu cầu, vì chỉnh lưu cầu có hệ số Ku lớn và có độ đập mạch nhỏ. 2.2.2. Lọc nguồn Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch UT thu được sau khối chỉnh lưu thành điện áp 1 chiều U01 ít nhấp nhô hơn. Vì mạch nguồn này là mạch công suất nhỏ nên sử dụng phương pháp lọc điện dung C (với C=4700 F). Hình 2.1: Sơ đồ khối biến áp nguồn, chỉnh lưu cầu và lọc BR1KBU4AC54700uV1VSINEVA=220FREQ=50HzTR1TRAN-2P2STìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 10 2.2.3. Tạo điện áp 24V Sơ đồ mạch ổn áp 24V được biểu diễn trên hình vẽ 2.2. Hình 2.2: Sử dụng IC7824 tạo điện áp ổn định 24V Điện áp ra sau mạch cầu chỉnh lưu và lọc nguồn có dạng nhấp nhô không ổn định, ta sử dụng IC ổn áp 7824 để ổn định điện áp ở giá trị 24V. Tụ điện C6 để lọc điện áp trước khi vào 7824, tụ điện C7 để lọc điện áp sau khi qua 7824. Dòng vào không ổn định nên cần tụ có giá trị lớn C6 = 470 F, dòng qua 7824 đã ổn định nên không cần tụ giá trị lớn C7=10 F. Vì IC7824 chỉ có thể cấp dòng ra đạt giá trị 1A (theo lý thuyết, thực tế thấp hơn nữa) nên phải khuếch đại dòng ra. Ở đây dùng transistor TIP42 để khuếch đại dòng điện ra. Giá trị điện trở R6 quyết định dòng đi qua 7824. Dòng IB của transistor không đáng kể nên dòng qua 7824 xấp xỉ dòng qua R6. Hiệu điện thế hai đầu điện trở R6 chính là hiệu điện thế UEB giữa hai chân transistor, UEB ≈ 0,7V. Sử dụng transistor để dẫn dòng, và 7824 để ổn định điện áp ra vì vậy không cần dòng lớn đi qua 7824. Chọn dòng qua 7824 khoảng 0,3A, từ đó xác định giá trị điện trở R6: 6 =7824=0,70,3= 2,33  Chọn giá trị điện trở R6=2,2Ω, xác định lại được dòng qua 7824 7824=6=0,72,2= 0,32  2.2.4. Tạo điện áp 12V và 5V Với điện áp 12V và 5V ta cũng sử dụng phương pháp tương tự như tạo điện áp 24V, sơ đồ mạch được biểu diễn trên hình 2.3. VI1VO3GND2U47824C6470uC710uQ3TIP42R62R2Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 11 Hình 2.3: Mạch tạo điện áp ổn định 12V và 5V Ở đây, tụ điện C1 và C3 lọc điện áp trước khi vào IC, tụ điện C2 và C4 lọc điện áp sau khi qua IC. Transistor TIP42 để khuếch đại dòng điện. Giá trị điện trở R1 và R2 quyết định dòng qua IC ổn áp. C1=C3=470 F, C2=C4=10 F, R1=R2=2,2Ω. 2.2.5. Tạo điện áp 3,7V Theo yêu cầu thiết kế mạch ổn áp có điện áp ra là 3,7V, ta sử dụng IC ổn áp LM317. Bằng cách điều chỉnh điện trở phụ mắc bên ngoài ta có thể dễ dàng tạo điện áp ra trong một khoảng mong muốn cho phép. LM317 là một IC ổn áp thông dụng được ứng dụng nhiều trong thực tế với các ưu điểm như điện áp ra ổn định cũng như cách điều chỉnh điện áp khá đơn giản (chỉ cần thêm 2 điện trở bên ngoài để đặt điện áp ra). LM317 là linh kiện ổn áp bù nối tiếp cho điện áp ra ổn định hơn so với các loại IC ổn áp cố định khác. Ngoài việc có hiệu suất cao hơn IC ổn áp cố định, loại IC này còn tích hợp khả năng hạn dòng khi ngắn mạch, bảo vệ quá tải, quá nhiệt,… Ký hiệu và hình dạng IC LM317 như hình vẽ 2.4: Hình 2.4: IC LM317 Một số đặc điểm kỹ thuật cơ bản của LM317: - 1,2V≤ Uout ≤ 35V - Ioutmax=1,5A VI1VO3GND2U17812VI1VO3GND2U27805Q1TIP42Q2TIP42C1470uC210uR12R2R22R2C3470uC410uR72R2Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 12 - 3V≤ Uin-Uout≤40V - Iadj=50÷100uA - 10mA≤Iout≤Imax - Tvh=0÷125 oC LM317 có cấu tạo 3 chân như hình vẽ, 2 chân ngoài là Uin và Uout còn chân ở giữa là chân ADJ. Ngoài ra muốn điều chỉnh điện áp ra ta mắc nối thêm các điện trở theo hình 2.5 Hình 2.5:Mạch tạo điện áp ổn định 3,7V Điện áp ra được tính theo công thức = 1,25 ×1 +4 + 53+ ×4 + 5 Nhưng do Iadj rất nhỏ (khoảng 50÷100uA) nên có thể tính gần đúng = 1,25 ×1 +4 + 53 Chọn giá trị điện trở R3=220Ω, R4=330Ω, R5=100Ω ta thu được giá trị Ura = 1,25 ×1 +330 + 100220= 3,69  Tổng hợp lại ta thu được toàn bộ sơ đồ mạch theo hình 2.6 VI3VO2ADJ1U3LM317EMPR3220RR4330RR5100RTìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 13 VI1VO3GND2U17812VI1VO3GND2U27805Q1TIP42Q2TIP42C1470uC210uR12R2R22R2C3470uC410uVI3VO2ADJ1U3LM317EMPBR1KBU4AC54700uVI1VO3GND2U47824C6470uC710uQ3TIP42R62R2R3220RR4330RR5100RTR1TRAN-2P2STìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 14 2.2.6. Danh mục linh kiện STT Tên linh kiện Số lượng Đơn giá Thành tiền 1 Điện trở 6 3.000 2 Tụ 4700 uF 1 10.000 10.000 3 Tụ 470 uF 3 3.000 9.000 4 Tụ 10 uF 3 2.000 6.000 5 Transistor TIP42 3 5.000 15.000 6 IC 7824 1 5.000 5.000 7 IC 7812 1 5.000 5.000 8 IC 7805 1 5.000 5.000 9 IC LM317 1 6.000 6.000 10 Biến áp 1 60.000 60.000 11 Cầu chỉnh lưu 1 3.000 3.000 12 Bảng mạch 1 30.000 30.000 Cộng 23 157.000 Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 15 CHƢƠNG 3: KẾT LUẬN 3.1. Tổng hợp kết quả Tổng hợp kết quả tính toán lý thuyết, mạch mô phỏng và mạch thực tế ta thu được bảng 3.1 Lý thuyết Mạch mô phỏng Mạch thực tế Tạo nguồn 24V 24 V 24.1 V 23.9 V Tạo nguồn 12V 12 V 12 V 12.15 V Tạo nguồn 5V 5 V 5.01 V 4.95 V Tạo nguồn 3.7V 3.69 V 3.72 V 3.72 V Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả Sau một thời gian tìm hiểu và thiết kế, nhóm em đã hoàn thành đồ án: ”Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)”. Kết quả đã lắp được mạch điện, kết quả thu được xấp xỉ với điện áp yêu cầu của thiết kế. Qua đề tài này đã giúp nhóm em có thể áp dụng kiến thức đã học vào thực tế đồng thời nâng cao khả năng tự tìm hiểu và thiết kế các mạch điện tương tự. Từ những kiến thức đã thu được trong quá trình thực hiện đồ án này sẽ giúp chúng em có thêm kinh nghiệm để thiết kế các mạch điện mới có độ phức tạp hơn. Cuối cùng nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Hoàng Nam đã tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Nhóm sinh viên thực hiện Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh. Điện tử công suất. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2007. 2. Nguyễn Trinh Đường, Lê Hải Sâm, Lương Ngọc Hải, Nguyễn Quốc Cường. Điện tử tương tự. NXB Giáo dục, 2008. 3. Đỗ Xuân Thụ. Kỹ thuật điện tử. NXB Giáo dục, 2005. 4. Diễn đàn hội quán điện tử: 5. Diễn đàn điện tử Việt Nam: 6. Diễn đàn:

Tài liệu liên quan

• Đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu và thiết kế bộ biến tần truyền thống ba pha
  • 91
  • 710
  • 1
• TÌM HIỂU và THIẾT kế bộ BIẾN tần 3 PHA
  • 92
  • 692
  • 1
• tìm hiểu và thiết kế sản phẩm đo nhiệt độ môi trường dùng vi điều khiển pic16f877a
  • 16
  • 1
  • 3
• Tìm hiểu và thiết kế bộ sạc bình từ pin mặt trời đạt hiệu suất cao nhất nguyễn hữu thanh
  • 80
  • 559
  • 1
• Tìm hiểu và thiết kế bộ sạc bình từ pin mặt trời đạt hiệu suất cao nhất
  • 89
  • 606
  • 1
• tìm hiểu và thiết kế mạch tạo dãy tín hiệu tuần hoàn dùng ff –jk
  • 15
  • 1
  • 6
• Tìm hiểu và thiết kế mạch điều khiển LCD 128x240 DOT
  • 121
  • 491
  • 1
• Tìm hiểu và thiết kế bộ chia tín hiệu màn hình : Khoá luận tốt nghiệp đại học
  • 41
  • 412
  • 0
• vào tìm hiểu và thiết kế tháp hấp phụ v06
  • 79
  • 809
  • 2
• Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)
  • 15
  • 3
  • 8

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(942.88 KB - 15 trang) - Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V) Tải bản đầy đủ ngay ×