Đang tải... (xem toàn văn)
THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Phần I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Khái niệm về nguồn áp một chiều . II. Lý thuyết khối biến áp , khối chỉnh lưu , nguyên tắc ổn áp 78xx – 79xx , các loại IC điều chỉnh điện áp. 1. Khối biến áp nguồn . 2. Khối chỉnh lưu . 2.1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ . 2.2. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ . 2.3. Mạch chỉnh lưu bội áp ( n=2). 2.4. Mạch chỉnh lưu cầu . 3. Nguyên tắc ổn áp 78xx – 79xx . 3.1 Họ IC 78xx . 3.2 Họ IC 79xx. 3.3 Ứng dụng của IC 78xx và IC 79xx vào bộ nguồn. 4. IC điều chỉnh điện áp . 4.1. IC LM317. 4.2. IC LM337. III. Lọc các thành phần xoay chiều . 1. Lọc bằng tụ điện C. 2. Lọc bằng cuộn cảm L . 3. Bộ lọc hình L khác hình π . 4. Bộ lọc cộng hưởng. IV. Ổn định điện áp . 1. Nguyên tắc mạch ổn áp có hồi tiếp . 2. Bộ ổn áp tuyến tính IC . Phần II. THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI I. Sơ đồ khối . 1. Lựa chọn thiết bị và linh kiện . a. Biến áp . b. Mạch chỉnh lưu . c. Bộ lọc nguồn . d. Khối ổn áp . 2. Phương án thiết kế. II. Phương án thiết kế . III. Mạch thực tế . Phần III .KẾT LUẬN
SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - - - - - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN CƠ SỞ ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Mai Anh Sinh viên thực hiện : Hoàng Văn Công Lớp : ĐH Điện 5ANĐ Khóa : 2011 – 2015 TP Nam Định , năm 2014 Nhận xét ( của giáo viên hướng dẫn ) THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 1 SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… A. Nhiệm vụ đồ án . THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 2 SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH 1. Nêu được khái niệm về nguồn ổn áp một chiều . 2. Nắm được nguyên lý hoạt động của các khối : biến áp . chỉnh lưu , bộ lọc và ổn áp . 3. Vẽ đươc mạch nguyên lý : mạch ổn áp có đầu ra thay đổi . 4. Tìm được loại IC chính xác có chức năng điều chỉnh điện áp ở đầu ra . 5. Phương án thiết kế . B. MỤC LỤC THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 3 SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH Mở Đầu Phần I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Khái niệm về nguồn áp một chiều . II. Lý thuyết khối biến áp , khối chỉnh lưu , nguyên tắc ổn áp 78xx – 79xx , các loại IC điều chỉnh điện áp. 1. Khối biến áp nguồn . 2. Khối chỉnh lưu . 2.1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ . 2.2. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ . 2.3. Mạch chỉnh lưu bội áp ( n=2). 2.4. Mạch chỉnh lưu cầu . 3. Nguyên tắc ổn áp 78xx – 79xx . 3.1 Họ IC 78xx . 3.2 Họ IC 79xx. 3.3 Ứng dụng của IC 78xx và IC 79xx vào bộ nguồn. 4. IC điều chỉnh điện áp . 4.1. IC LM317. 4.2. IC LM337. III. Lọc các thành phần xoay chiều . 1. Lọc bằng tụ điện C. 2. Lọc bằng cuộn cảm L . 3. Bộ lọc hình L khác hình π . 4. Bộ lọc cộng hưởng. IV. Ổn định điện áp . 1. Nguyên tắc mạch ổn áp có hồi tiếp . 2. Bộ ổn áp tuyến tính IC . Phần II. THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 4 SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH I. Sơ đồ khối . 1. Lựa chọn thiết bị và linh kiện . a. Biến áp . b. Mạch chỉnh lưu . c. Bộ lọc nguồn . d. Khối ổn áp . 2. Phương án thiết kế. II. Phương án thiết kế . III. Mạch thực tế . Phần III .KẾT LUẬN MỞ ĐẦU THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 5 SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH Ngày nay , với đòi hỏi của sự phát triển của Khoa học – Kỹ thuật , thì các thiết bị điện tử ngày càng xuất hiện nhiều và có những ảnh hưởng đáng kể đến các lĩnh vực trong kinh tế và công nghiệp . Và các thiết bị điện tử thì đều đòi hỏi nguồn cung cấp phải có điện áp phù hợp , độ ổn định cao để thiết bị có thể hoạt động tốt và đạt độ chính xác cao và hệ thống hoạt động ỏn định . Các kỹ thuật chế tạo các nguồn ổn áp , công suất cao , kích thước nhỏ gọn , độ ổn định cao đang là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu . Từ tầm quan trọng của việc ứng dụng nguồn ổn áp thay đổi giá trị đó vào trong thực tế thì nhóm em đã chọn đề tài : “ Thiết kế nguồn ổn áp có đầu ra thay đổi ” . Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ , hướng dẫn tận tâm , của cô giáo : Th.s Nguyễn Mai Anh đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này . Do kiến thức và khả năng bản thân chúng em còn nhiều hạn chế nên quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài còn nhiều thiếu xót , nên chúng em rất mong sự góp ý của các thầy cô để chúng em có thể hoàn thiệ các đề tài lần sau một cách hoàn thiện và tốt hơn . Sinh viên thực hiện Hoàng Văn Công Phần I . CƠ SỞ LÝ THUYẾT . THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 6 SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH I. Khái niệm về nguồn áp một chiều . Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện một chiều cho các thiết bị điện tử hoạt động . Nguồn một chiều được lấy từ nguồn xoay chiều dân dụng , qua biến đổi hạ áp bằng biến áp , và xử lý qua mạch ổn áp và cố định ra đến giá trị cần thiết . Yêu cầu của loại nguồn này là : Đầu ra phải ít phụ thuộc vào điện áp xoay chiều , các tác nhân khác nhau như nhiệt độ , độ bất ổn dòng xoay chiều , để đạt được điều đó thì người ta thường sử dụng biến áp để hạ áp xoay chiều 220V và sau đó ổn định dòng điện cũng như đưa dòng về các mức một chiều cần thiết bằng hệ thống mạch gồm các linh kiện ổn áp , chỉnh lưu , lọc v.v. Sơ đồ khối : Chức năng của các khối : - Biến áp: có nhiệm vụ để biến đổi dòng xoay chiều U 1 = 220V thành dòng xoay chiều có giá trị điện áp U 2 phù hợp với yêu cầu . - Mạch chỉnh lưu : Có nhiệm vụ chuyển điện áp U 2 thành dòng một chiều không bằng phẳng U T ( có giá trị thay đổi nhấp nhô ) . Sự thay đổi này phụ thuộc vào từng dạng mạch chỉnh lưu . - Bộ lọc : có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều U T thành điện áp một chiều U O1 ổn định và ít nhấp nhô hơn nữa . THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 7 Biến áp Mạch chỉnh lưu Bộ lọc Bộ ổn áp (ổn dòng) U 1 ~ U 2 ~ U T U O1 U O2 I T R T SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH - Bộ ổn áp : có nhiệm vụ ổn định điện áp ( dòng điện) ở đầu ra của nó U O2 (I T ) khi thay đổi theo sự mất ổn định của U O1 hay I T . Trong nhiều trường hợp nếu không có yêu cầu cao nào thì không cần bộ ổn áp hay ổn dòng một chiều . II. Lý thuyết khối biến áp nguồn , khối chỉnh lưu ,nguyên tắc ổn áp , các IC thay đổi điện áp . 1. Khối biến áp nguồn . Khối biến áp nguồn làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện thành điện áp xoay chiều với trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lưu và ngăn cách mạch điện chỉnh lưu với mạng điện xoay chiều về một chiều . . Nó bao gồm 1 cuộn dây sơ cấp và 1 cuộn dây thứ cấp được quấn trên một lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dát mỏng ghép lại với nhau . Sở dĩ phải được cấu tạo từ các lá thép mà không phải là một khối thép đặc là vì để tránh dòng Fuco chạy trên đó, gây tỏa nhiệt . Hình vẽ : Trong đó : N p : là số vòng của cuộn sơ cấp . N s : là số vòng dây của cuộn thứ cấp . U p : điện áp xoay chiều đặt ở đầu vào cuộn sơ cấp . U s : điện áp xoay chiều ở đầu ra của cuộn thứ cấp . Nguyên tắt làm việc của biến áp như sau : Khi đầu vào sơ cấp của biến áp ta đặt một điện áp xoay chiều U p = U lưới có dạng hình sin ( f=50Hz) , trong lõi thép xuất THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 8 SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH hiện một từ trường biến thiên theo quy luật hình sin giống như đầu vào (f=50Hz) . Từ thông biến thiên này cảm ứng sang bên cuộn dây thứ cấp một điện áp xoay chiều cũng ở dạng hình sin với f=50Hz nhưng có biên độ nhỏ hơn . ta có quan hệ giữa biên độ điện áp và điện áp vào tỷ lệ thuận với tỷ số vòng dây N p và N s : Do đó , khi N p >N s thì U p >U s . Thực tế biên độ điện áp U s có quan hệ tỉ lệ thuận với yếu tố sau : + Biên độ điện áp U p . + Tỉ độ N p /N s . + S : Diện tích lõi biến áp . + Độ từ thẩm của vật liệu làm lõi biến áp . + f : Tần số của điện áp hình sin đầu vào . Trong bản thiết này ta sẽ hạ mức điện áp lưới từ 220 V xuống còn khoảng 18 V . Trên cơ sở đó , ta sẽ tính toán các thông số của khối biến áp như số vòng dây cuốn trên hai cuộn sơ cấp , thứ cấp , đường kính dây cuốn , tiết diện của các lá thép … sao cho phù hợp với những yêu cầu của đề bài . 2. Khối chỉnh lưu. Các phần tử tích cực dùng để chỉnh lưu là các phần tử có đặc tuyến Volt-Ampe không đối xứng sao cho dòng điện đi qua nó chỉ đi qua một chiều . Người ta thường dùng chỉnh lưu Silic , để có công suất nhỏ hoặc trung bình cũng có thể dùng chỉnh lưu Selen . Để có công suất ra lớn (>100W) và có thể điều chỉnh điện áp ra tùy ý , người ta dùng Thyristor để chỉnh lưu . Các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp là chỉnh lưu nửa chu kỳ , sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ , mạch chỉnh lưu bội áp và sơ THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 9 SVTH : HOÀNG VĂN CÔNG GVHD : Th.s NGUYỄN MAI ANH đồ chỉnh lưu cầu mà trong sở đồ chỉnh lưu cầu có nhiều ưu điểm hơn cả . Mạch chỉnh lưu phải có hiệu suất ( tỷ số giữa công suất ra và công suất hữu ích ở đầu vào ) cao , ít phụ thuộc vào tải và độ gợn sóng của điện áp ra nhỏ . Sau đây ta sẽ xét về sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ và sơ đồ chỉnh lưu cầu . 2.1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ : Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ sử dụng một điốt (diode) mắc nối tiếp với tải tiêu thụ , ở chu kỳ dương khiến cho điốt được phân cực thuận do đó có dòng điện đi qua điốt và đi qua tải . Ở chu kỳ âm , điốt bị phân cực ngược do đó không có dòng qua tải . Dòng điện áp đầu ra của chỉnh lưu nửa chu kỳ : Nhận xét : - Ưu điểm : Mạch đơn giản , chỉ dùng 1 điốt . - Nhược điểm : Mạch điện chỉ làm việc trong mỗi nửa chu kỳ nên hiệu suất sử dụng biến áp nguồn thấp . Dạng sóng ra có độ gợn sóng , tần số sóng là 50Hz , việc lọc san bằng độ gợn sóng khó khăn , hiệu quả kém nên thực tế ít dùng . THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP CÓ ĐẦU RA THAY ĐỔI Page 10 [...] .. . GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH Dng seri 78xx Output Voltage (V) Minnimum Input Voltage (V) LA7805 +5 7.3 LA7806 +6 8.3 LA7808 +8 1 0.5 LA7810 + 10 1 2.5 LA7812 + 12 1 4.6 LA7815 + 15 1 7.7 LA7818 + 18 2 1.0 LA7824 + 24 2 7.1 Cỏc IC 78xx dũng cho in ỏp ra tng ng vi dũng l 1A 3.2 H IC 79xx : Cng nh h IC 78xx thỡ h IC 79xx cú hot ng tng t nhng in ỏp u ra l õm ( - ) trỏi ngc vi 78xx Nú chu c dũng l 1A v 0.1 A .. . K MCH N P Cể U RA THAY I Page 29 SVTH : HONG VN CễNG GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH 2 Phng ỏn thit k Da vo nguyờn lý ca LM317 v LM337 ta s lp t mch nh sau : THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 30 SVTH : HONG VN CễNG GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH III Mch thc t 1 Mch Layout THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 31 SVTH : HONG VN CễNG GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH 2 Mch thc t THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 3 2.. . iu chnh ADJ v chõn u ra phi cú mt in ỏp nht nh tc l gia hai in tr R1 v R2 in ỏp luụn bng 1.2 5V ( Hng s khụng i ) Do vy ta mi cụng thc trờn THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 17 SVTH : HONG VN CễNG 4.2 GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH IC LM337 iu chnh in ỏp õm Tng t nh cỏch tớnh ca LM317 trờn nhng in ỏp u vo l 40V in ỏp gia chõn iu khin v chõn ra l 1.2 5V in ỏp u ra cú gii l - 1.2 5V n 37V Nhng thụng .. . u ra 3.3 ng dng ca 78xx v 79xx vo b ngun : Trong cỏc b ngun thỡ IC 78xx v IC 79xx c s dng rt nhiu trong cỏc mch ngun to ra in ỏp THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 15 SVTH : HONG VN CễNG GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH u ra mong mun c bit nhng thit b ny cn in ỏp u vo c nh khụng thay i lờn xung õy l mch nguyờn lý ca 78xx v 79xx 4 IC iu chnh in ỏp 4.1 IC LM317 : iu chnh in ỏp dng THIT K MCH N P Cể U RA. .. , Transitor iu khin v b hn dũng Cỏc IC thng m bo cho u ra dũng in t 100 mA n 1.5 A Hin nay ngi ta cng ó ch to ra loi IC n ỏp cú dũng 10 A Cỏc loi IC n ỏp thng dựng l : H 78xx , 79xx , LM317 , LM337 chỳng ta s c thy phn trờn rừ hn chỳng ta chỳ ý hn trong phn thit k mch thc t THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 28 SVTH : HONG VN CễNG GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH PHN II THIT K MCH NGUN P Cể U RA THAY. .. 20W + Dũng in u ra ln nht Imax = 1.5 A + m bo thụng s 3V VI VO 40V + 1,2V VOUT 35V + IADJ = (50 ữ100) àA vi IADJ l dũng in ra ti chõn ADJ Vi s trờn ta cú th iu chnh in ỏp u ra bng in tr R1 v bin tr R2 c ni nh hỡnh v in ỏp u ra c tớnh xp x bng : VOUT = 1.2 5( 1+ (R2 / R1)) + ( IADJ x R2) Do IADJ cú giỏ tr rt nh ( 50 - 100àA) Nờn cú th tớnh gn ỳng VOUT hay URA nh sau : URA = 1.2 5( 1+ (R2 / R1) ).. . 79xx s to ra c b ngun i xng Vớ d : 7805 n ỏp 5V , 7812 n ỏp 12V hay 7905 n ỏp in ỏp -5V, 7912 n ỏp 12V v v 3.1 H IC 78xx : 78xx l loi dũng IC dựng n nh in ỏp dng u ra vi iu kin vo luụn luụn ln hn u ra 3V Tựy loi IC 78xx m nú n ỏp u ra l bao nhiờu Hỡnh v : 78xx gm cú 3 chõn : 1 INPUT chõn ngun u vo 2 GND chõn ni õt 3 OUTPUT chõn ngun u ra Nhng dng seri ca 78xx : THIT K MCH N P Cể U RA THAY I .. . hỡnh 1.1 3.a Nguyờn lý lm vic ca loi s ny nh sau: Phn t iu chnh D iu tit dũng in trong gii hn cn thit qua ú iu chnh gim ỏp trờn in tr R d THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 25 SVTH : HONG VN CễNG GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH theo xu hng bự li: U2 = U1 - URd , do ú in ỏp ra ti c gi khụng i B to in ỏp chun a E ch vo so sỏnh vi in ỏp ra U2 b so sỏnh v sai lch gia chỳng c khuch i nh khi khuch i Y in ỏp ra. .. minh ha nguyờn tc lm vic ca cỏc mch n nh cú hi tip Trong mch ny, mt phn in ỏp (dũng in) ra c a v so sỏnh vi mt giỏ tr chun Kt qu so sỏnh c khuch i lờn v a n phn t iu khin Phn t iu THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 24 SVTH : HONG VN CễNG GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH khin thay i tham s lm cho in ỏp (dũng in) ra trờn nú thay i theo xu hng tim cn n giỏ tr chun Hỡnh sau minh ha phng phỏp ly tớn hiu a v mch .. . THIT K MCH N P Cể U RA THAY I Page 21 SVTH : HONG VN CễNG GVHD : Th.s NGUYN MAI ANH Cỏc b lc ny s dng tng hp tỏc dng ca cun cm L v t C lc, do ú cỏc súng hi cng gim nh v dũng in ra ti (hay in ỏp trờn ti) cng ớt nhp nhụ tng tỏc dng lc cú th mc ni tip 2 hay 3 mt lc hỡnh vi nhau Khi ú dũng in v in ỏp ra ti gn nh bng phng hon ton L C Rt Ur Hỡnh 3.1 : Lc hỡnh L ngc L C1 C2 Rt Ur Hỡnh 3.2 : Lc hỡnh Trong . dùng chỉnh lưu cầu do nó có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp chỉnh lưu khác là : + Có hiệu suất sử dụng biến áp cao hơn so với chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ thông thường ( do trong chỉnh lưu. mạch chỉnh lưu. Nhờ có tụ nối song song với tải, điện áp ra tải ít nhấp nhô hơn. C Rt Ur Hình 1: Lọc bằng tụ điện Do sự phóng và nạp tụ qua các 1/2 chu kỳ và do các sóng hài được rẽ qua mạch. ( nghĩa là an t với an t hoặc catốt với catốt ) có thế thành một mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ . Hình vẽ : II.3. Mạch chỉnh lưu bội áp ( tăng điện áp ra khối chỉnh lưu lên n lần so với điện