Chương 2: Thiết kế các board khối của board A 1. Thiết kế board nguồn ổn áp ngắt dẫn. Mạch được thiết kế trên một board riêng ( phần diode nắn điện và tụ lọc điện nằm trên board chính A ) và mạch này có thể thay bằng 1 board mạch hoạt động theo nguyên lý kiểu khác nhưng thông số kỹ thuật phải phù hợp. Để an toàn cho Sinh Viên khi thao tác thực hành, mạch được thiết kế mass cách ly. a. Thông số kỹ thuật: - V in : 130V DC ÷ 305V DC - V out : B + 1 : 115 V - B + 2 : 16 V - P max : 120 watt - Tần số hoạt động của mạch: 30KHz ÷ 50 KHz - Độ gợn sóng trên áp một chiều ( Ripple ) : 100 mV pp b. Sơ đồ khối: Phần tử chuyển mạch Nắn và lọc Dao động và điều chỉnh tần số xung p chuẩn p tham chiếu Phần tử điều khiển Vi xử lý Điện áp DC (sau khi nắn điện và lọc điện) Nắn và lọc Biến áp xung cách ly mass Phần tử chuyển mạch FBT 16V 115V DC c. Sô ñoà nguyeân lyù: C13 R1 D1 D3 C14 C15 C16 C17 D2 D4 C1 R2 R3 R10 C5 R30 C10 1 4 7 C2 R8 OPTO Q1 R5 R4 D5 C3 R6 Q2 R11 R12 L C6 R13 D6 C4 Q3 R7 D7 R9 D9 D8 3 2 D10 Q4 R14 R15 R17 VR R16 R18 5 6 8 D12 C11 D11 C7 C8 R19 R24 R25 R31 C18 C21 7805 Q8 R26 Q? NPN 5V 16V VI XÖÛ LYÙ 115V VI XÖÛ LYÙ d. Tính toán và thiết kế mạch: ª Biến áp xung: Biến áp xung hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điêän từ, lõi của biến áp là ferit nên tổn hao ít và hiệu suất cao. - Tính dòng đỉnh cuộn sơ cấp biến áp: I pp = 2P o / V Imin . δ max Điện áp DC nhỏ nhất sau khi qua chỉnh lưu: V Imim =100.1.4 =140V Điện áp DC lớn nhất sau khi chỉnh lưu: V I max =260. 1,4 =376V Tỉ số điện áp vào: K = 376 / 140 = 2,62 δ max : chu kỳ làm việc lớn nhất Chọn δ max = 0,7 Chu kỳ làm việc nhỏ nhất ngõ vào: δ min = δ max / (1- δ max ). K + δ max = 0,7 / (1- 0,7 ). 2,62 + 0,7 = 0,47 Dòng đỉnh cần tính: I pp = 2. 200 / 140. 0,7 = 4,08A Vậy chu kỳ làm việc có giá trò trong khoảng 0,47 đến 0,7 khi điện áp ngõ vào thay đổi trong khoảng từ 140 V DC đến 367V DC . -Tính chiều dài khe hở: Điện cảm sơ cấp biến áp xung: L p = V Imin .δ max /I pp .f L p =140.0,7/4,08.20 =1,2.10 3 H Thể tích hiệu dụng của lõi: V e = 0,4 L p . I 2 pp .10 8 /B 2 max Chọn B sat = 4000 gauss Suy ra: B max =B sat / 2 =2000 gauss Suy ra: V e = 0,4.3,14.10 -3 .(4,08) 2 .10 8 /( 2000) 2 Tiết diện lõi biến áp xung A e được chọn: 0,96cm 3 Chiều dài khe hở: Lg = V e / A e = 0,63 / 0,96 = 0,64 cm -Tính số vòng dây quấn: Số vòng dây quấn cho một volt là: N = 10 8 / K.f.A e .B max Chọn K =4 Suy ra n = 108 / 4.20.103.0,96.2000 = 0,7 vòng/ Volt Số vòng cuộn sơ cấp: N s =V o .n =150.0,7 = 80,5 vòng Tính cỡ dây quấn: Dòng điện tải I L là: I L =P 0 / V 0 =200/115 = 1,74 A Đường kín dây quấn: D = 1,3.( √I L /J) J : Mật độ dòng điện Chọn J = 4 A/ mm 2 Suy ra d =11,3 .( √1,74/4) =0,75 mm Vậy ta chọn cỡ dây từ 0,7 đến 0,8 mm ª Tính toán mạch điện: Chọn transistor chuyển mạch Q 102 Nguồn cung cấp được tính với điện áp vào lớn nhất: V CC =260.√2 = 367 V DC Vậy khi Q 4 ngưng dẫn thì V CE của Q 4 đạt giá trò 367 V DC Dòng điện ngõ ra cũng là dòng điện tải: I 0 = I L = P 0 /U 0 Tra sổ ta chọn transistor chuyển mạch Q 4 là 3688 Vậy ở hai chế độ làm việc thì ứng với: t on1 = d 1 / f = 0,82 / 20.10 3 = 41 µs t on2 = d 2 / f = 0,34 / 20.10 3 = 17 µs t off1 = (1/f )/t on1 = (10 6 /20.10 3 )-17 =3 µs Dòng điện cuộn cảm phóng qua tải: I pk1 = 2I Lmax. [ 1+ (V 0 /V ) ] = 2.1,774.[ 1+ (115/140)] = 6,3A Do vậy tụ lọc có giá trò: C 1 = [(I PK1 -I L ) 2 .t on1 .V Imin ]/2.V I .I PK1 .V 0 = [(6,3 - 1,74) 2 . 41.10-6.140]/2.100.10 -3 .4,66.115 = 8,23 µF C 2 = [(I PK2 - I L ).t on2 .V Imax ]/2.V I .I PK2 .V 0 = [(4,66-1,74)2.41.10-6.338]/2.100.10-3.6,3.115 = 457 µF Để đảm bảo an toàn ta chọn tụ lọc điện ngõ ra có giá trò: 1000 µF/180V Tính cuộn cảm : L 1 = [(V Imin -V 0 ).t on1 ]/ I PK1 L 1 = [(140-115)].41.10 -6 /6,3 L 1 = 162,7 µH L 2 = [( V Imax - V 0 ).t on2 /I PK2 = [(338-115).17.10-6/4,46 =717,8 µH L 2 > L 1 nên chọn L 2 =717,8 µH L 2 = Ф.m / I PK2 Chọn B = 0,4 T S= 0,85cm2 Suy ra: n = L 2 . I PK2 / B.S = 717,8.10 -6 .4,66 / 0,4.10 -4 .0,85 = 98,4 vòng Thời gian của chu kỳ xung: T = 1 / f =1 / 20.10 3 = 50 µs Thời hằng để tụ nạp đầy có thể lấy từ 30 đến 100 chu kỳ xung Chọn 60 chu kỳ xung, và thời hằng sẽ là: ﺡ = 60. T = 60 .5 = 3000 µs ªTính bộ lọc ngõ ra: Chọn tụ lọc ngõ ra với độ gợn sóng bé nhất là: V = 100 mV Chế độ làm việc của chu kỳ xung: d = ( V 0 + V D ) / (V I + V D ) Chế độ làm việc của chu kỳ xung với điện áp vào thấp nhất: d 1 = (115 + 0,7 ) / ( 140 + 0,7 ) = 0,82 Chế độ làm việc của chu kỳ xung với điện áp vào lớn nhất: d 2 = ( 115 + 0,7) / (338 + 0,7 ) = 0,34 Mặt khác: d = t on / ( t on + t off ) = t on / T =t on .f Suy ra: t on = d / f : Thời gian dẫn của transistor chuyển mạch t off = ( 1 / f ) - t on : Thời gian ngắt của transistor chuyển mạch e. Thiết kế mạch in board nguồn ổn áp ngắt dẫn . - 1,74) 2 . 41.10-6.140] /2. 100.10 -3 .4,66.115 = 8 ,23 µF C 2 = [(I PK2 - I L ).t on2 .V Imax ] /2. V I .I PK2 .V 0 = [(4,66-1,74 )2. 41.10-6.338] /2. 100.10-3.6,3.115. 5 6 8 D 12 C11 D11 C7 C8 R19 R24 R25 R31 C18 C21 7805 Q8 R26 Q? NPN 5V 16V VI XÖÛ LYÙ 115V VI XÖÛ LYÙ d. Tính toán và thiết kế mạch: ª Biến áp xung: Biến