Đồ án Thiết kế mạch nguồn 12V - 3A

Lời mở đầu

Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, thế kỷ của cách mạng khoa học kỹ thuật. Quanh chúng ta rất nhiều thiết bị điện, trong đó nguồn điện đóng vai trò hết sức quan trọng để cung cấp năng lượng cho hầu hết các thiết bị quanh chúng ta. Mỗi loại thiết bị điện lại có một bộ nguồn phù hợp. vấn đề đặt ra là làm sao cho có được một bộ nguồn ổn đinh và bảo vệ thiết bị khi xảy ra sự cố.phương tiện tốt nhất.

Sau đây em xin giới thiệu về một bộ nguồn cơ bản.

 Với yêu cầu đặt ra:

- Mạch chạy ra 12 v -3A.

- Bảo vệ quá tải, ngắn mạch ngỏ ra.

- Bảo vệ quá điện áp ngỏ ra.

- Bảo vệ thấp áp ngỏ ra.

Nội dung đồ án được trình bày như sau:

Chƣơng 1: lý thuyết cơ bản

1.1 Máy biến thế.

1.2 Mạch chỉnh lưu.

1.3 Diode zenner

1.4 Cơ bản về op-amp

1.5 Relay điện từ.

 

pdf25 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 07/02/2013 | Lượt xem: 15703 | Lượt tải: 67download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiết kế mạch nguồn 12V - 3A, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN TỬ II ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ NIÊN KHÓA: 2007-2012 CHUYÊN ĐỀ: THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 12V- 3A GV. hƣớng dẫn: THS. NGUYỄN HỮU PHÚC SV. thực hiện: MSSV : LỚP : SV. LÊ VĂN KIỂM 407190025 D07DTA1 TP.HỒ CHÍ MINH -2010 ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 2 Lời mở đầu Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, thế kỷ của cách mạng khoa học kỹ thuật. Quanh chúng ta rất nhiều thiết bị điện, trong đó nguồn điện đóng vai trò hết sức quan trọng để cung cấp năng lượng cho hầu hết các thiết bị quanh chúng ta. Mỗi loại thiết bị điện lại có một bộ nguồn phù hợp. vấn đề đặt ra là làm sao cho có được một bộ nguồn ổn đinh và bảo vệ thiết bị khi xảy ra sự cố. phương tiện tốt nhất . Sau đây em xin giới thiệu về một bộ nguồn cơ bản.  Với yêu cầu đặt ra: - Mạch chạy ra 12 v -3A. - Bảo vệ quá tải, ngắn mạch ngỏ ra. - Bảo vệ quá điện áp ngỏ ra. - Bảo vệ thấp áp ngỏ ra. Nội dung đồ án được trình bày như sau: Chƣơng 1: lý thuyết cơ bản 1.1 Máy biến thế. 1.2 Mạch chỉnh lưu. 1.3 Diode zenner 1.4 Cơ bản về op-amp 1.5 Relay điện từ. Chƣơng 2: Mô phỏng và thiết kế mạch nguồn có bảo vệ. 2.1 Nhiệm vụ các khối của mach nguồn. 2.2 phân tích thiết kế mạch. ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 3 Chƣơng 1: lý thuyết cơ bản 1.1 Máy biến thế Thăng . Hehe. Máy biến thế hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lí:  Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)  Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (cảm ứng điện) Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường. Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt. Khi NP, UP, IP, ΦP và NS, US, IS, ΦS là số vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện và từ thông trong mạch điện sơ cấp và thứ cấp (primary và secondary) thì theo Định luật Faraday ta có: ( Mô hình máy biến thế) ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 4 ( Từ thông cảm ứng trong lõi thép máy biến thế) và Nếu ΦS = ΦP thì , ngoài ra Như vậy (máy biến thế lí tưởng). 1.2 Mạch chỉnh lưu (Rectification). Chỉnh lưu là quá trình chuyển đổi từ tín hiệu xoay chiều (ac) thành tín hiệu một chiều (dc). 1.2.1 Chỉnh lưu bán sóng (Half-wave rectification) Trong mạch này ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần đúng của diode trong việc phân tích mạch. ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 5 Diode chỉ dẫn điện khi bán kỳ dương của v i (t) đưa vào mạch. Ta có: Biên độ đỉnh của v o (t) V dcm = V m - 0.7V Ðiện thế trung bình ngõ ra: ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 6 Ðiện thế đỉnh phân cực nghịch của diode là: V RM =V m Ta cũng có thể chỉnh lưu lấy bán kỳ âm bằng cách đổi đầu diode. 1.2.2 Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diode Trong đồ án chỉ dung mạch cầu diode lên chúng ta chỉ đi sâu vào mạch này. Khi chọn linh kiện cần quan tâm đến một vài tham số giới hạn: - Điện áp ngược cực đại cho phép Vng.max (để không bị đánh thủng). - Công suất tiêu hao cưc đại cho phép Pmax . - Dòng điện thuận cực đại cho phép Imax. - Tần số cực đại cho phép của tín hiệu xoay chiều fmax. Mạch có dạng sau: ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 7  Hoạt động và điện áp ra trên tải vL (Chỉnh lưu toàn sóng) - Ở bán kỳ âm của nguồn điện, D 1 và D 3 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D 2 , D 4 phân cực nghịch xem như hở mạch. - Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D 2 và D 4 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D 1 và D 2 phân cực nghịch xem như hở mạch. Phân tích tín hiệu chỉnh lƣu toàn sóng Điện thế đỉnh: VLm= Vi-2VD= Vi-1.4V Giá trị trung bình: Dòng điện trung bình hai đầu tải: Điện thế đỉnh phân cực nghịch VRM ở mỗi diode là: VRM = Vi- 0.7V 1.2.3 Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diode có tụ ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 8 Điện áp hay dòng điện sau chỉnh lưu tuy có cực tính không đổi nhưng dạng sóng của nó vẫn còn thay đổi một cách có chu kỳ. Nhiệm vụ của mach lọc là cách lọc các sóng có hài bậc cao để điện áp ra bằng phẳng hơn. Nguyên lý hoạt động: Ban đầu khi cung cấp nguồn trong nửa chu kỳ đầu tụ C được lạp tới một giá trị là Vmax khi điện áp vào giảm tụ C bắt đầu phóng điện khi tới giá trị Vmin tới nửa chu kỳ tiếp theo có điên áp cao hơn và tụ C bắt đầu nạp điện tới giá trị Vmax hoạt động tiếp tục diễn ra như vậy. Chú ý: trong thiết kế mạch khi tụ điện có điện dung càng lớn áp ra càng ít thay đổi sự nhấp nhô của sóng xẽ ít hơn. 1.3 Diode zenner Diode Zener: Hoạt động chủ yếu trong vùng phân cực nghịch Ký hiệu và Đặc tuyến VA - Phân cực thuận: Như Diode thông thường - Phân cực nghịch: IZ max iZ IZ min , vZ = VZ = constant  VZ: Điện áp Zener  IZmax: Dòng phân cực nghịch tối đa của Diode Zener.  IZmin: Dòng phân cực nghịch tối thiểu để vZ = VZ, thường IZmin = 0.1 IZmax.  PZmax = VZIZmax: Công suất tối đa tiêu tán trên Diode Zener ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 9 Ứng dụng trong thiết kế mach chúng ta chủ yếu thường dùng để tạo điện áp chuẩn (reference voltage) 1.3.1 Mạch ổn áp dùng Diode Zener (Zener regulator) (Sau đây là sơ đồ minh họa và đi sâu vào phân tích.) Mục đích: Thiết kế mạch sao cho Diode Zener hoạt động trong vùng ổn áp (vùng gãy – breakdown region): IZmax iZ IZmin , vZ = VZ. Phân tích Ri = S Z R v V i = => iZ = -iL Để IZmax iZ IZmin với mọi giá trị của vS và iL: min(iZ) IZmin và max(iZ) IZmax.  Min(iz) = min max min s Z L Z i V V I I R Ở đây giả sử vS và iL: Không ổn định ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 10 Và min max minax( ) s Z Z L Z i V V m i I I R  min max max min min max S Z S Z i L Z L Z V V V V R I I I I <đây la công thúc để giúp ta chọn điện trở hạn chế dòng qua diode sao cho diode hoạt động bình thường.> Với yêu cầu về nguồn (vS) và tải (iL) cho trước, để chọn được Ri cần phải có max max min min max min max ( ) ( ) 0.9 0.1 L S Z L S Z Z S Z S I V V I V V I V V V min max max min min max S Z S Z L Z L Z V V V V I I I I , thường chọn IZmin=0.1IZmax  Chọn Diode Zener sao cho: max max min min max min max ( ) ( ) 0.9 0.1 L S Z L S Z Z S Z S I V V I V V I V V V Và: IZmax ILmax , IZmin = 0.1IZmax ILmin => IZmax 10ILmin Thiết kế làm theo thứ tự ngược lại để xác định IZmax của Diode zener và Ri 1.4 op-amp Hiện nay, các bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật khuếch đại, tính toán, điều khiển, tạo hàm, tạo tín hiệu hình sine và xung, sử dụng trong ổn áp và các bộ lọc tích cực... Ứng dụng mạch tuyến tính: Trong đồ án này tôi chỉ nêu tóm tắt những ứng dụng cần thiết có trong đồ án thiết kế mạch điện tử này. Mạch khuếch đại vi sai: ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 11 Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện áp có thể được nhân với một vài hằng số nào đó. Các hằng số này xác định nhờ các điện trở. - Tổng trở vi sai Zin (giữa 2 chân đầu vào) = R1 + R2  Hệ số khuếch đại vi sai Nếu R1 = R2 và Rf = Rg, Vout = A(V2 − V1) và A = Rf / R1 Mạch khuếch đại đảo: ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 12 Dùng để đổi dấu và khuếch đại một điện áp (nhân với một số âm) Zin = Rin (vì V − là một điểm đất ảo) Một điện trở thứ ba, có trị số , được thêm vào giữa đầu vào không đảo và đất mặc dù đôi khi không cần thiết lắm, nhưng nó sẽ giảm thiểu sai số do dòng định thiên đầu vào. Mạch khuếch đại không đảo: Dùng để khuếch đại một điện áp (nhân với một hằng số lớn hơn 1): (thực ra, tổng trở bản thân của đầu vào op-amp có giá trị từ 1 MΩ đến 10 TΩ. Trong nhiều trường hợp tổng trở đầu vào có thể được xem như cao hơn, do ảnh hưởng của mạch hồi tiếp.) Một điện trở thứ ba, có giá trị bằng , được thêm vào giữa nguồn tín hiệu vào Vin và đầu vào không đảo trong khi thực ra không cần thiết, nhưng nó sẽ làm giảm thiểu những sai số do dòng điện định thiên đầu vào. 1.5 Relay điện từ Nguyên lí làm việc Sự làm việc của loại rơle này dựa trên nguyên lí điện từ. Xét một rơle như hình bên dưới. Khi cho dòng điện i đi vào cuộn dây của nam châm điện thì nắp sẽ chịu một lực hút F. Lực hút điện từ đặt vào nắp: ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 13 2 2 .K i F , với Khi dòng điện vào cuộn dây i > Itđ (dòng điện tác động) thì lực F hút nắp và khi lực F tăng thì khe hở giảm (δ giảm) làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm được gắn với nắp). Khi dòng điện i ≤ Itv (dòng trở về) thì lực lò xo Flò xo > F (lực điện từ) và rơ le nhả. Tỉ số: d tv tv t I K I được gọi là hệ sô ú trơ í về. + Rơle dòng cực đại Ktv < 1. + Rơle dòng cực tiểu Ktv > 1. Rơle càng chính xác thì Ktv càng gần 1. Với Rơle càng nhạy Kđk càng lớn. Khoảng thời gian từ lúc dòng điện i bắt đầu lớn hơn Itđ đến lúc chấm dứt sự hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động ttđ. Số lần tác động trong một đơn vị thời gian (giờ) gọi là tần số tác động. Chƣơng 2: Mô phỏng và thiết kế mạch nguồn có bảo vệ. : khe hở i: dòng điện K : là hệ sô Pđk : công suất điều khiển. Ptđ : công suất tác động của rơle. ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 14 2.1 Nhiệm vụ các khối của mach nguồn.  Sơ đồ tổng quát: ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 15 - Ghi chú: Trong thực tế các điện trở luôn có sai số và các giá trị điện trở mà ta tính được không phải cái nào cũng có bán trên thị trường do đó mạch mà ta thiết kế có một số linh kiện điện tử ta xẽ phải chọn những trị số gần bằng hay sử dụng các công thức mắc nối tiếp hoặc song song cho các điện trở và trong thiết kế ta xẽ thay vào một số khôi mạch có biến trở để ta cân chỉnh mạch cho dễ dàng và chính xác. 2.1.1 thiết kế khối chỉnh lưu: Theo như thiết kế ta sử dụng nguồn khi qua biến áp Vin = 18v vậy ta có: VCC = 0,9.18 = 16v. Trong sơ đồ thiết kế khối chỉnh lưu bao gồm sử dụng 1 diode cầu và hai tụ điện C1 và C2. Trong mạch diode cầu có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều xang dòng một chiều. Sau khi biến đổi thu được áp ra có dạng nhấp nhô, do vậy ta phải sử dụng tụ C2 có tác dụng làm giảm độ nhấp nhô theo nguyên tắc điện dung càng lớn áp ra càng ít thay đổi sự nhấp nhô của sóng xẽ ít hơn. Còn C1 là tụ có tác dụng lọc nhiễu cao tần. Do khi thiết kế mạch có áp ra lớn 12v và có dòng Imax = 3A nên ta chọn diode sử dụng chịu dòng lớn hơn 3A, ta chọn điot GBU6B là loại điot cầu mắc với các thông số 6A-100V. các gia trị tụ ta cho tụ sứ không phân cực C1= 100pf và C2 = 2200µf. ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 16 2.1.2 Khối ổn áp: Khối ổn áp có nhiệm vụ tạo ra một điện áp ổn định do mình tùy chỉnh như trong thiết kế mach là từ 3-12V và phải chịu được dòng điên như trong thiết kế là 3A. Trong mạch ổn áp này bao gồm hai bộ phận: Uout = Uin(1+ ) (trong đó Uin :áp vào từ chân V + , Uout : áp ra của opam - Thứ nhất: là sử dụng mạch op-amp để tạo ra môt điên áp ổn định được thông qua con diode zener và dùng biến trở RV3 để định áp (đây là áp vào Uin mà ta muốn cho ra la bao nhiêu vol nhưng chỉ cho phép trong giới hạn áp của zenner) trên op-amp. - Thứ hai: sau khi có dòng điện ra nhưng do dong khong dủ lớn lên ta sử dụng hại con transitor Q1 và Q2 ghép nối theo kiều darlington.  Phân tích tính toán Ta có: Vcc = Vce2 + R8(Ic1+ Ic2) + R33Ie2 Do: Ic1≈IE1 = IB2 = Ic1 + Ic2 ≈ Ic2 ≈ IE2  Vcc = V CE2 + ( R8 + R33)IC2  DCLL: IC2 = - VCE2 + Để đúng như thiết kế dòng ra là Iout = Ic2 = 3A tại R33 = 0 Ω Trong đó có : Vcc = 16V Vce2 = 4V ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 17 (trong mạch ta xử dụng trasistor TIP 3055 do nhà sản xuất: Vce2 =4v ,Ic= 4A, βmin= 20,βmax =70 ) => R8 = Ic2.(Vcc - VCE2) =38Ω Để mạch co ngõ ra URA = 12V ta xét: VBE1 + VBE2 =1.4V Vậy => Uout - 1,4 - UR9 - 12V = 0 Trong mạch có Ic1 = = =60mA UR9 = Ic1.R9 =6.10 -3 .R9 =15 – URA - 1,4 Chọn Uout = 15V =>R9 = 3 15 1,4 12 6.10 = 266Ω => Vin = 1 2 (1 ) outU R R = 1 2 15 1 R R Chọn R1 = 100kΩ và R2 = 470Ω. 2.1.2 Khối bảo vệ quá dòng, ngắn mạch Khối bảo vệ ngắn mạch có tác dụng bảo vệ mạch khi xảy ra các sự cố. Như dòng tăng đột ngột xảy ra các hiện tượng như công suất tăng cao vượt mức cho phép hay sự cố ngắn mạch. Sau đây là sơ đồ thiết kế: ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 18 Trong mạch điểm A được nối từ ngõ vào của ổn áp. Ngõ ra được nối với relay RL1. Khối này gồm 2 mạch vi sai gép liên tầng với nhau, mạch vi sai thứ nhất dung để so sánh giá trị điện áp rơi trên điện trở R8 (là điện trở ra của relay). Mạch vi sai thứ 2 gồm có một diode zener để tạo ra điện áp chuẩn,VR1 dùng để điều chỉnh điện áp cố định trên chân V- của opam và thông qua biến trở này ta có thể điều chỉnh được công suất cho phép của mạch bằng cách điều chỉnh điện áp rơi trên chân V-. Phân tích mạch visai thứ nhất: Trên lý thuyết Vout = ∞ nhưng thực tế Vout ≤ Vcc giá trị đầu vào khi qua chỉnh lưu.  Khi cường độ dòng điện đạt max 3 ampe thì ta có IMAX = 3A.R8 = 0,5.3 =1.5v (cho R8=0,5) Vcc – V diemA = VR8 =1.5V  Khi giá trị các điện trở R2 = R3; R1 = R32 thì: Vout1 = (Vcc –Vdiem1) = 1.5 V  Ta cho điện áp ra Vout1 = 4.5V,R32= 33 KΩ suy ra R1 =99kΩ .  Xét mạch vi sai thứ 2  Đây là mạch vi sai với điện trở hồi tiếp Rf = ∞ nên hệ số khuếch đại bằng ∞,do đó khi điện áp V+ lớn hơn V- thì Vout2 = Vcc  Ta có : V+ = V0ut1 = 4.5V  Điode zener D1 dùng để tạo điện áp chuẩn trên hai đầu biến trở VR1,ta điều chỉnh VR1 sao cho điện áp tại chân V- là 4.5V,thông qua biến trở này ta có thể thay đổi được công suất ra của mạch. Giá trị VR1 ta chọn ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 19 10kΩ để không gây sụt áp trên 2 đi ốt zener. Gía trị điện trở R6 =3.3kΩ. hai điện trở R4,R5 mục đích tăng trở kháng đầu vào của mạch vi sai va ta chọn R4 = R5 =15kΩ.  Diode D6 dùng đê cho dòng chạy theo một chiều, và không ảnh hưởng đến các khối bảo vệ khác. Ở đây sử dụng rơ le loại 12V-100Ω nên ta thiết kế điện áp Vout2=12V (ngõ ra đến relay).  VE3 = 12 + VD6 = 12+0.7=12.7V VB3 = VE3+VBE3 = 12.7+0.7= 13.4V IRL1 =IC3= = 0.12 A = 120 mA IB3=  Theo như thiết kế điều kiện Icmax >120mA ta chon transistor 2N3904 ( Icmax = 200mA tai Ic =100mA Vce =1.0v, và HFE = β = 30 )  IB3 = = = 4mA UR14 = Vcc –VB3 = 16 – 13.4 =2.6V  R14 = = = 650 Ω - R15 < = =27.5Ω 2.1.3 khối bảo vệ quá áp IRL1 : dòng qua relay. IC3: dòng qua trasistor Q3. Chú ý để relay hoạt động thì 120mA là cong suất yêu cầu. Tương ứng với dòng qua transitor Q3 hay IC3 ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 20 Khối này có nhiệm vụ khi áp cung cấp từ nguồn ngoài vào có giá trị vượt mức cho phép thì mạch xẽ bị đóng để bảo vệ thiết bị. Trong mạch bao gồm hai phần, phần thứ nhất là một mạch khuếch đại không đảo.  Được tính bởi công thức 16 21 (1 )out in R V V R Phần thứ hai là một mạch khuếch đại visai có độ khuếch đại ∞ (theo lý thuyết) thực tế độ khuếch đại luôn luôn Vout ≤ VCC thường coi Vout VCC  Nguyên tắc hoạt động của mạch: - Xét phần thứ nhất trong mạch này tại ngõ ra một điện áp tùy ý sao cho tương ưng với diode zener trong miền điện áp làm việc. Tại ngõ vào Vin được phân áp bởi R20, và R19 có nhiêm vụ là chia áp cho diode zener D3. - Trong mạch thứ hai ta sử dụng một mạch khuếch đại sử dụng một diode zener định áp sao cho áp chan V- luôn lớn hơn chân V+ một mức nhất ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 21 định. Giả sử khi xảy ra quá áp chân V+ có áp vào lớn hơn chân V- dẫn đến ngõ ra điều khiển relay hoạt động và ngắt mạch.  Phân tích mạch: Xét mạch vi sai thứ nhất: Trong mạch vi sai khuếch đại đảo thứ nhất ta có ngõ ra Uout1 Vcc và ta chọn R20 = 100k mục đích tăng trở kháng ngõ vào. Chọn R21 = 100kΩ , R16 =4,7kΩ Xét mạch vi sai thứ hai: Trong mạch thứ hai này ta có thể quy định đặt cho mạch bảo vệ ơ mức quá áp là bao nhiêu vol giả sử khi áp ngõ vào Vcc tăng lên thêm 1 vol khi đó Vcc = 17 v thì ta xẽ định áp cho zenner là Vzenner = 17 v. Khi tại tại mạch vi sai thứ hai V+ V- => ngõ ra Uout2 = 0 v. Trong board mạch ta sử dụng cho tất cả các khối bảo vệ chung một relay có: 12V-100Ω lên ta phải thiết kế cho ngõ ra cuối cùng là 12v. và có dòng IRL1= = 120mA.  VE4 = 12 + VD7 = 12+0.7=12.7V VB4 = VE4+VBE4 = 12.7+0.7= 13.4V IRL1 =IC4= = 0.12 A = 120 mA IB4=  Theo như thiết kế điều kiện Icmax >120mA ta chon transistor 2N3904 ( Icmax = 200mA tai Ic =100mA Vce =1.0v, và HFE = β = 30 )  IB4 = = = 4mA UR22 = Vcc –VB4 = 17 – 13.4 =3.6V  R22 = = = 900 Ω - R23 < = =35.8Ω Sao cho Ic4 ≤ Icmax 2.1.3 khối bảo vệ thấp áp ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 22 Khi nguôn cung cấp xảy ra áp thấp hơn mức cho phép thì mach xẽ có tác dụng ngắt mạch nhằm bảo vệ các thiết bị sử dụng.  Nguyên tắc hoạt động của mạch: Mạch bảo vệ thấp áp cũng có tương tự như mạch bảo vệ cao áp nhưng khác ở chỗ mạch khuếch đại vi sai thứ 2 ngõ ra của mạch thứ nhất nối với ngõ vào V - của mạch khuếch đại vi sai thứ hai . Trong mạch khuếch đại vi sai thứ hai ngõ vào V+ được nối với zenner D4 định thiên áp sao cho áp vào tại chân V+ luôn nhỏ hơn chân V- môt điên áp nhất định do ta cho phép. Khi điện Vcc đủ nhỏ dẫn đến ngõ ra của mạch khuếch đại vi sai thứ nhất Uout1 < V+ khi đó ngõ ra của mạch KĐ visai thứ hai Uout2 = áp vào tại chân V + khi đó relay xẽ ngắt mạch.  Phân tích mạch: Xét mạch vi sai thứ nhất: Trong mạch vi sai khuếch đại đảo thứ nhất ta có ngõ ra Uout1 Vcc và ta chọn R26 = 100k mục đích tăng trở kháng ngõ vào. Chọn R25 = 100kΩ , R24 =4,7kΩ Xét mạch vi sai thứ hai: Trong mạch thứ hai này ta có thể quy định đặt cho mạch bảo vệ ơ mức quá áp là bao nhiêu vol giả sử khi áp ngõ vào Vcc giảm xuống thêm 1 vol khi đó Vcc = 15 v thì ta xẽ định áp cho zenner là Vzenner = 15 v. Khi tại tại mạch vi sai thứ hai V+ ngõ ra Uout2 = 0 v. ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 23 Trong board mạch ta sử dụng cho tất cả các khối bảo vệ chung một relay có: 12V-100Ω lên ta phải thiết kế cho ngõ ra cuối cùng là 12v. và có dòng IRL1= = 120mA.  VE5 = 12 + VD5 = 12+0.7=12.7V VB5 = VE5+VBE5 = 12.7+0.7= 13.4V IRL1 =IC5= = 0.12 A = 120 mA IB4=  Theo như thiết kế điều kiện Icmax >120mA ta chon transistor 2N3904 ( Icmax = 200mA tai Ic =100mA Vce =1.0v, và HFE = β = 30 )  IB5 = = = 4mA UR29 = Vcc –VB5 = 15 – 13.4 =1.6V  R29 = = = 400 Ω - R31 < = =19.2Ω Sao cho Ic5 ≤ Icmax PHỤ LỤC: : ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 24 ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010 SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 25 Tài liệu tham khảo: o Wikipedia.com o Trương Văn Tám (DH cần thơ) o Dư Quang Bình (DH Đà Nẵng) o Một số tác giả khác.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfThiết kế mạch nguồn 12V - 3A.PDF
Tài liệu liên quan