Đề tài Mạch nguồn ổn áp DC

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÀI TẬP THỰC HÀNH MÔN: ĐIỆN TỬ THÔNG TIN ĐỀ TÀI : MẠCH NGUỒN ỔN ÁP DC SVTH: NHỮ THANH BÌNH MSSV: 0850020009 LỚP: ĐV2 - K2 Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 2 tháng 6 năm 2011 GIỚI THIỆU CHUNG MỞ ĐẦU Hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay đều làm việc với dòng điện một chiều ở các mức điện áp khác nhau, nhưng mạng điện sinh hoạt hằng ngày lại là dòng điện xoay chiều, vì thế cần phải có bộ nguồn chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều để các thiết bị này hoạt động. Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ra ít phụ thuộc vào điện áp mạng, của tải và nhiệt độ. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ NGUỒN BiÕn ¸p M¹ch chØnh l­u Bé läc æn ¸p mét chiÒu U1 ~ U2 ~ UT UO1 UO2 IT RT 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 dùng trực tiếp U1 mà không cần 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 phụ thuộc vào từng dạng mạch chỉnh lưu. - Bộ lọc có nhiệm vụ làm giảm độ nhấp nhô của điện áp một chiều UT thành điện áp một chiều UO1. - Bộ ổn áp một chiều có nhiệm vụ ổn định điện áp ở đầu ra UO2 khi UO1 thay đổi theo sự thay đổi của UO1. Trong nhiều trường hợp nếu không có yêu cầu cao thì không cần bộ ổn áp một chiều. 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 giá trị phù hợp với đầu vào mạch chỉnh lưu và ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạng điện xoay chiều. Gọi Np, Ns lần lượt là số vòng dây quấn của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Ta có tỉ số: UpUs= NpNs 1.2.2. Khối chỉnh lưu Có các loại chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, trong đó sơ đồ chỉnh lưu cầu (chỉnh lưu hai nửa chu kì) có nhiều ưu điểm hơn cả. Nguyên tắc hoạt động: Ở bán kì dương (+): dòng điện đi từ cực dương qua diode D1 à điện trở R à diode D3 trở về cực âm, lúc này diode D2, D4 bị khóa. Ở bán kì âm (-): dòng điện đi từ cực dương qua diode D2 à điện trở R à diode D4 trở về cực âm, lúc này diode D1, D3 bị khóa. Điện áp ra trung bình trên tải: VDC=2Vmπ=0,636 Vm Với UV= Umsin(ωt + φ) 1.2.3. Lọc bằng tụ điện Nhờ có tụ nối song song với tải, điện áp ra tải ít nhấp nhô hơn. Do sự phóng và nạp tụ qua các 1/2 chu kỳ và do các sóng hài được rẽ qua mạch C xuống điểm chung, dòng điện ra tải chỉ còn thành phần một chiều và một lượng nhỏ sóng hài bậc thấp. Hệ số gợn sóng (Ripple factor) r hoặc Kr được tính như sau: r= 14 3 fRC f= 2f0 Với f là tần số của tín hiệu. f0 là tần của dòng điện xoay chiều. Nghĩa là tác dụng lọc càng rõ rệt khi C và R càng lớn (R tiêu thụ dòng điện nhỏ). Với bộ chỉnh lưu dòng điện công nghiệp (tần số 50Hz hay 60Hz), giá trị của tụ C thường có giá trị từ vài đến vài nghìn (tụ hóa). 1.2.4. Ổn áp Nguyên lý ổn áp: Thông qua điện trở R1 và Dz ghim cố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử khi điện áp trên chân E giảm à khi đó điện áp UBE tăng à dòng qua Q1 tăng à làm điện áp chân E tăng, và ngược lại … MÔ PHỎNG MẠCH ỔN ÁP DC Mạch ổn áp DC được mô phỏng bằng phần mềm Proteus 7.5 SP3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Dòng điện xoay chiều 220V, 50Hz đi qua biến áp sẽ được hạ áp xuống thành dòng xoay chiều 9V, 50Hz. Dòng điện này qua cầu diode sẽ chuyển thành dòng một chiều, tuy nhiên dòng điện này độ nhấp nhô cao, vì thế dòng sẽ được làm giảm độ nhấp nhô nhờ tụ điện C. R1 có tác dụng làm phân dòng làm việc cho transistor, diode-zener cố định điện áp tại chân B của transistor Q1. Transistor Q1 dùng để khuyết đại dòng ra của mạch. Nguyên tắc ổn áp đã được nêu ở phần trước. TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ Ta thiết kế một mạch nguồn ổn áp DC có đầu vào 220V, 50Hz và đầu ra 5V DC, dòng điện ra 0,2A. Dạng sóng điện áp đầu vào Tính toán tỷ số số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của biến áp Ta có: điện áp ngõ vào cuộn sơ cấp Up = 220V Đầu ra của bộ nguồn là 5V nên ta chọn điện áp ngõ ra cuộn thức cấp Us = 10V Gọi Np, Ns lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Tỷ số: NpNs=UpUs=22010=22 Vì điện áp ra của mạch nguồn Iout = 0,2A nên chọn cầu diode có Dạng sóng điện áp sau khi qua cầu diode Chọn giá trị tụ C Iout ≤ 0,2 (A) Do đó: Rt ≥ 25 (Ω) Chọn tụ điện sao cho hệ số gợn sóng r ≤ 10% r= 14 3 fRtC Suy ra rmax khi Rt min Tần số của dòng điện xoay chiều f0 = 50Hz Do đó: f = 2f0 = 2 . 50 = 100 (Hz) ứng với C= 14 3 fRt minrmax=14 3 .100 .25 .0,1=577,35 . 10-6 F Vì thực tế không có tụ điện C có giá trị 577,35µF nên ta chọn rmax = 5,8% Dạng sóng điện áp sau khi qua tụ điện Chọn điện trở R1 = 1kΩ Chọn diode zener Transistor có điện áp mở khoảng 0,6 V – 0,7 V nên để ra được điện áp 5V ở đầu ra của mạch nguồn, ta chọn zener có Uz = 5,6V. Điện áp cực đại trên tụ C là Uc max = 10V Suy ra dòng điện cực đại qua zener Dz là: IZ max=Uc max- UZR1= 10-5,61000=4,4 . 10-3 A= 4,4 mA Dạng sóng điện áp tại cực B của transistor Dạng sóng dòng điện vào chân B của transistor Dạng sóng dòng điện qua zener Dạng sóng điện áp tại ngõ ra Dạng sóng dòng điện ngõ ra Tiến hành đo ta thấy điện áp UBC = 0,7V, Uz = 5,5V Suy ra : Ura = Uz – UBC = 5,55 – 0,71 = 4,84(V) NHẬN XÉT Các hình trên được thực hiện mô phỏng với tải Rtải = 500Ω. Điện áp sau khi qua tụ lọc có độ nhấp nhô thấp hơn so với điện áp mới được chỉnh lưu. Tuy nhiên độ nhấp nhô, thay đổi mức điện áp này làm dòng điện chạy qua điện trở R1 không được bằng phẳng. Lúc này điện áp Uc > Uz nên độ nhấp nhô này theo dòng điện chạy qua zener xuống mát, dòng điện đi vào cực B của transistor là gần như phẳng, độ nhấp nhô rất nhỏ dẫn đến điện áp ra có độ ổn định cao. Tải càng lớn thì độ nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu càng thấp, khi vặn biến trở thay đổi giá trị của tải thì điện áp ra thay đổi không nhiều.