Thiết kế mạch nguồn cung cấp điện một chiều

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (282.54 KB, 15 trang )

Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
đồ áN MÔN HọC
Thiết kế mạch điện tử tơng tự
Đề bài:
Thiết kế mạch nguồn cung cấp điện một
chiều .
1
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
1. nhiệm vụ thiết kế
Thiết kế mạch nguồn cung cấp điệnmột chiều, có ổn áp thông số
-Địên áp vào Uvào = 220v/50Hz
-Điện áp chỉnh lu +20v
-Dòng tải it max=150mA
-Diôt ổn áp có thông số U z=12v
i z=20,5mA
-Hệ số ổn áp 3%
2. Trình tự thiết kế :
A.Nguyên tắc thiết kế, sơ đồ khối .
*Nguyên tắc thiết kế :
Trớc hết hệ thống mạch nguồn cung cấp nhờ biến áp nguồn AC biến đổi điện
áp xoay chiều 220v của mạng điện thành điện áp xoaychiều có trị số cần thiết đối với
mạch chỉnh lu .Qua mạch chỉnh lu điện áp xoay chiều đợc biến đổi thành điện áp một
chiều .Từ đó tạo ra mức điện DC, qua bộ ổn áp thành điện áp một chiều +20v ổn
định.
Từ nguyên tắc thiết kế, ta có sơ đồ khối toàn mạch nh sau:
Biến Chỉnh ổn áp
AC áp (có hồi tiếp) DC
U
2
Lu Bộ lọc

Hình 1: Sơ đồ khối mạch nguồn cung cấp điện một chiều
Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lợng một chiều cho các mạch và
thiết bị điện tử hoạt động. Năng lợng một chiều của nó đợc Lấy từ dòng điện xoay
chiều của lới điện thông qua một quá trình biến đổi đợc thực hiện trong nguồn một
chiều .
2
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
B.Chức năng từng khối.
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 lu và ngăn cách mạch
chỉnh lu với mạng điệnvề một chiều.
Cấu tạo :
Biến áp nguồn gồm hai cuộn dây, có số vòng khác nhau quấn trên một lõi
chung bằng thép kỹ thuật (tôn silIC). Các cuộn dây thờng bằng đồng bọc men cách
điện,có điện trở nhỏ. Lõi gồm nhiều lá thép mỏng hình khung hoặc Ei, Ghép sát và
cách điện với nhau để truyền tải từ thông .Loại El cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp cuốn
lồng vào nhau trên phần lõi chính ở giữa.
hình khung hình Ei

Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của biến áp nguồn dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ. Cuộn sơ
cấp nối với nguồn điện xoay chiều 110v 220v.Cuộn thứ cấp ,đợc nối với tải tiêu
thụ .Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trờng biến thiên
trong lõi từ. Từ thông biến thiên của từ trờng đó qua cuộn thứ cấp (cùng cuốn trên lõi
chung ) tạo ra một suất điệnđộng cảm ứng trong cuộn thứ cấp và gây ra một dòng
điệncảm ứng chạy trong cuộn thứ cấp cung cấp cho tải, Dòng điệnnày có cùng tần số
với dòng điện ở cuộn sơ cấp.
-Số vòng dây, điện áp, dòng đợc tính theo tỉ lệ:
1

2
2
1
2
1
i
i
U
U
N
N
==
N
1=
số vòng dây cuộn sơ cấp.
N
2
số vòng dây cuộn thứ cấp
3
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
U
1
điện áp hiệu dụng cuộn sơ câp
U
2
điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp
i
1
dòng điện hiệu dụng cuộn sơ cấp
i

2
dòng điện hiệu dụng cuộn thứ cấp
Các dạng tín hiệu vào ra.
_Tín hiệu vào ra đều là tín hiệu điện áp xoay chiều theo dạng hình sin.Chúng
đồng pha với nhau và khác nhau về biên độ điện áp. ( hình 2)
U
1 MAX
T/4 T/2 3T/4
-U
1MAX
U
2MAX
-U
2MAX

hình 2:Dạng điện áp vào và ra của ổn áp
-Nội trở của biến áp có độ lớn : R
ba
=R
tc
+ (R
sc
/n
2
)
-Theo thực tế, nhà thiết kế thờng dùng công thức xác định điện trở trong của
biến áp với nguồn chỉnh lu công suất nhỏ .
Ưu nh ợc điểm
Ưu điểm : +Đợc dùng để tăng giảm hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều
.Tạo ra những hiệu điện thế lớn nhỏ tuỳ từng lới điện công nghiệp .

+Cách ly về phơng diện điện một chiều giữâ các mạch nằm trớc và
sau biến áp(Hay dùng trong kỹ nghệ điện tử )
+Thích phối trở kháng -đó là tác dụng biến đổi trở kháng của biến
áp .Nhằm thoả mãn nguồn và gánh thích phối trở kháng với nhau.
+Trong trờng hợp tăng áp để truyền tải dòng điện đi xa .
4
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
Nhợc điểm :+Trong kỹ nghệ điện tử ngày nay, nguồn cung cấp đẫ dần đợc
thay thế bằng các mạch điện tử để thay thế cho nguồn biến áp có kích thớc, thể tích
và trọng lợng khá lớn ,sự ổn định lại không cao.

2.chỉnh lu
Chỉnh lu là một bộ nắm điện (đèn điện tử hai cực, một hoặc nhiều điốt bán
dẫn )để biến đổi điện áp xoay chiều U
2
thành điện áp nhâp nhô một chiều U
1
, sau đó
nhờ bộ lọc nguồn ta có đợc điện áp một chiều. Ơ đây chỉ nghiên cứu bộ chỉnh lu bán
dẫn.
2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc :
-Khi để dùng cho dòng có công suất nhỏ ngời ta dùng chỉnh lu làm bằng
SIClIC, Selen.
-Khi để dùng cho dòng có công suất lớn hoặc dòng có thể điềuchỉnh điện áp
theo ý muốn ngời ta dùng Thyristor.
-Phổ biến thờng nhà thiết kế dùng sơ đồ chỉnh lu cầu hơn là sơ đồ chỉnh lu nửa
sóng và toàn sóng, nên mạch nguồn này ta dùng sơ đồ cầu.
1uF
BRIDGE
1to1

1k
Hình 2 : Sơ đồ cầu cóbộ lọc bằng tụ
2.2 Ưu điểm :
Sơ đồ cầu thờng dùng trong trờng hợp điện áp xoay chiều tơng đối lớn. Tuy cũng là sơ đồ
chỉnh lu toàn sóng nhng nó u việt hơn sơ đồ cân bằng ở chỗ cuộn thứ cấp đợc sử dụng toàn bộ
trong hai nửa chu kỳ điện áp vào và điện áp ngợc đặt lên điốt trong trờng hợp này chỉ bằng một
nửa điện áp ngợc đặt lên trong sơ đồ cân bằng. Điện áp ra cực đại khi không tải. :
r
=
2
-2
n

Nghĩa là nhỏ hơn chút ít so với điện áp ra trong sơ đồ cân bằng .Vì ở đây luôn luôn có hai điôt
mắc nối tiếp .
2.3Dạng điện áp vào và ra :
U
2
5
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
U
L
T/4 T/2 3T/4 T 5T/4
Hình 3: đồ thị điện áp bộ chỉnh lu.
Khi biên độ điện áp vào đủ lớn, đặc tuyến điốt của mạch chỉnh lu thờng là một đờng
gấp khúc .
i
D
a
b

U
D
3.Bộ lọc :
Sau khi có dòng điện không bằng phẳng nhờ chỉnh lu, bộ lọc có tác dụng san
bằng điện áp một chiều đập mạch U
1
thành một chiều U
01
ít nhấp nhô hơn.
3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động :
Bộ lọc rất đa dạng ( lọc bằng tụ điện, bằng cuộn cảm, bằng cộng hởng ..) song ta đi vào
nghiên cứu bộ lọc bằng tụ điện .
Tụ điện đem nối song song với tải điện .Tụ nạp và phóng cứ
2
1
chu kỳ một lần cộng các
sóng bậc cao làm dòng điện ra là một chiều cộng sóng hài bậc thấp. Bằng cách đó có thể giảm đ-
ợc độ gợn sóng của điện áp ra .
Khi điện trở tải R

lớn thì C có thể đợc nạp tới giá trị đỉnh của điện áp xoay chiều :
u
r

2
-U
n
Lúc này ta có mạch chỉnh lu giá trj đỉnh khác với mạch chỉnh lu giá trị trung bình .Điện
áp ngợc đặt trên đíôt lớn gâp 2 so với trờng hợp không có bộ lọc .
C

R
Hình 4 : bộ lọc bằng tụ điện
Hệ số đập mạch của bộ lọc :
6
Hình 1 : Sơ đồ khối mạch nguồn cung ứng điện một chiềuNguồn một chiều có trách nhiệm phân phối năng lợng một chiều cho những mạch vàthiết bị điện tử hoạt động giải trí. Năng lợng một chiều của nó đợc Lấy từ dòng điện xoaychiều của lới điện thông qua một quy trình biến hóa đợc triển khai trong nguồn mộtchiều. Website : http://www.docs.vn E-Mail : [email protected] Tel ( : 0918.775.368 B.Chức năng từng khối. 1. Biến áp nguồnBiến áp nguồn làm trách nhiệm biến hóa điện áp xoay chiều của mạng điệnthành điện áp xoay chiều có trị số thiết yếu so với mạch chỉnh lu và ngăn cách mạchchỉnh lu với mạng điệnvề một chiều. Cấu tạo : Biến áp nguồn gồm hai cuộn dây, có số vòng khác nhau quấn trên một lõichung bằng thép kỹ thuật ( tôn silIC ). Các cuộn dây thờng bằng đồng bọc men cáchđiện, có điện trở nhỏ. Lõi gồm nhiều lá thép mỏng dính hình khung hoặc Ei, Ghép sát vàcách điện với nhau để truyền tải từ thông. Loại El cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp cuốnlồng vào nhau trên phần lõi chính ở giữa. hình khung hình EiNguyên lý hoạt độngHoạt động của biến áp nguồn dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ. Cuộn sơcấp nối với nguồn điện xoay chiều 110 v 220 v. Cuộn thứ cấp, đợc nối với tải tiêuthụ. Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trờng biến thiêntrong lõi từ. Từ thông biến thiên của từ trờng đó qua cuộn thứ cấp ( cùng cuốn trên lõichung ) tạo ra một suất điệnđộng cảm ứng trong cuộn thứ cấp và gây ra một dòngđiệncảm ứng chạy trong cuộn thứ cấp phân phối cho tải, Dòng điệnnày có cùng tần sốvới dòng điện ở cuộn sơ cấp. – Số vòng dây, điện áp, dòng đợc tính theo tỉ lệ : = = 1 = số vòng dây cuộn sơ cấp. số vòng dây cuộn thứ cấpWebsite : http://www.docs.vn E-Mail : [email protected] Tel ( : 0918.775.368 điện áp hiệu dụng cuộn sơ câpđiện áp hiệu dụng cuộn thứ cấpdòng điện hiệu dụng cuộn sơ cấpdòng điện hiệu dụng cuộn thứ cấpCác dạng tín hiệu vào ra. _Tín hiệu vào ra đều là tín hiệu điện áp xoay chiều theo dạng hình sin. Chúngđồng pha với nhau và khác nhau về biên độ điện áp. ( hình 2 ) 1 MAXT / 4 T / 2 3T / 4 – U1MAX2MAX-U2MAXhình 2 : Dạng điện áp vào và ra của ổn áp-Nội trở của biến áp có độ lớn : Rba = Rtc + ( Rsc / n-Theo thực tiễn, nhà thiết kế thờng dùng công thức xác lập điện trở trong củabiến áp với nguồn chỉnh lu hiệu suất nhỏ. Ưu nh ợc điểmƯu điểm : + Đợc dùng để tăng giảm hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều. Tạo ra những hiệu điện thế lớn nhỏ tuỳ từng lới điện công nghiệp. + Cách ly về phơng diện điện một chiều giữâ những mạch nằm trớc vàsau biến áp ( Hay dùng trong kỹ nghệ điện tử ) + Thích phối trở kháng – đó là công dụng đổi khác trở kháng của biếnáp. Nhằm thoả mãn nguồn và gánh thích phối trở kháng với nhau. + Trong trờng hợp tăng áp để truyền tải dòng điện đi xa. Website : http://www.docs.vn E-Mail : [email protected] Tel ( : 0918.775.368 Nhợc điểm : + Trong kỹ nghệ điện tử thời nay, nguồn cung ứng đẫ dần đợcthay thế bằng những mạch điện tử để sửa chữa thay thế cho nguồn biến áp có kích thớc, thể tíchvà trọng lợng khá lớn, sự không thay đổi lại không cao. 2. chỉnh luChỉnh lu là một bộ nắm điện ( đèn điện tử hai cực, một hoặc nhiều điốt bándẫn ) để biến hóa điện áp xoay chiều Uthành điện áp nhâp nhô một chiều U, sau đónhờ bộ lọc nguồn ta có đợc điện áp một chiều. Ơ đây chỉ điều tra và nghiên cứu bộ chỉnh lu bándẫn. 2.1 Cấu tạo và nguyên tắc thao tác : – Khi để dùng cho dòng có hiệu suất nhỏ ngời ta dùng chỉnh lu làm bằngSIClIC, Selen. – Khi để dùng cho dòng có hiệu suất lớn hoặc dòng hoàn toàn có thể điềuchỉnh điện áptheo ý muốn ngời ta dùng Thyristor. – Phổ biến thờng nhà thiết kế dùng sơ đồ chỉnh lu cầu hơn là sơ đồ chỉnh lu nửasóng và toàn sóng, nên mạch nguồn này ta dùng sơ đồ cầu. 1 uFBRIDGE1to11kHình 2 : Sơ đồ cầu cóbộ lọc bằng tụ2. 2 Ưu điểm : Sơ đồ cầu thờng dùng trong trờng hợp điện áp xoay chiều tơng đối lớn. Tuy cũng là sơ đồchỉnh lu toàn sóng nhng nó u việt hơn sơ đồ cân đối ở chỗ cuộn thứ cấp đợc sử dụng toàn bộtrong hai nửa chu kỳ luân hồi điện áp vào và điện áp ngợc đặt lên điốt trong trờng hợp này chỉ bằng mộtnửa điện áp ngợc đặt lên trong sơ đồ cân đối. Điện áp ra cực lớn khi không tải. : – 2N ghĩa là nhỏ hơn chút ít so với điện áp ra trong sơ đồ cân đối. Vì ở đây luôn luôn có hai điôtmắc tiếp nối đuôi nhau. 2.3 Dạng điện áp vào và ra : Website : http://www.docs.vn E-Mail : [email protected] Tel ( : 0918.775.368 T / 4 T / 2 3T / 4 T 5T / 4H ình 3 : đồ thị điện áp bộ chỉnh lu. Khi biên độ điện áp vào đủ lớn, đặc tuyến điốt của mạch chỉnh lu thờng là một đờnggấp khúc. 3. Bộ lọc : Sau khi có dòng điện không bằng phẳng nhờ chỉnh lu, bộ lọc có tính năng sanbằng điện áp một chiều đập mạch Uthành một chiều U01ít nhấp nhô hơn. 3.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động giải trí : Bộ lọc rất phong phú ( lọc bằng tụ điện, bằng cuộn cảm, bằng cộng hởng .. ) tuy nhiên ta đi vàonghiên cứu bộ lọc bằng tụ điện. Tụ điện đem nối song song với tải điện. Tụ nạp và phóng cứchu kỳ một lần cộng cácsóng bậc cao làm dòng điện ra là một chiều cộng sóng hài bậc thấp. Bằng cách đó hoàn toàn có thể giảm đ-ợc độ gợn sóng của điện áp ra. Khi điện trở tải Rlớn thì C hoàn toàn có thể đợc nạp tới giá trị đỉnh của điện áp xoay chiều : – ULúc này ta có mạch chỉnh lu giá trj đỉnh khác với mạch chỉnh lu giá trị trung bình. Điệnáp ngợc đặt trên đíôt lớn gâp 2 so với trờng hợp không có bộ lọc. Hình 4 : bộ lọc bằng tụ điệnHệ số đập mạch của bộ lọc :

Source: https://dvn.com.vn
Category: Điện Tử