Tài liệu Báo cáo thực tập tốt nghiệp thiết kế mạch nguồn một chiều ổn áp có điện áp ra thay đổi (0 15v) 3a

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Nội dung: Thiết kế mạch nguồn một chiều ổn áp có điện áp ra thay đổi (0  15V) 3A Nơi thực tập: GV hướng dẫn: Sinh Viên: Lớp: MSV: CÔNG TY TNHH VSIP Lê Đức Toàn Nguyễn Văn Hòa D10DTMT 1021020036 Hà Nội, 07/2014 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian thực tập tại Viện. Và đặc biệt, trong kỳ thực tập này này, Viện đã tổ chức cho chúng em được thực tập với các đề tài rất hữu ích đối với sinh viên ngành Công nghệ phần mềm cũng như tất cả các sinh viên thuộc các chuyên ngành khác. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tâm hướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy cô thì em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy. Bài thu hoạch được thực hiện trong suốt quá trình thực tập. Bước đầu đi vào thực tế, kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô để kiến thức của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! 2 MỤC LỤC Phần A: GIỚI THIỆU CÔNG TY VSIP.........................................................................5 I. Quá trình hình thành...........................................................................................5 II. Các cổ đông........................................................................................................5 III. Tầm Nhìn & Văn Hóa VSIP...............................................................................6 Phần B: NỘI DUNG THỰC TẬP..................................................................................8 ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................8 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................9 1.1. Khái niệm chung về nguồn một chiều........................................................9 1.2. Biến áp nguồn và chỉnh lưu......................................................................10 1.2.1. Biến áp nguồn....................................................................................10 1.2.2. Chỉnh lưu...........................................................................................10 1.3. Lọc các thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải.................................13 1.3.1. Lọc bằng tụ điện................................................................................14 1.3.2. Lọc bằng cuộn cảm L.........................................................................15 1.3.3. Bộ lọc hình L ngược và hình..............................................................15 1.3.4. Bộ lọc cộng hưởng.............................................................................16 1.4. Ổn định điện áp........................................................................................17 1.4.1. Nguyên tắc mạch ổn áp có hồi tiếp....................................................18 1.4.2. Bộ ổn áp tuyến tính IC.......................................................................20 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ NGUỒN MỘT CHIỀU ỔN ÁP CÓ ĐIỆN ÁP RA THAY ĐỔI TỪ 0 -15V........................................................................................................21 2.1. Sơ đồ khối của khối nguồn...........................................................................21 2.2. Lựa chọn phương áp thiết kế........................................................................21 2.2.1. Biến áp...................................................................................................21 2.2.2. Mạch chỉnh lưu......................................................................................21 2.2.3. Bộ lọc nguồn...........................................................................................22 2.2.4. Khối ổn áp..............................................................................................22 3 CHƯƠNG III:TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ................................................................................................................. 27 3.1. Tính toán các thông số cho từng khối mạch..................................................27 3.1.1. Biến áp....................................................................................................27 3.1.2. Khối chỉnh lưu........................................................................................29 3.1.3. Khối lọc nguồn.......................................................................................29 3.1.4. Khối phân áp lấy điên áp ra....................................................................30 3.1.5. Khối tạo điên áp âm................................................................................31 3.1.6. Transistor tăng dòng ra tải......................................................................32 3.1.7. Khối lọc điện áp ra..................................................................................33 KẾT LUẬN..............................................................................................................36 Tài Liệu Tham Khảo.................................................................................................36 4 Phần A: GIỚI THIỆU CÔNG TY VSIP I. Quá trình hình thành Khu công nghiệp Việt Nam Singapore (VSIP) được hình thành dựa trên nền tảng tình hữu nghị và hợp tác kinh tế giữa Việt Nam và Singapore, được Thủ tướng Võ Văn Kiệt lần đầu tiên đề xướng đến Thủ tướng Goh Chok Tong vào tháng 3 năm 1994. Dự án chính thức ra đời vào ngày 31 tháng 01 năm 1996 tại Singapore. Tiếp đó, ngày 14/5/1996, Lễ động thổ đã diễn ra tại VSIP I dưới sự chứng kiến của Thủ tướng hai nước lúc bấy giờ. Từ năm 2005, VSIP nhanh chóng mở rộng dự án VSIP thứ hai tại tỉnh Bình Dương, VSIP thứ ba tại tỉnh Bắc Ninh (2007), VSIP thứ tư tại thành phố Hải Phòng (2010) và gần đây nhất là dự án VSIP thứ năm tại tỉnh Quảng Ngãi (2013). Trong quá trình phát triển, VSIP đã chuyển mình từ một khu công nghiệp truyền thống trở thành khu liên hợp đô thị - công nghiệp, đem lại những giải pháp đô thị mới như quy hoạch tổng thể quốc tế, hạ tầng bền vững và thu hút nhà đầu tư nước ngoài sản xuất giá trị gia tăng cao hơn. Đến nay, VSIP đã thu hút gần 500 nhà đầu tư với tổng vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài 6,4 tỷ đô-la Mỹ và tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu khoảng 8 tỷ đô-la Mỹ, tạo ra 140.000 việc làm cho người lao động. Với quan hệ hợp tác chặt chẽ với các công ty toàn cầu, khách hàng của VSIP đến từ 23 quốc gia và vùng lãnh thổ khác nhau trên thế giới. Luôn đặt mục tiêu phát triển bền vững lên hàng đầu, VSIP phát triển các dự án của mình theo hướng sạch và xanh. VSIP là nơi làm việc và sinh sống lý tưởng cho người lao động, kỹ thuật viên, kỹ sư, các nhà quản lý và các chuyên gia. II. Các cổ đông Với sự hỗ trợ mạnh mẽ từ phía Chính phủ hai nước Việt Nam và Singapore, VSIP được thành lập dưới hình thức liên kết vốn đầu tư giữa các tập đoàn có uy tín và kinh nghiệm trong lĩnh vực bất động sản và xây dựng hạ tầng trong và ngoài nước, bao gồm Becamex (Việt Nam) và một nhóm các công ty do Sembcorp Development (Singapore) dẫn đầu cùng với các đối tác Singapore khác như Mitsubishi Corporation Development Asia và KMP Việt Nam. 5 Sembcorp Development là công ty 100% vốn của Tập đoàn Sembcorp Industries, một tập đoàn uy tín trong lĩnh vực năng lượng, nguồn nước và hàng hải trên khắp sáu châu lục. Sembcorp Industries là nhà cung cấp uy tín giải pháp về năng lượng, nguồn nước cho các khu công nghiệp và các khách hàng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Sembcorp Industries còn dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực cơ khí giàn khoan, hàng hải và là nhà phát triển đô thị có thương hiệu nhiều năm. Sembcorp Development là nhà phát triển đô thị và công nghiệp hàng đầu châu Á với hơn 20 năm kinh nghiệm quy hoạch tổng thể, chuẩn bị đất, phát triển hạ tầng để chuyển từ quỹ đất thô trở thành những khu đô thị quy mô lớn. Hiện công ty đang sở hữu, phát triển, quản lý và tiếp thị các dự án khu liên hợp đô thị – công nghiệp – dịch vụ tại Việt Nam, Trung Quốc và Indonesia. Tổng công ty đầu tư và phát triển công nghiệp - TNHH Một thành viên (Becamex IDC) là một công ty quốc doanh có trụ sở đặt tại Bình Dương. Được thành lập từ năm 1976, đến nay Becamex IDC đã trở thành thương hiệu có uy tín trên lĩnh vực đầu tư và xây dựng hạ tầng Khu công nghiệp, Khu dân cư, Đô Thị và hạ tầng giao thông. Becamex có 28 công ty thành viên hoạt động trong các lĩnh vực: chứng khoán, tài chính, bảo hiểm, ngân hàng, xây dựng, thương mại, bất động sản, dịch vụ, viễn thông – công nghệ thông tin, sản xuất bê tông, vật liệu xây dựng, khai thác khoáng sản, dược phẩm, y tế và giáo dục. III. Tầm Nhìn & Văn Hóa VSIP III.1. Tầm nhìn VSIP Chúng ta là nhà phát triển khu liên hợp đô thị - công nghiệp hoàn thiện, thân thiện với môi trường và xem con người là trọng điểm, nhằm xây dựng môi trường sống, học tập, làm việc và vui chơi tối ưu cho mọi người. 6 III.2. Văn hóa VSIP III.2.1.Khách hàng là trung tâm Chúng ta cam kết với khách hàng mọi thứ chúng ta làm. Chúng ta tin rằng những thành công tiếp nối phụ thuộc vào mối quan hệ chiến lược và thân thiết với tất cả khách hàng và đối tác của chúng ta. III.2.2.Tính chuyên nghiệp và chất lượng Cung cấp dịch vụ và sản phẩm chất lượng là nhiệm vụ kinh doanh hàng đầu. Chúng ta hướng đến sự chuyên nghiệp nhằm cung cấp những cam kết có chất lượng hàng đầu trong mọi lĩnh vực. Không ngừng cải tiến chất lượng và đào tạo liên tục để duy trì giá trị cốt lõi của chính sách chất lượng. III.2.3.Quan tâm và chăm sóc Chúng ta đánh giá cao các nhân viên và thừa nhận sự thành công của công ty phụthuộc vào sự năng động, gắn bó và cống hiến của họ. Chúng ta cam kết mang lại một môi trường lợi ích nhất cho mọi người để phấn đấu và đạt đến thành công. Chúng ta là một phần của một cộng đồng lớn và phải hoàn thành trách nhiệm của mình để đảm bảo sự phát triển bền vững, hòa hợp với việc bảo vệ môi trường và phát triển xã hội. Chúng ta cùng tham gia tích cực vào các hoạt động cộng đồng để hỗ trợ những hoàn cảnh khó khăn. Chúng ta giữ vững niềm tin vào việc phải bảo vệ môi trường cho thế hệ tương lai. III.2.4.Làm việc theo nhóm và kỹ năng giao tiếp Chúng ta tin rằng làm việc theo nhóm sẽ mang lại nhiều thành công hơn. Chúng ta tin tưởng vào việc giao tiếp cởi mở trực tiếp với khách hàng, mọi người và đối tác. III.2.5.Tính trung thực Tính trung thực là yếu tố quan trọng khi làm việc với khách hàng, nhà cung cấp, đối tác và mọi người. Chúng ta luôn xử sự chân thành và tôn trọng nhau. 7 Phần B: NỘI DUNG THỰC TẬP ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết trong các lĩnh vực kinh tế xã hội cũng như trong đời sống. Trong tất cả các thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp là một trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc ổn định của hệ thống. Hầu hết các thiết bị điện tử đều sử dụng các nguồn điện một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao. Hiện nay kỹ thuật chế tạo các nguồn điện ổn áp cũng đang là một khía cạnh đang được nghiên cứu phát triển với mục đích tạo ra các khối nguồn có công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích thước nhỏ (các nguồn xung). Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn điện một chiều ổn áp và dựa vào những kiến thức được học cũng như tự tìm hiểu, em đã chọn đề tài: “Thiết kế mạch nguồn một chiều ổn áp có điện áp ra thay đổi (0  15V) 3A” để qua đó tìm hiểu kĩ hơn về nguyên lí hoạt động của các mạch nguồn đồng thời củng cố thêm kĩ năng trong thiết kế các mạch điện tương tự. Do khả năng kiến thức bản thân còn hạn chế, đề tài chắc chắn sẽ không tránh những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. 8 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Khái niệm chung về nguồn một chiều Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch và các thiết bị điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều của nó tổng quát được lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua một quá trình biến đổi được thực hiện trong nguồn một chiều. Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ra ít phụ thuộc vào điện áp mạng, của tại và nhiệt độ. Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định (ổn áp, ổn dòng). Các mạch cấp nguồn cổ điển thường dùng biến áp, nên kích thước và trọng lượng của nó khá lớn. Ngày nay người ta có xu hướng dùng các mạch cấp nguồn không có biến áp. Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh được biểu diễn như sau: IT Chức năng của các khối như sau: M¹ch chØnh lu U1 ~ ‫ـ‬ BiÕn ¸p U2 ~ Biến áp để biến UT Hình 1: Sơ đồ đổi khối điện ápmộtxoay của bộ chiều nguồn hoàn chỉnh Bé läc U æn ¸p mét chiÒu UO2 (æn dßng) U 1 thành điệnO1áp xoay chiều U2 có giá trị thích hợp với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp UR 1 Tmà ‫ـ‬ không cần biến áp. Sơ đồ vụ khối của một bộ áp nguồn Mạch chỉnhHình lưu 1.1: có nhiệm chuyển điện xoayhoàn chiềuchỉnh U 2 thành điện áp một chiều không bằng phẳng UT (có giá trị thay đổi nhấp nhô). Sự thay đổi này phụ thuộc vào từng dạng mạch chỉnh lưu. ‫ـ‬ Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch U T thành điện áp một chiều UO1 ít nhấp nhô hơn. ‫ـ‬ Bộ ổn áp một chiều (ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng điện) ở đầu ra của nó UO2 (IT) khi UO1 thay đổi theo sự mất ổn định của U O1 hay IT . Trong nhiều trường hợp nếu không có yêu cầu cao thì không cần bộ ổn áp hay ổn dòng một chiều. Tùy theo điều kiện và yêu cầu cụ thể mà bộ chỉnh lưu có thể mắc theo những sơ đồ khác nhau và dùng các van chỉnh khác nhau. Bộ chỉnh lưu công suất vừa và lớn 9 thường dùng mạch chỉnh lưu ba pha. Dưới đây chúng ta sẽ đi khảo sát từng khối nêu trên trong bộ nguồn một chiều. 1.2. Biến áp nguồn và chỉnh lưu 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 trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lưu và ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạng điện xoay chiều về một chiều: Hình 1.2: Biến áp nguồn 1.2.2. 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 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, sơ đồ chỉnh lưu cầu mà trong đó sơ 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 hai nửa chu kỳ và sơ đồ chỉnh lưu cầu. a. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ: 10 Đặc điểm của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ là trong cả hai nửa chu kì của điện áp xoay chiều đều có dòng điện chạy qua tải. Có hai loại sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ: sơ đồ cân bằng và sơ đồ cầu. D1 Ur Uv Ct R D2 Hình 1.3: Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ a. Sơ đồ cân bằng Ur Có Ct Không có Ct 0 t b. Đồ thị thời gian của điện áp ra Điện áp cực đại khi không tải: Uˆ Uˆ 2  U n Trong đó Un là điện áp ngưỡng của diode, U 2 điện áp trên cuộn thứ cấp của biến áp. Điện áp ngược đặt lên diode (trong trường hợp C t  0): Ung = 2 U2hd. b. Mạch chỉnh lưu cầu: Sơ đồ cầu thường được dùng trong trường hợp điện áp xoay chiều tương đối lớn. Tuy cùng là sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ nhưng nó ưu việt hơn sơ đồ cân bằng ở chỗ cuộn thứ cấp được sử dụng toàn bộ trong hai nửa chu kỳ của điện áp vào và điện áp ngược đặt lên điôt trong trường hợp này chỉ bằng một nửa điện áp ngược đặt lên trong sơ đồ cân bằng. Điện áp ra cực đại khi không tải: Uˆ r Uˆ 2  2U n nghĩa là nhỏ hơn 11 chút ít so với điện áp ra trong sơ đồ cân bằng, vì ở đây luôn luôn có hai điốt mắc nối tiếp. Uv Ct Ur R Hình 1.4: Mạch chỉnh lưu cầu Ta thấy rằng trong từng nửa chu kỳ của điện áp thứ cấp U 2 , một cặp điốt có anôt dương nhất và katốt âm nhất mở, cho dòng một chiều qua Rt , cặp điốt còn lại khóa và chịu một điện áp ngược cực đại bằng biên độ U 2 m . Ví dụ tương ứng với nửa chu kỳ dương của U 2 , cặp điốt Đ1Đ3 mở, Đ2Đ4 khóa. Rõ ràng điện áp ngược đặt lên van lúc khóa có giá trị bằng một nửa so với trường hợp sơ đồ chỉnh lưu cân bằng đã xét trên, đây là ưu điểm quan trọng nhất của sơ đồ cầu. Ngoài ra, kết cấu thứ cấp của biến áp nguồn đơn giản hơn. Trong sơ đồ 1.4, nếu nối đất điểm giữa biến áp và mắc thêm tải ta có mạch chỉnh lưu có điện áp ra hai cực tính. Đây thực chất là hai mạch chỉnh lưu cân bằng. +Ur Ct R Uv -Ur Ct Hình 1.5: Chỉnh lưu điện áp ra hai cực tính 12 R 1.3. Lọc các thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải Trong các mạch chỉnh lưu nói trên điện áp hay dòng điện ra tải tuy có cực tính không đổi, nhưng các giá trị của chúng thay đổi theo thời gian một cách chu kỳ, gọi là sự đập mạch (gợn sóng) của điện áp hay dòng điện sau chỉnh lưu. Một cách tổng quát khi tải thuần trở, dòng điện tổng hợp ra tải là:   n 1 n 1 it I 0   An sin nt   Bn cos nt Trong đó I 0 là thành phần một chiều và    A sin nt   B n n 1 n cos nt là tổng các n 1 sóng hài xoay chiều có giá trị, pha và tần số khác nhau phụ thuộc và loại mạch chỉnh lưu. Vấn đề đặt ra là phải lọc các thành phần sóng hài này để cho it ít đập mạch, vì các sóng hài gây sự tiêu thụ năng lượng vô ích và gây sự nhiễu loạn cho sự làm việc của tải. Trong mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ thành phần một chiều I 0 tăng gấp đôi so với mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ, thành phần sóng hài cơ bản (n=1) bị triệt tiêu, chỉ còn các sóng hài bậc từ n = 2 trở lên. Vì vậy mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ đã có tác dụng lọc bớt sóng hài. Người ta định nghĩa hệ số đập mạch KP của bộ lọc: Kp = Biên độ sóng hài lớn nhất của it (hay ut) Giá trị trung bình của it (hay ut) KP càng nhỏ thì chất lượng của bộ lọc càng cao. Người ta đã tính toán rằng khi chỉnh lưu nửa chu kỳ K P = 1,58, khi chỉnh lưu hai nửa chu kì KP = 0,667. Để thực hiện nhiệm vụ lọc nói trên, các bộ lọc sau đây thường được dùng: 13 1.3.1. Lọc bằng tụ điện Trường hợp này đã được nêu ra trong trường hợp tải điện dung của mạch chỉnh lưu. Nhờ có tụ nối song song với tải, điện áp ra tải ít nhấp nhô hơn. C Rt Ur Hình 1.6: 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 C xuống điểm chung, dòng điện ra tải chỉ còn thành phần một chiều và một lượng nhỏ sóng hài bậc thấp. Việc tính toán hệ số đập mạch của bộ lọc dẫn tới kết quả: KP  2 CRt Nghĩa là tác dụng lọc càng rõ rệt khi C và R t càng lớn (Rt 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 F đến vài nghìn F (tụ hóa). 1.3.2. Lọc bằng cuộn cảm L Mạch lọc bằng cuộn cảm L được biểu diễn như sau L Rt Ur Hình 1.7: Lọc bằng cuộn cảm 14 Cuộn cảm L được mắc nối tiếp với tải R t nên khi dòng điện it ra tải biến thiên đập mạch, trong cuộn L sẽ xuất hiện sức điện động tự cảm chống lại. Do đó làm giảm các sóng hài (nhất là các sóng hài bậc cao). Về mặt điện kháng, các sóng hài bạc n có tần số càng cao sẽ bị cuộn cảm L chặn càng nhiều. Do đó dòng điện ra tải chỉ có thành phần một chiều I 0 và một lượng nhỏ sóng hài. Đó chính là tác dụng lọc của cuộn L. Hệ số đập mạch của bộ lọc dùng cuộn L là: KP  Rt 3L Nghĩa là tác dụng lọc của cuộn L càng tăng khi R t càng nhỏ (tải tiêu thụ dòng điện lớn). Vì vậy bộ lọc này thích hợp với mạch chỉnh lưu công suất vừa và lớn. Giá trị của cuộn cảm L càng lớn thì tác dụng càng tăng, tuy nhiên cũng không nên dùng L quá lớn, vì khi điện trở một chiều của cuộn L lớn, sụt áp một chiều trên nó tăng và hiệu suất của bộ chỉnh lưu giảm. 1.3.3. Bộ lọc hình L ngược và hình  Các bộ lọc này sử dụng tổng hợp tác dụng của cuộn cảm L và tụ C để lọc, do đó các sóng hài càng giảm nhỏ và dòng điện ra tải (hay điện áp trên tải) càng ít nhấp nhô. Để tăng tác dụng lọc có thể mắc nối tiếp 2 hay 3 mắt lọc hình  với nhau. Khi đó dòng điện và điện áp ra tải gần như bằng phẳng hoàn toàn. L C Hình 1.8: Lọc hình L ngược 15 Rt Ur L C1 Rt C2 Ur Hình 1.9: Lọc hình  Trong một số trường hợp để tiết kiệm và giảm kích thước, trọng lượng của bộ lọc ta có thể thay cuộn cảm L bằng R trong mắt lọc hình L ngược hay hình  . Lúc đó R gây sụt áp cả thành phần một chiều trên nó dẫn tới hiệu suất và chất lượng của bộ lọc thấp hơn dùng cuộn L. Thường người ta chọn giá trị R sụt áp một chiều trên nó bằng (10 - 20)%U0 khoảng vài  đến vài k . 1.3.4. Bộ lọc cộng hưởng Hình 1.10.a biểu diễn bộ lọc cộng hưởng dùng mạch cộng hưởng song song LkCk mắc nối tiếp với tải R t nhờ vậy sẽ chặn sóng hài có tần số bằng tần số cộng hưởng của nó. Ngoài ra tụ C1 còn có tác dụng lọc thêm. L L Lk Ck (a) Rt C2 Rt Ck (b) Hình 1.10: Các bộ lọc cộng hưởng Hình 1.10.b biểu diễn bộ lọc cộng hưởng dùng mạch cộng hưởng nối tiếp L kCk mắc song song với tải Rt. Ở tần số cộng hưởng nối tiếp của mạch L kCk trở kháng của nó rất nhỏ nên nó ngắn mạch các sóng hài có tần số bằng hay gần bằng tần số cộng hưởng. Ngoài ra cuộn L còn có tác dụng lọc thêm. 16 1.4. Ổn định điện áp Nhiệm vụ ổn định điện áp (gọi tắt là ổn áp) một chiều ra tải khi điện áp và tần số điện lưới thay đổi, khi tải biến đổi (nhất là đối với bán dẫn) rất thường gặp trong thực tế. Điện trở ra của bộ nguồn cung cấp yêu cầu nhỏ, để hạn chế sự ghép ký sinh giữa các tầng, giữa các thiết bị cùng chung nguồn chỉnh lưu. Việc ổn định điện áp xoay chiều có nhiều hạn chế nhất là khi điện áp lưới thay đổi nhiều. Dùng bộ ổn áp một chiều bằng phương pháp điện tử được sử dụng phổ biến hơn đặc biệt khi công suất ra tải yêu cầu không lớn và tải tiêu thụ trực tiếp điện áp một chiều. Các dạng bộ ổn áp trên thực tế được chia làm ba loại chính: ổn áp kiểu tham số (ổn áp dùng điốt Zener), ổn áp kiểu bù tuyến tính (mạch ổn áp có hồi tiếp) và ổn áp xung. Trong phạm vi của đồ án này chúng ta chỉ xét đến mạch ổn áp có hồi tiếp với nguyên tắc thực hiện các sơ đồ ổn áp có hồi tiếp, phân loại và một số loại IC ổn áp tuyến tính. 1.4.1. Nguyên tắc mạch ổn áp có hồi tiếp Để nâng cao chất lượng ổn định, người ta dùng bộ ổn áp kiểu bù tuyến tính (còn gọi là ổn áp so sánh hoặc ổn áp có hồi tiếp). Nguyên tắc làm việc của các sơ đồ ổn định có hồi tiếp được biểu diễn như sau Ur PHẦN TỬ (Điện áp một chiều ĐIỀU KHIỂN U’r chưa ổn định) ®Þnh) NGUỒN BỘ KHUẾCH ĐẠI BỘ SO SÁNH CHUẨN Hình 1.11: Sơ đồ khối minh họa nguyên tắc làm việc của các mạch ổn định có hồi tiếp 17 Trong mạch này, một phần điện áp (dòng điện) ra được đưa về so sánh với một giá trị chuẩn. Kết quả so sánh được khuếch đại lên và đưa đến phần tử điều khiển. Phần tử điều khiển thay đổi tham số làm cho điện áp (dòng điện) ra trên nó thay đổi theo xu hướng tiệm cận đến giá trị chuẩn. Hình sau minh họa phương pháp lấy tín hiệu đưa về mạch so sánh khi ổn áp và ổn dòng. Điện áp đưa về bộ Điện áp U’r Rt so sánh a. đưa về bộ so sánh b. Rt R Hình 1.12: Cách lấy tín hiệu đưa về bộ so sánh a. Khi ổn áp b. Khi ổn dòng. Có thể thấy rằng, tất cả các nguồn áp (R i <<) và nguồn dòng (Ri >>) được thực hiện theo phương pháp hồi tiếp, đều là những mạch ổn áp hoặc ổn dòng. Tuy nhiên do yêu cầu về mặt công suất nên, nên trong các sơ đồ ổn áp hoặc ổn dòng còn có thêm một bộ khuếch đại công suất mắc trong mạch hồi tiếp. Tùy theo phương pháp cấu trúc, các sơ đồ ổn định có hồi tiếp được chia thành hai loại cơ bản: ổn định song song và ổn định nối tiếp. Sơ đồ khối bộ ổn áp kiểu song song được cho ở hình 1.13.a, nguyên lý làm việc của loại sơ đồ này như sau: Phần tử điều chỉnh D điều tiết dòng điện trong giới hạn cần thiết qua đó điều chỉnh giảm áp trên điện trở Rd theo xu hướng bù lại: U2 = U1 - URd , do đó điện áp ra tải được giữ không đổi. Bộ tạo điện áp chuẩn đưa E ch vào so sánh với điện áp ra U2 ở bộ so sánh và độ sai lệch giữa chúng được khuếch đại nhờ khối khuếch đại Y. Điện áp ra của Y sẽ khống chế phần tử điều chỉnh D. Sự biến đổi dòng điện từ 0 Itmax sẽ gây nên sự biến đổi tương ứng dòng điện qua phần tử điều chỉnh từ I tmax 0. 18 Udc D Id U1 It D Y a. U2 Ech Rt Y U1 b. U2 Rt Ech Hình 1.13: a. Sơ đồ khối bộ ổn áp mắc song song b. Sơ đồ khối bộ ổn áp mắc nối tiếp Hình 1.13.b biểu thị sơ đồ khối bộ ổn áp bù mắc nối tiếp, trong đó phần tử điều chỉnh D được mắc nối tiếp với tải, do đó dòng điện chạy qua tải cũng gần bằng dòng điện chạy qua D. Nguyên lý họat động của bộ ổn áp dựa trên sự biến đổi điện trở trong của phần tử điều chỉnh D theo mức độ sai lệch của điện áp ra (sau khi đã được so sánh và khuếch đại). Ví dụ do nguyên nhân nào đó làm cho U 2 biến đổi, qua mạch so sánh và khuếch đại Y tín hiệu sai lệch sẽ tác động vào phần tử điều chỉnh D làm cho điện trở của nó biến đổi theo chiều hướng là U đc trên hai cực của D bù lại sự biến đổi của U 1. Khi đó ta có U2 = U1 - Uđc do có sự biến đổi cùng chiều giữa U 1 và Uđc , U2 sẽ ổn định hơn. Trong hai sơ đồ trên, phần tử điều chỉnh gây ra tổn hao chủ yếu về năng lượng trong bộ ổn áp và làm cho hiệu suất của bộ ổn áp không vượt quá được 60%. Trong sơ đồ mắc song song, công suất tổn hao chủ yếu xác định bằng công suất tổn hao trên Rd và trên phần tử điều chỉnh D là: Pth U1  U 2  I t  I D   U 2 I D U t  U 2  I t  U 1 I D Trong sơ đồ mắc nối tiếp, công suất tổn hao chi do phần tử điều chỉnh quyết định: Pth U t  U 2  I t 19 Vậy sơ đồ nối tiếp có tổn hao ít hơn sơ đồ song song một lượng là U tId nên hiệu suất cao hơn và nó được dùng phổ biến hơn. Ưu điểm của sơ đồ song song là không gây nguy hiểm khi quá tải vì nó ngắn mạch đầu ra. Sơ đồ nối tiếp yêu cầu phải có thiết bị bảo vệ vì khi quá tải, dòng qua phần tử điều chỉnh và qua bộ chỉnh lưu sẽ quá lớn gây nên hỏng phần tử điều chỉnh hoặc biến áp. 1.4.2. Bộ ổn áp tuyến tính IC Để thu nhỏ kích thước cũng như chuẩn hóa các các tham số của các bộ ổn áp một chiều kiểu bù tuyến tính người ta chế tạo chúng dưới dạng vi mạch, nhờ đó việc sử dụng cũng dễ dàng hơn. Các bộ IC ổn áp trên thực tế cũng bao gồm các phần tử chính là bộ tạo điện áp chuẩn, bộ khuếch đại tín hiệu sai lệch, transistor điều chỉnh, bộ hạn dòng. Các IC ổn áp thường đảm bảo dòng ra khoảng từ 100mA đến 1,5A điện áp tới 50V, công suất tiêu tán khoảng 500 - 800 mW. Hiện nay người ta cũng chế tạo các IC ổn áp cho dòng tới 10A. Các loại IC ổn áp điển hình thường dùng là : serial 78xx hay 79xx, LM 105, LM 309,  A 723, LM323, LM 317, LM 337… Tùy thuộc vào tham số kỹ thuật như điện áp ra, dòng ra, hệ số ổn định điện áp, khả năng điều chỉnh điện áp ra, dải nhiệt độ làm việc, nguồn cung cấp, độ ổn định theo thời gian.v.v. mà người ta chế tạo ra nhiều loại khác nhau. CHƯƠNG II: THIẾT KẾ NGUỒN MỘT CHIỀU ỔN ÁP CÓ ĐIỆN ÁP RA THAY ĐỔI TỪ 0 -15V 2.1. Sơ đồ khối của khối nguồn IT U1 ~ BiÕn ¸p U2 ~ M¹ch chØnh lu Bé läc UT UO1 æn ¸p mét chiÒu UO2 (æn dßng) RT Hình 2.1: Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh 20