Mạch sạc dự phòng cho Smartphone

Lời nói đầu
Đất nước ta đang trên đà phát triển,do đó khoa học kĩ thuật đóng một vai
trị quan trọng trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.Việc áp
dụng khoa học kĩ thuật là làm tăng năng suất lao động,thay thế sức lao động của
con người một cách hiệu quả nhất ; không những thế những phát minh ,sự tìm
tịi những sản phẩm nho nhỏ giúp chúng ta hồn thiện bản thân hơn. Vì vậy, để
tạo nền tảng tốt cho các bước phát triển trong tương lai , chúng ta cần đầu tư
thời gian công sức, nghiên cứu, giáo dục phát triển khoa học kĩ thuật một cách
nghiêm túc ngay từ trong môi trường đại học.
Đồ án môn học Điện tử tương tự là một môn học giúp sinh viên ngành
điện của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có những bước đi đầu tiên làm quen
với công việc thiết kế mạch điện căn bản mà mỗi người kĩ sư điện sẽ gắn bó cả
đời mình vào đó . Đồ án này giúp sinh viên chúng ta mường tượng tốt cơng việc
tương lai qua đó có cách nhìn đúng đắn hơn về con đường học tập đồng thời
tăng thêm lòng nhiệt huyết ,yêu nghề của mỗi sinh viên . Khơng những thế q
trình thực hiện đồ án cũng sẽ là thử thách đối với những kĩ năng mà mỗi sinh
viên chưa từng được tiến hành trong quá trình học lý thuyết trên lớp , sừ dụng
các phần mềm như là: Proteus 8 , các phầm mềm tính toán ,làm mạch hơn nữa
là phải áp dụng những kiến thức mà giáo viên đã dạy áp dụng vào trong qúa
trình làm đồ án.
Trong quá trình làm đồ án, chúng em được sự chỉ dẫn nhiệt tình của của
thầy …Sự cổ vũ của thầy là động lực lớn lao cổ vũ tinh thần cho chúng em trên
con đường rèn luyện đầy gian lao, vất vả.
Do đây là đồ án môn học đầu tiên mà chúng em thực hiện nên chắc chắn
sẽ mắc phải những sai lầm thiếu sót . Em rất mong nhận được sự góp ý chân
thành từ thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn.

1


Mục Lục

Chương I: Giới thiệu tổng quan 3
1.1.Mục tiêu đồ án ………………………………………………………………………………………
1.2 Giải quyết vấn đề của đồ án …………………………………………………………………..
Chương II .Phương pháp tiếp cận 3
2.1. Mô tả chung về hệ thống…………………………………………………………………………..
Chương III. Đối tượng điều khiển 4
Chương IV. Thiết kế chi tiết hệ thống 4
4.1.Linh kiện sử dụng……………………………………………………………………………………..
4.2 Giới thiệu về IC MC34063 trong mạch………………………………………………………
4.3.Sơ đồ nguyên lý và tính tốn thơng số, lựa chọn linh kiện trong mạch……..
4.3a.Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp chung………………………………………………………
4.3b. Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp sử dụng Ic MC34063………………………………
43.c. Sơ đồ nguyên lý mạch sạc cho pin………………………………………………………….
Chương V. Kết quả và thử nghiệm11
Chương VI. Kết luận và hướng phát triển12
Chương VII.Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………….12

Chương I: Giới thiệu tổng quan
1.1.

Mục tiêu đồ án
- Thơng qua việc làm bộ mạch sạc dự phịng cho smartphone nhờ
những linh kiện cơ bản như điện trở, diode, transistor, diode xung, tụ
điện, cuộc dây, IC giúp ta hiểu sâu hơn lý thuyết đã học ở trên lớp mà
được áp dụng vào thực tế.

1.2 Giải quyết vấn đề của đồ án
- Như các bạn đã biết,có những chiếc điện thoại smartphone dung lượng
tối đa của pin khá nhỏ,nếu như khơng có sạc dự phịng khó mà đủ năng
lượng để chúng làm việc cho cả ngày hoặc vài ngày ví dụ như ta đang đi

dã ngoại trên núi mà khơng có nguồn điện trực tiếp ,vv..
2


Chương II .Phương pháp tiếp cận
2.1 Mô tả chung về hệ thống
- Giới thiệu sơ lược:
Pin năng lượng cho mạch : Pin Li-ion, cell laptop hay đơn giản là viên pin điện
thoại
Cổng kết nối sạc : USB
Tương thích : Android, Window phone, IOS....các thiết bị hỗ trợ sạc qua cổng
USB ( ngồi ra cịn có chân kết nối sử dụng nối jack khác như Nokia.... )
Hiệu suất : trên 85%
Dòng tiêu thụ max : trên 1A ( có thể sạc tốt cho Tablet )
Trái tim mạch : IC MC34063

-Để hiểu rõ hơn, mời thầy cơ nhìn vào sơ đồ khối của chúng em dưới đây:

-Sơ đồ hệ thống mạch sạc của chúng em gồm 4 khối trong đó có 3 khối chính
là: khối mạch sạc, khối mạch bảo vệ , khối mạch boost
- Nguyên lý hoạt động như sau: Khối mạch sạc làm nhiệm vụ sạc cho cell
laptop có điện áp là 3,7V khi mà cell dự phòng hết điện , tuy nhiên điện áp vào
để sạc được cho các máy smartphone thì cần dùng nguồn tối thiểu 5V( như
adapter sạc điện thoại của mình) vì vậy cần một mạch boost tăng áp từ 3,7V đến
5V. Pin dự phòng ở đây được lựa chọn là cell pin laptop có điện áp danh định
3.7V, dung lượng khoảng trên 2500mAh một cục. Có thể dùng một hoặc hai
cục, nếu dự phịng đơn giản thì chỉ 1 cục là đủ. Hoặc có thể sử dụng 2 cell nối
song song . Vì cell pin sẽ hư ngay khi quá nạp nên cần phải có mạch bảo vệ cho
cell pin, ta cần có mạch bảo vệ tự ngắt khi cell đã được nạp đầy (4.2V), tự ngắt
3

khi chập đầu ra, tự động ngắt tải khi điện áp cell quá thấp xuống mức áp giới
hạn (2.5V) bảo vệ tốt cho cell.
Chương III. Đối tượng điều khiển
Chương IV. Thiết kế chi tiết hệ thống
1.Linh kiện sử dụng
Mạch sạc của chúng em sử dụng các linh kiện sau:
✔
✔
✔
✔
✔

180 ; ;
F
.
IC chính : IC MC34063

2. Giới thiệu về IC trong mạch :
Đặc điểm
+Vận hành trong khoảng nguồn vào từ 3.0 đến 40V
+Hạn chế dòng ngắn mạch
+Dòng điện dự phòng thấp
+Đầu ra chuyển thành dịng 1,5A khơng cần transistor ngồi
+Điện áp đầu ra có thể điều chỉnh được
+Khoảng tần số vận hành từ 10kHz đến 100KHz
+ Dùng trong nâng áp, hạ áp hoặc bộ điều khiển chuyển mạch
Mô tả
IC MC34063 là bộ điều chỉnh hệ thống con nguyên khối dùng như bộ chuyển

đổi DC thành DC. Thiết bị này bao gồm bộ tham chiếu bù nhiệt độ ,
bộ điều khiển chu kỳ công suất dao động điện tử , bộ điều khiển , bộ chuyển
mạch đầu ra dịng lớn . Nó có thể sử dụng cho hạ áp ,tăng áp, bộ điều khiển
chuyển mạch như là ổn áp.

4


5


Các chân của MC34063 đảm nhận các chức năng khác nhau
+Chân 1 là chân vào bộ chuyển cực thu
+Chân 2 là chân vào bộ chuyển cực phát
+Chân 3 là chân vào tụ định thời
+Chân 4 là điểm nối đất
+Chân 5 là chân vào bộ so sánh chuyển đổi đầu vào
+Chân 6 là nguồn cấp
+Chân 7 là chân vào bộ tạo dao động chính
+Chân 8 là chân vào bộ điều khiển cực thu
MC34063 là IC điều khiển PWM đa năng với dòng ra trực tiếp lên tới 1,5A.

6


Từ cấu trúc của MC34063, người ta có thể thiết kế thành tất cả các dạng nguồn
DC-DC không cách ly thông dụng như: nguồn buck (giảm áp), nguồn boost
(tăng áp), nguồn inverter (đổi dấu điện áp)
Mạch dạng này rất phổ biến trong các thiết bị điện tử vì cho phép tạo điện áp ra
bất kỳ từ điện áp vào bất kỳ, có bảo vệ q dịng, cấu trúc nhỏ, hiệu suất cao.

MC34063 cung cấp cho chúng ta những gì cần thiết của 1 bộ nguồn xung:
+1 bộ tạo dao động PWM,
+1 bộ khuếch đại so sánh điện áp
+1 khóa chuyển cơng suất
+1 mạch bảo vệ q dịng điện.
Các trị số định mức
Điện áp nguồn cấp tối đa

40VDC

Khoảng điện áp đầu vào mạch so sánh

-0,3 đến 40 VDC

Điện áp bộ chuyển cực thu

40VDC

Điện áp bộ chuyển cực phát

40VDC

Điện áp bộ điều khiển cực phát

40VDC

Dòng vào bộ điều khiển cực phát

100mA

Dòng chuyển

1,5A

Tần số hoạt động

24-42kHz, định mức
33kHz

Trong mạch thiết kế nguồn sạc dự phòng lần này, ta dùng IC MC34063 là trái
tim của mạch boost tăng áp, tăng điện áp từ 3,7v lên 5v.
3.Sơ đồ ngun lý và tính tốn thơng số, lựa chọn linh kiện trong mạch
Trước tiên ta tìm hiểu nguyên lý mạch boost
Boost Converter là bộ biến đổi nguồn DC-DC có điện áp đầu ra lớn hơn điện áp
đầu vào. Nó chứa ít nhất hai chuyển mạch bán dẫn (một diode và một transistor)
và ít nhất một phần tử tích lũy năng lượng, một tụ điện, một cuộn dây hoặc cả
hai
a) Nguyên lí hoạt động mạch tăng áp chung

7


Khi khóa đóng, dịng điện chạy qua cuộn cảm theo chiều kim đồng hồ và
cuộn dây tích trữ năng lượng. Chiều bên trái cuộn dây mang dấu dương.
Khi khóa mở, dòng điện bị giảm. Tuy nhiên dòng điện hoặc sự sụt giảm
này được chống lại bởi cuộn dây. Chiều cuộn dây đảo ngược (bên trái cuộn dây
mang dấu âm). Kết quả ta có hai nguồn điện sẽ nạp năng lượng cho tụ thơng qua
diode D.
Nếu khóa hồn thành chu kỳ chuyển mạch, điện cảm sẻ khơng được tích
điện đầy giữa trạng thái tích điện và tải sẻ có điện áp lớn hơn đầu vào khi khóa

mở. Khi khóa mở, tụ nối song song tải được tích điện tới điện áp tương ứng.
Khi khóa được đóng và phần mạch bên phải ngắn mạch từ bên trái, tụ sẻ cung
cấp điện áp và năng lượng cho tải. Trong quá trình này, diode khó ngăn tụ xả
điện tích qua khóa. Khóa phải được mở đủ để chống lại tụ xả điện.
Nguyên lý cơ bản của bộ Boost converter :
-Trạng thái On, khóa S đóng, làm tăng dịng điện cảm
-Trạng thái Off, khóa mở và dòng điện cảm chạy qua diode D, tụ C và tải R. Kết
quả chuyển năng lượng tích lũy trong trạng thái On vào tụ.
-Bộ boost converter hoạt động ở hai chết độ là liên tục và không liên tục ứng với
hai trạng thái của nó.
-Với chế độ khơng liên tục ta có cơng thức: t=DT với T là chu kì chuyển mạch và
( chu kì năng suất)
-Với chế dộ khơng liên tục, ta có cơng thức:
-Như vậy tải được cung cấp năng lượng liên tục trong mach trong chù kì ngắt.
8


b) Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp trực tiếp dùng Icmc34063

Với mạch của chúng em,con TIP41 làm việc như 1 cái khóa S, sử dụng ICMC34063
để đóng mở con transistor.
- Đầu tiên, Nguồn pin 3,7V được được đưa vào chân 6(VCC) của IC ,pin của em sử dụng
là pin loại 3.7v dung lượng khoảng 2500mah 1 cục.
- Trước khi vào chân 6 ta sử dụng tụ hóa C1 nối xuống mass có tác dụng lọc phẳng điện
áp vào( thật r a ko cần thiết vì nguồn vào là nguồn pin khá phẳng) song nó cịn có tác
dụng lọc các tín hiệu ko cần thiết từ điểm đó xuống đất để vào chân 6 tối ưu hơn.
- Giữa chân 6 và chân 7 dùng con R1 dùng để bảo vệ mạch khi q dịng, ta có thể bỏ R1
cũng được, mạch vẫn chạy nhưng mất chức năng bảo vệ quá dòng.
- Cuộn dây là thành phần quan trọng trong mạch boost để duy trì dịng điện trong chu kì
con MC34063 ngắt nguồn.Để chọn giá trị L1 , ta phải chọn sao cho phù hợp với công

thức trên tức là chọn sao cho dòng max trên cuộn cảm là 1A, liên quan đến tần số chuyển
mạch và điện áp vào, ra
-Con TIP41 làm việc như 1 khóa chuyển mạch là thành phần quan trọng trong mạch
boost cùng với cuộn dây L1 .được nối với chân số 2 của Ic, ic điều khiển con stransistor ,
chân số 2 này cần xuất ra 1 điện áp 0,7v đến 0.8v là con TIP41 chạy tốt.
-Trong 1 số trường hợp sau khi làm mạch xong mà điện áp đầu ra không đủ 5v ta phải
dùng 1 biến trở nối đất ở chân 2 trước khi cho áp vào chân B của TIP41 sao cho đủ 0,7
đến 0.8v
-Chân 4 của Ic là chân nối đất
- TỤ C2 được nối với chân 3 ( timing capacitor): chân vào tụ định thời , dùng để xác định
tần số xung PWM, với ICMC34063, chọn tụ có giá trị tần số trong khoảng 20kHZ đến
50kHZ.Tụ càng cao thì giá trị tụ càng nhỏ. ở đây ta chọn giá trị tụ là 102pF. Khi ta tháo
tụ 102pF mạch vẫn chạy nhưng ở trạng thái ko ổn định.
9


- diode zener 1N4733A có tác dụng ghim điện áp , làm cho mạch ổn định điện áp hơn , ở
đây do đầu ra là 5V lên ta chọn loại có giá trị 5,1V và 1W
- Chân 5 được đưa ra cùng với hai con điện trở R4(22k) và R5(6.8k) làm nhiệm vụ chia
áp với tỉ lệ 1:3 để hạn chế dòng từ chân 5 ra tải.
- C4 dùng để làm phẳng điện áp đầu ra vì mạch boost chỉ mở hoạt động 1 thời gian trong
1 chu kì nên điện áp ra sẽ nhấp nhô ko liên tục nên phải dùng tụ làm chậm biến đổi điện
áp, lọc nguồn.
c) Mạch sạc cho pin khi pin dự phòng hết điện.
Sơ đồ nguyên lý

TL431 là con diode ổn áp,có khả năng truyền 1 năng lượng lớn hơn transistor,
có thể duy trì dịng điện với đầu vào khơng liên tục.
Đầu tiên nguồn điện được đi vào và được phân áp trước khi đến cực điều khiển
G của thuysitor bởi mạch này hoạt động với điện áp thấp tần số thấp.

Dòng điện đi từ chân Anot(chân 3) đi xuống chân catot( chân 2) làm bóng đèn
sáng, con R3=470 Ơm bảo vệ con Led.
Diode D1 ổn định điện áp, chỉnh lưu cho dòng sạc về pin ổn định hơn,đồng thời
chống sốc cho pin, bảo vệ pin
Dịng điện thuận cực đại:

Cơng thức trên được dùng để tính dịng điện thuận khi Thyristor dẫn điện
VAK khoảng 0,7V
10


Đây là trị số lớn nhất khi cho dòng điện qua Thyristor mà nó có thể chịu đựng
liên tục, có nghĩa là khi quá trị số này Thyristor sẽ bị hư.

Sau khi đã thiết kế xong các khối, lắp ráp các khối vào với nhau ta được bộ sạc
dự phòng hoàn chỉnh
Chương V. Kết quả và thử nghiệm
Mạch chạy tốt với hiệu suất trên 85%, dòng ra khoảng 1A, điện áp đầu ra là
5.1V ,hiện đã thử nghiệm thành công và ứng dụng.
Sau đây là ảnh sau khi làm mạch xong :

11


Chương VI. Kết luận và hướng phát triển
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế , em đã hồn thành đồ án
thiết kế bộ sạc dự phịng cho smartphone. Kết quả thiết kế đã được lắp ráp thành
mạch điện và kết quả thực nghiệm đạt được yêu cầu thiết kế.
Qua đề tài này có thể giúp em áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế đồng
thời nâng cao khả năng tự tìm hiểu và thiết kế các mạch điện tử tương tự. Từ

những kiến thức đã thu được trong q trình thực hiện đị án này giúp em có
thêm kinh nghiệm để thực hiện mạch điện mới phức tạp hơn

Chương VII.Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo:
Nguyên lý mạch boost tăng áp trực tiếp
DATASHEET của ICMC34063, DATASHEET của TL431 ,TIP41

12