ĐỒ ÁN DIỆN TỬ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP BOOST

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN : DIỆN TỬ ỨNG DỤNG

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ỔN ÁP BOOST

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Vũ Vân Thanh
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Xuân Khánh
Mai Trọng Thành


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG1: TỔNG QUAN ỔN ÁP..........................................................1
1.1

Giới thiệu chương............................................................................................1

1.2

Ổn áp................................................................................................................1

1.2.1 Ổn áp xoay chiều(AC).....................................................................................1
1.2.2 Ổn áp một chiều (DC)......................................................................................2
1.2.2.1

Phân loại ổn áp một chiều (DC).................................................................2

1.2.3 Ổn áp xung Buck.............................................................................................7
1.2.3.1

Sơ đồ khối..................................................................................................7

1.2.3.2

Nguyên lý làm việc....................................................................................7

1.2.4 Ổn áp xung Kiểu Boost...................................................................................8
1.2.4.1

Sơ đồ khối..................................................................................................8

1.2.4.2

Ngun lý hoạt động..................................................................................9

1.2.4.3

Phương pháp tính tốn ổn áp Boost...........................................................9

1.3

Kết luân chương..............................................................................................12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................13
2.1

Mạch nguyên lý..............................................................................................13

2.2

Các khối điều khiển trong mạch.....................................................................14

2.2.1 Khối tạo xung vuông IC555..........................................................................14
2.2.2 Khối tạo xung răng cưa.................................................................................15
2.2.3 Khối nguồn ..................................................................................................17
2.2.4 Khối hồi tiếp (phản hồi)................................................................................18
2.2.5 Khối kích FET..............................................................................................19
2.2.6 Khối cơng suất..............................................................................................20

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH
.................................................................................................................................22
3.1 Giới thiệu chương...........................................................................................22


3.2 Khối cơng suất...............................................................................................23
3.3 Khối cơng suất...............................................................................................25
3.4 Khối kích FET...............................................................................................27
3.5 Khối xung vng ..........................................................................................28
3.6 Khối nguồn dịng ...........................................................................................29
3.7 Khối mạch nguồn ..........................................................................................30
3.8 Giản đồ xung..................................................................................................33
3.9 Kết luận chương.............................................................................................35
Kết luận .................................................................................................................36
Tài liệu tham khảo.................................................................................................37

LỜI NÓI ĐẦU

Là sinh viên theo học khối kỹ thuật nói chung và ngành cơ điện tử nói riêng,
được học và thừa hưởng các kiến thức khoa học mà các thế hệ đi trước đã để lại,
ngoài việc phải nắm vững các kiến thức sẵn có thơng qua việc học lí thuyết, các sinh
viên kỹ thuật cịn phải đưa các kiến thức đó vào thực tiễn thơng qua việc tự tạo ra các
sản phẩm có khả năng ứng dụng vào thực tiễn vì vậy Đồ án Điện tử ứng dụng chính
là cơ hội cho chúng em vận dụng các kiến thức được học ở trường và giúp chúng em
rèn luyện thêm nhiều kỹ năng khác.
Với đề tài “Thiết kế mạch ổn áp Boost ” thì đây là một cơ hội rất tốt để chúng
em đi sâu vào tìm hiểu và áp dụng những kiến thức của các học phần lý thuyết liên
quan vào việc thiết kế, chế tạo một mạch điện tử. Là lần đầu thực hiện một sản phẩm
mạch điện tử khơng thể tránh khỏi được những sai sót, khuyết điểm mong nhận được
sự chỉ bảo của các thầy cô.
Qua đây, em cũng xin cảm ơn thầy Vũ Vân Thanh đã giúp chúng em thực hiện
đề tài này.

Đà Nẵng, ngày 17 tháng 12 năm 2021
Sinh viên thực hiện
Mai Trọng Thành
Nguyễn Xuân Khánh


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ỔN ÁP

1.1 Giới thiệu chương:

Hầu hết mọi thiết bị, mạch điện hay hệ thống điện điều cần một nguồn điện
đáp ứng tốt để không làm ảnh hướng tới mọi hoạt động của nó, để biết rỏ hơn về vài
trò cũng như phân loại và đặc điểm của từng loại ổn áp thì ở chương này sẽ làm rỏ
các vấn đề đó. Đặc biệt là ổn áp xung Boost
1.2 Ổn áp:
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ thuật
điện tử nói riêng thì ngày nay các thiết bị điện tử đã được sử dụng một cách rộng rải
và ngày càng hiện đại, áp dụng vào nhiều lỉnh vực khác nhau trong đời sống hàng
ngày, từ các thiết bị gia dụng, dây chuyền sản xuất, các thiết bị điện tử hiện đại..vv
Một trong những thành phần khơng thể thiếu và nó ảnh hưởng trực tiếp đến đến sự
hoạt động của một hệ thống hay mạch điện đó chính là nguồn điện. Đa phần hiện nay
các mạch điện hay hệ thống điện đòi hỏi các nguồn điện áp khác nhau cung cấp cho
nó từ một nguồn cố định hay đã có sẳn, do vậy cần có một hệ thống đảm bảo cung
cấp đúng nguồn điện cho các mạch điện hay hệ thống hoạt động một cách tốt nhất và
đảm bảo duy trì tuổi thọ cho các thiết bị điện.
Ổn áp là một hệ thống được thiết kế để cung cấp và duy trì ổn định một mức
điện áp đầu ra với một điện áp đầu vào có thể thay đổi, cung cấp nguồn hoạt động
cho các mạch điện hoặc hệ thống điện.
Trên thực tế có nhiều loại ổn áp khác nhau hoạt động trên ngun lí khơng giống
nhau, về cơ bản ổn áp được chia làm ổn áp xoay chiều và ổn áp một chiều, tùy thuộc
vào đặc điểm hoạt động khác nhau thì ổn áp một chiều lại được chia làm nhiều loại
khác nhau nữa.
1.2.1 Ổn áp xoay chiều (AC):
Ổn áp xoay chiều là một thiết bị có thể tự động duy trì điện áp ra xoay chiều
thay đổi trong một phạm vi nhỏ khi điện áp vào thay đổi trong một phạm vi lớn. Do
vậy ổn áp xoay chiều khơng có khả năng sinh ra năng lượng mà chỉ có nhiệm vụ ổn
SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

1

Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

áp và giử điện ra ổn định. Ổn áp xoay chiều được chia làm ổn áp xoay chiều một pha
và ổn áp xoay chiều ba pha. Tùy thuộc vào lưới điện sử dụng để người ta chọn loại
ổn áp phù hợp.
1.2.2 Ổn áp một chiều (DC):
Mọi ổn áp DC đều có nhiệm vụ đó là biến đổi điện áp vào DC (một chiều) thành
điện áp ra DC xác định, ổn định và duy trì điện áp đó khơng đổi trên một tầm rộng
của các điều kiện điện áp vào và dòng tải. Để làm được điều đó thì một ổn áp thường
có :
1. Phần tử chuẩn : để cung cấp một mức điện áp ra biết trước.
2. Phần tử lấy mẫu : để lấy mẫu điện áp ra.
3. Phần tử khuếch đại sai lệch: để so sánh mẫu điện áp chuẩn và cho sai
tín hiệu sai lệch.
4. Phần tử điều khiển: để biến đổi điện áp ra thành điện áp mong muốn
khi điều kiện tải thay đổi và được điều khiển bằng tín hiệu sai lệch.
Tùy vào kiểu ổn áp khác nhau thì sẽ có các thành phần khác nhau, nhưng cơ
bản các kiểu ổn áp điều có 4 thành phần trên.

Hình 1.1: sơ đồ khối của một nguồn ổn áp cơ bản

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

2


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

1.2.2.1 Phân loại ổn áp một chiều (DC)
Ổn áp DC được chia làm 2 nhóm chính : ổn áp tham số và ổn áp theo nguyên
lí bù.
a.Ổn áp Zener ( ổn áp tham số )
Là loại ổn áp dùng để ổn định điện áp một chiều sử dụng đi ốt bán dẫn Zener,
loại ổn áp này có nhược điểm là dịng qua tải nhỏ, khơng có hồi tiếp.
Diode Zener gồm có 1 lớp tiếp xúc P-N và 2 chân cực là anốt và catốt, anốt
được nối với lớp bán dẫn P còn catốt được nối với lớp bán dẫn N được bọc trong vỏ
kim loại hoặc nhựa tổng hợp.
Đặc tuyến vôn-ampe của Diode:

Hình: 1.2 Đặc tuyến vơn-ampe
-

Phần thuận của đặc tuyến ( Khi UAK >0)

Khi Diode được phân cực thuận thì dịng tăng rất nhanh, ta phải chủ ý đến
dòng điện thuận cực đại Ith.max , diode không được làm việc với dòng điện cao
hơn trị số này. Khi UAK > 0 nhưng trị số nhỏ thì dịng điện thuận q nhỏ nên
diode chưa được coi là phân cực thuận, chỉ khi UAK≥ UD thì diode mới được tính
là phân cực thuận UD được gọi là điện áp thuận ngưỡng của diode, khi UAK = UD

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

3

Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

thì dịng điện thuận có trị số khoảng 0.1Ith.max và khi UAK> UD thì dịng tăng rất
nhanh. UD có giá trị (0,1-0,3)V đối với diode gecmani và (0,4-0,8)V đối với silic.
Điện trở của diode khi phân cực thuận:
RD =

0,026
I

+ RB

(1.1)

Với VT là điện thế nhiệt, I là dòng qua diode, R B là điện trở gộp bao gồm điện
trở trơ của vật liệu và điện trở tiếp xúc.
Ở nhiệt độ phòng:
RD =

0,026
I

+ RB

(1.2)

Khi diode làm việc với dịng cao thì có thể bỏ qua 𝑅𝐵
Phân tích mạch DC chứa Diode Zener:

Hình: 1.3 Mạch DC chứa diode
b. Ổn áp nguyên lý bù
Ổn áp nguyên lí bù được thực hiện bằng phương pháp hồi tiếp, khi điện áp
ngõ vào biến thiên, điện áp ngõ ra cũng biến thiên thì mạch sẽ tạo ra một tín hiệu
điều khiển bù lại sự biến thiên đó, gọi là mạch làm việc theo nguyên lí bù. Nếu
phần tử điều chỉnh làm việc chế độ tuyến tính gọi là ổn áp tuyến tính, nếu phần tử
điều chỉnh hoạt động ở chế độ xung gọi là ổn áp xung. Nếu phần tử điều chỉnh nối
tiếp tải gọi là ổn áp nối tiếp, ngược lại gọi là ổn áp song song.
• Ổn áp tuyến tính
-

Nguyên lí hoạt động của ổn áp tuyến tính:

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

4


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

Sự ổn định của điện áp điện thực hiện bằng phương pháp hồi tiếp. Khi điện
áp vào Vi biến thiên, điện áp ngõ ra Vo cũng biến thiên thì mạch sẽ tạo ra một tín
hiệu điều khiển để bù vào sự biến thiên đó. Đây là mạch làm việc dựa theo ngun
lí bù.

Hình 1.4 sơ đồ khối mạch ổn áp tuyến tính
-

Ưu điểm của ổn áp tuyến tính:

+

Ổn áp tuyến tính có độ ổn định cao.

+

Ít gây nhiễu.

+

Dễ thiết kế và thi cơng.

-

Nhược điểm của ổn áp tuyến tính:

+

Có hiệu suất kém.

+

Kích thước lớn.

+

Giới hạn công suất.

 Ổn áp xung

Ổn áp xung hay cịn gọi là ổn áp đóng ngắt, là ổn áp hoạt động trên nguyên lý
hồi tiếp ( nguyên lí bù), trong đó phần tử điều chỉnh làm việc ở chế động xung.
- Nguyên lí hoạt động của ổn áp xung:
Nguồn DC chưa ổn định được đưa đến phần tử điều chỉnh làm việc như một
khóa điện tử. Khi khóa dẫn nguồn DC được nối với một ngõ ra, khóa tắt cắt nguồn

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

5


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

ra khỏi mạch. Như vậy tín hiệu ra của khóa là một dãy xung. Muốn có điện áp một
chiều cho tải người ta sử dụng bộ lọc. Thông thường dung mạch lọc RLC, tùy
thuộc vào tần số và độ rộng xung ngõ ra của khóa mà trị số điện áp một chiều ở
trên tải có thể lớn hoặc nhỏ. Để ổn định điện áp trên tải người ta thường so sánh
nó với một mức điện áp chuẩn. Sự sai lệch sẽ được biến đổi thành tín hiệu xung
để điều khiển khóa điện tử. Dưới đây là sơ đồ hoạt động của ổn áp xung:

Hình 1.5 sơ đồ hoạt động của ổn áp xung
 Phân loại ổn áp xung :
+ Tùy thuộc vào phần tử điều chỉnh nổi tiếp hay song song với tải người ta
chia làm ổn áp xung nối tiếp và ổn áp xung song song.
+ Tùy thuộc vào điện áp ngõ vào và ngõ ra người ta chia làm ổn áp xung
Buck, ổn áp xung Boost, ổn áp xung Buck-Boost, ổn áp xung Cuk.

 Ổn áp Buck: là loại ổn áp có điện áp trung bình ngõ ra nhỏ hơn ngõ
vào.
 Ổn áp Buck_Boost: là loại ổn áp có điện áp ngõ ra lớn hơn hoặc nhỏ
hơn điện áp ngõ vào.
 Ổn áp Cuk: là loại ổn áp có điện áp ngõ ra có thể lớn hơn hoặc nhỏ
hơn điện áp ngõ vào nhưng cực tính ngược với điện áp ngõ vào.
 Ổn áp Boost: là loại ổn áp có điện áp trung bình ngõ ra lớn hơn ngõ
vào.
SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

6


Đồ án điện tử ứng dụng


GVHD: Vũ Vân Thanh

Ưu điểm của ổn áp xung:

+ Tổn hao ít nên hiệu suất cao ( thường trên 80%)
+ Độ ổn định cao do phần tử điều khiển làm việc ở chế độ xung
+ Thể tích và trọng lượng bộ nguồn nhỏ


Nhược điểm của ổn áp xung:

+ Phân tích, thiết kế phức tạp
+ Bức xạ sóng, can nhiễu trong dải tần số rộng do đó cần bộ lọc xung ở ngõ
vào nguồn và bộ nguồn phải được bọc kim.

+ Tần số đóng ngắt lớn sẽ gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh.
1.2.3 Ổn áp xung Buck:
Ổn áp xung Buck là loại ổn áp có điện áp trung bình ngỏ ra nhỏ hơn điện áp
ngỏ vào, hoạt động theo thương pháp điều chế độ rộng xung.
1.2.3.1 Sơ đồ khối:

Hình 1.6 Sơ đồ khối ổn áp xung Buck
1.2.3.2 Nguyên lí làm việc:
Phần tử điều chỉnh đóng vai trị như một khóa điện tử, đóng hoặc mở với tần
số không đổi. Xung điều khiển với tần số f được tạo ra từ khối tạo dao động. Phần
điều khiển thực hiện việc so sánh điện áp ra với điện áp chuẩn, kết quả của sai lệch
được khuếch đại lên, mạch điều chế căn cứ vào sai lệch để điều chế động rộng
SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

7


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

xung, xung vng có độ rộng thay đổi được đưa tới phần tử điều chỉnh để điều
khiển sự đóng ngắt của nó. Trong thời gian khơng tồn tại xung điều khiển dịng ra
được đảm bảo nhờ tự C và cuộn cảm L.
Gọi tx là thời gian mở của phần tử chuyển mạch:
Điện áp trung bình trên tải:
1

t

V0 = ∫0 x Vi dt =
T

⇒
Vì:

V0
VI

=

tx
T

Vi

tx
T

0≤ t x ≤ T ⇒ 0 ≤ V0 ≤ Vs

(1.4)

(1.5)
(1.6)

Do vậy điện áp ngõ ra của ổn áp Buck luôn nhỏ hơn điện điện áp ngõ
vào.Để sử dụng ổn áp vào đầu ra tăng áp thì t cần tìm hiểu mạch ổn áp xung
kiểu Boost.
1.2.4 Ổn áp xung kiểu Boost:

Ổn áp Boost là loại ổn áp có điện áp trung bình ngỏ ra lớn hơn điện áp
trung bình ngỏ vào,hoạt động theo phương pháp điều chế độ rộng xung.
1.2.4.1 Sơ đồ khối:

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

8


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh
Hình 1.7: Sơ đồ khối ổn áp Boost

1.2.4.2 Nguyên lí hoạt động:
Phần tử chuyển mạch làm việc như một khóa điện tử đóng và mở với tần số
khơng đổi. Xung điều khiển có tần số f được tạo ra bởi khối tạo dao động. Thời
gian đóng và ngắt của phần tử chuyển mạch phụ thuộc vào độ rộng cũng xung điều
khiển, độ rộng của xung được tạo ra bởi khối điều chế độ rộng xung, khối này nhận
tín hiệu xung kích hướng âm được tạo ra bởi mạch xén và tín hiệu sai lệch để xác
định độ rộng của xung kích sao cho tín hiệu ra Vo ổn định. Dịng ra được bảo đảm
nhờ tụ C và cuộn cảm L. Tín hiệu ra được lấy một phần ( Lấy mẫu) đem so sánh
với điện áp chuẩn tạo ra tín hiệu sai lệch để điều chế độ rộng xung.
1.2.4.3 Phương pháp tính tốn ổn áp Boost
Chế độ dòng liên tục: Nếu điện cảm rất lớn, thì dịng điện trong 1 chu kỳ điện
cảm sẽ không thay đổi nhiều mà chỉ dao động quanh giá trị trung bình.Chế độ liên
tục có hiệu suất và chất lượng bộ nguồn tốt hơn nhiều chế độ không liên tục, nhưng
địi hỏi cuộn cảm có giá trị lớn hơn nhiều lần.
Trong thời gian (𝑡𝑜𝑛 ) Transistor đóng, điện áp nguồn được đặt hoàn toàn vào
cuộn cảm L1, khi đó sự thay đổi dịng điện chạy qua cuộn dây trong khoảng được

xác định theo cơng thức.

Hình 1.8 Ngun lí hoạt động ổn áp Boost.
-

Thời gian ton ( khóa S đóng):

Hình 1.9 Ổn áp Boost chế độ ton .
SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

9


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

Trong suốt trạng thái On của khóa S, điện áp đầu vào Vs đặt lên cuộn dây,
tạo ra dòng thay đổi xuyên qua cuộn dây:
ΔIL
Δt

=

Vi

(1.7)

L

Kết thúc trạng thái On:
DT

ΔLIon = ∫O Vi dt =

DT
L

Vi

(1.8)

Với D là chu kì năng suất

-

Thời gian toff ( khóa S mở):

Hình 1.10 Ổn áp Boost chế độ toff
Trong khoảng thời gian này S mở, dòng cuộn dây chạy qua tải và tích điện cho
tụ điện.
Vi − V0 = L

dIL
dt

(1.9)

Vì vậy sự biến đổi dịng điện qua cuộn dây trong chu kỳ off:
T (Vi −Vo)dt

ΔILoff = ∫DT

L

=

(Vi −V0 )(1−D)T
L

(1.10)

Giả thuyết ổn áp làm việc ở chế độ xác lập. năng lượng tích lũy trong cuộn
dây trong mỗi chu kì tạo nên tạo nên các điểm dịng điện đầu và cuối chu kỳ, năng
lượng này được xác lập bởi biểu thức:
1

WL = LI2

(1.11)

2

Vì vậy có thể viết:
ΔILon + ΔILoff = 0

(1.12)

Thay (1.2) và (1.4) vào (1.6) ta có:
ΔILon + ΔILoff =

Vi DT
L

+

(Vi −V0 )(1−D)T

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

L

=0

(1.13)

10


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

Từ (1.7) rút ra:
VO
VI

Dể dàng nhận thấy

V0

Vi

=

1
(1−D)

(1.14)

ln lớn hơn 1 , vì vậy V0 ln lớn hơn Vi .
D=1−

Hay :

V0

(1.15)

Vi

Chế độ dịng không liên tục: Nếu điện cảm của cuộn cảm quá nhỏ, thì trong
một chu kỳ đóng cắt, dịng điện sẽ tăng dần nạp năng lượng cho điện cảm rồi giảm
dần, phóng năng lượng từ điện cảm sang tải. Vì điện cảm nhỏ nên năng lượng trong
điện cảm cũng nhỏ, nên hết một chu kỳ, thì năng lượng trong điện cảm cũng giảm
đến 0. Tức là trong một chu kỳ dòng điện sẽ tăng từ 0 đễn max rồi giảm về 0.
Khi dòng điện trong cuộn dây tăng từ 0 đến cực đại (đến D.T)
ILmax =

Vi DT
L

(1.16)

Dòng điện IL giảm về 0 sau khoảng thời gian δ. T:
ILmax +

(VI −V0 ) δT
L

=0

(1.17)
Suy ra:
δ=

Vi D
(V0 −Vi )

(1.18)
Dòng điện tải IR bằng dòng điện chạy qua diod (ID), dòng điện chạy qua diod
bằng dịng điện chạy qua cuộn dây khi transistor mở. Vì vậy dòng điện ra được viết:
IR = ID =

ILmax
2

δ

(1.19)

Từ (1.16) và (1.18) :
IR =

Vi DT Vi D
Vi2 D2 T
.
=
2L VI − V0 2L(V0 − Vi )
VO
Vi D2 T
→
=1+
Vi
2LIR

Từ biểu thức trên ta thấy, ở chế độ dịng điện khơng liên tục sự thay đổi điện
áp đầu ra không chỉ phụ thuộc vào độ rộng xung điện áp mà còn phụ thuộc giá trị đi
giá trị điện cảm, điện áp vào , tần số chuyển mạch, và dòng điện ra.

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

11


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

1.3 Kết luận chương
Qua việc phân tích đặc điểm, đánh gia ưu nhược điểm cũng từng loại ổn áp,

chúng ta thấy rỏ được các lợi thế mà ổn áp xung Boost mang lại, để tìm hiểu rỏ hơn
về nó thì ở chương tiếp theo chúng ta sẽ đi sâu vào từng khối chức năng trong ổn áp
xung Boots.

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

12


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Mạch nguyên lý

Hình 2.1 Sơ đồ mạch nguyên lí

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

13


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

2.2 Các khối điều khiển trong mạch
2.2.1 Khối tạo xung vng IC555

Hình 2.2: Khối tạo xung vuông
– Chức năng: Tạo ra vuông có tần số khơng đổi, từ đó kết hợp với BJT để
nạp với xả tụ, kết hợp với mạch nguồn dịng để tạo xung răng cưa.
– Ngun lí hoạt động:
 Khi tụ C3 được nạp thì cho ngõ ra ở chân số 3 mức 1
 Khi tụ C3 được xả thì cho ngõ ra ở chân số 3 mức 0
 Với mạch IC555 trên, thì tụ sẽ được nạp điện qua trở R9 và R10 và tụ sẽ
xả qua trở R10.

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

14


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

2.2.2 Khối xung răng cưa

Hình 2.3 Khối xung răng cưa
 Nguồn dịng

Hình 2.4: Khối nguồn dòng

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

15

Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

VB = VC − 2. VD = 12 − 2.0,7 = 10,6 V = const
VAB = 1,4V
VR1 = 1,4 − VD =0,7V = const
IE =

VR1
R1

= const

IE = IB + IC
Mà : IB =

IC
β

, chọn BJT có β lớn

⇒ IC ≈ IE = const
Như vậy xem như IC không đổi
Chức năng của mạch nguồn dịng: Tạo ra một dịng điện khơng đổi, để tạo ra
sườn lên thẳng cho xung Răng Cưa
Chức năng của khối xung răng cưa: Tạo ra xung răng cưa từ đó so sánh với
tín hiệu Đường thẳng, tạo ra tín hiệu điều khiển, tạo ra tín hiệu Kích Fet.
Nguyên lý hoạt động của khối xung răng cưa:

•

Khi xung của IC 555 cho ra mức 1 thì tụ điện C4 sẽ nạp điện, nạp với
một nguồn dịng khơng đổi nên xung nạp của tụ sẽ là một đường thẳng.

•

Khi xung của IC 555 cho ra mức 0 thì tụ điện C4 sẽ xả điện, tụ điện sẽ xả
rất nhanh khi BJT được kích.

⇒Sẻ tạo ra xung răng cưa, và có thể điều chỉnh đỉnh xung bằng cách điều
chỉnh vi trở.

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

16


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

2.2.3 Khối nguồn

Hình 2.5: Khối nguồn
-

Chức năng: Từ điện áp đầu vào 12VDC tạo ra áp đầu ra 9VDC cung cấp
cho các IC trong mạch hoạt động.

-

Nguyên lí hoạt động: Điện áp 12VDC cịn gợn, nhấp nhơ nên tụ C5 và C6
dùng để san phẳng điện áp nhấp nhơ đó. Sau khi qua IC7809, điện áp ra 9VDC
đi qua tụ C7 và C8 giúp điện áp được san phẳng.

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

17


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

2.1.5 Khối hồi tiếp (phản hồi)

Hình 2.6. Sơ đồ mạch hồi tiếp
Chức năng: Tạo ra một tín hiệu xung đường thẳng để so sánh với xung răng cưa,
từ đó tạo ra xung điều khiển, dẫn đến điều khiển Mosfet.
Nguyên lý hoạt động: Để tạo ra được điện áp 18V ở ngõ ra thì điện áp so sánh
(RV1) phải được cố định ở 4,5V
Vchuan = V+
Vphanhoi = V-

Ban đầu: V+ > V- :
Đầu out 2 của op-amp U1:B cho ra mức điện áp không xác định → tụ
C2 sẻ được nạp 𝑉𝐶𝐶 qua R8 và qua D3 .
Khi đó điện áp ở tụ sẻ tăng → tạo ra tín hiệu đường thẳng tăng → so
sánh với xung răng cưa tạo ra xung điều khiển có độ rộng xung D nhỏ

hơn, dẫn đến Mosfet dẫn nhiều hơn , dẫn đến điện áp tăng.

-

Khi điện áp đầu ra lớn hơn 18V thì điện áp phản hổi Vphanhoi > Vchuan:

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

18


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

Đầu out 2 của op-amp U1:B cho ra mức điện áp 0V → tụ C1 sẻ xả từ
C1 qua R7 rồi qua chân số 2 của op-amp U1:B ( khi đó chân số 2 sẻ
nối với GND).
Khi đó điện áp ở tụ sẻ giảm → tạo ra tín hiệu đường thẳng giảm → so
sánh với xung răng cưa tạo ra xung điều khiển có độ rộng xung D lớn
hơn, dẫn đến Mosfet tắt nhiều hơn , dẫn đến điện áp giảm.
-

Khi điện áp đầu ra giảm bé hơn 18V thì điện áp phản hồi Vphanhoi <
Vchuan.
Đầu out 2 của op-amp U1:B cho ra mức điện áp không xác định → tụ
C2 sẻ được nạp 𝑉𝐶𝐶 qua R8 và qua D3 .
Quá trình cứ lặp đi lặp lại liên tục.

2.1.6 Khối kích FET tần số cao

Hình 2.7: Khối kích FET
Chức năng: Tạo xung để Kích Fet
Nguyên lý hoạt động

 Ban đầuUGS =0V, VG = 12V
 Khi opamp (LM339) cho ra 0V ở chân out số 1 (V+Xuất hiện IC3 → Q3 dẫn → Xuất hiện IC3 → VC3 = 12V → IB4
Khi đó IB4 → Xuất hiện IC4 → VG đạt tới 12V

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

19


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

Khi đó Mosfet sẻ dẫn.

 Khi opamp (LM339) cho ra một mức điện áp khơng xác định (V+>V-)
Khi đó IB3 mất → Q3 tắt → khi đó IB5 sẻ xuất hiện → IC5
Khi đó VG → 0V.
Khi đó Mosfet sẻ tắt.
Kết luận: Mosfet sẻ được kích theo chu kì chân out số 1 của opamp (LM339) U1:A
Chân out số 1 cho ra 0V thì Mosfet sẻ dẫn.
Chân out số 1 cho ra mức điện áp khơng xác định thì Mosfet sẻ tắt.
2.1.7 Khối cơng suất

Hình2.8: Khối cơng suất
-

Chức năng:

Từ điện áp đầu vào (12VDC) và xung Kích Fet để tạo ra mức điện áp mong muốn
(18VDC).
-

Nguyên lý hoạt động
Khi FET dẫn : Cuộn cảm sẻ được nạp điện từ đó 𝑉𝐶𝐶 → FET → GND

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

20


Đồ án điện tử ứng dụng

GVHD: Vũ Vân Thanh

Cuộn cảm sẻ tích điện lại .
Khi FET tắt : Cuộn cảm sẻ được xả điện qua diode → tụ điện (C1), tải ghép
song song → GND
Điện áp ở đầu ra 𝑉𝑜𝑢𝑡 : Là sự kết hợp của𝑉𝐶𝐶 với điện áp do cuộn cảm xả.

SVTH: Mai Trọng Thành – Nguyễn Xuân Khánh

21