Mạch nguồn ổn áp 12V 5V sử dụng 78xx

Báo cáo kết thúc học phần

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ, các thiết bị ứng dụng kỹ
thuật điện tử ngày càng được thiết kế theo hướng hiện đại hóa, nhỏ gọn, đáp ứng
thời gian thực và độ bền cao. Với sự thay đổi đó đặt ra cho các nhà thiết kế đưa ra
các bộ cấp nguồn cho các thiết bị.
Mạch nguồn tuyến tính là nền tảng để phát triển các bộ nguồn. Với các ưu điểm
về độ ổn định, khả năng tùy biến cao và độ bền, nguồn tuyến tính vẫn là lựa chọn
hàng đầu cho các thiết bị.
Nội dung củabài báo cáo bao gồm 3 phần:
Chương I. Nghiên cứu tổng quan – Thuyết minh ý tưởng.
Chương II. Đề xuất phương án thực hiện.
Chương III. Triển khai thực tế - Đánh giá.
Dưới đây em xin trình bày chi tiết các phần trong nội dung của bài báo cáo kết
thúc học phần.

1


Báo cáo kết thúc học phần

MỤC LỤC

Đồ án thiết kế mạch điện tử

CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN - THUYẾT MINH Ý TƯỞNG

1.1. Khái niệm nguồn điện
Nguồn điện là vật cung cấp dịng điện cho các thiết bị điện có thể hoạt động.
Mỗi nguồn điện đều có hai cực: cực âm(-) và cực dương(+). Một số nguồn điện

cơ bản thường gặp như: Pin, Ắc-quy, máy phát điện, điện dân dụng,..
2


Báo cáo kết thúc học phần

1.2. Các thông số của nguồn điện:
1.2.1.

Cường độ dịng điện:

Mỗi nguồn điện lại có một cường độ dòng điện khác nhau. Đơn vị của cường độ
dịng điện là Ampe(kí hiệu A). Đó chính là chỉ số trên Ampe kế cho biết độ mạch
yếu của dòng điện. Chỉ số của Ampe kế càng lớn thì dịng điện càng mạnh và ngược
lại.
1.2.2.

Điện áp:

Hiệu điện thế hay điện áp (kí hiệu U, đơn vị Vơn) là sự chênh lệch về điện thế
giữa hai cực. Hiệu điện thế là công thực hiện được để di chuyển một hạt điện tích
trong trường tĩnh điện từ điểm này đến điểm khác.
Hiệu điện thế có thể đại diện cho nguồn năng lượng(lực điện) , hoặc sự mất đi,
sử dụng năng lương lưu trữ(giảm thế).
1.3. Các kiểu nguồn:
1.3.1.
Nguồn tuyến tính(nguồn biến áp):
Nguồn biến áp chính là thiết bị điện mà chuyển năng lượng giữa hai hoặc nhiều
mạch thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ. Cảm ứng điện từ tạo ra một lực điện
trong một dây dẫn được tiếp xúc với thời gian khác nhau qua từ trường. Nguồn biến

áp được sử dụng để tăng hoặc giảm điện áp xoay chiều trong các ứng dụng năng
lượng điện.

Ưu điểm:
• Hiệu suất làm việc khá cao.
• Độ ổn định và độ bền cao.
• Giá thành phù hợp với đa số người tiêu dùng.
• Dải điện áp sơ cấp rộng, lấy được nhiều mức điện áp.
Nhược điểm:

3


Báo cáo kết thúc học phần

• Kích thước, trọng lượng lớn.
• Mức điện áp đầu vào, đầu ra được cố định thơng qua số vịng dây được quấn
trên lõi sắt.
1.3.2.

Nguồn xung:

Nguồn xung là một bộ nguồn có tác dụng chuyển từ dòng điện xoay chiều sang
dòng điện một chiều nhờ vào cơ chế dao động xung tạo mạch điện tử kết hợp với
một biến áp xung.
Nguồn xung ngày càng được sử dụng phổ biến trong các thiết bị điện tử, các vật
dụng gia đình dễ thấy như: bếp từ, tivi,..

Mạch nguồn xung
Ưu điểm:

• Giá thành rẻ hơn so với bộ nguồn sử dụng biến áp.
• Có kích thước nhỏ gọn.
• Dễ dàng tích hợp cho các thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất cao.
Nhược điểm:
• Độ ổn định khơng cao.
• Chế tạo phức tạp đòi hỏi kỹ thuật cao.
1.4. Thuyết minh ý tưởng:
Thiết kế bộ nguồn tuyến tính dử dụng biến áp sắt với các thơng số:
•
Điện áp đầu vào: 220V AC.
•
Điện áp đầu ra: 12V DC.
•
Cường độ dịng điện: 3A.
Các chức năng của bộ nguồn:
4


Báo cáo kết thúc học phần

•
•
•
•

Ổn áp 12V DC.
Bảo vệ quá tải đầu ra.
Bảo vệ quá nhiệt.
Chế độ ngủ: tắt khi khơng có tải tiêu thụ.

1.5. Kết luận chương:
Trong chương I, em đã tìm hiểu được khái niệm về nguồn điên, các thông số
của một bộ nguồn. Phân biệt các kiểu nguồn thường gặp, cũng như ưu nhược điểm
của từng loại. Từ các kiến thức trên em đã đưa ra ý tưởng thiết kế mạch nguồn
tuyến tính sử dụng biến áp sắt cho bài cáo học phần.
Trong chương II, em đi vào chi tiết nguyên lý mạch điện, các linh kiện sử dụng
và chức năng.

CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN

2.1. Yêu cầu thiết kế:
Các thức hoạt động:
•
Bộ nguồn tuyến tính, sử dụng biến áp sắt.
•
Biến đổi điện áp xoay chiều(220V AC) thành điện áp một chiều với cấp
diện áp nhỏ hơn(12V DC).
Các chức năng kèm theo:
•
•

Bảo vệ quá tải đầu ra.
Bảo vệ quá nhiệt.
5


Báo cáo kết thúc học phần

•

Chế độ ngủ, tự tắt khi khơng có tải tiêu thụ để tiết kiệm năng lượng.

2.2. Xây dựng nguyên lý mạch điện:
2.2.1.
Hạ áp xoay chiều
Sử dụng biến áp sắt, với thơng số như sau:
•
Điện áp đầu vào: 220V
•
Điện áp đầu ra: 12V-15V
•
Cường độ dịng điện: Lớn hơn 2A

2.2.2.

Chỉnh lưu dòng điện:

Sử dụng mạch chỉnh lưu cả chu kỳ để mạch có hiệu suất làm việc cao nhất.

6


Báo cáo kết thúc học phần

Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu: Tại mỗi nửa chu kỳ của dòng điện đầu
vào sẽ có 1 cặp diot được thơng và đảo lại trong nửa chu kỳ cịn lại.
Dạng sóng đầu ra:

2.2.3.

Ổn áp 12V:

Ổn định dòng điện ở điện áp 12V, sử dụng IC ổn áp họ 78xx. Cụ thể đối với yêu
cầu đặt ra cần phải sử dụng IC 7812.
Cấu tạo của IC ổn áp 78xx:

Các thông số của IC 7812:

7


Báo cáo kết thúc học phần

Điểm hạn chế của IC họ 78xx là dòng ra thấp. Do vậy để tăng dòng đầu ra, cần
lắp thêm mạch đệm dòng cho IC.

Mạch đệm dòng
8


Báo cáo kết thúc học phần

2.2.4.

Mạch xử lý các chức năng:

Mục đích xử lý các chức năng:
• Bảo vệ q dịng.
• Bảo vệ q nhiệt.
• Tắt khi khơng có tải tiêu thụ,

a. Bảo vệ quá dòng:
Sử dụng phương pháp đo điện áp trên Rsun
Dựa vào công thức Ur = I x R
Khi dòng dòng điện qua tải tăng, dẫn tới đện áp tren Rsun tăng theo.
Thông qua việc đo điện áp trên Rsun có thể đưa ra tín hiệu điều khiển.
Sử dụng IC khuếch đại thuật toán(opamp) để so sánh điện áp trên Rsun
với điện áp ngưỡng.

IC khuếch đại thuật tốn
Cách hoạt động của IC khuếch đại thuật tốn:
• So sánh điện áp giữa hai chân: đầu vào đảo(-) và đầu vào khơng
đảo(+)
•
Nếu U(+) > U(-) thì điện áp ra ở mức cao.
•
Nếu U(+) < U(-) thì điện áp ra ở mức thấp.
b. Bảo vệ quá nhiệt:
Nhằm đảm bảo cho mạch hoạt động ổn định, không hỏng hỏng ra
nhiệt độ sinh ra quá cao trong quá trình làm việc dài.
Sử dụng điot làm cảm biến nhiệt độ

9


Báo cáo kết thúc học phần

Cấu tạo Diot
c. Chế độ ngủ: tắt khi khơng có tải tiêu thụ:
Lấy điện áp chênh lệch của đầu ra khi có tải và khơng có tải để làm
tím hiệu điều khiển.

Lợi dung tính chất ghim áp của diot (0.3-0.7V) để làm tín hiệu so sánh
với điện áp ngưỡng.
2.2.5.

Mạch điều khiển:

Sử dụng linh kiện bán dẫn để điều khiển đóng mở, thay cho cơng tắc vật lý
Nguyên lý sử dụng Transistor để đóng mở:

Khóa điện tử dùng transistor PNP

10


Báo cáo kết thúc học phần

Khóa điện tử dùng transistor NPN
Kết hợp với Relay

2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điện:

Giải thích nguyên lý:
1. Điện áp đầu vào xoay chiều được hạ áp bằng biến áp sắt
11


Báo cáo kết thúc học phần

2.
3.

4.
5.
6.

Điện áp xoay chiều áp thấp được chỉnh lưu qua cầu diot
Điện áp sau chỉnh lưu gợn sóng, đưa qua mạch lọc để san phẳng
Khối ổn áp 12V: lấy ra điện áp chuẩn 12V
Khối bảo vệ q dịng: lấy điện áp trên Rsun sau đó so sánh với điện áp ngưỡng
Khối bảo vẹ quá nhiệt: đầu dò nhiệt độ phát hiện nhietj độ tăng cao, sự thay đổi
nhiệt độ ảnh hưởng đến điện áp đầu ra cảm biến. Dựa vào giá trị điện áp để dưa
ra tín hiệu điều khiển quạt làm mát
7. Khối ngắt khi khơng có tải hoạt động dựa vào điện áp rơi trên diot để điều
khiển Transistor đóng mở như khóa điện tử
2.4. Tổng kết
Trong chương II, em đã phân tích các khối của mạch nguồn cũng như hướng
thực hiện. Tìm hiểu công dụng, chức năng của các linh kiện sử dụng trong mạch
điện. xây dựng nguyên lý hoàn chỉnh của mạch nguồn đáp ứng đầy đủ các chức
năng, yêu cầu đã đưa ra
Trong chương III, em xin phép trình bày quy trình triển khai mơ phỏng, lắp
rắp mạch trong thực tế.

CHƯƠNG III: TRIỂN KHAI THỰC TẾ - ĐÁNH GIÁ

3.1. Triển khai thực tế:
3.1.1.
Mô phỏng các thành phần của mạch điện:
Thực hiện mô phỏng trên phân mềm Proteus 8.6
Sau khi mô phỏng thực hiện hiệu chỉnh lại các tham số của mạch điện để tăng
tính chính xác và ổn định.

12


Báo cáo kết thúc học phần

Mô phỏng nguyên lý

3.1.2.

Lắp mạch trên board test

So sánh sự khác nhau giữa mô phỏng và lắp mạch thực tế.

13


Báo cáo kết thúc học phần

Lắp mạch trên board test

14


Báo cáo kết thúc học phần

3.1.3.

Thiết kế mạch nguyên lý và PCB

15

Báo cáo kết thúc học phần

3.1.4.

Làm mạch in và hàn linh kiện

3.2. Đánh giá
Về thiết kế:
16


Báo cáo kết thúc học phần

• Sắp xếp linh kiện hợp lý, gon gàng
• Thao tác hàn linh kiện thuận lợi
• Các cổng kết nối vào, ra sử dụng thuận tiện
Về chức năng hoạt động:
• Mạch hoạt động tốt các chức năng
• Khối Relay có hiện tượng hút nhả chưa dứt khoát

KẾT LUẬN
Kết quả, đề tài nghiên cứu khoa học đã đạt được những nội dung cụ thể
sau đây:
- Tìm hiểu tổng quan về mạch nguồn. Tìm hiểu cách thức thiết kế các mạch
nguồn.

17

Báo cáo kết thúc học phần

- Tìm hiểu về bộ nguồn tuyến tính.
- Thực hiện lắp ráp mạch nguồn.
- Kiểm nghiệm, đánh giá thiêt kế mạch nguồn
Qua quá trình thực hiện báo cáo học phần, được sự hướng dẫn tận tình của các
thầy cơ, em đã học được cách làm việc và nghiên cứu một cách khoa học hơn, hiệu
quả hơn. Qua đó, phần nào thể hiện được niềm đam mê và khát khao làm chủ cơng
nghệ của mình. Những kiến thức đạt được sau quá trình học tập, nghiên cứu tại
Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng và nhất là những hiểu biết thu được sau
khi hoàn thiệnbài báo cáo, sẽ rất có ích cho em trong q trình làm việc sau này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng đề tài nghiên cứu khoa học khó tránh khỏi
những sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy cơ giáo để có thể hồn
thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!

18