Đề tài Mạch Sạc Điện Thoại Nokia

Lời Nhận Xét Của Giáo Viên …………….....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………………………….....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………………………….....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………………………….....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………………………….....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………………………….....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....……………………………………………………………………………………………………………………………....………………………………………………....………………………………………………………………… Lời Cảm Ơn Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến sự hướng dẫn và giúp đở nhiệt tình của cô NGÔ THỊ LAN DUNG giáo viên hướng dẫn . Vì kiến thức của nhóm còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện còn nhiều thiếu xót. Nhóm rất vui khi nhận được những lời góp ý chân thành của cô để đồ án của nhóm em được hoàn thiện và phát triển hơn. Từ đó nhóm có thể rút kinh nghiệm cho những lần sau ! Xin Chân Thành Cảm Ơn Cô!!!! MỤC LỤC Chương I: MỞ ĐẦU Trang 5 1.1 Lời mở đầu Trang 5 1.2 Mục đích yêu cầu đề tài Trang 5 1.3 Chọn phương án thiết kế đề tài Trang 5 Chương II: CƠ SƠ LÝ THUYẾT Trang 6 2.1 Sơ đồ khối và ý nghĩa Trang 6 2.2 Nguyên lý hoạt động Trang 6 Chương III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Trang 8 3.1 Thiết kế mạch phân cực tĩnh cho transistor Trang 8 3.2 Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc sau ngõ vào Trang 10 3.3 Thiết kế mạch lọc sau biến áp xung Trang 11 3.4 Tính toán biến áp Trang 12 3.5 Hoạt động(mạch thực tế và chạy layout) Trang 16 Chương IV: KẾT LUẬN Trang 18 4.1 Kết quả thực hiện đề tài Trang 18 4.2 Hướng phát triển đề tài Trang 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 20 Phụ lục Hình 1 ………………………………………………. 6 Hình 2 ……………………………………………….. 7 Hình 3 ……………………………………………….. 8 Hình 4 ……………………………………………….. 9 Hình 5 ……………………………………………….. 9 Hình 6 ……………………………………………….. 10 Hình 7 ……………………………………………….. 11 Hình 8 ……………………………………………….. 11 Hình 9 ……………………………………………….. 11 Hình 10 ……………………………………………….. 12 Hình 11 ……………………………………………….. 13 Hình 12 ……………………………………………….. 14 Hình 13 ……………………………………………….. 15 Hình 14 ……………………………………………….. 15 Hình 15 ……………………………………………….. 16 Hình 16 ……………………………………………….. 16 Hình17 ……………………………………………….. 17 Hình18 ……………………………………………….. 18 Hình19 ……………………………………………….. 18 Chương I: MỞ ĐẦU 1.1 Lời mở đầu: Chúng ta đang sống trong thời đại của công nghệ thông tin. Con người đang ngày càng xít lại gần nhau hơn, chúng ta không phải mất hàng ngày, hàng giờ để có thể liên lạc và trao đổi thông tin giữa con người với con người như trước đây. Bên cạnh những công nghệ dịch vụ internet, điện thoại bàn, thì điện thoại di động đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong đời sống của con người. Nó giúp chúng ta dễ dàng liên lạc trao đổi thông tin mà không phải mất quá nhiều thời gian, từ chỗ không, đến một vài và bây giờ chắc chắn không ai có thể thiếu và luôn tự tìm cho mình một chiếc điện thoại như ý. Điện thoại di động ra đời theo nhu cầu đó và ngày nay đã được con người không ngừng cải tiến với nhiều ứng dụng và chức năng hấp dẫn để thu hút người tiêu dùng hơn như: Nghe Nhạc, Quay Phim, Lướt Web,GPS , Xem Phim …vv… Đi cùng với chiếc điện thoại xinh xắn của bạn, đó là một thiết bị không thể thiếu, đó chính là mạch sạc điện thoại (tùy vào hãng và tùy vào loại pin mà ta có những mạch nạp điện hợp lý, ở đây xin trình bày mạch nạp cho pin nokia) để điện thoại của bạn có thể hoạt động được dĩ nhiên một điều không thể thiếu là bạn phải cấp nguồn cho nó. Tuy nhiên bạn đang dùng mạng điện AC 220V/50Hz mà yêu cầu cấp nguồn cho pin (pin hóa năng chuyển sang điện năng cấp nguồn cho điện thoại) trong chiếc điện thoại của bạn vào khoảng 5.7V DC. Điều đó thúc đẩy chúng ta làm thế nào có thể tạo ra một mạch nạp nhỏ gọn, an toàn, giá thành rẻ, để có thể cấp nguồn cho điện thoại của mình, mỗi khi hết pin. Vậy hôm nay đến với đề tài này ắt hẳn tôi và bạn sẽ có một hành trình lý thú và học hỏi được nhiều điều khi tham khảo qua thiết kế của chúng tôi. Tuy vậy là một sinh viên vì kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm còn non kém chắn chắn sẽ còn có những sai sót và kính mong thầy cô giáo, bạn bè góp ý và chia sẻ để đồ án ngày càng hoàn thiện và phát triển hơn! Vì lý do đó nhóm chúng em đã chọn đề tài thiết kế “ Mạch Sạc Điện Thoại Nokia ” Xin chân thành cảm ơn! Nhóm là đồ án Lê Nhị Trùng Dương DV09 Đỗ Nguyên Vũ DV07 1.2 Mục đích yêu cầu đề tài Thiết kế mạch sạc cho pin Nokia đầu vào U=220V/50Hz , I=125mA đầu ra Uo=5.7V, Io=0.8mA Pin Nokia thường làm chất liệu li-ion nguồn 3.7V dung lượng vào khoảng 800mA đến 1500mA 1.3 Chọn phương án thiết kế đề tài Sử dụng mạch chỉnh lưu cầu, mạch dao động nghẹt(blocking), mạch lọc. Chương II: CƠ SƠ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ đồ khối và ý nghĩa từng khối 2.1.1 Sơ đồ khối 2.1.2 Ý nghĩa từng khối: -Input: ngõ vào của mạch sạc lấy từ lới điện 220V/50Hz. -Bộ chỉnh lưu cầu: dùng để chỉnh lưu xoay chiều thành một chiều dạng sóng toàn kỳ. -Bộ lọc: lọc tạo áp đập mạch. -Bộ dao động nghẹt hồi tiếp dương: à Nguyên tắt hoạt động: Thoạt tiên transistor bị khóa, khi mạch sạc được cấp nguồn từ lưới điện 220V thì có dòng rất nhỏ chảy qua điện trở 510k nạp cho tụ C6 và điện trở mồi Rb2 sau một khoảng thời gian rất ngắn đủ phân cực cho transistor dẫn điện áp lúc này lớn hơn VBE=0.7V thì transistor dẫn, khi đó có dòng Ic nhỏ qua cuộn cảm L1. Do đó có áp hồi tiếp qua điện trở 510ohm và qua tụ 472 (47*10^2pF tụ xứ) đến cực B và góp phần làm cho transistor dẫn mạnh. Transistor tiếp tục dẫn cho đến hết chu kỳ dương (điện áp Vbb luôn bảo đảm lơn hơn 0.7V). Đến chu kỳ âm thì cuộn hồi tiếp đưa vào cực B và giá trị âm so với đất, cộng với lúc đó Ic rơi vào vùng không tuyến tính nằm trong lớp B. Điều này làm cho transistor ngắt hoàn toàn khi đó không có áp qua cuộn sơ cấp, chu kỳ tiếp theo lập lại chu kỳ trước kết quả gởi một xung dương qua cuôn thứ cấp với giá trị đỉnh bằng giá trị đỉnh Usm = Up* Np/Ns. à Cuộn hồi tiếp: Nhằm để ổn định áp cho ngõ ra. Khi điện áp ngõ ra tăng thì cuộn hồi tiếp cũng tăng dẫn đến điện áp điểm C tăng. Làm cho điên áp hai đầu cuộn sơ cấp giảm. à Cuộn sơ cấp: lấy xung dương được phản ánh từ sơ cấp à Transistor công suất npn hoạt động chế độ AB -Bộ lọc phẳng: khi nhận xung dương từ ngõ thứ cấp của biến áp và được lọc phẳng 2.2 Nguyên lý hoạt động Sau khi kết nối mạch sạc với mạng xoay chiều 220V và được chỉnh lưu toàn kỳ bằng bộ chỉnh lưu cầu. Sau đó được lọc bởi tụ tạo thành sóng đập mạch, điện áp này chúng ta có thể xem thành phần UDC và thành phần gợn sóng Urms theo phân tích fourrier. Vì transistor hoạt động ở chế độ lớp AB nên ở chu kỳ dương điện áp UDC rơi hoàn toàn trên VCE và điện trở Re.Thành phần điện xoay chiều nằm trong vùng tuyến tính và rơi hoàn toàn trên cuộn dây sơ cấp và được phản ánh qua cuộn thứ cấp chủ yếu thành phần hài 50Hz các thành phần tần số càng cao thì được cuộn cảm chặn lại. Ở nữa chu kỳ tiếp theo rơi vào vùng không tuyến tính transistor off nên không có tín hiệu gởi qua suộn thứ cấp. Kết quả gởi qua một xung dương cho cuộn thứ cấp với Us = Up* Np/Ns và cuộn hồi tiếp.(Up điện áp sơ cấp,Us điện áp sơ cấp). Cuộn thứ cấp vì quấn ngược chiều với cuộn sơ cấp điều này dẫn đến ở nữa chu kỳ đầu cuộn đang dự trữ năng lương và nữa chu kỳ tiếp theo thì phóng điện qua diode D5 và sau đó được lọc phẳng. Mạch hoạt động được ổn định nhờ có thêm cuộn hồi tiếp. Bộ subber dùng để bảo vệ cuộn sơ cấp và transistor (điện áp đặt vào transistor luc ngắt bằng Vm=308V). Chúng ta sẽ được tìm hiểu kỹ hơn sau khi đi vào từng phần cụ thể. Đây là mạch hoàn chỉnh sau khi thiết kế xong mời bạn xem hình 2. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Thiết kế phân cực tĩnh cho transistor 3.1.1 Cơ sơ lý thuyết chế độ khuếch đại lớp AB của transistor: Hình a đặc tuyến ngõ vào IB = f(VBE). Đặc tuyến ngõ vào IB/VBE thì mạch khuếch đại lớp AB có điểm hoạt động tĩnh Q ở giữa lớp A và lớp B ngay điểm thiết đoạn và có VBE=0.7V cho transistor loại Si và VBE= 0.3V cho transistor loại Ge. Khi transistor nhận được tín hiệu xoay chiều ở cực B thì bán kỳ dương được rơi vào vùng gần như tuyến tính nên được khuếch đại mạnh, bán kỳ âm được rơi vào vùngdưới nên transistor không dẫn và không có tín hiệu ra. Hình b đặc tuyến ngõ ra IC= f(VCE). Trên đặc tuyến ngõ ra IC/VCE điểm hoạt động tỉnh Q nằm ở vùng gần ngưng dẫn nên VCE VCC.ở điểm hoạt động tỉnh này chỉ có bán kỳ dương của tín hiệu được khuếch đại vì làm dòng IC tăng lên. Bán kỳ âm bằng 0 (đang nói lý tưởng). 3.1.2 Thiết kế mạch: -Chọn VDC=265V chọn sao cho đầu ra sau chỉnh lưu có thể đáp ứng được và thỏa mãn khi cùng ráp các bộ phận lại với nhau. -Chọn VBB = 1.3V đủ để dẫn . Ta có: VBB = Vcc.Rb1/(Rb1+ Rb2) =1.3V khi Chọn Rb2 = 510K => Rb1=2.7K Ta có phương trình DCLL: Vcc = IERE + VCE Và VBB = IBRB + VBE + IERE = IB(RB + hfe RE) + VBE => IB = (VBB -VBE)/(RB + hfeRE)=(1.3 - 0.7)/(RB + hfeRE) Tại điểm làm việc tĩnh Q, ta chọn RE 15ohm để cho VCEQ VCE hfe = 30 => IB = (1.3 - 0.7)/(2.68 + 30*15*10-3) =0.2mA => IC = hfe IB = 5.75mA => VCEQ VCC. -Vậy ta đã thiết kế xong mạch phân cực lớp AB cho trasistor mời bạn xem hình: 3.2 Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc 3.2.1 Mạch chỉnh lưu: Có nhiệm vụ là cung cấp điện áp và dòng điện một chiều có giá trị nhất định cho tải. Nhờ chỉnh lưu trên tải xuất hiện dòng chỉnh lưu hỗn hợp gồm cả thành phần một chiều DC và thành phần xoay chiều AC không mong muốn.Vì vậy mạch lọc để làm sạch hay còn gọi là để sang phẳng để tạo thành phần một chiều ở lối ra. Tuy nhiên, bộ lọc không lý tưởng nên vẫn còn thành phần xoay chiều còn sót lại gọi là điện áp đập mạch. Bây giờ chúng ta thiết kế bộ lọc tạo áp đập mạch ở mạch lọc sau chỉnh lưu toàn kỳ. Ta có điện áp Vm sau chỉnh lưu cầu được xác định như sau: Vm = 220* 2 - 2.Vd = 220* 2 - 2.0.7 = 308V . Ta có công thức tính sơ bộ cho điện áp UDC là : UDC = 265V (Vmax+Vmin)/2 => Vmin = 220V (với UDC=VCC =265 điện áp phân cực cho transistor). 3.2.2 Tính hệ số gợn sóng cho mạch chỉnh lưu cầu tải RL (chưa xét đến tụ): Trong thành phần điện áp đập mạch có thành phần một chiều UDC và thành phần xoay chiều hình sin với thành phần lớn nhất có tần số là 50Hz và các thành phần nhỏ hơn với tần số 100Hz, 200Hz, 300Hz,……Urms có thể tính từ công suất. (Urms trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều 50Hz, 100Hz,….) Công suất của điện áp sau chỉnh lưu cầu gồm công suất một chiều PDC , và công suất xoay chiều Prms của điện áp gợn sóng. Công suất chỉnh lưu cầu là: P = U2hd/RL (Uhd = Uhd vao = 220V) Công suất thành phần một chiều: PDC = U2DC/RL Công suất thành phần xoay chiều: Prms = U2rms/RL Ta luôn có: P = PDC + Prms ó U2hd/RL = U2DC/RL + U2rms/RL Do đó ta suy ra được  mà UDC = 2Vm / = 2Uhd / => Uhd = UDC/2 thay vào (*) ta có Urms = UDC = 0.482 UDC Hệ số gợn sóng : KRF( ripple factor ) = Urms/UDC = 0.482 . Vì có tụ lọc nên hệ số gợn sóng sẽ nhỏ hơn chọn KRF = 0.4 do vậy với yêu cầu Vmax = 308V và Vmin = 220V Đưa thẳng vào orcad để mô phổng và tìm ra giá trị của tụ thích hợp để có điện áp Vmax và Vmin như trên đã chọn ước lượng : mạch mô phỏng xem hình 6 Xem tín hiệu mô phỏng hình 7: Điều này ta luôn có thể tìm được C=2.2uF và điện cảm cuộn sơ cấp vào khoảng Lp=8.5H dựa vào mô phỏng. Với tín hiệu mô phỏng trên, ta có điện áp đỉnh Upm của cuộn sơ cấp = 100V. Đây giá trị quan trọng để tìm số vòng dây cho biến áp xung mà ta sẽ được nhắc đến trong phần tính toán cho biến áp xung. Chý ý : ở đây vì tính chất của cuộn dây xả điện lúc transistor ngắt nên có thêm điện áp nhỏ ở phần âm . 3.3 Thiết kế mạch lọc sau biến áp xung Mạch lọc được chọn sau biến áp xung có dạng như hình 8 : Từ hình 9 ta có hai công thức (1) và (2) ta có suy ra được: Để Uo điên áp ra tải vào khoảng 5.7V thì Vmin = 5.5V và Vmax = 7V nếu ta chọn RL = 1K Thì ta tìm được C = 100uF. Xem tín hiệu mô phỏng: Hệ số gợn sóng bán kỳ:KRF bán kỳ = 1.2 (chưa xét đến tụ) Sau khi có tụ hệ số gợn sóng KRF=Urms/UDC=0.05 rất nhỏ với C=100uF lọc đạt chất lượng. Khi đó điện Áp UDC=6V và điện áp đỉnh Upm=7V. 3.4 Tính toán biến áp xung: 3.4.1 Các kiểu lõi ferrite: 3.4.2 Tính toán thông số cho biến áp Phải Tính toán lúc có tải(lúc sạc) Với công suất nhỏ hơn 10W ta thường chọn kích thước lõi và các thông số sau: Ae: diện tích mặt cắt ngang (diện tích hình trụ ở giữa) mm2 Aw: vùng quấn dây mm2 Ae và Aw thể hiện màu vàng trên hình 11: Thể tích khi đó: V= Ae*L = 15*36=540mm3 với Ae =15mm2 tiếc diện lõi. L = 2*12 + 2*6 = 36mm chiều dài trung bình đường sức từ. 3.4.3 Tính toán số vòng cho biến áp: -Ta tính lại giá trị Lm sau khi mô phỏng ở mục 3.2 chương III( Lm điện cảm cực đại cuộn sơ cấp) VminDC=220V Dmax= 0.2 được chỉ ra trên hình 12. Pout = 5.7.0.8 =4.56W => Pin=Pout /H% =4.56/80%=5.7W (H% hiệu suất biến áp Xung) fs tần số làm việc là 50Hz KRF thường giao động từ 0.3-0.5 nên chon KRF=0.4 Ta suy ra được Lm=8.5H. Gọi : Upm điện áp đỉnh vào cuộn sơ cấp Usm điện áp đỉnh cuộn thứ cấp Np: số vòng cuộn sơ cấp Ns: số vòng cuộn thứ cấp Nht : số vòng cuộn hồi tiếp Ta có thể tính hệ số vòng dây n = Np/Ns = Upm/Usm = 100/7 = 14 Ls = Lp/n2 = Lp/142 = Lm/142=43.3mH Ta chọn điện áp hồi tiếp Uhtm = Upm = 7V khi đó Lht = Lp = 43.3mH Tính số vòng sơ cấp, tính số vòng nhỏ nhất ta có từ thông móc vòng Nếu Ae tính m2 thì không nhân 10^6 Qmax=Bsat.Ae=2.96.10^-3Wb Vơi Iover=IDC+IpmIo/14=0.8/14=0.057A Lm=8.5H => Np=180vòng (số vòng sơ cấp). -Do đó số vòng sơ cấp Ns =180/14 =13 vòng số vòng cuộn hồi tiếp Nht=Ns=13 vòng. 3.4.4 Tính toán đường kính cho dây quấn: Đường kính của dây được tính thông qua trị hiệu dụng của dòng qua cuộn mật độ dòng thông dụng là 5A/mm2 không nên dùng dây quấn có đường kính lớn hơn 1mm tránh dòng Faulco. Cuộn L1, L2 = đường kính d = 0.12mm đường kính L3 = 0.35mm Cách thức quấn dây như hình vẽ! Hình 14 3.4.6 Bộ Snubber: Khi cắm phít cấp nguồn cho mạch sạc từ mạng điện 220V thì thường có nguy cơ nảy công tắt tại vị trí tiếp xúc làm điện tăng giảm đột ngột ta lắp thêm bộ snubber để chống lại hiện tượng này nhằm bảo vệ các mạch sau nó, đây là cuộn dây biến áp và transistor lúc off và cuộn cảm xả điện qua diode đến tụ sứ và tụ xả qua R 150K. 3.5 Mạch thực tế và chạy layout Mạch capture cis để chạy layout Mạch layout: Chương IV : KẾT QUẢ 4.1 Kết quả thực hiện đề tài Mạch chạy và sạc tốt Có thể chạy trong lưới điện có áp 100V-240V và tần số 50Hz/60Hz 4.2 Hướng phát triển đề tài : 4.2.1 Sử dụng IC KA3482 có hồi tiếp sò quang ổn định áp 4.2.2 Sơ đồ khối hoạt động Mạch chỉnh lưu: Có chức năng đổi điện áp AC 220V thành điện áp DC 300V cung cấp cho nguồn xung hoạt động. Mạch dao động : Có chức năng tạo ra xung dao động cao tần để điều khiển đèn Mosfet ngắt mở tạo ra dòng biến thiên chạy qua cuộn biến áp xung. Đèn công suất: Ngắt mở dưới sự điều khiển của xung dao động để tạo ra dòng điện sơ cấp chạy qua biến áp xung. Mạch hồi tiếp: Lấy mẫu điện áp đầu ra rồi tạo ra điện áp sai lệch hồi tiếp về mạchdao động để tự động điều khiển đèn công suất hoạt động sao cho điện ápra được ổn định khi điện áp vào hoặc dòng tiêu thụ thay đổi. Biến áp xung : Ghép giữa cuộn sơ cấp, hồi tiếp và thứ cấp đẻ thực hiện điều khiểnđiện áp đồng thời lấy ra nhiều mức điện áp khác nhau theo ý muốn . Tài Liệu Tham Khảo Điện tử công suất Lê Văn Doanh Mạch điện tử 1 Lê Tiến Thường Mạch điện tử Klaus Beuth/ Wolfgang Schomush www.intel.com/design/mcs51 www.atmel.com www.semiconductors.philips.com www.sci.siemens.com www.dalsemi.com Trang web: