Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 2 Lời nói đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, các
thiết bị điện tử đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết 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 nguồn
một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao. Hiện nay kỹ thuật chế tạo
các nguồn ổn áp cũng đang là một khía cạnh đang được nghiên cứu phát triển với
mục đích tạo ra các khối nguồn 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 một chiều ổn áp và
dựa vào kiến thức đã học cũng như tự tìm hiểu thêm, nhóm em xin trình bày đề
tài :”Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)”. Để qua
đó tìm hiểu kỹ hơn về nguyên lý hoạt động của các mạch nguồn đồng thời củng
cố thêm kỹ năng trong thiết kế các mạch điện tương tự.
Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo
TS. Nguyễn Hoàng Nam đã tận tình giúp chúng em hoàn thành đề tài này.
Do khả năng kiến thức còn hạn chế, thực hiện đề tài chắc chắn sẽ không
tránh được những thiếu sót, nhóm em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến
của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.

Nhóm sinh viên thực hiện
Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)



CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG
1.1 Khái niệm chung về nguồn một chiều
Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho 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 điện áp mạng, của
tải và nhiệt độ. Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định điện áp.
Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh được biểu diễn như trên hình 1.1:

Hình 1.1: Sơ đồ khối một bộ nguồn ổn áp
Chức năng của các khối:
- Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U
1
thành điện áp xoay chiều U
2

có
giá trị thích hợp với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể không cần dùng
biến áp.
- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U
2
thành điện áp
một chiều U
T
(có giá trị thay đổi nhấp nhô). Sự thay đổi này tùy thuộc tưng dạng
mạch chỉnh lưu.
- Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U
T


U
01
U
02
Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 5

1.2.2. Chỉnh lƣu
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành
năng lượng dòng điện một chiều.
Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi nhất trong
thực tế. Sơ đồ cấu trúc thường gặp của mạch chỉnh như hình 1.2:

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu
Trong đó:
- BA: Biến áp. Tùy vào yêu cầu mà có thể là tăng áp hay giảm áp.
- MV: Mạch van. Các van ván dẫn được mắc theo nguyên tắc để tiến hành
quá trình chỉnh lưu.
- LSB: Lọc san bằng.
Trên hình 1.3 là một số mạch chỉnh lưu thường gặp trong thực tế:

Hình 1.3: Một số sơ đồ chỉnh lưu trong thực tế
a) tia 1 pha, b) tia 1 pha có điểm giữa
c) tia 3 pha, d) cầu 1 pha
e) cầu 3 pha, g) tia 6 pha
Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 6

Hệ số san bằng càng lớn thì điện áp ra càng ổn định, càng ít nhấp nhô, chất
lượng bộ lọc càng tốt.
Lọc
K
đmv
K
đmr
Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 7

Một số bộ lọc thường gặp là lọc điện cảm L, lọc điện dung C, lọc LC và lọc
hình π có sơ đồ như trên hình 1.5:

Hình 1.5: Các sơ đồ bộ lọc san phẳng cơ bản
a) lọc điện cảm, b) lọc LC
c) lọc điện dung, d) lọc hình π (lọc CLC)
- Lọc điện cảm:
Giá trị điện cảm lọc cần để có hệ số K
sb
cần thiết là:
 =


2
1



1

t
do giá trị tụ C phải lớn. Do đó lọc tụ chỉ
dùng cho tải công suất nhỏ.
- Lọc LC:
Đây thực chất là kết hợp của hai loại lọc trên, do vậy để lọc hiệu quả vẫn
cần tuân theo nguyên tắc: X
L
>>R
t
; X
C
<<R
t
.
Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 8

Ta có:
.  =


+ 1


2

1
2


- Điện áp vào: 220Vac – 50Hz.
- Điện áp ra: 4 mức 3,7Vdc ; 5Vdc ; 12Vdc ; 24Vdc.
- Dòng điện ra: 2A
2.2. Phƣơng án thiết kế
Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật trên ta lựa chọn phương án thiết kế cho từng
khối của bộ nguồn:
2.2.1. Biến áp và chỉnh lƣu
Đầu vào là lưới điện xoay chiều dân dụng (220V – 50Hz) nên sử dụng biến
áp 220-24V, với dòng 3A.
Sử dụng mạch chỉnh lưu cầu, vì chỉnh lưu cầu có hệ số K
u
lớn và có độ đập
mạch nhỏ.
2.2.2. Lọc nguồn
Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U
T
thu được sau
khối chỉnh lưu thành điện áp 1 chiều U
01
ít nhấp nhô hơn.
Vì mạch nguồn này là mạch công suất nhỏ nên sử dụng phương pháp lọc
điện dung C (với C=4700 F).

Hình 2.1: Sơ đồ khối biến áp nguồn, chỉnh lưu cầu và lọc
BR1
KBU4A
C5
4700u
V1
VSINE

cần dòng lớn đi qua 7824. Chọn dòng qua 7824 khoảng 0,3A, từ đó xác định giá
trị điện trở R6:
6 =



7824
=
0,7
0,3
= 2,33 
Chọn giá trị điện trở R6=2,2Ω, xác định lại được dòng qua 7824

7824
=


6
=
0,7
2,2
= 0,32 
2.2.4. Tạo điện áp 12V và 5V
Với điện áp 12V và 5V ta cũng sử dụng phương pháp tương tự như tạo điện
áp 24V, sơ đồ mạch được biểu diễn trên hình 2.3.
VI
1
VO
3
GND

năng hạn dòng khi ngắn mạch, bảo vệ quá tải, quá nhiệt,…
Ký hiệu và hình dạng IC LM317 như hình vẽ 2.4:

Hình 2.4: IC LM317
Một số đặc điểm kỹ thuật cơ bản của LM317:
- 1,2V≤ Uout ≤ 35V
- I
outmax
=1,5A
VI
1
VO
3
GND
2
U1
7812
VI
1
VO
3
GND
2
U2
7805
Q1
TIP42
Q2
TIP42
C1

C
LM317 có cấu tạo 3 chân như hình vẽ, 2 chân ngoài là U
in
và U
out
còn chân
ở giữa là chân ADJ. Ngoài ra muốn điều chỉnh điện áp ra ta mắc nối thêm các
điện trở theo hình 2.5

Hình 2.5:Mạch tạo điện áp ổn định 3,7V
Điện áp ra được tính theo công thức


= 1,25 ×

1 +
4 + 5
3

+ 

×

4 + 5


Nhưng do I
adj
rất nhỏ (khoảng 50÷100uA) nên có thể tính gần đúng


LM317EMP
R3
220R
R4
330R
R5
100R
Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 13
VI
1
VO
3
GND
2
U1
7812
VI
1
VO
3
GND
2
U2
7805
Q1

3
GND
2
U4
7824
C6
470u
C7
10u
Q3
TIP42
R6
2R2
R3
220R
R4
330R
R5
100R
TR1
TRAN-2P2S
Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 14

2.2.6. Danh mục linh kiện
STT
Tên linh kiện
Số lượng
Đơn giá

5.000
7
IC 7812
1
5.000
5.000
8
IC 7805
1
5.000
5.000
9
IC LM317
1
6.000
6.000
10
Biến áp
1
60.000
60.000
11
Cầu chỉnh lưu
1
3.000
3.000
12
Bảng mạch
1
30.000

5.01 V
4.95 V
Tạo nguồn 3.7V
3.69 V
3.72 V
3.72 V
Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả
Sau một thời gian tìm hiểu và thiết kế, nhóm em đã hoàn thành đồ án: ”Tìm
hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)”. Kết quả đã lắp
được mạch điện, kết quả thu được xấp xỉ với điện áp yêu cầu của thiết kế.
Qua đề tài này đã giúp nhóm em có thể áp dụng kiến thức đã học vào thực
tế đồng thời nâng cao khả năng tự tìm hiểu và thiết kế các mạch điện tương tự.
Từ những kiến thức đã thu được trong quá trình thực hiện đồ án này sẽ giúp
chúng em có thêm kinh nghiệm để thiết kế các mạch điện mới có độ phức tạp
hơn.
Cuối cùng nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Hoàng
Nam đã tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.

Nhóm sinh viên thực hiện
Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh. Điện tử công suất. NXB
Khoa học và kỹ thuật, 2007.
2. Nguyễn Trinh Đường, Lê Hải Sâm, Lương Ngọc Hải, Nguyễn Quốc Cường.
Điện tử tương tự. NXB Giáo dục, 2008.
3. Đỗ Xuân Thụ. Kỹ thuật điện tử. NXB Giáo dục, 2005.
4. Diễn đàn hội quán điện tử: