Chế tạo nguồn xung ổn áp ngon - bổ - rẻ

[nauda]

Hì hì hì... các bác đoán già đoán non cũng phải vì mạch nguồn này rất đặc biệt. Nó đặc biệt vì nguyên lý hoạt động hơi ... "lạ" so với các mạch nguồn xung thông thường. Cái đặc biệt thứ hai là đặc tính của nó cũng hơi bị lạ. Cái đặc biệt thứ ba là: tuy đơn giản, ít linh kiện nhưng nó là một một sự kết hợp độc đáo giữa nhiều loại mạch để tạo thành một mạch vừa dao động vừa tạo công suất vừa ổn áp.

Cũng vì sự đặc biệt về kết cấu tổ hợp của nhiều loại mạch nên phân tích chi tiết về nguyên lý khá rối rắm và khó hiểu, nhưng khi hiểu rồi thì thấy nó rất đơn giản. Nên em chỉ giải thích hoạt động của mạch một cách tổng thể như sau:
- Trước hết, bác nào nói đây là nguồn ổn áp tuyến tính: Đúng! Vì đó là một phần của mạch. Nhưng chưa đủ. Về tổng thể, mạch gồm có hai phần: MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU. Phần một chiều chính là một bộ ổn áp tuyến tính, tạo bởi Q2, R2, Dz1, và một nửa của ... Q1 (tiếp giáp B-E). Còn phần xoay chiều chính là mạch "nguồn xung" căn bản gồm có Q1, cuộn cảm L1, đi-ốt Ds1 và tụ lọc C3. Hết các linh kiện cơ bản! Chỉ còn lại 3 linh kiện chưa nhắc đến là R1, C1 và C2. Trong đó tụ C1 chính là tụ hồi tiếp dương tạo dao động. Còn R1, C2 CHỈ làm nhiệm vụ ổn định hoạt động của mạch, một cái ổn định một chiều, một cái ổn định xoay chiều.
- Cách hoạt động: Phần MỘT CHIỀU hoạt động như một bộ ổn áp tuyến tính, ngay khi nó hoạt động, Q1 sẽ dẫn bão hòa như một công tắc đóng điện áp nguồn vào đầu cuộn dây L1 khiến nó sinh ra một suất điện động ngược chiều với nguồn, suất điện động này đặt lên tiếp giáp BE của Q2 thông qua tụ C1 khiến tiếp giáp BE của Q2 phân cực ngược và ngưng dẫn, Q2 ngưng dẫn làm Q1 ngưng dẫn, cuộn L1 bị ngắt khỏi nguồn. Năng lượng tích trong cuộn L1 phóng qua tải, qua đi ốt Ds1, khi năng lượng trên L1 hết thì tiếp giáp B-E của Q2 phân cực thuận trở lại thì mạch một chiều lại hoạt động trở lại khiến Q1 lại dẫn... chu kỳ mới lặp lại...
- Tần số: từ cách hoat động trên, C1, L1 và ... tải quyết định tần số dao động.
- Đặc tính: Từ nguyên lý trên, về mặt năng lượng, tải được mắc nối tiếp với tổ hợp hai nguồn 1 chiều và xoay chiều. Do đó nếu không kể đèn LEd chỉ làm nhiệm vụ báo hiệu hoạt động thì chỉ khi nào có tải thì năng lượng mới được tiêu thụ. Do đó hiệu suất của bộ nguồn này rất cao, có thể đạt trên 90% đến rất gần 100%

Đặc tinh thứ hai là về mặt sơ đồ khối, tải được cấp nguồn bới tổ hợp: [Nguồn một chiều trở kháng lớn (tiếp giáp C-E Q2) nối tiếp với một đi-ốt (tiếp giáp B-E của Q2)] // [nguồn xoay chiều nối tiếp trở kháng nhỏ (gồm điện trở bão hòa của tiếp giáp C-E Q1, điển trở bão hòa thuận của Ds1 và điện trở cuộn dây)]. Do đó gần như toàn bộ công suất cung cấp cho tải do nguồn xoay chiều đảm nhiệm. Đây cũng là lý do khiến tổn thất trên thành phần một chiều của mạch rất thấp. Do đó linh kiện quyết định công suất của nguồn chính là Q1, L1 và đi ốt Ds1. Còn C3 (tụ 100uF) chỉ làm nhiệm vụ lọc phẳng điện áp trên tải mà thôi.

Đến đây các bác sẽ hỏi: Như nguyên lý trên mạch ổn áp tuyến tính là một phần của mạch vậy chắc chắn có tổn thất trên Q2 như đặc trưng cơ bản của ổn áp tuyến tính. Và vì thế Q2 sẽ rất nóng khi tải nặng. Câu trả lời là: Đúng là có tổn thất, nhưng phần tổn thất này rất nhỏ, chỉ ở mức đủ để duy trì dao động, do đó Q2 chỉ cần dùng loại công suất nhỏ, vì như giải thích trên, gần như toàn bộ công suất trên tải do phần "nguồn xung" cung cấp.

Phần giải thích nguyên lý của em chỉ có vậy thôi, nó dựa trên kiến thức hạn chế của em ở mức chỉ đủ hiểu để DIY thôi, do đó nếu có chỗ nào không đúng em mong các "sư phụ" chỉ cho em. còn bây giờ mời các bác .. chém!

[KVLV]

Nếu bạn nauda cho phép, tôi sẽ dùng sơ đồ này để vẽ 1 pcb cở bằng đầu ngón tay có đầu ra là USB A để tiện việc dùng làm nguồn cho MTB (máy tính bảng). 2 loại, 1 cho through hole component, 1 cho SMC. Sao bạn nauda nghĩ thế nào? Dĩ nhiên sau khi vẽ và thử mạch, sau đó sẽ up lên đây cho bà con. (à, khi nào vui/rãnh tôi mới làm).
Nếu bạn đã nghĩ ra sơ đồ đã post ở #1 thì bạn rất là hay. 1 lời khen chân thành đấy.

[nauda]

Nếu bạn nauda cho phép, tôi sẽ dùng sơ đồ này để vẽ 1 pcb cở bằng đầu ngón tay có đầu ra là USB A để tiện việc dùng làm nguồn cho MTB (máy tính bảng). 2 loại, 1 cho through hole component, 1 cho SMC. Sao bạn nauda nghĩ thế nào? Dĩ nhiên sau khi vẽ và thử mạch, sau đó sẽ up lên đây cho bà con. (à, khi nào vui/rãnh tôi mới làm).
Nếu bạn đã nghĩ ra sơ đồ đã post ở #1 thì bạn rất là hay. 1 lời khen chân thành đấy.

Bác vẽ được pcb thì tốt quá, khi nào có thì bác pm cho em nhé. Em sẽ bổ sung vào post #1 với chú thích credit của bác. Muốn pcb nhỏ bằng ngón tay thì phải dùng linh kiện đặc biệt, chẳng hạn tụ dán hoặc tụ lùn. con tranz Q1 có thể thay thế bằng B772 có kích thước nhỏ hơn nhưng vẫn đáp ứng được dòng 2A dùng cho máy tính bảng. Riêng cuộn cảm nếu quấn tay thì hơi to, không có cách nào thu nhỏ được

[luccodo1983]

tai sao không dùng em ic này cho khỏe re nhỉ?

[vandao_ts]

sơ đồ rất hay. khâm phục!

[trandito]

Mạch này và mạch Bulk nói chung hiệu suất cao, nhưng có 1 điều nguy hiểm ở chỗ nếu van hỏng (Q1) theo kiểu dẫn thông thì tải sẽ gặp nguy hiểm, nếu đang sạc cho 1 máy điện thoại vài triệu trở lên thì cũng phải nghĩ đấy.
P/S: Mạch này hay và toàn linh kiện dễ kiếm, ko có cũng thay loại khác dễ dàng đc.

[thanhhaudt33]

Thấy cũng hay đó,hôm nào rãnh làm thử xem.Cảm ơn bác nauda đã chia sẻ nhé.

[thanhhaudt33]

Nguồn điện là thứ đòi hỏi đầu tiên khi thực hành mạch điện tử. Tùy chức năng, phạm vi sử dụng khác nhau mà một bộ nguồn có yêu cầu khác nhau về công suất, kích thước, chất lượng... Bộ nguồn mình giới thiệu với các bạn ở đây là một bộ nguồn sử dụng đa mục đích cho việc thí nghiệm, thực hành mạch điện tử, đóng gói vào thiết bị cụ thể hoặc thâm chí dùng để sạc cho điện thoại di động, máy tính bảng... Do phạm vi sử dụng rộng nên nó được thiết kế dựa trên các tiêu chí sau: Kích thước nhỏ gọn, công suất đủ dùng, hiệu suất cao, giá thành rẻ, bền... Tóm lại nó chính là tiêu chí: Ngon - Bổ - nhưng phải Rẻ!
Bộ nguồn này đã phục vụ mình thời gian dài, nay mình post sơ đồ và hướng dẫn các bạn (mới vào nghề) lắp ráp.

Thực ra cũng không có gì phải hướng dẫn nhiều vì các thông số và các chú thích mình đều đã ghi trên mạch. Các linh kiện cũng đều sử dụng loại sẵn có, vì vậy các bạn chỉ việc .. lắp là chạy!

Thông số bộ nguồn: Input: DC9 - 24V, có thể dùng pin, acqui, hay bộ biện áp chỉnh lưu tụ lọc...
Output: 5V/1A ổn áp (dòng điện max có thể cung cấp của mạch này là 1A, nhưng còn phụ thuộc vào nguồn vào có đủ dòng hay không).

[ATTACH=CONFIG]60797[/ATTACH]

[ATTACH=CONFIG]60798[/ATTACH]

transistor A671 là loại PNP thì phải,theo hình vẽ của bác là loại NPN rồi.Datasheet đây:http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/WINGS/2SA671.pdf đúng ko?

[vuthehiep]

mình không học về diện tư nhưng thử phân tích mạch của bạn NAUDA mọi người cho ý kiến nha:
khi cấp nguồn dòng qua ->s1->R1 330 om (R3 đóng vai trò làm thiên áp cho Q1)tới C của Q2 (tạm dưng ở dây) . một nhánh khác qua R2-> một dầu C2 10nf (lúc này C2 nạp trong thời gian là s theo mạch R2->C2->mas dầy thì ngưng dẫn)->một C1 (C1 tiếp tục nạp voi thời gian s theo mạch R2->C1->L1->tải->mass"lúc này ở L1 cung có sdd "E" nhưng rất nhỏ" C1nạp dầy ngưng dẫn) -> b của Q2 làm Q2 phân cực thuận làm Q2 dẫn tải chịu dòng của nguồn->Q1 dẫn (C1 bắt đầu xả với thời gian s)-> l1 làm xuất hiện 1 sức điên động "E" có chiều ngược với nguồn (sdd "E" này qua tải-> mas->ds1 về 1 đầu của L1 như vậy tải chịu dòng của sdd"E" )một phần rất nhỏ qua C1->R2->vcc(C2 bắt đầu xả) làm C1 đựoc nạp gây sụt áp trên b của Q2 -> Q2 ngưng dẫn-Q1 ngưng dẫn L1 giải phóng năng lượng(lúc này sdd"E" đổi chiều)C1 băt đầu xả Q2 vãn ngưng dẫn xả hết lại nạp từ vcc-R2-l1_tải đầy thi ngưng thì Q2 tiếp tục dân nhờ dòng từ R2 cấp cho .cứ như vậy lạp lại chu kỳ .R2 ,C1 , và tải .quyết định tần sồ cua mạch C2 có thể có hoặc không cũng được. em phân tích hơi dài dòng mong các bác thông cảm

[luccodo1983]

tôi có vài chục sơ đồ nguồn rất hay.chuyển đổi 12v sang các kiểu và dòng tương đối lớn.nó có thể bảo vệ đầu ra,ví dụ bạn jif nói trên van nó bị hỏng khi sạc với điện thoại đắt tiền,với mạch của tôi thì ok hết.không lo hỏng van (Q1) như bạn trandito nói trên

[thanhhaudt33]

tôi có vài chục sơ đồ nguồn rất hay.chuyển đổi 12v sang các kiểu và dòng tương đối lớn.

sao ko up lên cho anh/em xem với mà lại nói suông như thế!

[nauda]

transistor A671 là loại PNP thì phải,theo hình vẽ của bác là loại NPN rồi.Datasheet đây:http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/WINGS/2SA671.pdf đúng ko?

Đúng con này rồi bác. Sơ đồ của em cũng là nó mà.

mình không học về diện tư nhưng thử phân tích mạch của bạn NAUDA mọi người cho ý kiến nha:
khi cấp nguồn dòng qua ->s1->R1 330 om (R3 đóng vai trò làm thiên áp cho Q1)tới C của Q2 (tạm dưng ở dây) . một nhánh khác qua R2-> một dầu C2 10nf (lúc này C2 nạp trong thời gian là s theo mạch R2->C2->mas dầy thì ngưng dẫn)->một C1 (C1 tiếp tục nạp voi thời gian s theo mạch R2->C1->L1->tải->mass"lúc này ở L1 cung có sdd "E" nhưng rất nhỏ" C1nạp dầy ngưng dẫn) -> b của Q2 làm Q2 phân cực thuận làm Q2 dẫn tải chịu dòng của nguồn->Q1 dẫn (C1 bắt đầu xả với thời gian s)-> l1 làm xuất hiện 1 sức điên động "E" có chiều ngược với nguồn (sdd "E" này qua tải-> mas->ds1 về 1 đầu của L1 như vậy tải chịu dòng của sdd"E" )một phần rất nhỏ qua C1->R2->vcc(C2 bắt đầu xả) làm C1 đựoc nạp gây sụt áp trên b của Q2 -> Q2 ngưng dẫn-Q1 ngưng dẫn L1 giải phóng năng lượng(lúc này sdd"E" đổi chiều)C1 băt đầu xả Q2 vãn ngưng dẫn xả hết lại nạp từ vcc-R2-l1_tải đầy thi ngưng thì Q2 tiếp tục dân nhờ dòng từ R2 cấp cho .cứ như vậy lạp lại chu kỳ .R2 ,C1 , và tải .quyết định tần sồ cua mạch C2 có thể có hoặc không cũng được. em phân tích hơi dài dòng mong các bác thông cảm

Bác phân tích hầu hết là đúng rồi! Chỉ có một chỗ chưa đúng đó là điên trở R2 không quyết định tần số của mạch.

[thanhhaudt33]

Đúng con này rồi bác. Sơ đồ của em cũng là nó mà.

Bác coi lại sơ đồ của bác đi,là loại NPN rồi!!Có lẽ bác nhầm???

[luccodo1983]

sao ko up lên cho anh/em xem với mà lại nói suông như thế!

đây sơ đồ này bạn làm nhé linh kiện tự tính toán đi.tôi làm từ mạch này để cấp nguồn 5v và 12v cho cái nguồn HDD ở đầu fulHD của tôi chạy ok

[nauda]

Nói thêm về tần số và các ưu nhược điểm của mạch:

- Về tần số:
Phần post trước em không "thuyết minh" về đặc tính tần số của mạch. Về lý thuyết có thể tính được tần số của mạch nhưng rất phức tạp do tính chất PHI TUYẾN của mạch. Trong điều kiện lý tưởng tần số của mạch chỉ phụ thuộc C1, L1 và dòng điện tải. Còn trong hoạt động thực tế, tần số của mạch biến thiên bất định theo tình trạng nguồn điện và hoạt động của tải trong một dải khá lớn: từ 10kHz - 200kHz tùy loại/tình trạng NGUỒN ĐIỆN vào và tùy loại/tình trạng TẢI!

- Ưu nhược điểm:
Chính từ đặc điểm trên của mạch, sự biến thiên tần số theo nguồn và tải là một đặc tính độc đáo làm nên hiệu suất siêu cao của mạch. Với đặc tính này, mọi thành phần trong mạch đều được khai thác đến khả năng tới hạn của chúng, chẳng hạn Q1 luôn chạy ở chế độ bão hòa (hiệu suất cao nhất), năng lượng thất thoát chỉ phụ thuộc vào sụt áp bão hòa trên C-E của nó. Q2 chạy ở vùng tuyến tính để điều áp ra tải (nên mới gọi là "ổn áp tuyến tính") nhưng được hạn chế tiêu tán đến mức coi như không có. L1 chỉ cấp dòng cho tải mà không có hao phí nào vô ích trừ nhiệt lượng thất thoát từ điện trở nội của chính nó... Do đó hiệu suất và giới hạn của bộ nguồn chỉ phụ thuộc chủng loại và chất lượng linh kiện/vật liệu, chẳng hạn thay Q1, Ds1, L1 bạn sẽ mở rông/giới hạn công suất, còn "phẩm chất" của Q1, Ds1 và dây quấn sẽ quyết định hiệu suất của bộ nguồn!

Nhưng cũng chính từ đặc điểm về tần số nói trên, phương pháp điều tiết áp của mạch không phải là điều chế độ rộng xung (PWM - tần số không đổi, chỉ có độ rộng xung thay đổi), nên sự BIẾN ĐỔI TẦN SỐ TRÊN MỘT DẢI RỘNG chính là nhược điểm căn bản của mạch này. nói một cách khác, nếu như việc phát dao động cao tần đã là nhược điểm cố hữu của nguồn "xung" nói chung thì bộ nguồn này lại còn "phạm" vào điều "cấm kỵ" thứ hai đó là phát xung cao tần trên dải rộng

Còn bác nào nói sự nguy hiểm của Q1 khi mất điều khiển thì đó là một phát biểu rất hay mà em đánh giá rất cao về sự tinh tế của bác!
Em xin trả lời cho vấn đề này là: Cái mà bác nói nguy hiểm hay nhược điểm không phải là vấn đề riêng của mạch nguồn này, mà mọi bộ nguồn xung bất kỳ đều tiềm tàng nguy hiểm loại này, đó là vấn đề khi khi các "van" mất điều khiển. Trái lại, với riêng mạch này, chính việc sử dụng BJT lại là ưu điểm nổi trội trên phương diện an toàn khi gặp các sự cố về "mất điều khiển", "đánh thủng" của linh kiện "switching" mà ở đây là Q1. Tại sao như vậy: Vì hầu hết các bộ nguồn xung đều sử dụng MOSFET làm linh kiện chuyển mạch. Mà nhược điểm đặc trưng của MOSFET là một khi nó bị đánh thủng, kênh dẫn chính sẽ bị ...chập dính! Đây mới là sự "mất điều khiển" vô cùng nguy hiểm cho tải. Còn ở đây thì ngược lại, linh kiện switching là BJT, một BJT khi bị đánh thủng (do quá nhiệt, quá công suất) thì tiếp giáp C-E của nó lại bị ... thiêu rụi! Nghĩa là hở mạch vĩnh viễn! Mà bác nhìn xem, ở mạch này khi Q1 bị "thiêu rụi" thì tải có còn bị nguồn năng lượng nào tấn công không??!!

Không phải em bảo vệ mạch của mình đâu. Mà chính sự an toàn là một trong những tiêu chí để em thiết kế và sử dụng bộ nguồn này. Nhưng ngoài tiêu chí an toàn, các tiêu chí khác mà em tâm đắc hơn ở mạch này đó là hiệu suất cao, sự đơn giản, sáng sủa của nó. Thực tế là em đang dùng bộ nguồn này cho việc sạc chiếc smartphone bị mất bộ sạc "zin" của mình! Chính vì sự cay cú và cũng sợ mất tiền oan vì lỡ vớ phải bộ sạc "đểu" hoặc không rõ "xuất xứ" thì đi toi cái "sờ mác phôn" yêu quý khiến em nghiên cứu chế tác ra cái mạch nguồn này

Nhưng đó là mạch của em tự làm tự dùng, em cảm thấy yên tâm với nó, hay nói đúng hơn là dùng "hàng" của chính mình để lỡ nếu có hỏng thì cũng không hối hận, không chửi ai được! Chứ còn với các bác em chỉ post lên đây để chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm thôi chứ không khuyến khích các bác sử dụng dùng cho smatphone, MTB hay bất thứ công cụ gì của các bác. Hay nói cách khác em không chịu bất cứ trách nhiệm nào cho các hư hỏng thiết bị, thương tích... khi sử dụng mạch điện này cho các mục đích bất kỳ!