Thông báo

Collapse
No announcement yet.

Biến LM317 từ ổn áp tuyến tính dải rộng thành ổn áp xung dải rộng 30W

Collapse
X
 
  • Lọc
  • Giờ
  • Show
Clear All
new posts

  • Biến LM317 từ ổn áp tuyến tính dải rộng thành ổn áp xung dải rộng 30W

    Em có một bài về chế tạo nguồn xung ổn áp đơn giản ở đây.
    Ở đó mạch sử dụng 2 BJT nhưng hiệu suất (qua kiểm nghiệm thực tế) khá cao. Tuy nhiên sơ đồ đó có output cố định và hạn chế ở 5V/1A.

    Bộ nguồn này là bản nâng cấp của mạch nguồn đó với sự tích hợp thêm mạch bảo vệ. Mạch sử dụng linh kiện thông dụng, dễ kiếm, dễ cân chỉnh, lắp là chạy.

    Thông số:
    - Nguồn vào: 15VDC/3A (lấy theo mạch thực tế em đang sử dụng, nhưng có thể cấp từ 7-24V, tuy nhiên khi khi nguồn vào thay đổi các bác sẽ cần rơ le bảo vệ thích hợp)
    - Output: 1-12VDC ổn áp (điều chỉnh vô cấp từ 1V đến nguồn vào trừ 3V)
    - Công suất có thể cấp: 30W

    Đặc điểm của mạch:
    - Sử dụng IC ổn áp tuyến tính dải rộng LM317 để chế thành nguồn xung hiệu suất cao và mở rộng công suất
    - Tần số dao động từ 10kHz-200kHz phụ thuộc tải và nguồn vào

    Hiệu suất:
    - Từ thực tế sử dụng của em bộ nguồn này có hiệu suất từ 87-60% tùy thuộc điện áp và dòng tải lấy ra. Hiệu suất 62% đã thử nghiệm tại nguồn vào 15VDC, điện áp lấy ra 3V, dòng 8A. So sánh với hiệu suất 20% của ổn áp tuyến tính cùng điều kiện nguồn vào, ra.
    - Hiệu suất của mạch phu thuộc vào chất lượng linh kiện, vật liệu và thiết kế mạch in. Vì vậy các bác lưu ý các chỉ dẫn đã ghi trong mạch để đạt được hiệu suất tối đa.

    Sự an toàn:
    - Bộ nguồn có mạch bảo vệ tích cực tác động nhanh. Theo thực tế mà em đang sử dụng mạch bảo vệ hoat động rất hiệu quả và tin cậy. Vì sự phức tạp quá mức cần thiết em đã lược bỏ phần bảo vệ quá nhiệt để mạch được thông thoáng. Nếu bác nào cần mạch bảo vệ quá nhiệt em sẽ cung cấp sau.
    - Nếu các bác sử dụng nguồn là acquy, bộ nguồn này còn có chức năng bảo vệ acquy khỏi việc cạn kiệt, việc rất nguy hiểm làm hỏng hoặc giảm tuổi thọ của acquy.

    Cuối cùng, mạch được thiết kế dựa trên kiến thức còn nhiều hạn chế, nhưng em đưa lên trên tinh thần chia sẻ, học hỏi kiến thức, trao đổi kinh nghiệm DIY, vì vậy các bác cứ thoải mái góp ý

    Click image for larger version

Name:	Nguon-xung-on-ap-30W-by-nauda(dientuvietnam.net)-1.jpg
Views:	1
Size:	126.3 KB
ID:	1416222
    Last edited by nauda; 02-03-2013, 15:28. Lý do: nham hinh
    Bạn SV nào có nhu cầu thưc tập thì pm mình nhé. Thông tin liên hệ xem của mình nhé!

  • #2
    Thuyết minh thêm về các đặc tính và phân tích sự hoạt động của mạch:

    1. Đặc tính của bộ nguồn:
    - Như đã mô tả ở luồng trước mạch được tạo dao động từ cách ghép Q1, Q2, tụ C1, cuộn cảm L1. Nhưng khác với các bộ nguồn xung thông thường, ở mạch này chỉ khi có tải, cho dù chỉ là một đèn LEd hay một sợi dây nối chập mạch thì dao động mới được thành lập.
    - Sự đặc biệt nữa của bộ nguồn này là: Tần số dao động biến thiên tùy theo dòng điện tải. Về bản chất, chính điện trở của tải là thành phần tham gia vào mạch dao động. Nhưng đối với tải, điện trở hay trở kháng của nó không có ý nghĩa, mà dòng điện tiêu thụ mới là đặc trưng. Khi tải là điện trở thuần thì dòng điện qua nó không đổi, do đó tần số dao động không đổi. Nếu tải là một thiết bị phức tạp như là động cơ,... sự hút dòng nhiều hay ít từ đó sẽ khiến tần số dao động của bộ nguồn thay đổi: dòng lớn tần số tăng, dòng nhỏ tần số giảm, dòng bằng 0 (không tải) - tần số (về lý thuyết) bằng 0. Trên thực tế, khi không có tải, Q1 sẽ không hoạt động, khi đó bộ nguồn trở thành nguồn ổn áp tuyến tính thông thường.
    - Cũng từ đặc tính trên suy ra: Nếu dòng điện tải tăng vô hạn (vô cùng lớn), đó là trường hợp chập mạch, tần số cũng sẽ tăng vô hạn! Nhưng đó chỉ là trên lý thyết, còn thực tế tần số dao động chỉ đạt đến một giá trị giới hạn khi dòng điện tải tăng đến một giá trị xác định mà mạch đạt đến vùng hoạt động tới hạn của sức chịu đựng của các linh kiện. Đó là Q1, Ds1, L1 và Q2.
    - Về công suất giới hạn. Như nói trên, khi dòng tải lớn đến một giá trị xác định, các phần tử công suất sẽ lần lượt đi vào các trạng thái tới hạn. Đầu tiên đó là Q1: công suất tiêu tán trên nó tính bằng: P1 = Vce*Ic + Vbe*Ibe, nếu giá trị này vựot quá sức chịu đựng, nó sẽ hỏng. Tiếp theo là Ds1. Vì nguồn xung này là dạng nguồn Buck (hạ áp), nên tại điện áp thấp ở đầu ra, nó có khả năng cung cấp một dòng điện rất lớn, toàn bộ dòng điện này được tải qua đi ốt Ds1. Do đó khi dòng điện tải tăng quá giá trị chịu đựng của Ds1 (Ps1 = Vak*Iak) nó cũng sẽ hỏng. Ví dụ bằng số, hiện mạch đang sử dụng đi-ốt MUR1610, có dòng điện AK chịu đựng tối đa là 16A, vậy thì tại điên áp ra 3V, nếu một tải có điện trở 0.1ohm, dòng tiêu thụ sẽ là 30A, dòng điện này sẽ làm hỏng Ds1. Sự tới hạn tiếp theo nằm ở Q2, transistor này cấp dòng kích Q1, tại giới hạn của Q1, dòng Ib của Q1 chính là Ic của Q2. Chẳng hạn ở đây mạch đang dùng Q1 là đèn TIP42, có dòng Ib tối đa cho phép là 600mA, tại dòng điện này Q2 đang được sử dụng là TIP41 thừa sức chịu đựng vì Ic giới hạn của nó là 6A. Nhưng nếu tải hút dòng quá lớn qua Q1 rồi tới Q2, gây ra công suất tiêu tán trên Q2: P2 = Vce2*Ic2 + Vbe2*Ib2, giá trị này nếu vượt quá giới hạn chịu đựng của Q2 nó cũng sẽ hỏng. Tuy nhiên, do cách ghép nối của mạch, Q2 chỉ phải gánh tải thấp hơn nhiều so với Q1 nên nó không trực tiếp chịu tác động của tải, mà là thành phần công suất thứ cấp, sau Q1. Nói cách khác, khi Q1 chưa hỏng thì nó vẫn được an toàn.

    Tiếp theo, khi gánh tải công suất lớn mà Q1, Ds1, Q2 không hỏng thì sự giới hạn tiếp theo nằm ở cuộn cảm L1. Cuộn cảm này là nguồn cung cấp dòng điện chính cho tải. Do vậy khi dòng điện tải chạy qua L1 nó gây nên một công suất tiêu tán Pl = Il^2*Rl, với Rl là điện trở thuần của cuộn dây. Đây là công suất tỏa nhiệt trên cuộn dây, nên nếu nó gây ra một nhiệt độ vượt quá sức chịu đựng của dây nó sẽ cháy. Ở mạch này, cuộn L1 sử dụng dây 2mm, giới hạn của nó nếu không tính đến trường hợp vật liệu bị pha tạp, chất lượng kém thì giới hạn chịu đựng của nó khá lớn so với giới hạn 30W thiết kế của toàn mạch. Nhưng chưa hết. Không phải là cứ tăng thiết diện dây lên "cho thừa" là có thể tăng sức chịu tải vô cùng lớn. Mà giới hạn của cuộn dây còn do lõi của nó áp đặt, không liên qua gì đến kích thước dây. Loại lõi, kích thước lõi của L1 sẽ hạn chế công suất chịu đựng tối đa của nó. Việc này rất dễ hiểu, bạn không thể sử dụng một cục xuyến bé tí, nhỏ xinh bằng móng tay để chế tạo một cuộn cảm có công suất chịu đựng lên đến hàng trăm W! Mà kích thước lõi sẽ cần chọn phù hợp với công suất tải tối đa thiết kế. Công thức tính toán cụ thể cho việc chọn lõi của L1 rất phức tạp, nó phụ thuộc hoàn toàn vào chủng loại vật liệu và hình dạng của lõi do nhà sản xuất quy định. Còn ở mạch này, L1 sử dụng lõi xuyến có đường kính ngoài 4cm khá thông dụng ở các chợ điện tử, các bác có thể mua mới hoặc tháo từ các bộ nguồn máy tính hoặc ampli cũ.
    - Một đặc tính nữa của mạch là việc đáp ứng một công suất tức thời trên tải được thực hiện bằng việc bù tần số, khác với phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM), nên sự hoạt động liên hoàn giữa cuộn cảm L1 và tụ lọc C3 cho một chất lượng điên áp ra đặc biệt ổn định và khả năng cấp dòng vô cùng mạnh mẽ. Lý do là sự nối tiếp của cuộn cảm và song song của tụ đối với tải đặc biệt hiệu quả đối với tần số cao mà ở mạch này đó chính là chế độ "nặng tải". Có nghĩa là, tải càng nặng, tần số dao động càng dâng cao, mà tần số càng cao thì bộ đôi L1, C3 càng phát huy hiệu quả. Chưa hết, do việc tạo dao động bằng L1, C2 và sự hồi tiếp được thực hiện chỉ bằng một linh kiện liên kết (tụ C2) nên tốc độ đáp ứng của mạch rất cao, cao hơn nhiều so với phương pháp PWM vốn thực hiện hồi tiếp và truyền dẫn qua hàng loạt các mạch khuếch đại, so sánh, bộ tạo xung răng cưa và mạch kích điều khiển van công suất... tạo ra một độ trễ lớn gây sai số và giảm độ ổn định ở vùng công suất cao. Hệ quả là nguồn này có một khả năng mà bất cứ bộ nguồn công suất nào cũng đều "thèm muốn" đó là tốc độ đáp ứng, độ cứng và độ ổn định rất cao ở vùng tải nặng! Cũng có nghĩa là nó có khả năng đáp ứng được các tải có chế độ hoạt động công suất phức tạp như các động cơ đề, động cơ truyền động trong dây chuyền sản xuất tự động, các máy công cụ cầm tay, CNC... Còn về phía tải hay đối với người sử dụng, bộ nguồn này có một nội trở động tùy theo tải và cái "quý" nằm ở chỗ nội trở của nó tỉ lệ nghịch với dòng điện cấp ra trên tải. Trên lý thuyết, nội trở của nó tiến đến 0 khi dòng tải tiến đến ...vô cùng. Đây là một trong những đặc tính giải thích cho hiệu suất cao của bộ nguồn.

    2. Cách hoạt động của nguồn:
    - Nguyên lý hoạt động:
    Bộ nguồn này bao gồm 2 mạch hoạt động độc lập: khối nguồn xung và khối bảo vệ
    Nguyên lý hoạt động của mạch nguồn xung đã trình bày ở luồng giới thiệu trên
    Phần mạch bảo vệ hoạt động như sau:
    Hệ thống bảo vệ sử dụng rơ-le, cầu chì và điên trở shunt R9 để kiểm soát dòng điện. Dòng điện tổng của mạch khi chạy qua R9 được theo dõi bởi Q5 mà ghép liên hợp với Q4. khi dòng điện tăng đến mức quy định (chọn bởi chiết áp VR2), Q5 sẽ dẫn khiến Q4 dẫn để đóng điên vào rơ-le, khi đó tiếp điểm thường đóng của rơ-le sẽ hoạt động làm ngắt toàn bộ mạch công suất khỏi nguồn. Nhưng vì rơ-le có tốc độ đáp ứng chậm nên một đường điều khiển khác thông qua cực C của Q5 cho tác động tực thời vào Q3 khiến nó dẫn khiến giảm tối đa điện áp cấp ra trên tải. Từ đó dòng điện được tiết chế. Sự kết hợp giữa ngắt cứng rơ-le và ngắt mềm của Q3 cho tốc độ và hiệu quả bảo vệ tin cậy. Đó là chức năng bảo vệ quá tải, chập tải. Còn chức năng bảo vệ quá áp (đầu ra) và thấp áp (nguồn vào) được thực hiện bởi diode Dz2 và Dz3 (cùng các linh kiện phụ trợ khác). Theo đó, khi điên áp ra bị mất điều khiển (Q1 bị chập C-E, LM317 bị hỏng hay chiết áp chỉnh điện áp ra bị hỏng...) thì các Dz3 sẽ dẫn tác động đến Q4 để rơ le hoạt động. còn khi điện áp nguồn vào bị tụt xuống mức chọn bởi chiết áp VR3, Dz2 sẽ dẫn tác động đến Q5 làm rơ le hoạt động. Phương án bảo vệ cuối cùng là cầu chì. Nếu vì lý do nào đó hệ thống bảo vệ mềm không hoạt động, cầu chì sẽ là cứu tinh cuối cùng
    Mạch bảo vệ này tuy đơn giản nhưng rất hiệu quả và đặc biệt hơn là nó có khả năng mở rộng tùy ý. Chẳng hạn các bác có thể thiết lâp thêm không giới hạn các điểm cần bảo vệ điện áp cao và điện áp thấp. Ở đây mạch chỉ trang bị bảo vệ tại 2 điểm đó là bảo vệ chống áp cao ở đầu ra và chống áp thấp ở đầu vào. Việc tách rời mạch bảo vệ thành một thiết bị độc lập sẽ cho một khả năng một bộ bảo vệ có thể bảo vệ vô số bộ nguồn khác. Đó là một trong những tâm đắc của em cho thiết kế mạch bảo vệ này!

    Xin mời các bác thảo luận
    Bạn SV nào có nhu cầu thưc tập thì pm mình nhé. Thông tin liên hệ xem của mình nhé!

    Comment


    • #3
      hay đó bạn, thank vì bài viết

      Comment


      • #4
        bác nauda ơi, em là dân ngoại đạo, tuy có chút đam mê nhưng kiến thức vẫn còn rất abc. bác cho em hỏi là trong mạch này và mạch trong luồng trước của bác có cách nào dùng trực tiếp điện 220V AC không, chứ không qua biến thế hạ áp chẳng hạn?

        Comment


        • #5
          Nguyên văn bởi phuong1990 Xem bài viết
          bác nauda ơi, em là dân ngoại đạo, tuy có chút đam mê nhưng kiến thức vẫn còn rất abc. bác cho em hỏi là trong mạch này và mạch trong luồng trước của bác có cách nào dùng trực tiếp điện 220V AC không, chứ không qua biến thế hạ áp chẳng hạn?
          Cả hai mạch đều không dùng đựoc điện 220AC bạn ạ vì các transistor à tụ đều là loại thấp áp, chưa kể dùng trực tiếp nguồn 220Ac sẽ bị điên giật.
          Bạn SV nào có nhu cầu thưc tập thì pm mình nhé. Thông tin liên hệ xem của mình nhé!

          Comment


          • #6
            hic, thế thì buồn quá bác ạ. ý em là dùng 220V AC qua vài linh kiện nào đó hạ áp xuống cho nó nhỏ gọn ấy mà, chứ nguồn acquy thì hơi cồng kềnh, không thuận tiện di chuyển

            Comment


            • #7
              Nguyên văn bởi phuong1990 Xem bài viết
              hic, thế thì buồn quá bác ạ. ý em là dùng 220V AC qua vài linh kiện nào đó hạ áp xuống cho nó nhỏ gọn ấy mà, chứ nguồn acquy thì hơi cồng kềnh, không thuận tiện di chuyển
              Muốn dùng nguồn 220ac thì phải dùng biến áp xung. Một hôm khác mình sẽ phát triển loại đó. Nếu bạn rảnh thì bọn mình cunhf làm
              Bạn SV nào có nhu cầu thưc tập thì pm mình nhé. Thông tin liên hệ xem của mình nhé!

              Comment


              • #8
                Thế thì hay quá. Lúc nào rảnh bác thử thiết kế xem. Kiến thức em hạn hẹp, chủ yếu toàn là đọc lung tung trên mạng nên muốn làm cái gì cũng khó

                Comment


                • #9
                  đào mộ: bac nauda thiết kế như chuyên gia, em đang định tìm mua nguồn dạng này để học sửa điện thoại, bác có thương mại hóa sản phẩm này không ak? vì em thấy mạch của bác có chức năng gống như máy cấp nguồn đo sóng , nếu dùng mạch của bác có rẻ hơn ko ạ. e đang mơi vào ngề mong bác chỉ giáo ạ!,

                  Comment


                  • #10
                    Bạn dùng bộ nguồn của PC, có đủ các điện áp: 3v3, 5v, 12v...
                    Nick yahoo: nguyenphuocho
                    Mail:
                    Web:
                    PICKIT2

                    Comment


                    • #11
                      tình hình còn ai ở luống này ko ạ

                      Comment

                      Về tác giả

                      Collapse

                      nauda Khi còn nhỏ hay bị mời phụ huynh vì những trò nghich dại. Giờ vẫn thế! Tìm hiểu thêm về nauda

                      Bài viết mới nhất

                      Collapse

                      Đang tải...
                      X