Báo cáo Bài tập lớn Phân tích mạch nguồn chuyển mạch SMPS môn CAD/CAM | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

lOMoAR cPSD| 58647650
Đo àn Như Đăng – B21DCDT053
Lê Hùng Dũng – B21DCDT073
Nguyễn Việt Hoàng – B21DCDT101 lOMoAR cPSD| 58647650 LỜI CẢM ƠN
Kính gửi Ban Giám đốc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, em xin chân thành
cảm ơn đã tạo điều kiện cho em được học tập và rèn luyện tại môi trường giáo dục chất
lượng cao, giúp em trau dồi kiến thức và kỹ năng cần thiết cho bản thân.
Em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô giáo, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa
Kỹ thuật Điện tử I đã tận tình truyền đạt kiến thức chuyên môn, dìu dắt và hỗ trợ em
trong suốt quá trình học tập.
Em xin đặc biệt cảm ơn thầy giáo Nguyễn Trung Hiếu, người đã trực tiếp hướng dẫn
em thực hiện đề tài. Thầy đã dành nhiều thời gian và tâm huyết để chia sẻ kiến thức, tài
liệu quý giá, đồng thời định hướng cho em các bước nghiên cứu và mô phỏng, giúp em
hoàn thành tốt bài tập này.
Lời tri ân sâu sắc nhất em muốn gửi đến bố mẹ, những người đã luôn động viên và tạo
điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các bạn bè thân yêu, những người luôn đồng hành, chia sẻ
và giúp đỡ em trong suốt quãng đường qua. Nhờ có các bạn, em cảm thấy bớt cô đơn
và có thêm niềm vui trong học tập và cuộc sống.
Cuối cùng, em xin cảm ơn tất cả những ai đã quan tâm và giúp đỡ em trong suốt thời
gian học tập vừa qua. Em xin hứa sẽ tiếp tục cố gắng học tập và rèn luyện để trở thành
một kỹ sư điện tử có ích cho xã hội. Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................................................ 3
1. Giới thiệu chung về nguồn chuyển mạch .................................................................................... 4
2. Nguyên lí hoạt động của mạch nguồn chuyển mạch .................................................................. 5
2.2. Giai đoạn biến tần .................................................................................................................. 6
2.3. Bộ chuyển đổi điện áp và chỉnh lưu đầu ra ......................................................................... 6
2.4. Các loại chuyển đổi DC-DC .................................................................................................. 6
2.5. Bộ nhân điện áp ..................................................................................................................... 7 lOMoAR cPSD| 58647650
Một số SMPS sử dụng bộ nhân điện áp thay vì cuộn cảm và biến áp, đặc biệt cho các ứng dụng
yêu cầu điện áp cao nhưng dòng điện thấp, như máy phát Cockcroft-Walton ............................ 7
3. Phân loại mạch nguồn chuyển mạch ........................................................................................... 8
4. Ứng dụng của mạch nguồn chuyển mạch ................................................................................... 8
4.1. Bộ nguồn cho máy tính cá nhân: .......................................................................................... 8
4.2. Bộ sạc điện thoại di động: ..................................................................................................... 8
4.3. Nguồn điện DC-DC trong xe tải: .......................................................................................... 8
4.4. Ứng dụng công nghiệp: ......................................................................................................... 8
4.5. Nguồn điện cho chiếu sáng: .................................................................................................. 8
5. Tìm hiểu mạch nguồn chuyển mạch trong bài tập lớn .............................................................. 8
6. Mục tiêu của chương trình nghiên cứu ....................................................................................... 9
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................................................. 11
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN .................................................................................................... 19
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ................................................................................................................. 26
CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT .......................................................................................................................... 28
Ưu điểm: ...................................................................................................................................... 28
Nhược điểm: ................................................................................................................................ 28 LỜI NÓI ĐẦU
Trong lĩnh vực điện tử công suất, mạch nguồn chuyển mạch (Switched-Mode Power
Supply - SMPS) là một yếu tố thiết yếu, đảm bảo cung cấp điện áp ổn định và hiệu
quả cho các thiết bị điện tử hiện đại. Khác với các mạch nguồn tuyến tính truyền
thống, mạch nguồn chuyển mạch sử dụng công nghệ chuyển đổi tần số cao, từ đó tối
ưu hóa quá trình truyền tải năng lượng, giảm thiểu kích thước và trọng lượng linh
kiện, đồng thời nâng cao hiệu suất năng lượng.
Nội dung của bài báo cáo chia làm 4 chương:
Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Chương 2: Phân tích mạch điện
Chương 3: Thiết kế mạch
Chương 4: Tổng kết lOMoAR cPSD| 58647650
Bài báo cáo này sẽ tập trung vào việc phân tích một mạch nguồn chuyển mạch có
chức năng chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều (AC) sang điện áp một chiều (DC).
Thiết kế của mạch này không chỉ nhằm đảm bảo hiệu suất cao và ổn định điện áp đầu
ra, mà còn bao gồm các mạch bảo vệ như quá áp, quá dòng và cách ly tín hiệu giữa các thành phần.
Ngoài việc tìm hiểu về cấu trúc, nguyên lý hoạt động và các thành phần chính của
mạch, báo cáo cũng sẽ làm rõ vai trò của từng linh kiện, cũng như sự tương tác giữa
các phần trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Nghiên cứu về mạch nguồn chuyển
mạch sẽ không chỉ giúp chúng em nâng cao kiến thức lý thuyết mà còn cải thiện kỹ
năng thực hành, từ đó tạo điều kiện cho việc áp dụng vào các dự án kỹ thuật điện tử thực tiễn.
Trong quá trình làm bài có thể còn nhiều thiếu xót, chúng em mong thầy và các
bạn tham khảo và góp ý trao đổi để chúng em tiếp thu được thêm những kiến thức
bổ ích để ứng dụng hoàn thiện tốt hơn cho những bài tập lớn sau và công việc thực tế sau này.
1.Giới thiệu chung về nguồn chuyển mạch
Bộ nguồn chuyển mạch ( SMPS ), còn gọi là bộ nguồn chế độ chuyển mạch
, bộ nguồn chế độ chuyển mạch , bộ nguồn chuyển mạch hoặc đơn giản là bộ chuyển
mạch , là bộ nguồn điện tử tích hợp bộ điều chỉnh chuyển mạch để chuyển đổi năng
lượng điện một cách hiệu quả.
Giống như các nguồn điện khác, SMPS truyền điện từ nguồn DC hoặc AC
(thường là nguồn điện chính , xem bộ đổi nguồn AC ) sang tải DC, chẳng hạn như máy
tính cá nhân , đồng thời chuyển đổi các đặc tính điện áp và dòng điện . Không giống
như nguồn điện tuyến tính , bóng bán dẫn chuyển tiếp [ a ] của nguồn điện chế độ chuyển
mạch liên tục chuyển đổi giữa trạng thái tiêu tán thấp , bật hoàn toàn và tắt hoàn toàn,
và dành rất ít thời gian ở các trạng thái tiêu tán cao, giúp giảm thiểu năng lượng lãng
phí. Điều chỉnh điện áp đạt được bằng cách thay đổi tỷ lệ thời gian bật-tắt (còn gọi là
chu kỳ nhiệm vụ ). Ngược lại, nguồn điện tuyến tính điều chỉnh điện áp đầu ra bằng
cách liên tục tiêu tán công suất trong bóng bán dẫn chuyển tiếp. Hiệu suất điện cao hơn
của nguồn điện chế độ chuyển mạch là một lợi thế quan trọng.
Nguồn điện chế độ chuyển mạch cũng có thể nhỏ hơn và nhẹ hơn đáng kể so với
nguồn điện tuyến tính vì máy biến áp có thể nhỏ hơn nhiều. Điều này là do nó hoạt động
ở tần số chuyển mạch cao, dao động từ vài trăm kHz đến vài MHz trái ngược với tần số
điện lưới 50 hoặc 60 Hz mà máy biến áp sử dụng trong nguồn điện tuyến tính. Mặc dù
kích thước máy biến áp giảm, nhưng cấu trúc nguồn điện và các yêu cầu về khả năng lOMoAR cPSD| 58647650
tương thích điện từ trong các thiết kế thương mại thường dẫn đến số lượng linh kiện lớn
hơn nhiều và độ phức tạp của mạch tương ứng.
Bộ điều chỉnh chuyển mạch được sử dụng để thay thế cho bộ điều chỉnh tuyến
tính khi cần hiệu suất cao hơn, kích thước nhỏ hơn hoặc trọng lượng nhẹ hơn. Tuy nhiên,
chúng phức tạp hơn; dòng điện chuyển mạch có thể gây ra vấn đề nhiễu điện nếu không
được ngăn chặn cẩn thận và các thiết kế đơn giản có thể có hệ số công suất kém
2.Nguyên lí hoạt động của mạch nguồn chuyển mạch
Mạch nguồn chuyển mạch hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng ở
tần số cao, thông qua việc đóng ngắt dòng điện bằng các linh kiện bán dẫn. Quá trình
hoạt động của mạch được chia thành các bước cơ bản như sau: 2.1.
Giai đoạn chỉnh lưu đầu vào
Chỉnh lưu là quá trình chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện
một chiều (DC). Trong mạch SMPS, nếu đầu vào là AC, mạch chỉnh lưu sẽ sử dụng các
diode để chuyển đổi tín hiệu AC thành DC, thường dưới dạng một dòng điện xung (pulsating DC).
Tín hiệu AC có thể được chỉnh lưu theo hai cách:
● Chỉnh lưu nửa sóng: Chỉ chỉnh lưu một nửa chu kỳ của tín hiệu AC. ●
Chỉnh lưu toàn sóng: Chỉnh lưu cả hai nửa chu kỳ của tín hiệu AC.
Sau khi chỉnh lưu, tín hiệu DC không được ổn định sẽ được lọc qua một tụ điện
lớn, tạo ra dòng điện DC mịn hơn để cung cấp cho các giai đoạn tiếp theo. lOMoAR cPSD| 58647650
Mạch hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC): Được thêm vào để tăng hiệu suất và
làm cho dòng điện đầu vào gần giống với dạng hình sin của nguồn AC, từ đó giảm
nhiễu và cải thiện khả năng tương thích điện từ. 2.2.
Giai đoạn biến tần
Giai đoạn này chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay
chiều (AC) ở tần số cao (khoảng hàng chục hoặc hàng trăm kilohertz). Quá trình này
được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ dao động công suất (oscillator) và các MOSFET để chuyển mạch.
Tần số chuyển đổi thường được chọn cao hơn 20 kHz để không nghe thấy tiếng
ồn chuyển mạch, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm kích thước các thành phần như biến áp và cuộn cảm. 2.3.
Bộ chuyển đổi điện áp và chỉnh lưu đầu ra
Ở giai đoạn này, dòng AC tần số cao từ giai đoạn biến tần được dẫn vào máy
biến áp để chuyển đổi điện áp lên hoặc xuống tùy theo yêu cầu. Máy biến áp này có
kích thước nhỏ do tần số cao.
Chỉnh lưu đầu ra: Dòng AC được chỉnh lưu lại thành DC để cung cấp cho tải.
Các diode Schottky thường được sử dụng cho điện áp thấp vì chúng có khả năng phục
hồi nhanh và sụt áp thấp hơn so với diode silicon. Với những yêu cầu về điện áp thấp
hơn nữa, MOSFET có thể được sử dụng làm bộ chỉnh lưu đồng bộ.
Làm mịn tín hiệu: Cuối cùng, dòng điện DC chỉnh lưu sẽ được làm mịn thông
qua một bộ lọc gồm cuộn cảm và tụ điện. 2.4.
Các loại chuyển đổi DC-DC
Nếu đầu ra không cần cách ly, SMPS có thể sử dụng các loại bộ chuyển đổi DC- DC như:
● Buck Converter: Giảm điện áp đầu vào.
● Boost Converter: Tăng điện áp đầu vào. lOMoAR cPSD| 58647650
● Buck-Boost Converter: Điều chỉnh điện áp đầu ra có thể lớn hơn, nhỏ hơn
hoặc bằng điện áp đầu vào và có thể đảo chiều.
Các mạch này hoạt động thông qua điều chỉnh chu kỳ làm việc của bộ chuyển
mạch, cho phép điều chỉnh chính xác điện áp đầu ra. 2.5. Bộ nhân điện áp
Một số SMPS sử dụng bộ nhân điện áp thay vì cuộn cảm và biến áp, đặc biệt cho các
ứng dụng yêu cầu điện áp cao nhưng dòng điện thấp, như máy phát CockcroftWalton. lOMoAR cPSD| 58647650
3. Phân loại mạch nguồn chuyển mạch
Có nhiều loại mạch nguồn chuyển mạch khác nhau, tùy thuộc vào cấu trúc và nguyên lý hoạt động:
● Mạch nguồn Buck: Giảm điện áp đầu vào xuống điện áp đầu ra nhỏ hơn.
● Mạch nguồn Boost: Tăng điện áp đầu vào lên điện áp đầu ra lớn hơn.
● Mạch nguồn Flyback: Sử dụng biến áp để cách ly và chuyển đổi điện áp
đầu vào, thường được sử dụng trong các bộ nguồn công suất nhỏ.
● Mạch nguồn Forward: Tương tự như Flyback nhưng cung cấp dòng đầu
ra ổn định hơn, thường sử dụng trong các bộ nguồn công suất trung bình và cao.
4. Ứng dụng của mạch nguồn chuyển mạch 4.1.
Bộ nguồn cho máy tính cá nhân:
● Đầu vào linh hoạt: Các bộ nguồn này có thể nhận điện từ lưới điện toàn cầu mà
không cần thay đổi lớn.
● Điều chỉnh điện áp: Có thể cần điều chỉnh để phù hợp với điện áp nơi bạn sống. 4.2.
Bộ sạc điện thoại di động:
● Chuyển đổi công nghệ: Ban đầu dùng bộ cấp nguồn tuyến tính, nhưng giờ chuyển
sang SMPS tiết kiệm chi phí hơn.
● Hiệu suất tốt hơn: Cấu trúc flyback được dùng để tiết kiệm vật liệu và giảm chi phí. 4.3.
Nguồn điện DC-DC trong xe tải:
● Chuyển đổi điện áp: Từ 24 V xuống 12 V cho các thiết bị phụ kiện.
● Phân phối tải đồng đều: Giúp bảo vệ pin và kéo dài tuổi thọ của nó. 4.4.
Ứng dụng công nghiệp:
● Nguồn điện thấp: Các hệ thống như pin dự phòng cung cấp điện cho các thiết bị.
● Sử dụng bộ chuyển đổi: Để đảm bảo mỗi thiết bị nhận đúng điện áp cần thiết. 4.5.
Nguồn điện cho chiếu sáng:
● Máy biến áp điện tử: Cung cấp nguồn điện áp thấp cho đèn và các thiết bị chiếu sáng khác.
5. Tìm hiểu mạch nguồn chuyển mạch trong bài tập lớn
Trong bài báo cáo này, chúng ta sẽ phân tích một mạch nguồn chuyển mạch có
chức năng chuyển đổi điện áp AC (220V) thành điện áp DC ổn định, đáp ứng nhu cầu lOMoAR cPSD| 58647650
của các thiết bị điện tử. Mạch được thiết kế với các linh kiện chính như IC điều khiển
5L0380R, MOSFET IRF540, biến áp xung SMP030DAB, cầu chỉnh lưu, và các bộ lọc
để làm mịn điện áp đầu ra. Đây là một ví dụ điển hình của mạch nguồn chuyển mạch
hiệu suất cao, với khả năng điều chỉnh điện áp linh hoạt và đảm bảo cung cấp nguồn ổn
định cho các tải điện tử.
Mạch hoạt động như sau: đầu vào AC 220V từ lưới điện được đưa qua một cầu
chỉnh lưu bao gồm các diode 1N4007, giúp chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC.
Sau đó, IC điều khiển 5L0380R sẽ kiểm soát hoạt động của MOSFET IRF540, tạo ra
các tín hiệu PWM (điều chế độ rộng xung) để điều chỉnh lượng điện năng được truyền
qua biến áp xung SMP030DAB.
Biến áp xung có nhiệm vụ cách ly và chuyển đổi điện áp, giúp đảm bảo an toàn
cho các thiết bị sử dụng điện áp đầu ra. Biến áp cũng thực hiện chức năng hạ điện áp
DC xuống mức phù hợp với các tải đầu ra. Sau quá trình chuyển đổi, điện áp DC được
làm mịn bởi các tụ điện lọc để loại bỏ gợn sóng và đảm bảo sự ổn định cho các tải.
Ngoài ra, optocoupler (PC817) được sử dụng để cung cấp tín hiệu hồi tiếp từ đầu
ra quay lại IC điều khiển, nhằm đảm bảo điều chỉnh điện áp đầu ra một cách chính xác
và kịp thời, giúp mạch hoạt động an toàn và hiệu quả.
Việc nghiên cứu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của mạch này không chỉ giúp
người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các bộ nguồn chuyển mạch mà còn
cung cấp kiến thức quan trọng trong việc thiết kế và ứng dụng các mạch tương tự trong
thực tế. Đây là một mạch nguồn chuyển mạch đáng tin cậy, có thể ứng dụng trong nhiều
thiết bị điện tử cần điện áp DC ổn định, chẳng hạn như bộ sạc, thiết bị gia dụng, và hệ
thống điều khiển công nghiệp.
6. Mục tiêu của chương trình nghiên cứu
Mục tiêu của chương trình nghiên cứu này bao gồm:
● Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch nguồn chuyển mạch.
● Phân tích chi tiết từng khối chức năng của mạch.
● Đánh giá hiệu suất và tính ổn định của mạch trong các điều kiện hoạt động khác nhau.
● Đề xuất các cải tiến và phương pháp tối ưu hóa cho mạch nguồn chuyển mạch. lOMoAR cPSD| 58647650
Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để người đọc nắm bắt được các nguyên lý cơ
bản và tiến tới ứng dụng thực tế trong việc thiết kế và sửa chữa các mạch nguồn chuyển mạch khác. lOMoAR cPSD| 58647650
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Giới thiệu về IC điều khiển 5L0380R 1.1.
Mô tả về IC 5L0380R
Dòng sản phẩm Fairchild Power Switch (FPS) được thiết kế đặc biệt cho các
mạch nguồn chuyển mạch (SMPS) hoạt động trực tiếp với nguồn điện xoay chiều, với
yêu cầu tối thiểu về linh kiện ngoại vi. FPS bao gồm một SenseFET công suất cao áp
và một IC PWM điều khiển dòng. Bộ điều khiển PWM tích hợp này bao gồm: bộ dao
động tần số cố định, chức năng khóa dưới điện áp, mạch che cạnh trước, mạch điều
khiển tối ưu bật/tắt cho MOSFET, bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ quá áp, và các nguồn dòng
có độ chính xác cao được bù nhiệt để dùng cho mạch bù vòng phản hồi và mạch bảo vệ lỗi.
So với việc sử dụng MOSFET rời và bộ điều khiển PWM hoặc giải pháp RCC,
Fairchild Power Switch (FPS) giúp giảm tổng số linh kiện, kích thước thiết kế và trọng
lượng, đồng thời tăng hiệu suất, năng suất và độ tin cậy của hệ thống. Đây là một nền
tảng cơ bản rất phù hợp cho các thiết kế tiết kiệm chi phí, dù trong mạch Flyback hay mạch Forward. 1.2.
Nguyên lí làm việc của chip
Bắt đầu từ việc IC nhận điện áp đầu vào thông qua chân Vcc, cung cấp năng
lượng cho toàn bộ mạch và cho phép IC khởi động và hoạt động. Chân GND đóng vai
trò làm điểm nối đất, tạo ra sự ổn định và chính xác trong việc điều khiển các tín hiệu
và điện áp. Một khi IC được cung cấp điện, chân Drain kết nối với tải, cho phép dòng lOMoAR cPSD| 58647650
điện chảy từ IC đến tải khi MOSFET bên trong được bật. Dòng điện này được điều
khiển bởi tín hiệu PWM từ chân phản hồi FB, giúp IC điều chỉnh công suất đầu ra
theo yêu cầu thực tế. Chân FB nhận tín hiệu từ mạch hồi tiếp, thường phản ánh điện áp
đầu ra, cho phép IC điều chỉnh độ rộng xung PWM nhằm duy trì điện áp đầu ra ổn
định. Nhờ vào sự kết hợp hài hòa giữa các chân, IC 5L3080R có khả năng chuyển đổi
điện áp AC thành điện áp DC ổn định, đáp ứng hiệu quả các yêu cầu của các thiết bị
điện tử khác nhau, đồng thời đảm bảo tính an toàn và ổn định trong hoạt động của mạch. 1.3.
Sơ đồ chân của chip IC 5L0380R. Pin Tên Pin Định nghĩa 1 GND
Nối đất, tham chiếu cho toàn bộ mạch 2 Drain
Chịu dòng điện cao áp, điều khiển dòng điện qua MOSFET. 3 VCC Cấp nguồn cho IC 4 FB
Nhận tín hiệu phản hồi để
điều chỉnh và ổn định điện áp đầu ra lOMoAR cPSD| 58647650 1.4.
Thông số kĩ thuật
● Precision Fixed Operating Frequency (100/67/50kHz): Tần số hoạt động cố định chính xác (100/67/50 kHz)
● Low Start-up Current (Typ. 100uA): Dòng khởi động thấp (Thường là 100 μA)
● Pulse by Pulse Current Limiting: Giới hạn dòng theo từng xung
● Over Current Protection: Bảo vệ quá dòng
● Over Voltage Protection (Min. 25V): Bảo vệ quá áp (Tối thiểu 25V)
● Internal Thermal Shutdown Function: Chức năng tắt nhiệt nội bộ
● Under Voltage Lockout: Khóa điện áp thấp
● Internal High Voltage Sense FET: FET cảm biến áp cao nội bộ
● Auto-Restart Mode: Chế độ tự động khởi động lại lOMoAR cPSD| 58647650
2. Giới thiệu về biến áp xung SMP030DAB 2.1. Mô tả
Là một biến áp xung (flyback transformer) được sử dụng trong mạch nguồn
chuyển đổi (switching power supply). Nó thực hiện chức năng chuyển đổi điện áp từ
đầu vào AC sang các điện áp DC đầu ra qua quá trình chuyển đổi từ sơ cấp sang thứ cấp.
Biến áp này sử dụng tần số cao để điều chỉnh và truyền tải năng lượng một cách
hiệu quả giữa cuộn sơ cấp và các cuộn thứ cấp. 2.2.
Nguyên lí làm việc
● Chế độ hoạt động: Biến áp flyback hoạt động trong chế độ ngắt quãng hoặc liên
tục. IC điều khiển (IC1 trong hình - thường là IC quản lý nguồn xung) sẽ điều
khiển dòng điện đi qua cuộn sơ cấp của biến áp thông qua công tắc (MOSFET hoặc Transistor).
● Quá trình hoạt động:
○ Khi IC1 đóng công tắc, dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp của biến áp, năng
lượng được lưu trữ trong lõi biến áp.
○ Khi công tắc mở, năng lượng từ lõi biến áp được truyền tới các cuộn thứ
cấp, tạo ra điện áp đầu ra ở các mức điện áp khác nhau (ví dụ: +12V, 12V, +5V).
○ Điện áp này sau đó được chỉnh lưu và lọc thông qua các diode và tụ điện
để cung cấp dòng điện DC ổn định cho tải. 2.3. Sơ đồ chân Tên Pin Định nghĩa Chân sơ cấp
Kết nối với nguồn AC thông qua các diode chỉnh lưu và được
điều khiển bởi IC quản lý nguồn xung Chân thứ cấp
Có nhiều cuộn dây thứ cấp cho nhiều điện áp đầu ra khác nhau,
trong sơ đồ này có các điện áp như +12V, -12V, và +5V 2.4.
Thông số kĩ thuật
● Điện áp đầu vào sơ cấp: 220V AC hoặc 110V AC. lOMoAR cPSD| 58647650
● Điện áp đầu ra thứ cấp: +12V, -12V, +5V tùy thuộc vào cuộn dây thứ cấp và yêu cầu của hệ thống.
● Tần số làm việc: 50 kHz - 200 kHz (tần số hoạt động của mạch nguồn xung).
● Công suất đầu ra: Tùy thuộc vào thiết kế, có thể từ vài watt đến hàng chục watt.
● Nhiệt độ hoạt động: -40°C đến +85°C
3. Giới thiệu về MOSFET IR540 3.1. Mô tả
Một loại MOSFET kênh N, được sử dụng rộng rãi trong các mạch công suất cao,
điều khiển tải và chuyển mạch điện áp. MOSFET này có thể hoạt động hiệu quả ở tần
số cao và cung cấp dòng điện lớn, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến trong
nhiều ứng dụng điện tử. 3.2.
Nguyên lí làm việc
● Cực Gate (G) điều khiển trạng thái đóng/mở của MOSFET.
○ Khi áp vào cực Gate lớn hơn một giá trị ngưỡng nhất định (Vgs(th)),
MOSFET sẽ dẫn điện từ Drain (D) sang Source (S).
○ Khi áp này nhỏ hơn giá trị ngưỡng, MOSFET sẽ ở trạng thái ngắt và không dẫn điện.
● Kênh N: Dòng điện sẽ chạy từ cực Drain sang cực Source khi MOSFET được bật (trạng thái dẫn). 3.3. Sơ đồ chân Pin Tên Pin Định nghĩa 1 Gate
Điều khiển mở hoặc đóng MOSFET lOMoAR cPSD| 58647650 2 Drain Dòng điện chạy vào khi MOSFET dẫn điện 3 Source Dòng điện thoát ra 3.4.
Thông số kỹ thuật
● Điện áp Drain-Source (VDSS): Điện áp tối đa giữa Drain và Source khi
MOSFET tắt, lên đến 100V.
● Điện áp Drain-Gate (VDGR): Điện áp tối đa giữa Drain và Gate với điện trở
RGS là 20 kΩ, tối đa 100V.
● Điện áp Gate-Source (VGS): Điện áp tối đa giữa Gate và Source, ±20V.
● Dòng Drain liên tục (ID): Dòng điện tối đa chạy qua MOSFET liên tục khi nó
mở, tối đa 23A ở 25°C.
● Dòng Drain xung (IDM): Dòng điện xung tối đa có thể chạy qua MOSFET trong
thời gian ngắn, tối đa 92A.
● Công suất tiêu tán tối đa (PD): Công suất tối đa mà MOSFET có thể tiêu tán mà
không bị quá nhiệt, lên đến 100W. lOMoAR cPSD| 58647650
● Nhiệt độ hoạt động và lưu trữ (Tj, Tstg): Khoảng nhiệt độ mà MOSFET có thể
hoạt động và được lưu trữ, từ -55°C đến 175°C.
4. Giới thiệu về Ferrite bead 4.1. Mô tả
Ferrite bead là một linh kiện điện tử được làm từ vật liệu ferrite, thường có hình
dạng hình trụ hoặc hình cầu. Nó được sử dụng chủ yếu để lọc nhiễu điện từ (EMI) trong
các mạch điện tử. Ferrite bead hoạt động như một bộ lọc tần số cao, cho phép dòng điện
một chiều (DC) hoặc tần số thấp đi qua mà không bị cản trở nhiều, đồng thời loại bỏ
các tín hiệu nhiễu tần số cao. 4.2.
Nguyên lí làm việc
● Lọc tín hiệu: Ferrite bead tạo ra điện trở cao đối với tín hiệu xoay chiều (AC) và
giảm thiểu nhiễu tần số cao.
○ Khi dòng điện một chiều (DC) hoặc tín hiệu tần số thấp đi qua, ferrite bead
cho phép chúng dễ dàng đi qua với điện trở rất nhỏ.
○ Khi tín hiệu xoay chiều (AC) hoặc nhiễu tần số cao đi vào, ferrite bead tạo
ra điện trở cao, làm giảm cường độ của tín hiệu đó và ngăn chặn nhiễu lan truyền. 4.3. Sơ đồ chân
● Ferrite bead thường không có chân như các linh kiện điện tử khác, nhưng có thể được mô tả như sau:
○ Chân 1: Kết nối với nguồn tín hiệu hoặc đầu vào cần bảo vệ khỏi nhiễu.
○ Chân 2: Kết nối với tải hoặc điểm cần nhận tín hiệu đã được lọc. 4.4.
Thông số kỹ thuật
● Điện trở AC: Giá trị này cho biết khả năng của ferrite bead trong việc cung cấp
điện trở cao đối với tín hiệu tần số cao. Thường có giá trị từ vài ohm đến hàng
trăm ohm tại tần số làm việc.
● Điện trở DC: Thường rất nhỏ, cho phép dòng điện một chiều dễ dàng đi qua mà không bị ảnh hưởng.
● Dải tần số hoạt động: Ferrite bead thường hoạt động hiệu quả trong dải tần số từ vài MHz đến vài GHz.
● Khả năng dòng điện: Giá trị dòng điện tối đa mà ferrite bead có thể chịu đựng
trước khi bị bão hòa, thường trong khoảng từ 100mA đến vài A. lOMoAR cPSD| 58647650
● Nhiệt độ hoạt động: Khoảng nhiệt độ mà ferrite bead có thể hoạt động ổn định,
thông thường từ -40°C đến +125°C.
● Độ suy giảm (Attenuation): Độ giảm cường độ tín hiệu khi đi qua ferrite bead,
thường được đo bằng decibel (dB) tại các tần số khác nhau. lOMoAR cPSD| 58647650
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN 1. Sơ đồ khối
2. Các khối trong mạch 2.1.
Khối cấp nguồn và lọc nguồn Chức năng:
● Nguồn điện xoay chiều (AC): lOMoAR cPSD| 58647650
○ Mạch sử dụng nguồn điện AC, được thể hiện qua các tụ C14, C18 (tụ lọc
điện áp xoay chiều - AC), nhằm giảm nhiễu và ổn định điện áp đầu vào. ● Tụ lọc áp (C10):
○ Tương tự với C14 và C18, trong mạch này có các tụ điện C14 và C18 có
giá trị 0.1µF/275VAC, đóng vai trò lọc áp để giảm thiểu xung nhiễu và
giữ cho điện áp đầu vào ổn định hơn.
● Lọc nhiễu tần số cao (L2 - tương ứng với LF1):
○ Cuộn cảm LF1 trong mạch này đóng vai trò là bộ lọc nhiễu tần số cao,
giúp giảm nhiễu điện từ trên đường dây và giữ cho nguồn điện đầu ra sạch hơn, ổn định hơn.
● Bảo vệ quá dòng (F1 - Cầu chì):
○ F1 (cầu chì AC 250V 2A) dùng để bảo vệ mạch khỏi tình trạng quá dòng.
Nếu có dòng điện vượt quá mức an toàn (trên 2A), cầu chì sẽ ngắt mạch
để tránh sự cố cháy nổ hoặc làm hỏng linh kiện.
● Chỉnh lưu cầu diode (D2, D3, D4, D5):
○ Mạch chỉnh lưu cầu gồm các diode D2, D3, D4, D5 (1N4007) có chức
năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều
(DC). Khi nguồn AC đi qua các diode này, chúng sẽ dẫn dòng điện theo
từng bán chu kỳ, tạo ra điện áp DC.
● Tụ làm phẳng điện áp (C7 - tương ứng với C15):
○ Trong mạch, C15 (104/50V) là tụ làm phẳng điện áp DC sau quá trình
chỉnh lưu. Tụ này giúp làm giảm gợn sóng (ripple) trong điện áp DC, giữ
cho nguồn điện ra ổn định.
Nguyên lí làm việc
Nguyên lý làm việc của mạch này bắt đầu khi nguồn điện xoay chiều (AC) được
đưa vào qua đầu nối CN1. Điện áp AC này sẽ đi qua cuộn cảm LF1 và các tụ lọc C14,
C18 để giảm nhiễu và ổn định nguồn điện trước khi đi vào mạch chỉnh lưu cầu.
Mạch chỉnh lưu bao gồm các diode D2, D3, D4, D5, có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện
AC thành dòng điện một chiều (DC). Sau quá trình chỉnh lưu, điện áp DC thu được có
dạng sóng gợn, được làm phẳng bởi tụ C15 để giảm độ gợn sóng và làm ổn định điện
áp. Trong suốt quá trình hoạt động, cuộn cảm LF1 tiếp tục giúp lọc nhiễu tần số cao,
còn cầu chì F1 bảo vệ mạch khỏi tình trạng quá dòng bằng cách ngắt mạch khi dòng