Báo cáo mạch BOOST tăng áp DC Vin 12V Vout 24V

THỰC TẬP CÔNG NHÂN GVHD KS LÊ HỒNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO THỰC TẬP CÔNG NHÂN Tổ 4 Nhóm 2 ĐỀ TÀI MẠCH NGUỒN XUNG BOOST TĂNG ÁP DC DC Vin 12V (± 10%), Vout 24V (± 1.

BÁO CÁO THỰC TẬP CÔNG NHÂN

Tổ: 4 Nhóm: 2

ĐỀ TÀI: MẠCH NGUỒN XUNG BOOST TĂNG ÁP DC-DC

Vin 12V (± 10%), Vout 24V (± 1%), Imax=1A

(có mạch hiển thị dòng và áp) Giảng viên hướng dẫn: KS LÊ HỒNG NAM

Sinh viên thực hiện: - Lê Việt Trí 19DTCLC1

- Trần Đoàn Văn Thùy 19DTCLC1

- Nguyễn Ngọc Huyền 19DTCLC1

- Đào Thanh Bình 19DTCLC1

- Nguyễn Tấn Khánh 19DTCLC1

ĐÁNH GIÁ NHIỆM VỤ TRONG TỔ

khối dao động,khối tạo xungrăng cưa

F0 (từ 10/3)

khối dao động,khối tạo xungrăng cưa

+ F1 (từ 24/02 đến 02/03) + F0 (từ 03/03 đến 14/03).

Thùy Khối hồi tiếp,công suất

Huyền Khối hồi tiếp,công suất

Khánh Khối hiển thịdòng và áp

I Phân tích mạch hệ thống: 

1 Chức năng của đề tài:

Mạch nguồn Boost ( DC-DC) tăng áp từ 12V (± 10%) lên 24V( ± 1% ), Imax=1A

để cung cấp điện áp cho các linh kiện cần dùng trong trường hợp không đủ điện áp

2 Sơ đồ mạch và nguyên lý làm việc của hệ thống:

a) Sơ đồ mạch:

b) Nguyên lý làm việc chung của mạch:

- Điện áp từ acquy qua tụ lọc, sau đó qua IC ổn áp để có mức điện áp ổn định ở đầu ra

a) Khối nguồn: ( Lê Việt Trí )

- Sơ đồ mạch:

- Nguyên lí làm việc chi tiết:

+ Trường hợp không tải:

 Điện áp ngõ vào từ ắc quy (12V÷12,78V) qua tụ lọc C3 để lọc nhiễu, ổn địnhđiện áp (12V÷12,78V) qua IC7809 hạ áp (9V÷9,2V) , BJT Q3,Q4 không hoạt

qua tụ lọc C5 lọc nhiễu, ổn định áp ra Áp ổn định (5V÷5,2V) qua chân 8 của

IC chuyển đổi áp L7660 cho ra điện áp tại chân 5 (-5V ÷ -4,98V)+ Trường hợp có tải (I max =0,9 A¿

(Giả lập R tải =105W)

 Điện áp ngõ vào từ ắc quy (12V÷12,78V) qua tụ lọc C3 để lọc nhiễu, ổn định

Q3dẫn V BE Q3(0,6V −0,8V); dòng qua cực C đồng thời phân cực cho Q4 dẫn

V BEQ4(0,6V −0,8V) Dòng từ cực từ C sáng E rẽ dòng không qua IC ổn áp tránh

hư hỏng thiết bị

 Điện áp sau tụ C3 (12V÷12,78V) qua IC ổn áp 7805 hạ áp (4,8V÷5,2V) qua tụlọc C5 lọc nhiễu, ổn định áp ra Áp ổn định (4.8V÷5,2V) qua chân 8 của ICchuyển đổi áp L7660 cho ra điện áp tại chân 5(-5V ÷ -4,98V) cấp cho khốihiển thị

b) Khối tạo xung vuông và khối tạo xung tam giác: ( Lê Quang Huy )

***Khối tạo xung vuông:

- Sơ đồ mạch:

- Nguyên lý làm việc chi tiết:

+ NE555 lấy nguồn từ IC7809 (8,90 - 9,2 V), tạo ra xung vuông với mức 1 là 1% sovới mức 0 là 99%

Txả=ln2.R5.C2= 32.57 us

=> Chân 3 xuất mức 0 (0-0.2V)

Vậy, tụ C2 xả → chân out của NE555 xuất tín hiệu mức 0

Giản đồ xung:

***Khối tạo xung răng cưa:

- Sơ đồ mạch:

- Nguyên lý làm việc chi tiết:

+ Khi điện áp chân 3 của NE555 ở mức thấp (mức 0) (0 - 0,05V) thì sau khi qua

R14 và làm Q2 tắt, khi đó dòng từ Q1 sẽ chạy xuống nạp cho tụ C9 thông qua nguồn dòng cố định ở trên (nạp từ 0 đến 6V) Khi tụ đang ở trạng thái nạp thì tín hiệu ra của Khối tạo xung răng cưa sẽ đi lên theo mạn sườn

+ Khi áo vào R14 là mức 1 của NE555 (8,13 - 8,39V) thì khi qua R14 sẽ bị hạ áp xuống khoảng 0,8 - 1V và sẽ làm Q2 dẫn, khi Q2 dẫn thì tụ xả (điện áp của tụ giảm từ 6 - 0V)

c) Khối hồi tiếp:( Trần Đoàn Văn Thùy )

- Sơ đồ mạch:

- Nguyên lý làm việc chi tiết:

+ Để tạo ra điện áp 24V ở ngõ thì điện áp so sánh (VR9) phải được chỉnh cố định ởmức 3V

V- = 3V; V+ = VFeedback

* TH1: V+ >

V-+ Đầu ra Out1 của LM339(U2:A) cho ra mức 1 (8,8V÷9,2V) →tụ C21 sẽ được nạp

từ nguồn 9V qua →R23 →D6 →C21(nạp từ 0V →9V)

+ Thời gian nạp: Tnap = 0,0069 s

+ Khi đó điện áp trên tụ tăng từ 0V →9V →điện áp vào chân 4 LM339(U2:B) cũng

sẽ tăng từ(0V →9V) →so sánh xung RC(chân số 5) độ rộng xung ở chân 2 củaU5:B giảm lại, làm ngõ ra ở chân 2 ở mức 0 (0 →0,2V)

d) Khối công suất:( Nguyễn Ngọc Huyền )

- Sơ đồ mạch:

- Nguyên lý làm việc chi tiết:

+ Khi ngõ ra op-amp ở mức 0, thông qua R32, tạo V(BE) của Q7 ở mức 0,2Vthì Q2 tắt, điện trở R32 tạo điện áp V(BE) của Q6 từ 0,8- 1V, Q6 bão hòa → sẽ

0-có dòng từ nguồn, chạy qua R27 → đưa điện áp 12V lên làm cho con FET tắt Cuộncảm L2 lúc này sẽ đóng vai trò như 1 nguồn điện mắc tiếp vào nguồn Tụ điện C19lúc này sẽ được nạp bằng điện áp = (23.8 - 24.2) V

+ Khi ngõ ra op-amp ở mức không xác định, điện áp V(BE) của Q6 nhỏ hơn0,5V → Q1 tắt, V(BE) của Q7 từ 0,8-1V → Q7 bão hòa, tạo điện áp ở trên FET từ0-0,2V → FET, cuộn cảm L2 lúc này sẽ được tải điện áp Tụ C19 lúc này sẽ lànguồn nuôi chính cho Vout Tụ C19 lúc này sẽ được xả điện qua R28 → led, quaR29, R30

e) Khối bảo vệ FET:( Trần Đoàn Văn Thùy )

- Sơ đồ mạch:

- Nguyên lý hoạt động chi tiết:

+ Khi điện áp chân S của FET(0→0,2V) qua LM324(U7:B) thì điện áp đượckhuếch đại (8 lần)→so sánh điện áp ngưỡng 2V LM324(U7:A)→V chân 3 < Vchân 2→đầu ra ở chân 1 cho ra mức điện áp (0→0,2V)→Q9 tắt→mạch hoạt độngbình thường

+ Khi điện áp chân S của FET(0,25V→9V) qua LM324(U7:B) thì điện áp đượckhuếch đại (8 lần)→so sánh điện áp ngưỡng 2V LM324(U7:A)→V chân 3 > Vchân 2→đầu ra ở chân 1 cho ra mức điện áp (8,8v→9,2V)→Q9 dẫn→chân G-FETđưa xuống mass→ FET không dẫn(được bảo vệ)

f) Khối hiển thị:( Đào Thanh Bình, Nguyễn Tấn Khánh )

*** Khối hiển thị áp:( Nguyễn Tấn Khánh )

- Sơ đồ mạch khối hiển thị áp:

- Nguyên lí làm việc chi tiết khối hiển thị áp:

+ Điện áp 24VDC (±1%) (23.8÷24.2V) đi ra ở tầng công suất sau đó qua cầu phân

áp (R1 = 330kΩ, R2=10kΩ), ta thu được điện áp (0.5÷0.9V) và đi vào đầu (+) của

IC LM324 để đệm áp, sau khi đệm áp thì ta thu được điện áp ra opamp (2.3÷2.5V)

đi vào chân 31 của IC L7107

+ IC L7107 nhận tín hiệu tương tự (2.3÷2.5V) chuyển thành tín hiệu số và hiển thị

ra led 7 đoạn anode chung

+ Công thức tính số hiển thị của IC L7107:

Số hiển thị = V chân 31

V chân36 × 1000

+ Với cầu phân áp (R5 = 20kΩ, VR6 = 5kΩ) thì sẽ tạo ra điện áp (0.95÷1.05V) đivào chân 36 Ta thu được số hiển thị là (23.00÷25.00)

*** Khối hiển thị dòng:( Đào Thanh Bình )

- Sơ đồ mạch khối hiển thị dòng:

- Nguyên lí làm việc chi tiết khối hiển thị dòng:

+ Điện áp 24VDC (±1%) (23.8÷24.2V) đi qua tải còn (0.1÷0.2V) đi ra ở tầng công

suất và đi vào đầu (+) của IC LM324 để đệm áp, sau khi đệm áp thì ta thu được điện

áp ra opamp (0.9÷1.1V) đi vào chân 31 của IC L7107

+ IC L7107 nhận tín hiệu tương tự (0.9÷1.1V) chuyển thành tín hiệu số và hiển thị

ra led 7 đoạn anode chung

+ Công thức tính số hiển thị của IC L7107:

Số hiển thị = V chân 31

V chân36 × 1000

trị 5kΩ ta được V chân 36 = 1V Ta thu được số hiển thị là (00.90÷01.00)

II Thi công và kiểm tra, sửa chữa mạch:

- Một số dụng cụ khác: kéo, hút chì…v.v.

1 Mô phỏng:

a Sơ đồ mạch mô phỏng khối nguồn:

- Trường hợp tải nhỏ (I = 20-30mA)

- Trường hợp tải lớn nhất (Imax = 0,9A) (Giả lập R tải = 105W)

- Nhận xét:

- Trường hợp không tải

 Mô phỏng ngõ vào ắc quy 12V cho thấy điện áp ngõ ra IC7809 đạt giá trị 9V và IC7805 đạt giá trị 5V, ICL7660 chuyển đổi điện áp 5V từ chân ngõ ra IC7805 về - 5V ở ngõ ra chân 5.

 Dòng tải mô phỏng được quy định bởi cặp trở và led đơn nên dòng nhỏ dao động 20mA đến 50mA, không đủ phân cực cho Q3, Q4 nên cặp BJT rẽ dòng tắt.

- Trường hợp tải lớn nhất (Imax = 0,9A) (Giả lập R tải = 105W):

 Mô phỏng ngõ vào ắc quy 12V cho thấy điện áp ngõ vào IC ổn áp sụt áp nhẹ, ngõ

ra IC7809 đạt giá trị 9V và IC7805 đạt giá trị 4,97V, ICL7660 chuyển đổi điện áp 4,97V từ chân ngõ ra IC7805 về -4,97V ở ngõ ra chân 5.

 Dòng tải mô phỏng được đạt 0,9A, dòng qua điện trở R2 đủ phân cực cho Q3 dẫn khuếch đại, đồng thời phân cực cho Q4 dẫn khuếch đại => rẽ dòng qua ic7809 tránh nóng IC, hư hỏng IC nên.

b Sơ đồ mạch mô phỏng khối tạo xung vuông và xung tam giác:

c Sơ đồ mạch mô phỏng khối hồi tiếp và công suất:

d Sơ đồ mạch mô phỏng khối hiển thị:

+ Đầu vào 0.1V (0.1÷0.2V) lấy ra từ tầng công suất đưa vào mạch hiển thị dòng,đầu ra hiển thị số: 1125

+ Nhận xét: số hiển thị đọc theo thứ tự từ dưới lên xấp xỉ 1.13V

2 Thi công mạch:

a Vẽ mạch in:

- Sử dụng phần mềm proteus và altium để vẽ mạch PCB

- Mạch in của các khối :

b Hàn mạch:

- Xử lí bề mặt board đồng chuẩn bị để hàn linh kiện

- Khối nguồn, Khối dao động, khối tạo xung răng cưa:

 Lê Việt Trí và Lê Quang Huy hàn và sửa:

 Đặt lần lượt chân các linh kiện vào vị trí theo thiết kế và tiến hành hàn lầnlượt

 Các mối hàn gọn, bao quanh chân linh kiện, nằm trên dây dẫn và khong bịdính qua dây khác

 Kiểm tra thông dòng bằng đồng hồ

 Các mối hàn đạt tiêu chuẩn

- Khối hồi tiếp và khối công suất:

 Trần Đoàn Văn Thùy và Nguyễn Ngọc Huyền hàn và sửa:

 Đặt lần lượt chân các linh kiện vào vị trí theo thiết kế và tiến hành hàn lầnlượt

 Các mối hàn gọn, bao quanh chân linh kiện, nằm trên dây dẫn và không bịdính qua dây khác

 Kiểm tra thông dòng bằng đồng hồ

 Các mối hàn đạt tiêu chuẩn

- Khối hiển thị áp và dòng:

 Nguyễn Tấn Khánh và Đào Thanh Bình hàn và sửa:

 Đặt lần lượt chân các linh kiện vào vị trí theo thiết kế và tiến hành hàn lầnlượt

 Các mối hàn gọn, bao quanh chân linh kiện, nằm trên dây dẫn và khong bịdính qua dây khác

 Kiểm tra thông dòng bằng đồng hồ

 Các mối hàn đạt tiêu chuẩn

- Một số hình ảnh của nhóm khi thi công mạch:

3 Đo kiểm tra khối nguồn:( Lê Việt Trí )

- Sơ đồ mạch khối nguồn:

3.1 Đo kiểm tra linh kiện chính khối nguồn:

a) Đo linh kiện chính IC7809:

+ Trường hợp không tải:

b) Đo linh kiện chính IC7805:

+ Trường hợp không tải:

 V acquy =12,08 V(12V −12,78 V)

 V mass=0,01 (0−0,02V)

 V¿=12,07 V(12V −12,78 V)

+ Trường hợp không tải (Q3,Q4tắt)

3.2 Đo kiểm tra tổng thể khối nguồn:

 Điện áp DC acquy: V acquy =12,09 V(12 V −12,78 V)

- Sơ đồ mạch

4.1 Đo kiểm tra linh kiện chính khối tạo xung vuông và khối tạo xung răng cưa:

A) Đo kiểm tra khối tạo xung vuông:

 IC 555:

 Đo kiểm tra nguồn: Vcc = 8,97 V (8,75 - 9,15V)

 Đo kiểm tra mass: Vmass = 0 (0 - 0,05V)

 Đo linh kiện chính NE555:

chân 5 = 6,01V (8,85 - 6,15V) chân 2,6 = 0,18V (0,12 - 0,32V) chân 7 = 0,31V (0,12 - 042V) chân 4 = 8,97V (8,85 - 9,15V)

 Giả định áp (tháo tụ C2 và cho khoảng áp vào hai chân tụ):

- TH1: Mức áp chân 3 cao - Tụ C2 nạp:

Chọn mức áp dưới 1/3 Vcc (dưới 3V)

Ban đầu cho áp vào hai chân tụ là = 0 Thì chân 3 sẽ = 8,30V (7,5 - 9V)

Vặn từ từ 0 - 2,9V thì chân 3 vẫn cho giá trị ở mức = 8,30V

=> Khi tụ C2 nạp thì tín hiệu cho ra của NE555 là mức 1

B) Khối tạo xung răng cưa:

a) ĐO kiểm tra BJT 2SC1815 (Q2):

 Lí thuyết đo kiểm tra

 Cố định RV =

 Đo điện áp nguồn, điện áp mass+ Nguồn : Que đỏ chân C, đen âm nguồn+ Mass : Que đen chân E,đỏ dương nguồn

 Giả lập tín hiệu ngõ vào mức cao và mức thấp

+ Mức cao : cung cấp điện áp ngõ vào 7,5 - 8,9 V+ Mức thấp : Cung cấp điện áp ngõ vào 0.02 – 0.05V + Tại mỗi mức giả lập đo VB, VBE, VCE

 Kết quả đo thực tế

 Điện áp nguồn, mass+ Vnguon = 8,96V + Vmass = 0.03 – 0.04V

 Giả lập tín hiệu vào mức cao+ Vin = 8,9V

+ VB = 0.8 – 0.82 V

+ VBE = 0.79 – 0.81 V+ VCE = 0.02 – 0.03 V

 Giả lập tín hiệu mức thấp+ Vin = 0.05 V

+ VB = 0.02 – 0.04 V+ VBE = 0.01 – 0.03V+ VCE = 7,9 - 8,8V

5 Đo kiểm tra khối hồi tiếp:( Trần Đoàn Văn Thùy )

- Sơ đồ mạch:

5.1 Đo kiểm tra từng linh kiện:

a)LM339(U2:A):

Sơ đồ:

- Đo nguồn: V CC =9,1V(8,8V −9,2 V)

- Đo mass: V mass =0V(0−0,2V)

- Đo điều kiện: V6=3V(2,8V −3,2 V)

- Đo nguyên lý: giả lập tín hiệu V6=3V

TH1: V+ <

V-V+¿=2,9V(0V −2,9V)¿

V OUT 1 =0V(0 V −0,2V) (mức 0)TH2: V+ > V-

V+¿=3,1V(3,1V−24 V)¿

V OUT 1 =9,1V(8,8V −9,2V) (mức 1)

b)Đo thời gian nạp xả tụ C21:

Sơ đồ:

- Cấp xung vuông chân 7:

+ Biên độ: 9V

+ Tần số:100Hz

+ Thời gian nạp: T nạp =0,0069 s(lý thuyết)

+ Thời gian xả: T xả =0,0069 s(lý thuyết)

- Dạng sóng đo thực tế:

V

t

+ Thời gian nạp:T nạp= ¿ s

+ Thời gian xả: T xả= ¿ s

c) LM339(U2:B):

Sơ đồ:

- Đo nguồn: V CC =9,1V(8,8V −9,2 V)

- Đo mass: V mass =0V(0−0,2V)

- Đo điều kiện: V4=3V(2,8 V −3,2V)

- Đo nguyên lý: giả lập tín hiệu V4=3V

TH1: V+ <

V-V+¿=2,9V(0V −2,9V)¿

V OUT 2 =0V(0 V −0,2V) (mức 0)

- Tạo 1 xung vuông có tần số 100Hz, với độ rộng xung D = 50% vào chân dương số

7 của U2:A opamp, điều chỉnh biến trở RV2 để điệp áp sau V ngưỡng= 3V vào chân âm

số 6 của opamp, để xem sự thay đổi của nạp, xả của tụ C21

V

t

- Xung ra tại chân 2 opamp U2:B đo được:

V

t

6 Đo kiểm tra khối công suất

- Sơ đồ mạch:

6.1 Đo kiểm tra từng linh kiện:

a)Đo kiểm tra IRF3205 (Q8):

- Đo nguồn, đo mass: Vcc = 12V (11.8-12.2)V

Vmass = 0.2V(0 - 0.2)V

- Đo nguyên lý: Trường hợp có tải: Gỉa lập bằng trở R = 10(Ω)

+ TH1: Gỉa lập tín hiệu vào mức 0 : Vin = 0.2V

b) Đo kiểm tra cặp BJT 2SA1015, 2SC1815 (Q6, Q7)

- Đo nguồn, đo mass: Vcc = (11.8 - 12.2)V

Vmass = ( 0 – 0.2)V

- Đo nguyên lý:

+ TH1: Gỉa lập tín hiệu vào mức 0 : Vin = 0.2V

 Vin = (0 - 0.2) V

 V BEQ 6 = (0.8 - 1)V

 V CEQ 6 = (0 - 0.2)V

 V BEQ 7 = (0 -0.2)V

 V CEQ 7 = (0 - 0.8 )V+TH2: Gỉa lập tín hiệu vào mức không xác định

- Điện áp vào: Vin = ( )V

- Điện áp ra: Vout = ( )V

- Điện áp hồi tiếp về: Vht = ( )V

 Đo lần 2:

- Điện áp vào: Vin = ( )V

- Điện áp ra: Vout = ( )V

- Điện áp hồi tiếp về: Vht = V ( Vout)

 Nhận xét:

a) Sửa chữa khối công suất:

- Đo kiểm tra MOSFET IRF3205: không có lỗi, ta thay điện trở vào cuộn cảm thìkhi ta kích mức G-FET mức 1 thì chân D-FET mức 0, kích G-FET mức 0 thì D-FETmức 1 → MOSFET ổn định

7 Đo kiểm tra khối bảo vệ FET:

- Sơ đồ mạch:

7.1 Đo kiểm tra từng liinh kiện:

a)LM324(U7:B)

Sơ đồ mạch:

- Đo nguồn: V CC =9,1 V(8,8V −9,2 V)

- Đo mass: V mass =0V(0−0,2V)

- Đo điều kiện: V2=2V(1,8V −2,2 V)

- Đo nguyên lý: giả lập tín hiệu V2=2V(1,8V −2,2 V)

c)BJT Q9:

Sơ đồ mạch:

- Đo nguồn: V CC =9,1V(8,8V −9,2V)

- Đo mass: V mass =0V(0−0,2V)

- Đo nguyên lý: giả lập

V out 7 =2,15V(2V −72V)

V out 1 =8,8V(8,8 V −9,2V)

V BE =1,1V(0,8V −1,3V)

V CE =0V(0 V −0,2V)

8 Đo kiểm tra khối hiển thị:

6.1 Đo kiểm tra khối hiển thị áp:

a Đo kiểm tra IC LM324:

 Điện áp ra opamp: V out =7.51V(7.4÷ 7.8V)

 Đo kiểm tra IC L7107:

 V out (led 7đoạnsáng) =(0÷ 0.2V )

 V out (led 7đoạntắt) =(1÷ 2V )

 Số hiển thị = (23.00÷25.00)

 Đo kiểm tra khối hiển thị áp:

- Sơ đồ mạch:

 Điện áp ra chân led (khi sáng): V out =(0 ÷ 0.1V )

 Điện áp ra chân led (khi tắt): V out =(1÷ 2V )

 Số hiển thị = (23.00÷25.00)

6.2 Đo kiểm tra khối hiển thị dòng:

a. IC LM324:

 Điện áp ra opamp: V out =7.6V(3.5÷ 4.5V)

b Đo kiểm tra IC L7107:

- Sơ đồ mạch:

 V out (led 7đoạnsáng) =(0÷ 0.2V )

 V out (led 7đoạntắt) =(1÷ 2V )

 Số hiển thị = (0090÷0110)

c Đo kiểm tra khối hiển thị dòng:

 Điện áp ra chân led (khi sáng): V out =(0 ÷ 0.1V )

 Điện áp ra chân led (khi tắt): V out =(1÷ 2V )

 Số hiển thị = (0900÷0180)

III- KẾT LUẬN

1 Phân tích ưu và nhược điểm của hệ thống:

a Ưu điểm:

• Khối nguồn hoạt động đúng với lý thuyết, cho ra được điện áp đúng với yêucầu.

• Linh kiện phổ biến, dễ tìm kiếm ngoài thị trường và có tính ứng dụng cao

b Nhược điểm:

• Mạch không cách điện, chi phí làm mạch cao

• Tần số của khối tạo xung vuông và xung tam giác vẫn chưa đúng với lýthuyết

• Mạch còn có nhiều linh kiện nóng khi chạy, Khối hiển thị chưa hiển thị đúng

• Mạch sử dụng trong các mạch điều khiển xe điện

• Ứng dụng trong bộ chuyển độ POL cho máy tính để bàn và máy tính xách tay