LỜI NÓI ĐẦU Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy/cô đã hướng dẫn và giao nhiệm vụ để tụi em có thể hoàn thành thực tập kĩ thuật, có thêm các kiến thức về cấu tạo của một mạch hạ áp đơn giả
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
BÁO CÁO THỰC TẬP KĨ THUẬT THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN GIẢM ÁP ĐƠN GIẢN
BẰNG PHẦN MỀM ALTIUM
GVHD: Hồ Thanh Phương SVTH:
Nguyễn Huỳnh Huy Mân - 1712128 Ngô Chấn Nghiệp – 1712310
TP.HCM, ngày 27 tháng 03 năm 2022
Trang 2MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
1 Giới thiệu phần mềm Altium Designer 4
2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium Designer 4
3 Nguyên lí hoạt động của mạch nguồn giảm áp sử dụng IC AMS1117: 7
4 Sơ đồ thiết kế 10
5 Kết luận 12
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy/cô đã hướng dẫn và giao nhiệm vụ để tụi em có thể
hoàn thành thực tập kĩ thuật, có thêm các kiến thức về cấu tạo của một mạch hạ áp đơn giản,
cũng như học được cách thiết kế một mạch điện tử bằng phần mềm Altium
Trang 41 Giới thiệu phần mềm Altium Designer
Altium Designer trước kia có tên gọi quen thuộc là Protel DXP, là một trong những công cụ vẽ mạch điện tử mạnh nhất hiện nay Được phát triển bởi hãng Altium Limited Altium designer là một phần mềm chuyên nghành được sử dụng trong thiết kế mạch điện tử Nó là một phần mềm mạnh với nhiều tính năng thú vị, tuy nhiên phần mềm này còn được ít người biết đến so với các phần mềm thiết kế mạch khác như orcad hay proteus
Altium Designer có một số đặc trưng sau:
- Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế
- Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm các giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo các tham số mới
- Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện, netlist, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng…
- Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự…
- Đặt và sửa đối tượng trên các lớp cơ khí, định nghĩa các luật thiết kế, tùy chỉnh các lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện trên PCB
- Mô phỏng mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực trong không gian 3 chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho cả 2D và 3D
- Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại
2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium Designer
Bước 1: Tạo Project
o Khởi động Altium Designer File New Project Create
Trang 5 Bước 2: Vẽ mạch nguyên lí
o Tạo file schematic rồi lưu lại
o Add thư viện: chọn Design Add/remove Library Install Install from file (tìm đến file thư viện) Close
Trang 6o Thực hiện vẽ mạch nguyên lí theo thiết kế
Bước 3: Vẽ mạch in
o Chọn Design Update PCB Document
Trang 7o Sắp xếp các linh kiện vào khung PCB
o Đặt kích thước cho bo mạch
o Thực hiện đi dây tự động : Route Auto Route All …
3 Nguyên lí hoạt động của mạch nguồn giảm áp sử dụng IC AMS1117:
o Cấu hình: tuyến tính (Linear)
o Các phiên bản của AMS1117:
o Mô tả chung:
- Mạch nguồn giảm áp sử dụng IC AMS1117 là một bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính (LDO), ở đây mạch cho phép biến đổi điện áp đầu vào Vin = 5V xuống mức điện áp đầu ra Vout = 1,8V
- Có hình thức nhỏ, dưới dạng gói DCY (linh kiện SMD), có nhiều loại AMS1117, mạch trong bài báo cáo thuộc loại AMS1117-1.8 (SOT-223)
Trang 8o Nguyên lí hoạt động:
Chức năng linh kiện:
- AMS1117-1.8V là một bộ ổn áp cố định, cấp nguồn cho IC thông
qua đầu Vin (INPUT trong mạch có kết nối USB type A) và đầu ra
được điều chỉnh có thể nhận được trong chân Vout
- Chân ADJ/Ground trong trường hợp này hoạt động như một chân
mass và được nối mass
- Hai điện trở bên ngoài (R1 và R2) sẽ quyết định điện áp đầu ra của
bộ điều chỉnh
- Tụ điện được thêm vào để lọc nhiễu
- Tụ điện CADJ (C3 trong mạch trên) là một là tụ bypass có thể được
thêm vào để cải thiện khả năng loại bỏ gợn sóng (nếu cần thiết)
- Hai tụ điện còn lại (C1 và C2) dùng để lọc nhiễu đầu vào và đầu ra
tương ứng
- Diode D1 có thể được thêm vào giữa hai chân IN và OUT để bảo vệ mạch (khi ứng dụng với tụ đầu ra rất lớn, từ 1000µF – 5000µF)
Mô tả hoạt động:
- Khi cấp nguồn vào VIN của IC AMS1117 (một thành phần thường gặp gồm
hệ thống các FET, MOSFET hoặc BJT mắc theo kiểu Darlington hoạt động
ở vùng tuyến tính) cho phép dòng điện chạy qua và gây ra một điện áp rơi
Trang 9trên nó Tại vùng làm việc tuyến tính, nó có tính chất như một điện trở, và cũng là thành phần gây ra sự giảm áp ở đầu ra so với đầu vào
- Điện áp ở đầu ra sẽ được cảm nhận và so sánh với một giá trị điện áp tham chiếu (Vref – Reference Voltage) bởi bộ so sánh “Error Amplifier” (theo sơ
đồ khối IC)
o Sơ đồ chân của IC AMS1117:
o Sơ đồ khối của IC AMS1117:
Lựa chọn thông số linh kiện:
- Tụ đầu vào CIN: C1 = 10µF (với các nguồn tuyến tính thì tụ đầu vào 10 µF là
đủ cho hầu hết các trường hợp)
Trang 10- Tụ đầu ra COUT: C2 = 22µF Thông thường ripple tại đầu ra của các LDO phụ thuộc vào hai yếu tố đó là độ lớn của tụ đầu ra (tụ đầu ra cần lớn hơn giá trị tối thiểu) và điện trở tương đương (ESR) của tụ đầu ra nên là nhỏ Để thụ được ESR nhỏ ra có thể lựa chọn một tụ gốm (Ceramic Capacitor) hoặc mắc song song một vài tụ với nhau
- Diode D1 có thể chịu được ±25V mà không làm hỏng mạch Tụ điện đầu ra
sẽ phóng điện, dòng phóng điện phụ thuộc vào giá trị của tụ điện, diode có thể chịu được dòng từ 10A đến 20A trong vài micro giây Với tụ điện đầu ra cực lớn (>1000µF) thì đầu vào bị nối đất ngay lập tức và sẽ làm hỏng mạch
- Tụ bypass tại chân ADJ: C3 = 10µF Cần lựa chọn giá trị tụ C3 phù hợp với tần số ripple mà ta muốn lọc, tần số ripple cần loại bỏ càng cao thì giá trị tụ bypass càng phải nhỏ Ở đây ta chọn R1 = 100 Ohm, C3 chọn giá trị tối thiểu
là 10µF
Tính toán giá trị điện trở R1 và R2 Dựa vào sơ đồ bên dưới, ta thiết lập được công thức:
(1 2 / 1) 2
Với Vref = 1.25V và Vout = 1.8V theo thiết kế Chúng ta bỏ qua dòng rất nhỏ I ADJ= 50µA Dòng I1 qua R1 được giới hạn trong khoảng 2-10mA, chọn giá trị R1 = 100 Ohm
Ta tính được giá trị R2 = 44 Ohm
4 Sơ đồ thiết kế
Sơ đồ nguyên lí:
Trang 11 Sơ đồ mạch in 2D:
Trang 12 Sơ đồ mạch in 3D:
5 Kết luận
- Nguồn tuyến tính (Linear) được xây dựng dựa trên đặ tính của phần
tử “Pass Element” như MOSFET, BJT,… khi làm việc ở vùng tuyến tính
- Mạch nguồn tuyến tính có hiệu suất không cao, một lượng lớn năng lượng bị tiêu hao dưới dạng nhiệt
- Nguồn tuyến tính được ứng dụng phổ biến trong các mạch có công suất tiêu thụ nhỏ nhưng yêu cầu điện áp ổn định, ít nhiễu như mạch tương tự, mạch cảm biến…
o Một số lưu ý khi thiết kế layout cho mạch:
- Tụ đầu vào, tụ đầu ra và tụ bypass tại chân ADJ nên được đặt gần sát các chân tương ứng của IC
- Nên sắp xếp các GND của tụ, led cũng như các trở sao cho hợp lí khi nối linh kiện ở mặt trên và dưới của mạch nhằm tối ưu kích thước