Hướng dẫn thiết kế mạch nguồn đầu ra 12VDC - 1A và 5VDC - 1A

Hướng dẫn thiết kế mạch nguồn đầu ra 12VDC - 1A và  5VDC - 1A

- Nguồn điện một chiều là một trong những phần quan trọng nhất của một thiết bị điện. Nó có nhiệm vụ biến đổi điện lưới 220V xoay chiều thành điện áp một chiều nhỏ hơn như 5V, 9V, 12V, 18V, 24V.. để nuôi các thiết bị điện tử. Trong số đầu ra điện áp trên thì nguồn 5V và 12V là phổ biến hơn cả. Đây là điện áp hoạt động chuẩn cho các IC logic, các IC vi xử lý.

- Hôm nay mình sẽ hướng dẫn các bạn tự thiết kế bộ nguồn một chiều đơn giản và khá phổ biến trong các thiết bị điện tử. Trước hết ta hãy xem qua sơ đồ tổng quát của một bộ nguồn một chiều hay còn gọi là sơ đồ khối.

- Dưới đây là sơ đồ chi tiết của một bộ nguồn 12V - 1A và 5V - 1A một chiều:

- Chọn biến áp nguồn

+ Biến áp là một thiết bị điện gồm 2 cuộn dây quấn trên một lõi sắt từ có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều khác để phù hợp với mục đích cần sử dụng.

+ Thông thường hai cuộn dây biến áp được ký hiệu là N1 và N2. Điện áp đầu vào được đặt trên cuộn N1 gọi là U1 và điện áp đầu ra được lấy trên hai đầu cuộn N2 gọi là U2. Tỉ số U1/U2 = N1/N2 được gọi là tỉ số biến đổi điện áp. Mỗi biến áp có một công suất nhất định. Biến áp có thể cung cấp một điện áp U2 ổn định khi tải tiêu thụ ăn một dòng điện nhỏ hơn dòng điện định mức của biến áp. Thông thường ta sẽ chọn biến áp có dòng định mức lớn hơn dòng tải tiêu thụ. Ví dụ khi mạch điện ăn dòng 1A thì ta có thể chọn biến áp có dòng định mức là 2A. Các thông số như điện áp U2 và dòng tải định mức của biến áp đều được nhà sản xuất ghi trên thân biến áp hay cụ thể các bạ có thể nắm rõ khi tự quấn biến áp bằng tay.

+ Thông thường ta sẽ chọn biến áp 220V -> 12V hoặc 220V -> 9V để thiết kế bộ nguồn 5VDC, hay 18V/24V để thiết kế bộ nguồn nhiều đầu ra như 12VDC và 5VDC. 

+ Cụ thể cách tính thông số biến áp: từ thiết kế khuôn, số vòng sơ cấp, số vòng thức cấp các bạn có thể tham kahoir chi tiết qua bài viết >>SAU ĐÂY<<

- Chọn mạch chỉnh lưu

+ Ta có thể chọn diode rời hoặc cầu diode tích hợp để làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Lưu ý chọn Diode có thông số dòng định mức lớn hơn dòng tải tiêu thụ.

+ Các diode thông thường hay được sử dụng là: 1n4004, 1N4007, cầu diode 1A, 2A, 5A, 10A, 15A

- Chọn tụ lọc nguồn

+  Tụ điện có chức năng tích trữ năng lượng điện, làm mịn điện áp một chiều. Nếu không có tụ điện thì điện áp ở hai đầu ra của mạch chỉnh lưu tuy đã là một chiều nhưng vẫn còn nhấp nhô, không bằng phẳng như điện áp một chiều của pin, Acquy.

+ Để thiết kế được đầu ra điện áp một chiều ổn định thì khi chọn tụ điện cần quan tâm đến hai thông số đi kèm đó là điện áp định mức và điện dung của tụ (Gồm kích thước tụ).

+ Chúng ta biết rằng: điện áp đỉnh của điện áp xoay chiều sẽ bằng giá trị của nó nhân với căn 2. Vậy thì giả sử một biến biến áp có điện áp U2 là 18V thì điện áp đỉnh trên hai đầu dây của nó sẽ là 18 x căn 2 = 18 x 1.414 = 25.5V. Vì thế khi chọn tụ lọc nguồn ta phải chọn tụ có điện áp định mức lớn hơn điện áp đỉnh rơi trên hai đầu U2 của biến áp. Còn trị số điện dung của tụ thì chọn giá trị càng lớn càng lọc nguồn tốt nhưng ngược lại sẽ tốn tiền, đồng thời với các tụ có giá trị điện dung lớn thì thời gian nạp điện cho tụ sẽ lâu và khả năng phóng điện của tụ cũng lớn tương ứng, vì vậy tùy theo từng mạch mà nên chọn gia trị điện dung của tụ phù hợp. 

- Chọn IC ổn áp

+  Với mục đích của từng mạch nguồn mà ta sẽ chọn IC ổn áp đi theo sao cho phù hợp. Với những mạch nguồn cần cung cấp điện áp cố định thì sẽ sử dụng IC ổn áp cho mức điện ra cố định như IC: 7805, 7812,...Với những mạch nguồn cần cho ra mức điện áp có thể biến đổi giá trị thì ta sử dụng IC: LM317, LM358... Khi chọn IC ta cần chú ý đến kích thước, thông số dựa trên Datasheet và dòng tối đa IC có thể cung cấp cho tải. Nếu dòng tiêu thụ lớn thì bạn cần bổ sung thêm tản nhiệt cho IC.

- Chọn các linh kiện bảo vệ đầu vào, đầu ra:

+ Ngoài các linh kiện trên thì để đảm bảo đầu vào, đầu ra không bị quá dòng, chúng ta có thể sử dụng thêm cầu chì bảo vệ và sử dụng thêm các con trở nhiệt để bảo vệ khi mạch bị quá nhiệt, cuộn dây và tụ lọc cao tần để làm phẳng điện áp đầu ra cho mạch, và có thể sử dụng thêm tụ SET để tránh TH điện áp cấp đầu vào quá lớn gây cháy mạch.

+ Với cầu chì thì các bạn cần chú ý sử dụng với đúng tải tiêu thụ đầu ra, qua đó khi tải tiêu thụ quá dòng, cầu chì có vai trò như một khóa ngắt mạch

+ Với trở nhiệt, chúng ta sử dụng và dựa trên giá trị thông số của trở nhiệt tại thời điểm nhiệt độ môi trường bình thường. Theo định luật Ohm, các bạn hoàn toàn tính toán được mức tiêu hao điện áp và dòng điện khi sử dụng thêm các linh kiện như vậy.

+ Với cuộn dây thì cũng tương tự như vậy, với vai trò làm phẳng và giúp đầu ra thêm ổn định các bạn có thể bổ sung vào trong mạch. Các yêu tố liên quan đến dòng điện và điện áp các bạn có thể tự tìm hiểu để nắm bắt rõ, qua đó đảm bảo đầu ra được đúng điện áp, đúng dòng đầu ra cho tải.

+ Tụ lọc cao tần thì các bạn dựa trên yếu tố từng mạch với từng tải tiêu thụ thì qua đó có thể chọn nhiều loại tụ để lọc nguồn làm phẳng đầu ra.

(Sưu tầm và biên dịch)