Giáo trình Sửa chữa, bảo trì mạch điện tử (Trình độ: Cao đẳng/Trung cấp)

.. 39 4 2.5 LED Driver Dimmable ................................................................................ 39 3. Khảo sát mạch driver LED................................................................................. 40 3.1 Cấu tạo bộ nguồn đèn LED (LED Driver).................................................... 40 3.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................... 41 4. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục....................................................... 42 Bài 5: Mạch Inverter .................................................................................................. 43 1. Sơ đồ mạch inverter ........................................................................................... 43 2. Mạch inverter .................................................................................................... 43 2.1 Mạch inverter 100w sử dụng CD4047 và IRF540 ........................................ 44 2.2 Mạch inverter 100w sử dụng CD4047 và 2N3055 ....................................... 44 4. Phân tích hư hỏng thường gặp và cách khắc phục .............................................. 45 5 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Sửa chữa, bảo trì mạch điện tử Mã mô đun: MĐ 17 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: - Vị trí: - Vị trí: môn học được bố trí sau khi học xong các môn học mô đun sau: An toàn lao động, Kỹ thuật điện, Đo lường điện - điện tử, Kỹ thuật điện tử, Thiết kế và chế tạo mạch điện tử, Kỹ thuật xung - số, Kỹ thuật cảm biến, PLC. - Tính chất: là môn học chuyên môn bắt buộc. - Ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: Giúp cho người học có khả năng sửa chữa, bảo trì các mạch điện tử dân dụng và công nghiệp. Mục tiêu của môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Phân tích các hiện tượng hư hỏng ở các thiết bị điện và máy móc, thiết bị điện tử để sửa chữa và bảo trì nhanh chóng. + Trình bày được về cấu tạo, trình bày về nguyên lý hoạt động, tính chất, cùng với ứng dụng của các linh kiện điện tử. + Trình bày được về cấu tạo, trình bày được về nguyên lý hoạt động, ứng dụng, của các mạch điện tử cơ bản thường dùng, tìm hiểu được các mạch điện chuyên biệt được dùng trong thiết bị điện tử công nghiệp hiện nay. + Phân tích được nguyên lý hoạt động của từng mạch điện, của từng thiết bị điện tử trong thiết kế và kiểm tra sửa chữa. + Thiết kế được một số mạch điện thay thế hoặc mạch điện ứng dụng. Đáp ứng được yêu cầu về công việc sửa chữa hay cải tiến chế độ làm việc của từng thiết bị điện tử công nghiệp. - Về kỹ năng: + Vận hành được các thiết bị điện, thiết bị điện tử +Lắp đặt, kết nối các thiết bị điện tử. + Bảo trì, sửa chữa được tất cả các thiết bị điện tử ứng với yêu cầu trong công việc. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Người học có khả năng làm việc độc lập hoặc làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau trong học tập và rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc. Nội dung của mô đun: 6 BÀI 1: BỘ NGUỒN TUYẾN TÍNH Giới thiệu: Mọi mạch điện tử đều hoạt động bằng một nguồn điện đẳng áp (điện áp không đổi) nào đó. Nguồn cấp phải liên tục duy trì điện áp đầu ra ở một mức nào đó (3.3V; 5V) kể cả khi điện áp đầu vào thay đổi, hoặc dòng đầu ra thay đổi. Lấy ví dụ IC nguồn phổ biến nhất LM7805 Hình 1.1: IC nguồn LM7805 – Với điện áp đầu vào Vin thay đổi (5-35V) và dòng điện ở đầu ra thay đổi (0-1A), điện áp Vout luôn được giữ ổn định ở mức 5V. – Vậy nguồn cấp ảnh hưởng gì đến mạch điện của bạn? Như các bạn đã biết mọi mạch điện tử đều hoạt động dựa trên các mức logIC 0,1. Các mức logIC này được quy định bởi các mức điện áp. Ví dụ với mạch điện hoạt động ở điện áp 5V, logIC 0 được hiểu là điện áp 0V-0.7V; logIC 1 được hiểu là điện áp từ 2V – 5V. Để mạch điện hoạt động ổn định thì điện áp cung cấp phải luôn được duy trì ổn định ở 5V để tránh bị nhiễu giữa các mức logIC . – Vai trò của nguồn cấp đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng đo lường. Các loại cảm biến chỉ hoạt động đúng theo các đặc tính trong datasheet khi nguồn cấp cho chúng ổn định, và chính xác. Lấy ví dụ cảm biến siêu âm HC-SR05, hoạt động dựa trên sóng siêu âm ở tần số 40KHz. Chưa tính đến ảnh hưởng của chất lượng cảm biến (thạch anh 4MHz, PCB, Opamp) nếu nguồn cấp không ổn định, tần số sóng siêu âm sẽ không chính xác ở 40KHz dẫn đến kết quả đo khoảng cách bị sai lệch. – Một số ứng dụng khác lại không yêu cầu độ ổn định và chính xác nhưng lại đề cao khả năng kéo tải, yêu cầu nguồn công suất cao và nhỏ gọn Phần tiếp theo của bài viết hướng dẫn các bạn phân biệt các loại nguồn cấp và sử dụng nó cho ứng dụng của mình. Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: -Kiến thức: + Trình bày đúng các khối chức năng của nguồn tuyến tính công suất lớn. + Phân tích đúng nguyên lý hoạt động - Kỹ năng: + Chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng. + Rèn luyện tính tích cực, chủ động, đảm bảo an toàn, tiết kiệm. Nội dung chính: 1. Định nghĩa 7 - Mạch nguồn tuyến tính là mạch điện biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều ở tần số thấp thông thường chủ yếu là ở 50hz sau đó được lọc phẳng trên tụ điện và được khống chế thành điện áp cố định để cấp cho tải . Trong quá trình sửa chữa rất nhiều mạch nguồn trong các thiết bị thực tế như bếp từ ,nồi cơm , lò vi sóng ,máy giặt ,điều hòa thì chúng tôi thấy thực tế nguồn tuyến tính có sơ đồ khối như sau - Cấu trúc Hình 1.2: cấu trúc một bộ nguồn tuyến tính 2. Nguyên lý hoạt động 2.1 Nguyên lí hoạt động của từng khối: Biến áp : có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều từ điện thế này sang điện thế khác có cùng tần số , trong mạch nguồn tuyến tính thì nó làm nhiệm vụ hạ áp từ 220VAC xuống một mức điện áp xoay chiều nào đó tùy nhà thiết kế để cấp cho mạch chỉnh lưu. Hình 1.3: Cá loại biến áp sử dụng trong bộ nguồn tuyến tính Khối chỉnh lưu : Chỉnh là nắn , lưu là dòng nên có thể hiểu chỉnh lưu là biến dòng điện ( điện áp ) xoay chiều thành dòng điện ( điện áp ) một chiều để cấp cho mạch điện tử . Trong thực tế khối này thường sử dụng diode đơn lẻ hoặc diode cầu để biến đổi điện áp .Để tôi minh hoa cho các bạn dễ hiểu các mạch chỉnh lưu thường dùng trong thực tế . Chỉnh lưu nửa chu kì : 8 Hình 1.4: Sơ đồ mạch chỉnh lưu bán kỳ và dạng sóng ngõ ra Chỉnh lưu toàn kì có điểm giữa. Hình 1.5: Sơ đồ mạch chỉnh lưu toàn kỳ có điểm giữavà dạng sóng ngõ ra Chỉnh lưu toàn kì cho ra điện áp sau chỉnh lưu liên tục với diode DS1 và DS2 thay phiên nhau làm việc ,trong trường hợp các bạn muốn lấy điện áp âm thì chỉ việc mắc ngược lại giống với chỉnh lưu nửa chu kì đã xét ở phía trên . Chỉnh lưu toàn sóng sử dụng cầu diode : Hình 1.6: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu Trong thực tế kiểu sử dụng cầu diode này được dùng rất nhiều trong thực tế vì nó cho ra toàn sóng nên cho hiệu suất cao ,sử dụng được trong những mạch điện áp cao và công suất lớn .Cầu diode này có thể sử dụng 4 con diode đơn lẻ ghép với nhau hoặc sử dụng luôn 1 cầu diode dc tích hợp sẵn 4 con bên trong 9 Hình 1.7: Các loại cầu diode Khối lọc nguồn : Khối này rất đơn giản là chỉ sử dụng một tụ hóa để lọc phẳng điện áp một chiều để cấp cho tải . Giá trị điện dung càng cao thì lọc càng phẳng, trong nhiều trường hợp muốn tăng giá trị điện dung thì các bạn có thể ghép song song 2 con tụ. Hình 1.8: tụ điện Khối ổn áp : Khối này có nhiệm vụ tạo điện áp cố định để cấp cho tải vì trong nhiều trường hợp điện áp AC của chúng ta trong thực tế có thể biến đổi do đó dẫn đến mạc bị biến đổi điện áp nếu không có mạch tạo điện áp cố định thì trong nhiều trường hợp có thể gây hỏng tải đằng sau. Trong thực tế người ta hay sử dụng IC ổn áp họ 78xx, 79xx để cấp điện áp cố định ra tải với xx thể hiện số điện áp. Sơ đồ mạch điện cơ bản Hình 1.9: Sơ đồ mạch ổn áp 5V 10 Hình 1.10: Ký hiệu và sơ đồ chân các loại IC ổn áp dương Trong nhiều trường hợp các nhà thiết kế không sử dụng IC ổn áp mà lại sử dụng một linh kiện thông dụng để tạo điện áp chuẩn đó là diode zenner. Mạch cơ bản như sau Hình 1.11: Sơ đồ mạch ổn áp dùng Zener Cách tính toán trên mạch nguồn này -Dòng điện Iz đi qua zener tối đa: Izmax=Pz/ Vz . Với Pz là công suất của diode, Vz là điện áp ổn áp của diode. -Chọn điện trở hạn dòng Rs nhỏ nhất: Rsmin= (Vin-Vz)/Izmax 2.2 Hiệu suất hoạt động – Dòng I(v) càng lớn thì IC nguồn tuyến tính tỏa nhiệt càng mạnh, tiêu tốn rất nhiều năng lượng và cần miếng tản nhiệt rất lớn. Ví dụ LM7805. Với điện áp vào 12V, điện áp ra 5V. Hiệu suất của LM7805 tính như sau: – Thay số ta có, hiệu suất của LM7805 chỉ là 5/12=41.66%. Điện áp đầu vào càng lớn thì hiệu suất càng tệ. Biểu đồ dưới đây mô tả liên hệ giữa tỉ lệ điện áp vào/ra với hiệu suất của các IC nguồn tuyến tính: 11 Hình 1.12: Biểu đồ điện áp và hiệu suất IC – Từ công thức tính hiệu suất, theo lý thuyết có thể thấy trường hợp cho hiệu suất cao nhất là khi điện áp đầu vào=đầu ra. Nhưng thực tế luôn có điện áp rơi trên IC nguồn tuyến tính (cụ thể là rơi trên Transistor). Do đó điện áp đầu ra luôn phải nhỏ hơn điện áp đầu vào. 2.3 Các đặc tính khác – Một đặc tính quan trọng cần đề cập đến nữa là các IC nguồn tuyến tính sẽ tự ngắt khi nhiệt độ quá cao. Sơ đồ nguyên lý của khối tự bảo vệ quá nhiệt như sau: Hình 1.13: Sơ đồ mạch bảo vệ quá nhiệt – Khối này hoạt động như sau: Cảm biến nhiệt đô Q1 sẽ được đặt gần với transistor (phần Voltage controlled). Q1 có 2 điều kiện mở là điện áp VBE=0.35V và nhiệt độ vượt ngưỡng 160 độ. Khi nhiệt độ của transistor vượt quá 160 độ, Q1 sẽ mở thông, kéo toàn bộ dòng vào nó. Lúc này dòng ở tải hạ xuống, năng lượng hao phí trên transistor (do tỏa nhiệt) không còn, nhiệt độ transistor sẽ giảm dần. Khi nhiệt độ đã xuống dưới ngưỡng 160 độ, Q1 sẽ đóng lại. – Lưu ý khi sử dụng các IC nguồn tuyến tính, nếu điện áp đầu vào lớn hơn nhiều so với điện áp đầu ra và đầu ra cần dòng hoạt động lớn thì bạn cần miếng tản nhiệt đủ lớn. Nên bố trí IC riêng 1 góc trên PCB của bạn để tránh ảnh hưởng các linh kiện khác. Ví dụ hình ảnh bên dưới là miếng tản nhiệt sử dụng cho 7812, với đầu vào cỡ 24VDC và đầu ra sử dụng dòng tới 1A. 12 Hình 1.14: Board mạch có gắn tản nhiệt cho IC – Ta cần bố trí IC nguồn ở riêng 1 góc của PCB và cần miếng tản nhiệt rất lớn như trên để đảm bảo mạch hoạt động bình thường. Nguồn tuyến tính rất cồng kềnh. 2.4 Ưu điểm - Nhược điểm - Ưu điểm + Đơn giản ,dễ lắp ráp ,dễ sửa chữa và điều chỉnh. + Nguồn này có hiệu suất làm việc khá cao, giá thành sản phẩm phù hợp với đa số người sử dụng. + Đặc biệt dải điện áp sơ cấp rộng, lấy được nhiều mức điện áp một cách dễ dàng - Nhược điểm: + Đối với tải có công suất lớn yêu cầu biến áp có công suất lớn dẫn đến cồng kềnh ,giá thành cao và từ trường tản do biến áp gây ra ảnh hưởng đến mạch điện tử. + Mạch ổn áp phải nối tiếp với tải và làm việc cùng tải . Với tải ăn dòng lớn thì ổn áp cũng phải làm viêc với dòng lớn dẫn đến phần tử ổn áp nóng nhiều ,tản nhiệt phải lớn dẫn đến cồng kềnh ,đắt tiền, tuổi thọ của ổn áp thấp ( không mong muốn ). + Giải ổn áp hẹp, độ ổn định không cao , điện trở trong của nguồn lớn. 3. Ứng dụng của nguồn tuyến tính – Sử dụng cho các ứng dụng đơn giản, chi phí thấp. – Sử dụng cho các ứng dụng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu như radio, truyền thông, dùng trong các ứng dụng đo lường yêu cầu độ chính xác cao. Nguồn tuyến tính có ưu điểm là độ gợn sóng của điện áp đầu ra rất nhỏ (LM7805 là 45uV) các loại nguồn switching gần như không thể đạt được con số này (thường cỡ vài mV). – Ứng dụng cần đáp ứng đầu ra(transient response) nhanh khi điện áp đầu vào thay đổi liên tục. – Nếu Vin xấp xỉ Vout (thường lấy Vout=Vin -1) thì nguồn tuyến tính cho hiệu suất cao hơn nguồn switching. 4. Khảo sát bộ nguồn ±35V 13 Hình 1.15: Sơ đồ mạch nguồn đối xứng dùng cho amply 5. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục - Đứt cầu chì - Biến áp bị rò điện - Mạch đóng ngắt relay - Cầu diode hư - Phù tụ lọc - Nguồn ± 15V không có 14 BÀI 2: BỘ NGUỒN ỔN ÁP XUNG Giới thiệu: Với nền công nghiệp phát triển 4.0 như bây giờ thì các bạn sẽ không ngạc nhiên gì khi những thiết bị điện tử bây giờ ngày càng trở nên hiện đại hơn , chất lượng tốt hơn . Điều đặc biệt ở đây là trong quá trình sửa chữa hàng nghìn thiết bị điện tử bây giờ thì chúng tôi thấy hầu hết thiết bị điện tử bây giờ đếu sử dụng nguồn xung chứ không phải là nguồn tuyến tính thông thường nữa . Vậy nguồn xung là gì và nó có cấu tạo và nguyên lí hoạt động như thế nào. Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Kiến thức: + Xác định được nhiệm vụ và chức năng của từng khối nguồn. + Trình bày nguyên lý hoạt động của nguồn Switching - Kỹ năng: + Kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong mạch nguồn. + Rèn luyện tính tích cực, chủ động, đảm bảo an toàn, tiết kiệm. Nội dung chính: 1. Định nghĩa Nguồn switching hay thường gọi là nguồn xung hay nguồn tổ ong là là tên gọi thường dùng để phân biệt giữa nguồn dùng biến áp xung và biến áp thường là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung. Tùy theo mức điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị sử dụng, các nhà sản xuất đã tính toán và thiết kế với mức điện áp ra mong muốn. Một số điện áp ngõ ra một chiều thường dùng như 5VDC, 9VDC, 12VDC, 24VDC, 48VDC... Hình 2.1: Bộ nguồn tổ ong Nguồn xung được thiết kế dựa trên chuyển mạch tần số cao dùng biến áp xung cho hiệu suất cao, tối giản được về kích thước và trọng lượng khi thiết kế, trong mạch sử dụng linh kiện chuyển mạch tần số cao ít suy hao như mosfet hoặc transistor 15 high speed, biến áp xung nhỏ gọn. Có 2 kiểu thiết kế nguồn xung, thiết kế rời riêng biệt để cung cấp đến thiết bị như dùng nguồn để thắp sáng LED, điều khiển motor, đóng ngắt thiết bị và thiết kế mạch nguồn xung được tích hợp sẵn trong board mạch các thiết bị điều khiển tạo ra các điện áp như 3.3V, 5V, 9V, 12V, 24V...để làm nguồn nuôi cho các IC hoạt động... Nguồn tuyến tính cổ điển sử dụng biến áp sắt từ để làm nhiệm vụ hạ áp rồi sau đó dùng chỉnh lưu kết hợp với IC nguồn tuyến tính tạo ra các cấp điện áp một chiều mong muốn như 3.3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 18V, 24V....để cấp nguồn cho các thiết bị như đầu công suất khuếch đại âm thanh, làm nguồn nuôi cho các mạch điều khiển, thắp sáng led...... Với cấu tạo như trên thì với công suất lớn bộ nguồn thường rất cồng kềnh và tốn vật liệu lên không còn được sử dụng nhiều. Mà thay vào đó là những bộ nguồn switching hiệu suất cao. 2. Cấu tạo của một bộ nguồn xung Sơ đồ mạch nguồn tổ ong Cấu tạo nguồn tổ ong gồm 5 khối chính là khối chỉnh lưu điện áp vào, khối tạo xung điều khiển, Khối công suất, khối chỉnh lưu điện áp ra, khối hồi tiếp Hình 2.2: Sơ đồ mạch bộ nguồn tổ ong Hình 2.3: Bố trí linh kiện trong bộ nguồn tổ ong 16 - Khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào + Khối chỉnh lưu điện áp có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp vào 220VAC thành điện áp BUS trên 2 tụ là 310VDC ( 220V*1.41 = 310VDC) bao gồm các thành phần linh kiện chính là tụ chống sét, cầu chì, cuộn lọc nhiễucầu chỉnh lưu diode và tụ lọc nguồn, điện trở xả tụ. Hãy xem sơ đồ mạch sau. Hình 2.4: Sơ đồ mạch ngõ vào và các linh kiện sử dụng trong sơ đồ - Khối dao động tạo xung PWM Đối với Khối dao động PWM thường dùng IC TL494 hoặc KA7500C để tạo xung cung cấp cho tầng đệm khuếch đại qua biến áp rung để điều khiển transitor công suất. Transistor công suất thường dùng là E13009L Mạch lái đệm xung cung cấp cho biến thế rung thường sử dụng transistor 2SC2655 và cặp zener ghim áp 1N4752 Hình 2.5: Mạch tạo xung PWM - Khối công suất 17 Khối công suất sử dụng transistor công suất FJP1300L để tạo chuyển mạch push-pull thông qua xung cách ly từ biến áp TR1. Biến áp rung cách ly TR1 được cung cấp PWM bởi mạch lái transistor 2SC2655 và cặp zener ghim áp 1N4752 như giới thiệu ở khối tạo xung PWM dùng TL494. Mục đích làm cho biến thế xung TR2 ngắt dẫn liên tục ( được gọi là chuyển mạch xung ) để tạo hiệu ứng từ trường trên biến áp xung TR2. Như vậy sau biến áp xung TR2 sẽ xuất hiệu một hiệu điện thế tương ứng với xung nhịp và vòng dây quấn để đưa đến khối chỉnh lưu ngõ ra. Hình 2.6: Sơ đồ mạch khối công suất và IC sử dụng trong mạch - Khối chỉnh lưu điện áp ra Khối chỉnh lưu điện áp ra là khối chuyển đổi điện áp AC sau biến áp TR2 qua diode chỉnh lưu để tạo điện áp DC ngõ ra ví dụ như DC 5V, DC 12V, DC 24V..Diode chỉnh lưu sau biến áp là diode có tần số đáp ứng nhanh ( hay còn gọi là diode Schotky). Trong sơ đồ mạch sử dụng là diode STPS30H100C. Các loại thường sử dụng như diode MBR40100PT... Các thành phần linh kiện chính ở khối chỉnh lưu ngõ ra bao gồm, cuộn cảm L1 lọc hài, Các tụ ổn áp nguồn sau diode để có điện áp ngõ ra phẳng cung cấp đến thiết bị hoạt động ổn định, không gây sụt áp trên tải. Hình 2.7: Sơ đồ mạch khối chỉnh lưu và IC sử dụng trong mạch 18 - Khối hồi tiếp Current loop compensation là khối hồi tiếp so sánh điện áp ngõ ra với điện áp tham chiếu mục đích tạo chu kỳ xung lặp lại để điều khiển linh kiện chuyên mạch Các khối khác như voltage sense là để chỉnh điện áp ngõ ra, tức sẽ điều chỉnh độ rộng xung PWM của IC TL494 3. Nguyên lý hoạt động. Nguyên lí hoạt động của nguồn xung khác so với nguồn tuyến tính. Đầu tiên điện áp AC sẽ qua một mạch lọc nhiễu cao tần để loại những nhiễu cao tần do đường dây điện gây ra có thể đánh chết cầu diode sau đó được chỉnh lưu qua cầu diode biến thành điện áp một chiều DC sau đó được san phẳng bởi tụ lọc sơ cấp ( thường sử dụng tụ 220uF 450V). -Điện áp sau chỉnh lưu sẽ có điện áp khoảng 300V ( nếu điện áp AC vào là 220V) hoặc 150V ( nếu điện áp AC vào là 110V) sau đó sẽ đi qua điện trở mồi và biến áp xung . Điện áp đi qua điện trở mồi sẽ bị sụt áp trên đó để cấp nguồn vào chân Vcc của IC nguồn. Sau một thời gian điện áp nguồn Vcc của IC nguồn sẽ lấy từ mạch nguồn phụ của biến áp xung.Mạch nguồn phụ này bao gồm một diode và 1 điện trở duy trì để IC nguồn hoạt động . - Khi IC nguồn hoạt động nó sẽ điều khiển Mosfet làm việc ở chế độ đóng mở để tạo ra từ trường bên sơ cấp khi đó sẽ tạo ra điện áp cảm ứng bên thứ cấp của biến áp xung. - Điện áp cảm ứng của biến áp xung bên thứ cấp sẽ được chỉnh lưu thành điện môt chiều và được san phẳng bởi tụ lọc .Tùy vào mạch nguồn có bao nhiêu điện áp ra mà có bấy nhiêu diode và tụ điện. Điện áp ra bên thứ cấp sẽ được kết nối với mạch lấy mẫu và mạch phát hiện điện áp lỗi để khống chế điện áp đầu ra .Khi điện áp đầu ra tăng hoặc giảm nó sẽ báo về IC nguồn để IC nguồn điều khiển mosfet khống chế điện áp ra. 4. Chức năng các linh kiện 19 Hình 2.7: Vị trí Transistor công suất và transisitor mạch dao động Hình 2.8: Vị trí IC nguồn, biến áp , hồi tiếp nguồn phụ trong mạch Hình 2.9: Vị trí IC nguồn, diode chỉnh lưu, biến áp xung 20 4. Khảo sát bộ nguồn ổn áp xung ATX - Nguyên lý hoạt động của bộ nguồn ATX . Hình 2.10: Sơ đồ khối của bộ nguồn ATX Bộ nguồn có 3 mạch chính là: - Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ đổi điện áp AC 220V đầu vào thành DC 300V cung cấp cho nguồn cấp trước và nguồn chính . - Nguồn cấp trước có nhiệm vụ cung cấp điện áp 5V STB cho IC Chipset quản lý nguồn trên Mainboard và cung cấp 12V nuôi IC tạo dao động cho nguồn chính hoạt động (Nguồn cấp trước hoạt động liên tục khi ta cắm điện) - Nguồn chính có nhiệm vụ cung cấp các điện áp cho Mainboard, các ổ đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa CD Rom .. nguồn chính chỉ hoạt động khí có lệnh PS_ON điều khiển từ Mainboard . 4.1 Mạch chỉnh lưu: - Nhiệm vụ của mạch chỉnh lưu là đổi điện áp AC thành điện áp DC cung cấp cho nguồn cấp trước và nguồn xung hoạt động . - Sơ đồ mạch như sau: Hình 2.11 sơ đồ mạch chỉnh lưu - Nguồn ATX sử dụng mạch chỉnh lưu có 2 tụ lọc mắc nối tiếp để tạo ra điện áp cân bằng ở điển giữa. - Công tắc SW1 là công tắc chuyển điện 110V/220V bố trí ở ngoài khi ta gạt sang nấc 110V là khi công tắc đóng => khi đó điện áp DC sẽ được nhân 2, tức là ta vẫn thu được 300V DC - Trong trường hợp ta cắm 220V mà ta gạt sang nấc 110V thì nguồn sẽ nhân 2 điện áp 220V AC và kết quả là ta thu được 600V DC => khi đó các tụ lọc nguồn sẽ bị nổ và chết các đèn công suất. 21 4.2 Nguồn cấp vào: - Nhiệm vụ của nguồn cấp trước là cung cấp điện áp 5V STB cho IC quản lý nguồn trên Mainboard và cung cấp 12V cho IC dao động của nguồn chính . - Sơ đồ mạch như sau: Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện ngõ vào - R1 là điện trở mồi để tạo dao động - R2 và C3 là điện trở và tụ hồi tiếp để duy trì dao động - D5, C4 và Dz là mạch hồi tiếp để ổn định điện áp ra - Q1 là đèn công suất 4.3 Nguồn chính: - Nhiệm vụ : Nguồn chính có nhiệm vụ cung cấp các mức điện áp cho Mainboard và các ổ đĩa hoạt động - Sơ đồ mạch của nguồn chính như sau: Hình 2.13: Sơ đồ mạch nguồn điện chính - Q1 và Q2 là hai đèn công suất, hai đèn này đuợc mắc đẩy kéo, trong một thời điểm chỉ có một đèn dẫn đèn kia tắt do sự điều khiển của xung dao động . - OSC là IC tạo dao động, nguồn Vcc cho IC này là 12V do nguồn cấp trước cung cấp, IC này hoạt động khi có lệnh P.ON = 0V , khi IC hoạt động sẽ tạo ra dao động dạng xung ở hai chân 1, 2 và được khuếch đại qua hai đèn Q3 và Q4 sau đó ghép qua 22 biến áp đảo pha sang điều khiển hai đèn công suất hoạt động . - Biến áp chính : Cuộn sơ cấp được đấu từ điểm giữa hai đèn công suất và điểm giữa hai tụ lọc nguồn chính => Điện áp thứ cấp được chỉnh lưu thành các mức điện áp +12V, +5V, +3,3V, -12V, - 5V => cung cấp cho Mainboard và các ổ đĩa hoạt động. - Chân PG là điện áp bảo vệ Mainboard , khi nguồn bình thường thì điện áp PG > 3V, khi nguồn ra sai => điện áp PG có thể bị mất, => Mainboard sẽ căn cứ vào điện áp PG để điều khiển cho phép Mainboard hoạt động hay không, nếu điện áp PG < 3V thì Mainboard sẽ không hoạt động mặc dù các điện áp khác vẫn có đủ. 4.4 Ưu và nhược điểm của nguồn xung  Ưu điểm : - Kích thước nhỏ gọn và nhẹ. - Hiệu suất cao hơn và ít nóng. - Điều chỉnh tốt hơn. - Biên độ điện áp vào lớn. - Giá thành rẻ.  Nhược điểm : - Bởi vì có rất nhiều linh kiện sử dụng trong mạch nguồn cho nên khi xuất hiện lỗi nó có thể làm rất nhiều linh kiện bị lỗi theo ví dụ lỗi khi bị sét đánh hoặc điện áp vào quá cao . - Với nhiều mạch điện khác nhau được sử dụng trong nguồn xung ví dụ như mạch dao động ,mạch phản hồi,mạch bảo vệ,mạch nguồn phụ và khi xảy ra nhiều vấn đề nó thậm chí có thể là nguyên nhân gây rắc rối trong quá trình sửa chữa nguồn xung. - Một số linh kiện thay thế rất đắt tiền và khó mua được trên thị trường ví dụ như Mosfet,IC nguồn và biến áp xung. - Nhiễu cao tần phát ra từ biến áp xung có thể làm nhiều vấn đề bị gián đoạn.. - Chế tạo đòi hỏi kĩ thuật cao , thiết kế phức tạp ,việc sửa chữa khó khăn cho người mới học. 5. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục - Cầu chì. Hình 2.14: Cầu chì trong nguồn tổ ong Cầu chì có nhiệm vụ bảo vệ quá dòng khi những phần đằng sau nó bị chập . Nguyên nhân chủ yếu là do chập Mosfet , cầu diode dẫn đến bị nổ cầu chì . Khi mở 23 một thiết bị nào ra mà thấy cầu chì nổ thì các bạn không được thay cầu chì vào vội mà phải kiểm tra đằng sau nó xem có thành phần nào bị chập không . Khi đã phát hiện và thay thế những linh kiện bị chập thì khi đó chúng ta chỉ việc thay cầu chì tương đương là được . Trong thực tế có trường hợp cầu chì nổ nhưng phần từ đằng sau không hề chậm chạp và khi thay vào thì nó lại chạy bình thường thì nguyên nhân ở đây là do tuổi thọ của cầu chì nhưng trường hợp này rất hiếm và ít gặp trong thực tế . - Tụ bảo vệ quá áp. Hình 2.15: Tụ điện bảo vệ trong nguồn tổ ong Chức năng chính là bảo vệ thiết bị điện trong trường hợp điện áp vào quá cao . Bình thường ở trạng thái điện áp vào nhỏ hơn điện áp danh định quy ước của varistor thì nó có tổng trở vô cùng lớn hàng mega ôm , nhưng khi điện áp vào lớn hơn thì nó sẽ ngắn mạnh lại và khi đó cầu chì sẽ nổ để bảo vệ mạch điện . Trong thực tế khi sửa các thiết bị nội địa như nồi cơm cao tần , bếp từ ,... thì các bạn sẽ gặp liên tục tình trạng nổ con này khi những người dân vô tình cắm vào điện lưới 220VAC . Khi đó các bạn chỉ cần thay thế nó và cầu chì thì mạch sẽ hoạt động lại bình thường . - Diode chỉnh lưu Hình 2.16: Diode trong nguồn tổ ong 24 Hình 2.17: Cầu diode trong nguồn tổ ong Trong thực tế thì nhà thiết kế thường sử dụng cầu diode ( có thể mắc đơn lẻ hoặc được đóng gói trong hẳn một linh hiện 4 chân )để làm nhiệm vụ biến đổi điện xoay chiều thành điện áp một chiều để tăng hiệu suất cho mạch nguồn . Nếu cầu diode này chết ở dạng chập thì nó là nguyên nhân gây đến nổ cầu chì , nếu chết ở dạng đứt thì nó sẽ có biểu hiện là không lên nguồn và cầu chì không đứt . Việc xác định nó chết đứt hay chết chập thì đòi hỏi các bạn phải có kĩ năng về kiểm tra linh kiện bán dẫn nhưng trong quá trình sửa chữa thì tôi thấy hầu hết cầu diode này chết ở dạng chập còn dạng đứt rất là hiếm . - Phần tử công suất ( Mosfer hoặc BJT) Hình 2.18: Mosfet trong nguồn tổ ong Nguyên nhân dẫn đến Mosfet chết có rất nhiều nguyên nhân như : Quá dòng , quá áp , mạch dập xung ,... các vấn đề đó đều làm mosfet có thể chết .Mosfet thường chết ở 2 loại là chết chập và chết đứt .Nếu chết chập thì các bạn sẽ thấy cầu chì sẽ bị đứt còn chết đứt thì sẽ có biểu hiện là cầu chì không chết nhưng mất điện áp ra bên thứ cấp . - IC dao động Hình 2.19: IC nguồn 25 Có rất nhiều loại IC dao động trên thị trường hiện này, nhiệm vụ của nó là tạo dao động kích vào chân G của Mosfet để điều khiển biến áp xung tạo điện áp ra bên thứ cấp. Trong thực tế thì có loại IC dao động tích hợp luôn cả Mosfet bên trong được gọi là IC nguồn nên nhiều lúc các bạn sẽ không thấy Mosfet trên bo mạch . Trong quá trình sửa chữa điện tử thì chúng tôi thấy IC dao động này thường chết ở dạng chập dẫn đến cầu chì bị nổ, còn chết ở dạng đứt thì các bạn nên thay thử cho đỡ mất thời gian vì thực tế đo IC dao động chết ở dạng đứt rất khó đối với các bạn thợ là không cần thiết. Hình 2.20: Vị trí các linh kiện trong nguồn tổ ong Hình 2.21: Vị trí các linh kiện trong nguồn tổ ong - Diode đầu ra bên thứ cấp. Hình 2.22: Vị trí diode thứ cấp trong nguồn tổ ong 26 này là nắn điện thành một chiều và được lọc phẳng bên thứ cấp để cấp ra cho tải hoạt động. Trong trường hợp diode này đứt hoặc chập thì nó sẽ dẫn đến nguyên nhân là nguồn ra bị mất .Khi đó các bạn phải kiểm tra và thay thế chúng thì mạch sẽ hoạt động trở lại . - Mạch phản hồi Hình 2.23: Vị trí IC của mạch hồi tiếp Hình 2.24: Vị trí IC của mạch hồi tiếp Mạch này gồm IC quang và IC TL431 ( trong nhiều mạch điện lại sử dụng diode zenner) nhiệm vụ của chúng là giám sát điện áp ra bên thứ cấp để phản hồi về IC dao động. Trong trường hợp mạch này có vấn đề thì sẽ dẫn đến hiện tượng như nguồn ra thấp, nguồn ra cao, nguồn chập chờn dao động và nặng hơn thậm chí dẫn đến mất nguồn. - Biến áp xung 27 Hình 2.23: Vị trí biến áp xung Trong thực tế thì biến áp xung này rất ít hỏng và nó thường hỏng ở dạng đứt và chạm nhẹ các vòng dây. Đối việc việc đo kiểm tra đứt thì rất dễ còn chạm chập giữa các vòng dây thì bắt buộc các bạn phải sử dụng những thiết bị đo cuộn dây chuyên dụng. 28 BÀI 3: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Giới thiệu: Mạch khuếch đại công suất thường được sử dụng để nâng công suất tín hiệu lên cao trước khi đưa ra tải, thường được sử dụng cho tải có điện trở thấp. thông số để đánh giá mạch khuếch đại công suất chính là hiệu suất của mạch. Một mạch khuếch đại công suất lý tưởng thì hiệu suất là 100%. Có nhiều loại mạch khuếch đại công suất. ở bài này chúng ta tìm hiểu mạch khuếch đại công suất và các hư hỏng thường gặp. Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Kiến thức: + Trình bày đúng các khối chức năng của khuếch đại công suất + Phân tích đúng nguyên lý hoạt động - Kỹ năng: + Chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa những hư hỏng. + Rèn luyện tính tích cực, chủ động, đảm bảo an toàn, tiết kiệm. Nội dung chính: 1. Nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại công suất Bộ khuếch đại công suất là bộ khuếch đại điện tử được thiết kế để tăng công suất của tín hiệu đầu vào nhất định. Công suất của tín hiệu đầu vào được tăng lên mức đủ cao để kiểm soát tải của các thiết bị đầu ra như loa, tai nghe, máy phát RF, v.v. Không giống như các bộ khuếch đại điện áp / dòng điện, bộ khuếch đại công suất được thiết kế để truyền trực tiếp và được sử dụng như một đơn vị cuối cùng trong một chuỗi khuếch đại. Tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại công suất phải vượt quá một ngưỡng nhất định. Vì vậy, thay vì truyền trực tiếp tín hiệu RF / âm thanh thô đến bộ khuếch đại công suất, trước tiên, nó được khuếch đại bằng bộ khuếch đại dòng / điện áp và được gửi làm đầu vào cho amp công suất. tỷ lệ sau khi thực hiện các sửa đổi cần thiết. Bạn có thể xem sơ đồ khối của bộ khuếch đại âm thanh và cách sử dụng bộ khuếch đại công suất bên dưới. Trong trường hợp này, micro được sử dụng làm nguồn đầu vào. Độ lớn của tín hiệu từ micro không đủ cho bộ khuếch đại công suất. Do đó, nó được khuếch đại trước khi điện áp và dòng điện tăng nhẹ. Tín hiệu sau đó được truyền qua mạch điều khiển âm 29 lượng và âm lượng để tinh chỉnh dạng sóng âm thanh. Cuối cùng, tín hiệu được truyền qua bộ khuếch đại công suất và đầu ra từ amp công suất được đưa đến loa. Các loại bộ khuếch đại công suất: Tùy thuộc vào loại thiết bị đầu ra được kết nối, bộ khuếch đại công suất được chia thành ba loại sau. - Bộ khuếch đại công suất âm thanh - Bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến - Bộ khuếch đại nguồn DC - Các lớp khuếch đại công suất: + Bộ khuếch đại công suất loại A + Bộ khuếch đại công suất loại B + Bộ khuếch đại công suất loại AB + Bộ khuếch đại công suất loại C + Bộ khuếch đại công suất loại D - Các lớp khuếch đại công suất khác 2. Các mạch khuếch đại công suất 2.1 Mạch khuếch đại công suất chế độ A - Mạch khuếch đại ghép trực tiếp Hình3.1: Mạch khuếch đại công suất chế độ A ghép trực tiếp Phân cực DC Dòng phân cực IB là: 0.7CC B C V I R   (3.1) Dòng phân cực IC và điện áp: VCE: IC = β. IB (3.2) VCE = VCC – IC.RC (3.3) Khi có tín hiệu AC: Khi có tín hiệu ngõ vào, tín hiệu ra sẽ biến thiên theo tín hiệu ngõ vào từ giá trị dòng và áp phân cực dc. 30 Hình 3.2: sự biến thiên tín hiệu ra theo tín hiệu vào có dạng sin Công suất ngõ ra: P0(ac) = vce.ic (3.4) (max) (max) ( ) ( ) 0 ( ) 2 8 ce c ce p p c p pv i v i P ac     (3.5) Công suất nguồn cung cấp: ( )i CC CQP dc V I (3.6) Hiệu suất của mạch: 0 ( ) % 100% ( )i P ac x P dc   (3.7) Công suất tiêu tán trên transistor: 0( ) ( )T iP P dc P ac  (3.8) Đối với mạch khuếch đại công suất chế độ A, hiệu suất của mạch đạt cực đạikhi điện áp và dòng điện trên tải đạt cực đại (biến thiên cực đại), khi đó nếu điểm làm việc tĩnh Q của transistor nằm giữa đường tải ac thì: 2 CC CEQ V V  và 2 CC CQ C V I R  (3.9) ⇒Công suất nguồn cung cấp khi đó: 2 max( ( )) 2 CC i CC CQ C V P dc V I R   (3.10) ⇒ Hiệu suất cực đại của mạch là: 0 max( ( )) max( %) 100% 25% max( ( ))i P ac x P dc    (3.11) - Mạch khuếch đại ghép LC Để nâng cao hiệu suất của mạch khuếch đại chế độ A người ta thay RC bằng một cuộn dây sao cho nó có trở kháng cao đối với tín hiệu nhưng điện trở đối với thành phần một chiều bằng 0. 31 Hình 3.3: a)Mạch khuếch đại ghép LC, b)đường tải ac, dc của transistor Công suất nguồn cung cấp: 2 . CCCC CC CQ L V P V I R   (3.12) Công Suất truyền đấn tải: 22 2 2 max 2 2 2 2 CQ LLm L Cm L CC L L L I RI R I R V P P R      (3.13) Công suất tiêu tán trên cực C: 2 2 2 min 2 2 CC Cm L CC C CC L C L L V I R V P P P P R R       (3.14) 2 max . CC C CEQ CQ L V P V I R    (3.15) Hiệu suất: 2 max ( / 2) 1 1 % % 50% 2 2 Cm L cmL CC CC CQ CQ I R IP P V I I                 (3.16) 2.2 Mạch khuếch đại công suất chế độ B Hiệu suất thấp của mạch khuếch đại chế độ A phát sinh từ thực tế là ngay cả khi không có tín hiêu vào, Transistor vẫn tiêu thụ công suất. Giải pháp cho vấn đề này là cố định điểm Q gần với miền ngắt. Trong trường hợp này, nếu không có tín hiêu vào, dòng collector 30 là rất thấp. Tuy nhiên, khi có tín hiêu vào, chỉ có dòng ra trong nửa chu kỳ dương của tín hiêu vào. Mỗi nửa chu kỳ âm của tín hiêu vào mà thấp hơn giá trị ngắt cut-off , sẽ ngăn dòng collector. Hình trên là ví dụ của bộ khuêch đại tín hiêu ac ở chế độ B. Với tín hiêu ac, dòng collector chỉ chảy trong nửa chu kỳ tín hiêu có nghĩa 1800 . Góc này được gọi là góc dẫn. Để có được tín hiêu ra lặp lại dạng của tín hiêu vào, sẽ cần đến 2 linh kiên tích cực cùng hoạt động trong chế độ B. Mỗi một linh kiên sẽ khuêch đại tín hiêu trong 1/2 chu kỳ. Có 3 kiểu mạch thực hiên nguyên tắc này: - Mạch đẩy kéo push-pull. Sơ đồ khối: Hình 3.4 : Sơ đồ khối mạch khuếc đại đẩy kéo Mạch khuêch đại đẩy kéo gổm 2 Transistor NPN mà kêt nối đối xứng với nhau và có điểm E chung như hình bên. Tại đầu ra của 2 tầng, có 1 biến áp với điểm giữa đấu nguổn. Vì 2 Transistor là cùng loại, mỗi dòng collector chỉ chảy trong một nửa cuộn 32 dây của biến áp, chúng sẽ có hướng ngược nhau và sẽ tạo 2 dòng chảy ngược chiều. Trong chế độ tĩnh, vì cả 2 Transistor hoạt động ở chế độ B nên chúng sẽ ngắt. Trong chế độ động hay chế độ ac, giả thiêt mỗi T sẽ thay phiên dẫn trong mỗi nửa chu kỳ của tín hiêu. Vì 2 nửa sóng trên cuộn thứ cấp là ngược chiều nhau, dạng sóng sin hoàn chỉnh sẽ được tạo lại trên tải. Mạch đẩy kéo sử dụng 2 Transistor dẫn luân phiên. Một biên áp vào có điểm giữa nối đất có nhiêm vụ đưa đến base của 2 Transistor hai tín hiêu bằng nhau nhưng ngược pha. Một cách khác là dùng mạch đảo pha giống như trường hợp của mạch khuêch đại tải kép. Điều này sẽ cải thiên đáp ứng tần số hơn viêc sử dụng biên áp. - Mạch kết cuối đơn (single – ended). Một trong những xu hướng đáng quan tâm nhất trong thế giới âm thanh hi-end trong hơn 25 năm qua đó là sự trở lại đầy tự tin của các ampli đèn single-end triode. Mạch SE là kiểu mạch khuếch đại đầu tiên từng được nghiên cứu và phát triển, mà công đầu thuộc về Lee de Forest với bằng sáng chế đèn 3 cực năm 1907 và bằng sáng chế ampli SE đầu tiên năm 1912. Ampli Single-End nhìn chung có công suất rất nhỏ, chỉ từ vài cho đến khoảng chục Watts mà thôi. Một sự thật là: rất nhiều người yêu nhạc đang dần thay thế những ampli bán dẫn hiện đại của họ để trở lại với ampli đèn SE với hơn 100 năm công nghệ tưởng chừng lỗi thời. Nói như vậy dường như là hàng trăm năm phát triển các dòng ampli khác là phí công sức? Thế nhưng với nhiều người, điều đó đúng là như vậy, bởi các ampli hiện đại vẫn chưa cho ra được chất âm quyến rũ như ampli đèn Single-End. Trào lưu trở lại ampli đèn SE bắt đầu ở Nhật Bản vào cuối những năm 70 của thế kỷ trước. Đặc biệt với những thiết kế của Nobu Shishido, người đã khéo léo kết hợp single-end ampli với dòng loa kèn độ nhạy cao. Rất nhiều người khi nghe ampli tube SE chơi với loa độ nhạy cao đã phải giật mình kinh ngạc, vì âm thanh sống động đến mức dường như “nhảy được ra khỏi loa”, nghĩa là tính hiện diện rất cao của nó. Trào lưu chơi ampli Single End ở Nhật nở rộ và đi trước Mỹ khoảng 10 năm. Ngày nay, khi mở các tạp chí về âm thanh, bạn không thẻ thấy thiếu vắng những bài viết hay quảng cáo cho ampli tube SE công suất thấp. 33 Hình 3.5: Sơ đồ mạch công suất Linh kiện: 2 chân 2A3 2 Chân đèn 9 chân tăm cho 2 đèn 12AX7 1 chân đèn 8 chân cho 5AR4/GZ34 Biến thế nguồn và Choke Tụ, trở bên dưới bài, xem mạch sẽ thấy 2 con trimmer 2 con biến trở chỉnh hum loại tốt Biến thế xuất âm Cọc loa 2 jack RCA input Volume 100k Stereo ( dùng ALPS Blue Velvet) Dây hook-up Bóng : 2A3 của Electro Harmonic Hình 3.6: Amply SE 34 - Mạch đẩy kéo – đối xứng bù (complementary symmetry). Hình3.7: Mạch đẩy kéo – đối xứng bù dùng nguồn đôi Hình3.8: Mạch đẩy kéo – đối xứng bù dùng nguồn đơn 2.3 Mạch khuếch đại công suất chế độ C Trong mạch khuêch đại chế độ C, T sẽ được phân cực trong miền ngắt. Với tín hiêu vào hình sin, tín hiêu ra sẽ là các xung với độ rộng nhỏ hơn 1/2 chu kỳ như hình dưới đây. Méo trong trường hợp này là rất lớn. Hoạt động của mạch khuêch đại chế độ C không tuyên tính. Mạch khuêch đại lớp C thường sử dụng kêt hợp với tải cộng hưởng và chủ yếu để khuêch đại công suất tần số cao. Hình 3.9: Mạch khuếch đại chế độ C 35 Mạch khuếch đại này không tiêu hao công suất trong chế độ tĩnh (vì ICQ= 0) trong khi công suất tiêu hao tại chế độ động phụ thuộc vào biên độ của tín hiêu vào v(t) và góc dẫn. Vì lý do đó, hiêu suất của mạch chế độ C là hàm của góc dẫn. Khi giảm góc dẫn ộ này, hiêu suất tăng và có thể đạt tới 100%. Thực tế không thể giảm góc dẫn nhiều vì công suất tổng sẽ giảm theo. 3. Khảo sát mạch khuếch đại công suất 3.1 Mạch OCL Hình 3.9: Mạch khuếch đại OCL 3.2 Mạch OTL Hình 3.10: Mạch khuếch đại OTL 4. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 36 - Tháo sò 2 kênh ra và đo: Nếu khác 0V hỏng mạch công suất ⇒kiểm tra thay thế mạch công suất IC công suất - Tín hiệu ra điểm giữa khác không ⇒ kiểm tra board nguồn hoặc board tiền khuếch đại - Hỏng transistor khuếch đại điện áp (nằm gần cặp khuếch đại vi sai) ⇒ kiểm tra và thay mới 37 BÀI 4: MẠCH DRIVER LED Giới thiệu: Đèn led kể từ khi xuất hiện đã nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Thay vì sử dụng tắc te như đèn truyền thống, đèn led sử dụng led Driver để nâng cao hiệu suất chiếu sáng và tiết kiệm chi phí điện năng gấp 3 lần. Vậy Led Driver là gì? Chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài này. Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Kiến thức: + Xác định được nhiệm vụ và chức năng của từng linh kiện trong mạch. + Phân tích đúng nguyên lý hoạt động - Kỹ năng: + Xác định được các hư hỏng thường gặp. + Thay thế được phần hư hỏng Nội dung chính: 1. Định nghĩa: 1.1 LED Driver là gì? LED Driver còn được gọi là nguồn LED, hay trình điều khiển LED là một nguồn điện khép kín để kiểm soát dòng điện và điện áp cung cấp cho đèn LED. Hình 4.1: Các driver led 1.2 Vai trò của led Driver đối với đèn led Nguồn led có vai trò rất quan trọng trong việc phát sáng của đèn led. Cung cấp nguồn điện áp thích hợp và giúp đảm bảo ổn định hoạt động của đèn led. Trong quá trình hoạt động nếu có một sự thay đổi nhỏ cũng sẽ khiến đèn xảy ra vấn đề. Nên chúng sẽ bảo vệ đèn led khỏi biến động điện áp hoặc biến động dòng điện. Giúp đèn led chiếu sáng ổn định, kéo dài tuổi thọ cho đèn led Ngoài ra, bộ nguồn còn bảo vệ toàn diện, tăng độ bền cho trình điều khiển đèn LED. Nếu gặp các lỗi như điện thấp áp và cao áp cho đầu ra và đầu vào, tải mở và đầu ra sẽ được xử lý. Chức năng bảo vệ thích ứng nhiệt độ ở bộ vi mạch cũng giúp quản lý sức nóng đèn LED hiệu quả hơn. 2. Chọn driver led 38 2.1 LED driver dòng không đổi (constant current) - Trong mỗi Driver dòng không đổi liên tục thay đổi điện áp trên mạch điện tử của nó để giữ và duy trì một dòng điện không đổi. - Các driver cung cấp dòng không đổi cho các đèn LED điện yêu cầu dòng điện ra cố định và một dải điện áp đầu ra. Sẽ chỉ có một đầu ra hiện tại được chỉ định, được gắn nhãn trong amps hoặc milliamps, cùng với một loạt các điện áp sẽ thay đổi tùy thuộc vào tải (công suất) của đèn LED. Hình ví dụ bên dưới, đầu ra hiện tại là 700mA, và phạm vi điện áp đầu ra là 4-13V DC (volt của dòng điện trực tiếp). Hình 4.2: Driver led dòng không đổi Ưu điểm Nhược điểm Tránh đèn vượt khỏi quy định dòng tối đa cho các đèn LED. Hạn chế việc gia tăng nhiệt/cháy đèn. Dễ dàng cho nhà thiết kế chiếu sáng và ứng dụng điều khiển, tạo ra một ánh sáng với độ sáng ổn định và nhất quán hơn. Hạn chế sử dụng cho đèn led công suất thấp 2.2 LED driver điện áp không đổi (constant voltage) Các trình điều khiển điện áp không đổi các đèn LED điện yêu cầu điện áp đầu ra cố định với dòng đầu ra tối đa. Trong các đèn LED này, dòng điện đã được điều chỉnh, hoặc bằng các điện trở đơn giản hoặc một bộ điều khiển dòng không đổi bên trong, trong mô đun LED. Những đèn LED này yêu cầu một điện áp ổn định, thường là 12V DC hoặc 24V DC. Trong hình ví dụ bên dưới, điện áp đầu ra là 24V DC và dòng điện đầu ra tối đa là 1,04A. Hình 4.2: Driver led áp không đổi Ưu điểm Nhược điểm  Là một công nghệ quen thuộc giúp cho các kỹ sư dễ dàng hơn trong việc thiết Chỉ dùng cho đèn led hoặc hệ thống điện nào đã được xác định sẵn dùng cho một 39 kế và lắp đặt.  Các chi phí có thể thấp hơn, đặc biệt là khi ứng dụng quy mô lớn hơn. mức điện thế nhất định 2.3 LED Driver sử dụng điện trở để hạ áp Đây là loại nguồn led driver cơ bản và thô sơ nhất với nguyên tắc hoạt động đơn giản là sử dụng điện trở đến hạ áp . Hình 4.2: Driver led sử dụng điện trở để hạ áp Ưu điểm Nhược điểm Có thể sử dụng trong thiết kế các loại đèn giá rẻ, chất lượng thấp. Sản phẩm đời cũ nên còn ít các loại đèn Led sử dụng Drive này 2.4 Nguồn LED sử dụng IC Drive này vượt trội hơn hẳn Drive đời đầu. Nó sử dụng IC và một hệ thống biến thế để điều chỉnh dòng điện. Ưu điểm Nhược điểm  Là một công nghệ quen thuộc giúp cho các kỹ sư dễ dàng hơn trong việc thiết kế và lắp đặt.  Các chi phí có thể thấp hơn, đặc biệt là khi ứng dụng quy mô lớn hơn. + Chỉ dùng cho đèn led hoặc hệ thống điện nào đã được xác định sẵn dùng cho một mức điện thế nhất định 2.5 LED Driver Dimmable  Đây là nguồn led có thể nói là hiện đại nhất và được sử dụng phổ biến. Bản thần nguồn led dimmable có thể thực hiện các công việc của các dòng đèn ở trên; bên cạnh đó có còn có thể thay đổi độ sáng cả ánh đèn.  Sản phẩm này có một thành phần được gọi là chiết áp và nhờ chiết áp đèn có thể cho người sử dụng thay đổi màu ánh sáng phát ra . Ưu điểm Nhược điểm  Sở hữu tính năng vượt trội và được ứng dụng rộng rãi nhất để thiết kế các loại đèn led chiếu sáng hiện nay.  Có thể sử dụng với bộ chiết áp để  Quá trình lắp đặt phức tạp hơn, tốn kém thời gian.  Giá thành cao hơn các loại nguồn khác. 40 thay đổi độ sáng của ánh sáng đèn led theo ý muốn để phù hợp với từng không gian khác nhau  Các Driver LED sử dụng phổ biến cho đèn LED Driver LED 12V Điện áp đầu ra: 12V, điện áp này đảm bảo an toàn cho đèn led và người dùng. Ứng dụng dùng cho đèn led chiếu sáng dân dụng, đèn led trang trí, quảng cáo, - Nguồn LED 24V Điện áp đầu ra 24V phù hợp với không gian lắp đặt dễ có nước tác động. Điện áp này đảm bảo an toàn cho đèn led và người dùng khi dùng cho đèn chiếu sáng dưới nước hoặc đèn ngoài trời. - Nguồn LED Driver 36V Led Driver 36V có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt. Nguồn giúp biến đổi điện áp xoay chiều sang 1 chiều cấp nguồn cho các thiết bị. Nguồn 36V thường sử dụng trong tủ điện công nghiệp, các hộ gia đình, cho camera, cho bảng quảng cáo led, máy bơm DC - Nguồn LED 220V Thường dùng để biến đổi dòng điện 1 chiều AC 220V ra DC 220V. Thường được dùng để gắn cho đèn led dây; đèn nhà xưởng. Nguồn 220v dùng cho led dây có sự đa dạng về công suất, nhằm đáp ứng tối đa mọi nhu cầu sử dụng. Công suất tải tối đa 50M led dây. - Nguồn LED Driver 18w Nguồn led Driver 18w là bộ nguồn chỉ dùng cho đèn led có công suất 18w. Ứng dụng cho các loại đèn led dân dụng hoặc đèn led trang trí công suất nhỏ. 3. Khảo sát mạch driver LED 3.1 Cấu tạo bộ nguồn đèn LED (LED Driver) 41 Hình 4.3: Cấu tạo Driver led 4 bộ phận chính của Driver LED - Diode chỉnh lưu Có vai trò biến đổi dòng điện xoay chiều AC ra dòng điện một chiều DC. - Biến áp Giúp cho việc hạ điện áp xuống ngưỡng điện áp hoạt động của đèn led. Chất lượng của biến áp sẽ quyết định chất lượng cũng như khả năng tiết kiệm điện. - Tụ hóa Tụ lọc nguồn đầu vào: San phẳng và lọc nhiễu điện áp đầu vào giúp dòng ổn định trước khi đưa qua tụ lọc thứ cấp. Tụ lọc nguồn đầu ra: Các tụ lọc thứ cấp sẽ tiếp tục lọc điện áp đầu ra để thành điện áp một chiều giúp đèn chiếu sáng ổn định hơn. - Mosfet công suất Mosfet là bộ phận quan trọng trong nguồn led driver. Bộ phận mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Cấu tạo mạch điện nguồn đèn led có chất lượng rất tốt hiện nay. 3.2 Nguyên lý hoạt động Hình 4.3: Sơ đồ khối Driver led - Khối 1 Cầu diode có chức năng chỉnh lưu, biến nguồn điện xoay chiều AC đầu vào thành dòng điện một chiều DC. - Khối 2 Đây là bộ phận được coi là như “trái tim” của bộ nguồn Driver bao gồm IC điều khiển cùng bộ đóng ngắt Mosfet. Nguyên lý hoạt động của khối này là tạo nên những xung dao động một chiều, làm khối 4 hoạt động. 42 Dòng điện khi có những sự thay đổi thì IC sẽ điều khiển đóng ngắt Mosfet để giúp công suất luôn được đảm bảo. - Khối 3 Khối có chức năng làm phẳng xung điện đầu ra của Mosfet. Khi xung một chiều ra khỏi mosfet do hoạt động đóng ngắt của Mosfet nên xung sẽ không phẳng mà bị nhiễu kim. Khối 3 này sẽ có tác dụng làm phẳng xung điện, loại trừ nhiễu áp cao từ đó có thể giúp tăng tuổi thọ của bóng đèn led. Chú ý: chỉ những bộ nguồn cao cấp mới sở hữu khối này. - Khối 4 Khối điều chỉnh ngưỡng điện áp xuống mức hoạt động của đèn led là 10V. 12V hay 24VDC. Nếu biến áp càng tốt thì hiệu suất hoạt động của bộ nguồn càng cao. - Khối 5 Đây là các bộ tụ điện lọc điện áp đầu ra. San phẳng điện áp đầu ra giúp ánh sáng phát ra từ chip led hoạt động được ổn định. Với các bộ nguồn kém chất lượng thì tụ điện sẽ không đủ lớn để xử lý và khiến cho đèn dễ xảy ra lỗi hơn trong quá trình hoạt động. - Khối 6 Khối cuối cùng chính là đèn led. Chip led trong thân đèn phát sáng khi có dòng điện chạy qua làm điot phát sáng. 4. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục - Cầu chì bị đứt – Thay cầu chì có thông số tương đương - Phù tụ cao áp - Tháo và thay tụ - Diode chỉnh lưu – tháo và thay diode tuong tương - Cuộn lọc nhiễu – kiểm tra cuộn lọc, quấn lại - IC nguồn driver - Tạo dao động( Tích hợp con mosfet bên trong) + Tách board ra khỏi led, hàn dây nguồn vào để cấp nguồn 220V để test + Dùng đồng hồ số để đo điện áp DC( chỉnh thanh đo 1000VDC) + Kiểm tra nguồn tại cầu diode (khoảng 300 VDC ) + Tiến hành đo điện áp ngõ ra (khoảng 280 VDC ) + Xả điện cho tụ 10uF/400V + Chỉnh VOM ở thang đo diode để kiểm tra IC nguồn tạo dao động + Đo chân 1 và chân 4 cấp nguồn cho IC và đảo chiều để kiểm tra( nếu IC tốt thì điện trở lớn khoảng trên 500Ω) + Đo điện trở cấp nguồn cho IC dao động ( các điện trở 1,2,3 tạo cầu phân áp) 43 BÀI 5: MẠCH INVERTER Giới thiệu: Mạch inverter được thiết kế để sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực từ máy tính, thắp sáng, trong năng lượng sạch: điện gió,mặt trời..Bài này chúng ta tìm hiểu nguyên lý cấu tạo và hoạt động của một mạch inverter. Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Kiến thức: + Xác định được nhiệm vụ và chức năng của từng linh kiện trong mạch. + Giải thíchđược nguyên lý hoạt động. - Kỹ năng: + Chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa những hư hỏng Nội dung chính: 1. Sơ đồ mạch inverter Hình 5.1: Sơ đồ khối mạch inverter - Khối nguồn DC sử dụng acquy hoặc từ Pin mặt trời, từ motor một chiều. - Khối dao động: tạo dao động 50Hz kích mở transistor công suất. Sử dụng bộ dao động đa hài tín hiệu ra sẽ đóng mở với tần số phù hợp với tần số của mạch - Khối công suất: sử dụng các transistor công suất (ví dụ 2N3055) có nhiệm vụ đóng mở liên tục với tần số 50Hz cung cấp dòng cho cuộn sơ cấp của biến áp. - Biến áp: có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị tùy theo mục đích sử dụng nhưng không làm thay đổi tần số dòng điện. 2. Mạch inverter 44 2.1 Mạch inverter 100w sử dụng CD4047 và IRF540 Hình 5.2: mạch inverter 100W dùng CD4047 2.2 Mạch inverter 100w sử dụng CD4047 và 2N3055 Hình 5.2: mạch inverter 100W dùng CD4047 và 2N3055 Chức năng các khối - Khối nguồn: Nguồn một chiều DC, có thể lấy từ acquy hay các bộ chỉnh lưu. Thời gian sử dụng phụ thuộc vào dung lượng lưu trữ của acquy, công suất P=U*I. - Khối Dao Động Nhiệm vụ của khối tạo sóng dao động đưa vào khối công suất với tần số điện công nghiệp. Sóng ở đây thường là hai dạng chính: hình Sin hoặc xung vuông. Thường thì 45 khối công suất trở kháng đầu vào rất nhỏ nên trên thực tế chúng ta cần một khối khuếch đại đệm làm nhiệm vụ ổn định khối phát xung dao động, giảm trở kháng đầu vào cho tầng công suất. Dùng IC 4047 - Khối Công Suất. Từ dạng sóng nhận được từ khối phát, khối công suất sẽ khếch đại đưa đến biến áp tạo điện áp xoay chiều. Thường thì khối này sử dụng các linh kiện công suất như Thysistor, transistor chịu dòng lớn Ở đây ta sử dụng MOSFET IRF 540 và 2N3055. Để khối công suất hoạt động tốt ta cần hệ thống tản nhiệt làm mát. - Biến Áp Sử dụng biến áp cách ly một pha 12V-220V/ 3A. Bộ phận này quyết định tới việc tạo ra tín hiệu xoay chiều, quyết định công suất toàn mạch. Nó có tỷ số vòng dây cuộn thứ cấp lớn hơn cuộn sơ cấp. Công suất của mạch được tính Pmax =U.I Với I là dòng điện biến áp chịu được. U là hiệu điện thế đặt vào cuộn sơ cấp. 4. Phân tích hư hỏng thường gặp và cách khắc phục - Khối dao động: tạo xung dao động ổ định, tạo dòng ra ở chân 10, 11 cung cấp cho khối công suất - Hai điện trở ở chân 10, 11 của IC hạn dòng cho IRF540, nếu dòng xuất cao sẽ đứt - 2 con công suất IRF540 khi dẫn mạnh, quá dòng sẽ nóng dễ bị đứt ( do đó phải tản nhiệt tốt) - Biến áp: chạm vỏ biến áp hoặc bị ngắn mạch cuộn sơ cấp