›
›

Đồ án Nghiên cứu mạch điện ổn định nguồn cung cấp cho đèn led Chiếu Sáng

pdf 70 trang huongle 380
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu mạch điện ổn định nguồn cung cấp cho đèn led Chiếu Sáng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_nghien_cuu_mach_dien_on_dinh_nguon_cung_cap_cho_den_le.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu mạch điện ổn định nguồn cung cấp cho đèn led Chiếu Sáng

  1. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU MẠCH ĐIỆN ỔN ĐỊNH NGUỒN CUNG CẤP CHO ĐÈN LED CHIẾU SÁNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHÕNG-2015
  2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU MẠCH ĐIỆN ỔN ĐỊNH NGUỒN CUNG CẤP CHO ĐÈN LED CHIẾU SÁNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Văn Kiên Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Anh Dũng HẢI PHÕNG-2015
  3. CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHƯC o0o BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Văn Kiên – mã SV: 1012103003 Lớp : ĐT1401- Ngành Điện Tử. Tên đề tài: Nghiên cứu mạch điện ổn định nguồn cung cấp cho đèn LED chiếu sáng
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính tốn và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp:
  5. CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ 1. Họ và tên : Đỗ Anh Dũng Học hàm, học vị : Thạc sĩ Cơ quan cơng tác : Trường Đại học dân lập Hải Phịng Nội dung hướng dẫn : Tồn bộ đồ án Người hướng dẫn thứ 2. Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan cơng tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 2015. Yêu cầu phải hồn thành xong trước ngày tháng năm 2015. Đã nhận nhiệm vụ ĐT.T.N. Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán bộ hướng dẫn ĐT.T.N Nguyễn Văn Kiên Th.S Đỗ Anh Dũng Hải Phịng, ngày tháng năm 2015 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ
  6. PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp. 2. Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng các bản vẽ ) 3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn (Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày tháng năm 2015 Cán bộ hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên)
  7. NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 1. Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. 2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện ( Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày tháng .năm 2015 Người chấm phản biện (Ký và ghi rõ họ tên)
  8. Lời mở đầu Với các ưu điểm: ánh sáng lớn, độ bền cao và ít tiêu tốn điện năng, Led được ứng dụng rộng rãi trên các lĩnh vực: bảng quảng cáo ngồi trời , bảng quảng báo, đồng hồ cỡ lớn đặt tại các biển quảng cáo tấm lớn trên đường cao tốc, hệ thống đèn giao thơng, biển chỉ dẫn, và các sản phẩm khác như bảng chạy chữ điện tử, bảng hệ thống giờ, Bảng tỷ giá, bảng chứng khốn, hệ thống xếp hàng tự động Việc sử dụng rộng rãi thiết bị chiếu sáng bằng loại đèn này cĩ thể giúp chúng ta tiết kiệm đuợc nhiều năng lượng.chính vì vậy mà các nhà kĩ thuật,các nhà khoa học phải nghiên cứu những cấu tạo.nguyên lý hoạt động,các thơng số kỹ thuật để tạo ra những sản phẩm tốt sử dụng trên thị trường. Với để tài Nghiên cứu mạch điện ổn định nguồn cung cấp cho đèn Led chiếu sáng. Em đã trình bày khái quát về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của đèn led và những mạch điện ổn định cung cấp cho đèn led chiếu sang.đề tài được xây dựng với bố cục như sau : Chương 1. Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động đèn Led. Chương 2. Phân tích ưu nhược điểm một số loại LED chiếu sáng thơng dụng trên thị trường. LED Xenon, LED Cree. Chương 3. Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động các mạch ổn áp nguồn ngắt mở. Tính tốn lắp ráp mạch nguồn dịng dùng LM 2576ADJ. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, do hạn chế về trình độ, thời gian và tài liệu nên khơng tránh khỏi thiếu sĩt. Em rất mong được sự đĩng gĩp ý kiến của các thầy cơ và các bạn để đồ án được hồn thiện hơn. Em xin cảm ơn các thầy cơ trong khoa Điện - Điện tử, đặc biệt là thầy Đỗ Anh Dũng đã giúp đỡ em hồn thành tốt đồ án này. Hải Phịng, tháng 4 năm 2015 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Kiên
  9. CHƢƠNG 1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN LED I. Mở đầu: 1.1 Lịch sử phát triền cơng nghệ chiếu sáng: - Từ xa xưa, người tiền sử sử dụng những ngọn đèn thơ sơ để chiếu sáng hang động của mình. Những đèn đĩ làm từ những vật liệu sẵn cĩ như đá, vỏ cây, sừng thú vật chứa mỡ và ngọn bấc. Thơng thường sử dụng mỡ động và thực vật. - Con người chủ yếu tạo ra ánh sáng từ lửa mặc dù đây là nguồn nhiệt nhiều hơn ánh sáng. Ở thế kỷ 21, chúng ta vẫn đang sử dụng nguyên tắc đĩ để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nĩng sáng. Trong vài thập kỷ gần đây, các sản phẩm chiếu sáng đã trở nên tinh vi và đa dạng hơn nhiều. - Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của việc chiếu sáng chiếm khoảng 20 – 45% tổng tiêu thụ năng lượng của một tồ nhà thương mại và khoảng 3 – 10% trong tổng tiêu thụ năng lượng của một nhà máy cơng nghiệp. Hầu hết những người sử dụng năng lượng trong cơng nghiệp và thương mại đều nhận thức được vấn đề tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng. - Thơng thường cĩ thể tiến hành tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể chỉ với vốn đầu tư ít và một chút kinh nghiệm. Thay thế các loại đèn hơi
  10. thuỷ ngân hoặc đèn nĩng sáng bằng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp sẽ giúp giảm chi phí năng lượng và tăng độ chiếu sáng. - Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cần phải xem xét việc sửa đổi thiết kế hệ thống chiếu sáng để đạt được mục tiêu tiết kiệm như mong đợi. Cần hiểu rằngnhững loại đèn cĩ hiệu suất cao khơng phải là yếu tố duy nhất đảm bảo một hệ thống chiếu sáng hiệu quả. 1.2 Điện cho chiếu sáng Điện tiêu thụ cho chiếu sáng tồn cầu 60GW/năm (2650 TWh/năm). + Chiếm 19% tổng điện tiêu thụ tồn cầu (VN: 25,3%). + Khoảng 24 GW/năm cho sử dụng đèn sợi đốt với hiệu suất phát quang chỉ cĩ 15lm/W. + Khoảng 36 GW/năm cho sử dụng đèn FL/HID hiệu suất phát quang trung bình 75lm/W. + Để thắp sáng như hiện nay trên tồn thế giới, mỗi năm các nhà máy điện đã thải ra 1.900 nghìn tỷ tấn khí CO2, lớn gấp 3 lần lượng khí CO2 do máy bay trên tồn thế giới thải ra, bằng 70% lượng khí CO2 do tồn bộ xe ơ tơ thải ra trong 1 năm. + Năng lượng (energy - efficient lighting): nâng cao phẩm chất của ánh sáng, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ mơi trường.
  11. 1.3.Yêu cầu chiếu sáng + Chiếu để mà sáng (lighting for light): những nỗ lực tìm kiếm những nguồn sáng tự nhiên để xua đi bĩng tối. + Chiếu sáng tiện ích (high-benefit lighting), chiếu sáng hiệu quả. 2. Đèn LED. - LED (Light-Emitting-Diode) cĩ nghĩa là diode phát sáng. - Đèn LED là loại đèn mới nhất bổ sung vào danh sách các nguồn sáng sử dụng năng lượng hiệu quả. - Đèn LED đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng chiếu sáng, bao gồm biển báo lối thốt, đèn tín hiệu giao thơng, đèn dưới tủ, và nhiều ứng dụng trang trí khác. 2.1. Cấu tạo và nguyên lý chiếu sáng của đèn led: Để tạo ra một sản phẩm đèn LED, về cơ bản cần cĩ các yếu tố và thành phần như sau: a. Thiết kế:
  12. Việc thiết kế một sản phẩm đèn LED hồn thiện địi hỏi kiến thức chuyên sâu, am hiểu trong cơng nghệ đèn LED, lĩnh vực giải nhiệt và đặc điểm của các loại nguyên vật liệu. Thiết kế quyết định 80% tuổi thọ và chất lượng của đèn LED nên việc thiết kế được thực hiện bởi các chuyên gia cĩ kinh nghiệm. Các thiết kế phải được thử nghiệm kiểm chứng theo phương pháp thử quy chuẩn để cĩ được thiết kế tối ưu nhất. Sản phẩm của chúng tơi được thiết kế với tuổi thọ tối thiếu 30,000 hrs. b. Chip LED:
  13. Việc sản xuất ra chip LED phụ thuộc nhiều vào cơng nghệ, chất lượng nguyên vật liệu cấu thành và cấp độ tuổi thọ của chip LED thành phẩm. Chúng tơi sử dụng chip LED với tuổi thọ 70,000 hrs – 90,000 hrs. Việc sản xuất chip LED cĩ tuổi thọ cao cĩ chi phí rất cao, tuy nhiên các đặc tính chịu nhiệt, tạo màu sắc trung thực, độ ổn định màu lâu và tuổi thọ cao sẽ đem lại nhiều hiệu quả đầu tư cũng như trong quá trình sử dụng hơn. c. PCB tản nhiệt: Lớp nhơm nguyên chất tản nhiệt, lớp cách điện cấp 1, lớp dẫn điện, lớp cách điện cấp 2, lớp phủ bảo vệ, lớp phủ mạch in. Việc tính tốn thiết kế chiều dày, nguyên vật liệu, cấp độ chịu nhiệt và tản nhiệt, cấp độ cách điện địi hỏi phải cĩ chuyên gia kinh nghiệm, các thử nghiệm và know-how để cĩ PCB phù hợp với chip LED được sử dụng cũng như phù hợp với thiết kế tổng thể của một sản phẩm. d. Kết cấu tản nhiệt:
  14. Các kết cấu liên quan đến tản nhiệt được làm bằng nhơm nguyên chất để bảo đảm tính dẫn nhiệt cao nhất cĩ thể. Vật liệu làm bằng nhơm nguyên chất khơng bị biến đổi chất liệu vì nhiêt như các loại nhơm lẫn tạp chất trong quá trình hoạt động, do vậy cĩ thể tái sử dụng trong vịng đời tiếp theo của đèn LED, giảm chi phí cho khách hàng, nhà xản xuất và xã hội. Ngồi ra việc thiết kế kết cấu tản nhiệt (chiều dày, kích thước tổng thể, kích thước cánh tản nhiệt, dung sai chế tạo, tính tốn khe hở và hướng giĩ, tính tốn khe hở liên kết giữa các kết cấu, ) cĩ ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả tản nhiệt và tuổi thọ chung của bĩng đèn. e. Lens (thấu kính):
  15. Bộ phận này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả phát tán và lượng quang thơng phát ra từ chip LED ra ngồi mơi trường. Chất lượng của loại lens được sử dụng ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ phát sáng và màu sắc ánh sáng của đèn LED ở cùng cơng suất. f. Bộ điều khiển: Mỗi đèn LED hoặc cụm đèn LED cần cĩ bộ điều khiển, bảo đảm cung cấp đồng đều năng lượng đến từng bĩng ở từng vị trí khác nhau trên bản mạch. Ngồi ra phải cung cấp đúng chế độ dịng phù hợp với chip LED được sử dụng, tốc độ giải nhiệt của thiết kế. Việc ổn định chế độ làm việc của bộ điều khiển sẽ bảo đảm các chip LED luơn tạo ra ánh sáng ổn định, yếu tố này kết hợp với chất lượng của chip LED sẽ tạo ra sự ổn định về màu sắc ánh sáng và cường độ ánh sáng trong thời gian dài. Để cĩ được bộ điều khiển tốt, cần phải sử dụng linh kiện điện tử chất lượng, cĩ độ ổn định cao và đặt ở chế độ cân bằng tải phù hợp với thiết kế của đèn LED. g. Các bộ phận phụ:
  16. Là các cấu kiện cịn lại như bộ gá, vành đỡ, chân đỡ, . được thiết kế phù hợp với từng ứng dụng khác nhau. Các chi tiết này chủ yếu liên quan đến vấn đề thẩm mỹ, tính phù hợp lắp đặt theo ứng dụng, được sản xuất tại Việt Nam. Cấu tạo: - Phần chủ yếu của LED là một mảnh nhỏ chất bán dẫn cĩ pha tạp chất sao cho trong đĩ tạo ra được hai miền: Miền p dẫn điện bằng lỗ trống (hạt tải mang điện dương) và miền n dẫn điện bằng điện tử (hạt tải mang điện âm), giữa hai miền là lớp tiếp xúc p – n. Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống cĩ xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối bán dẫn loại n,cùng lúc khối bán dẫn loại p lại nhận electron từ khối bán dẫn loại n được chuyển sang. Kết quả hình thành ở khối p điện tích âm và khối n điện tích dương. - Dịng điện chỉ chạy theo chiều từ bán dẫn P sang bán dẫn N. Ở giữa miền tiếp xúc giữa 2 lớp bán dẫn cĩ ánh sáng phát ra, vì điểm phát sáng rất bé nên phía trên phải cĩ dạng nửa hình cầu để cĩ thể phát ánh sáng tán xạ trong phạm vi 180 độ về mọi hướng giúp người ta nhìn thấy nĩ.
  17. Phân cực thuận (phát sáng). Phân cực ngược (khơng phát sáng). - Các đặc trưng điện: + Thế phân cực thuận (Forward Voltage): Vf (V). + Dịng phân cực thuận (Forward Current): If (mA). + Dịng phân cực ngược (Reverse Curent) ở thế làm việc: Ir (μA). + Nhiệt độ làm việc của LED hay của lớp bán dẫn p-n: Top. + Cơng suất điện tiêu thụ (Consummation Power): P. - Vật liệu chế tạo: + AllnGaP để tạo ra các LED phát ánh sáng đỏ, da cam hoặc vàng + GaN để tạo ra các LED phát ánh sáng xanh dương và xanh da lam Loại LED Điện thế phân cực thuận Đỏ 1.63<V<2.03 Vàng 2.10<V<2.18 Xanh lá cây 1.9<V<4.0 Xanh lam 2.48<V<3.7
  18. Tử ngoại 2.76<V<4.0 - Hoạt động của LED dựa trên cơng nghệ bán dẫn. Trong khối diode bán dẫn,electron chuyển từ trạng thái cĩ mức năng lượng cao xuống trạng thái cĩ mức năng lượng thấp hơn và sự chênh lệch năng lượng này được phát xạ thành những dạng ánh sáng khác nhau. Màu sắc của LED phát ra phụ thuộc vào hợp chất bán dẫn và đặc trưng bởi bước sĩng của ánh sáng được phát ra. - Để cĩ màu sáng khác nhau, người ta sẽ đưa thêm một số tạp chất khác nhau vào hoặc là trong lớp "nhựa" cho thêm các chất huỳnh quang màu sắc của ánh sáng đĩ - LED hay cịn gọi là diot chiếu sáng (diot: hai điện cực). Đúng như tên gọi, cơng nghệ LED là cơng nghệ chiếu sáng bằng hai điện cực với hỗ trợ của các loại vật liệu bán dẫn và cơng nghệ nano. - Quy trình chế tạo đèn LED trải qua hai giai đoạn chính là chế tạo tim đèn trước rồi gắn với hai điện cực tạo thành bĩng đèn. Hai điện cực này cĩ độ dài khác nhau, chân dài là anod (điện cực dương), ngắn hơn là catod (điện cực âm). - Tim đèn là phần nối giữa hai điện cực, gọi là LED chip, được làm bằng vật liệu bán dẫn. Dịng điện một chiều đi qua làm chuyển động khuếch tán các điện tích âm và dương giữa hai điện cực, và giải phĩng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Tùy vào loại vật liệu bán dẫn dùng để chế tạo LED chip mà cho ra các đèn LED với màu sắc khác nhau. Aluminum gallium arsenide (AlGaAs) tạo ra LED đỏ, aluminum
  19. gallium phosphide (AlGaP) cho ra LED xanh lá, indium gallium nitride (InGaN) cho ra LED xanh biển, GaP cho ra LED vàng Đèn LED trắng là sự kết hợp của đèn LED đỏ, xanh lá và xanh biển. Cách thứ hai để tạo ra đèn LED trắng là phủ một lớp phosphor vàng vào đèn LED xanh biển. - Bản thân cơng nghệ LED cho phép nĩ phát sáng đến 100.000 h nhưng cĩ các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ bộ đèn như: + Mạch in của bộ đèn: Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn giữa LED với mạch in ảnh hưởng đến lớn đến độ bền của đèn, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt nam, nếu chất lượng của mạch in và mối hàn khơng tốt dễ gây oxi-hĩa đứt mạch in, khơng tiếp xúc làm cho đèn khơng thể phát sáng sau một thời gian sử dụng. Trong thực tế người ta cĩ thể sử dụng mạch in thường, hoặc bằng nhơm, gốm cho phép tản nhiệt nhanh cho loại LED cơng suất trung bình và lớn. + Bộ phận tản nhiệt: Phần tản nhiệt cho đèn LED được thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phát sáng xuống nhiệt độ thấp nhanh nhất, bộ phận này đặc biệt quan trọng khi thiết kế đèn LED cơng suất lớn, nếu bộ phận tản nhiệt này cĩ kết cấu khơng phù hợp thì phần tử LED sẽ nhanh bị già, hiệu suất phát sáng giảm đáng kể. + Bộ nguồn cung cấp: Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dịng điện và điện áp ổn định phù hợp lới loại LED đang sử dụng các linh kiện chế tạo bộ nguồn phải cĩ tuổi thọ sử dụng tương đương với tuổi thọ của LED. Với loại đèn cơng suất nhỏ bộ nguồn đơn giản chỉ là một nguồn áp kết với một điện trở hạn dịng cho LED nhưng đối với với LED cơng suất trung bình và lớn cần tạo một nguồn dịng cho LED.  Bộ nguồn của đèn led cĩ hai dạng chính:
  20. ->Nguồn dịng: ->Nguồn áp: Sơ đồ khối chức năng động học của bộ nguồn. -Trong đĩ nguồn điện sơ cấp cĩ thể là xoay chiều (từ lưới điện Quốc Gia) hoặc một chiều (từ bình điện hoặc pin năng lượng mặt trời). Bộ biến đổi thực hiện đồng thời hai chức năng. Một là nhận điện áp một chiều và biến thành dạng mong muốn để trực tiếp cấp cho các LED. Hai là đảm bảo tính chất nguồn dịng bằng cách tự động điều chỉnh dịng điện LED theo điện áp rơi trên điện trở sơn dịng Rs. Trong trường hợp nguồn điện sơ cấp là xoay chiều thì ngồi chỉnh lưu ra cịn thường cĩ bộ hiệu chỉnh hệ số cơng suất hay cosφ. -Để cĩ hiệu suất cao các bộ biến đổi hiện nay hầu hết được thiết kế theo nguyên lý điều chế bề rộng xung, trong đĩ điện áp một chiều được biến thành dãy xung, thường là xung dịng, sau đĩ nắn và lọc thành dịng một chiều để cấp cho các LED. +Vỏ đèn: Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định và bền, vỏ đèn được chế tạo để cĩ độ chống thấm nước cao, đồng thời đảm bảo khả năng tỏa nhiệt nhanh chĩng.
  21. 2.2. Nguyên lý phát xạ ánh sáng của LED trắng: - Do mỗi LED chỉ phát xạ ra một phổ ánh sáng hẹp, nên trên thực tế khơng cĩ các LED phát xạ ánh sáng trắng. - Các LED trắng hiện nay được cấu tạo và hoạt động theo nguyên lý trộn ba mầu đỏ (Red), xanh dương (Green) và xanh lam (Blue) bằng cách sử dụng 3 LED cĩ ba mầu nêu trên (RGB Mixed Color White Light). - Dịng điện chỉ chạy theo chiều từ bán dẫn P sang bán dẫn N. Ở giữa miền tiếp xúc giữa 2 lớp bán dẫn cĩ ánh sáng phát ra, vì điểm phát sáng rất bé nên phía trên phải cĩ dạng nửa hình cầu để cĩ thể phát ánh sáng tán xạ trong phạm vi 180 độ về mọi hướng giúp người ta nhìn thấy nĩ. Quang phổ của ánh sáng nhìn thấy Ánh sáng con người cĩ thế nhìn thấy và cảm nhận được màu sắc là trong khoảng bước sĩng tử ngoại đến hồng ngoại ( 380nm -> 780nm ).
  22. Nguyên lý trộn ba máu để tạo ánh sáng trắng Phổ phát quang của LED trắng. - Đặc trưng quang của LED: + Hiệu suất phát sáng (Luminous Efficacy) (lm/W). + Gĩc phát sáng (2θ½).+ Cường độ sáng (Luminous Intensity) (mcd).
  23. + Quang thơng hoặc độ rọi (Luminous Flux) (lm). + Băng rộng phổ phát sáng (nm). + Nhiệt độ màu (Color Temperatures) (K), toạ độ màu (X,Y).
  24. - Ảnh hưởng của mơi trường đến đặc trưng I-V của LED: - Ảnh hưởng của điện áp nguồn nuơi đến đặc trưng I-V của LED: - Yêu cầu nguồn để bảo đảm chất lượng chiếu sáng và tuổi thọ của LED:
  25. + Điện áp nuơi con LED là điện ápmột chiều: Giá trị phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn và cĩ độ ổn định cao. + Đểsử dụng điện lưới 110, 220V, bắt buộc phải hạ áp và chuyển đổi sang một chiều. + Cĩ thể sử dụng nguồn nuơi thế (điện áp đặt lên LED khơng đổi) hoặc nguồn nuơi dịng (dịng điện qua LED khơng đổi), tuỳ theo điều kiện hoạt động của đèn LED. Tuy nhiên, để đảm bảo chất lương, độ ổn định của chiếu sáng và tuổi thọ của LED, nên sử dụng nguồn dịng. + Cĩ mạch chuyên dụng để điều khiển cường độ chiếu sáng (Dimming) 2.3. Cơng nghệ chế tạo LED trắng. Tất cả cơng đoạn sản xuất LED đều thuộc lĩnh vực cơng nghệ cao vì phải xử lý chính xác các đơn vị cĩ kích thước nano và phải chế tạo các màng bán dẫn thật mỏng trong mơi trường thật sạch để đảm bảo tính năng và tuổi thọ của tim đèn. Phản ứng tạo thành vật liệu bán dẫn phát sáng phải được thực hiện trong chân khơng, thực hiện trong phịng sạch, sạch hơn cả phịng bào chế y dược. Chính cơng đoạn này đã đẩy giá LED lên cao, đây cũng chính là yếu điểm của LED vì chưa thể cạnh tranh về giá với các cơng nghệ chiếu sáng truyền thống.
  26. - Cơng đoạn “Back-End” sản xuất con LED trắng bao gồm: - Phiến cĩ sẵn các chip LED màu xanh lam hoặc tử ngoại (Blue/UV LED chip wafer). - Rạch bằng lade + tách chip LED tạo thành con LED riêng lẻ (Laser scribing +leaving LED chip). - Hàn con LED lên điện cực catốt (Bonding to the cathode). - Hàn dây dẫn điện x 2 (Wire bonding x2). - Phủ phốt pho (Phosphor coating). - Bọc thấu kính nền epoxy (Epoxy-based main lens molding). Ƣu điểm: - Hiệu quả: LED cĩ hiệu suất phát sáng cao hơn bĩng sợi đốt. + Đèn LED cĩ những ưu điểm tiết kiệm năng lượng tiêu thụ từ 70-80% so với loại đèn thơng thường. + Ước tính chỉ với cơng suất 1/5 so với tất cả các cơng nghệ chiếu sáng khác. Tiết kiệm rất nhiều năng lượng (1000 bĩng đèn Led = 1 bĩng đèn Neon 0,6 m). Ngồi ra tuổi thọ của đèn Led cĩ thể lên đến 100.000 giờ (tương đương 10 năm). + Một bĩng đèn LED cơng suất 5W cĩ thể cho ánh sáng với một bĩng đèn 20W. + Thời gian chiếu sáng của đèn Led trắng trung bình 100.000 giờ. + Theo tính tốn của Viện Hàn Lâm Khoa Học Mỹ, nếu sử dụng đèn Led cho 50% nhu cầu chiếu sáng hiện nay ở Mỹ thì mỗi năm sẽ tiết kiệm được 17GW, tương ứng với cơng suất của 17 cụm nhà máy điện hạt nhân. + Hiệu suất phát sáng tăng lên 100 lần. + Đến nay tuy giá cịn đắt nhưng LED trắng đang bắt đầu phổ biến vì nĩ kết hợp được ưu việt về tiết kiệm điện của đèn huỳnh quang, đèn compact và ưu việt về tính nhỏ gọn, tập trung, tắt bật nhanh chĩng, dễ dàng của bĩng đèn trịn. - Kích thƣớc: + Kích thước của bĩng Led rất nhỏ vì vậy cĩ thể bố trí dễ dàng trên mạch in, tiêu hao điện năng ít, cĩ thể nối tiếp các LED thành các dải đèn dài hoặc thành từng cụm.
  27. - Màu sắc: + Led cĩ thể phát ra màu sắc như ý muốn mà khơng cần bộ lọc màu như phương pháp truyền thống. + Do tiêu hao nhiệt rất ít, LED hầu như khơng nung nĩng mơi trường xung quanh và khác với các loại bĩng đèn khác, ánh sáng LED khơng gây chĩi, mỏi mắt, khơng phát ra tia cực tím. LED cĩ thể phát ra ánh sáng cĩ màu khác nhau, từ xanh lá cây, đỏ, đến trắng + Ánh sáng phát của đèn LED cĩ màu sắc phụ thuộc vào chất liệu làm ra nĩ. Ví dụ:như đèn LED màu đỏ được làm từ các thành phần hĩa học như nhơm, gali, a-xen. Đèn LED màu trắng được tạo ra bằng cách bao phủ một lớp photpho màu vàng bên ngồi đèn LED xanh da trời. - thời gian bật tắt nhanh: + Led cĩ thời gian bật tắt rất nhanh kể từ lúc cĩ tác động tính bằng micro giây.Điều này rất quantrọng trong thơng tin liên lạc và trong lĩnh vực cĩ yêu cầu thời gian đáp ứng nhanh. - Độ sáng tối: + Led cĩ thể dễ dàng điều khiển độ sáng tối bằng phương pháp điều chỉnh chế độ rộng xung hoăc tăng giảm dịng điện tác dụng. - Tuổi thọ đèn cao: +Nguồn làm việc thấp và cơng suất nhỏ nên ít tiêu hao năng lượng, ít bị lão hĩa vật liệu, do đĩ mà Led cĩ tuổi thọ cao. + Đây là ưu điểm lớn nhất của đèn Led, tuổi thọ của đèn vào khoảng 35000 - 50000 h lớn hơn nhiều lần đèn huỳnh quang và đèn sợi đốt. - Độ bền cao: + Led được làm từ vật liệu bán dẫn nên rất khĩ bị phá hủy bởi sự va đập. - An tồn: + Led khơng gây độc hại và thân thiên với mơi trường. + Khả năng vượt trội ở đây là lượng chất thải (đèn hỏng) mà LED thải ra (do tuổi thọ dài hơn nhiều) ít hơn rất nhiều so với đèn sợi đốt và compact (tuổi thọ ngắn), + Khơng sử dụng thuỷ ngân - nguyên nhân chính của việc ơ nhiễm mơi trường. - Chủng loại đa dạng:
  28. - Đèn LED chiếu sáng trong nhà: + Đèn LED búp: cĩ các loại 1.5W, 4W, 6W,9W + Đèn LED thanh ray: 3W,5W, 7W, 9W:
  29. + Đèn LED ốp trần: + Đèn LED âm trần: 3W, 5W, 7W, 9W, 10W, 12W
  30. + Đèn LED ốp tường: Ngồi ra, cịn 1 số loại đèn khác: đèn LED tuýp, đèn LED dây, đèn LED nhà xưởng, đèn LED âm trần dạng tấm . - Đèn LED chiếu sáng ngồi trời: + Đèn pha LED:
  31. + Đèn đường chiếu sáng: 30W, 60W, 90W, 120W, 160W, 180W
  32. + Đèn chiếu sáng trong nước:
  33. + Đèn LED chiếu sáng sân vườn:
  34. Nhƣợc điểm: - Giá thành: giá thành cao. - Tỏa nhiệt: tỏa nhiệt ở chân đế cần cĩ bộ tản nhiệt. 2.4. Bảng so sánh với các đèn khác. BẢNG PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH 3 LOẠI BĨNG ĐÈN THƠNG DỤNG Bĩng đèn Bĩng đèn Bĩng đèn cơng cơng nghệ Hiệu quả năng lƣợng cơng nghệ nghệ sợi huỳnh quang LED đốt (CFL) 1,200 – 8,000 - 40,000 - Tuổi thọ trung bình 1,300 giờ 10,000 giờ 60,000 giờ Cơng suất tương đương với bĩng 60 watts 13-15 watt 6 - 8 watts đèn sợi đốt 60W. Chi phí hoạt động hàng năm – Tính theo con số trung bình một hộ gia 7.23 tr/ 0.96 tr/ 1.81tr/ năm đình cĩ 30 bĩng đèn, sử dụng 5 giờ năm năm mỗi ngày với đơn giá 2,200đ/Kwh. Bĩng Bĩng đèn Bĩng đèn đèncơng cơng nghệ Mơi trƣờng cơng nghệ nghệ sợi huỳnh quang LED đốt (CFL) Phát thải Carbon Dioxide (Carbon Footprint) – Khi năng lượng tiêu thụ thấp hơn sẽ làm giảm lượng khí Nhiều Trung bình Ít thải CO2, oxit lưu huỳnh ra mơi trường Cĩ – Gây độc Chứa thủy ngân – Một loại nguyên hại cho sức tố độc hại màu bạc ánh kim, ở dạng Khơng cĩ Khơng cĩ khỏe và mơi lỏng trong điều kiện nhiệt độ phịng. trường Tuân theo tiêu chuẩn RoHS (giảm Cĩ Khơng – chứa Cĩ
  35. chất thải độc hại) – Quy định các 1mg-5mg giới hạn nồng độ tối đa của các chất thủy ngân và thải độc hải sử dụng trong thiết bị đây là các điện và điện tử. nhân tố chính gây độc hại cho mơi trường Bĩng Bĩng đèn Bĩng đèn đèncơng cơng nghệ Các yếu tố ảnh hƣởng cơng nghệ nghệ sợi huỳnh quang LED đốt (CFL) Nhạy cảm với nhiệt độ thấp Một số Cĩ Khơng Cĩ – thường cĩ nhiều vấn Nhạy cảm với độ ẩm Một số đền khi độ Khơng ẩm khơng khí tăng Cĩ – Việc bật tắt liên tục Mức độ ảnh hưởng đến tuổi thọ của làm giảm tuổi Khơng ảnh việc bật tắt liên tục (ví dụ như đèn Một số thọ của bĩng hưởng chiếu sáng trong các tủ quần áo) đèn huỳnh quang Khơng – cần thời gian để làm nĩng Bật sáng tức thì Tức thì Tức thì thủy ngân đến nhiệt độ phát sáng cực đại Khơng bền Rất bền – – Thủy tinh Khơng bền – Bĩng đèn Độ bền và sợi đốt Thủy tinh dễ LED cĩ thể rất dễ bị vỡ bị vỡ chịu lắc và và đứt va đập 3.4 Độ phát nhiệt 85 btu's/giờ 30 btu's/giờ btu's/giờ Nguy cơ khi cĩ lỗi về mặt cơ khí Một số Cĩ – Cĩ thể Ít khả năng
  36. bắt lửa, khĩi hoặc phát mùi Bĩng Bĩng đèn Bĩng đèn Cơng suất tối thiểu để tạo một đèncơng cơng nghệ cơng nghệ cƣờng độ sáng mong muốn nghệ sợi huỳnh quang LED đốt (CFL) Năng lượng ánh sáng tạo ra bởi một Cơng suất (Watt) nguồn sáng (Lumen) 250 25 4 - 9 3 450 40 9 -13 4 - 5 800 60 13 -15 6 - 8 1,100 75 18 -25 9 -13 1,600 100 23 -30 16 -20 2,000 125 28 -40 20 -25 2,600 150 30 -55 25 -28 a) Tuổi thọ. - Tuổi thọ cao hơn khoảng từ 10 – 20 lần đèn compact và khoảng hơn 50 lần bĩng đèn sợi đốt. Do tuổi thọ đèn led khơng phụ thuộc vào số lần bật tắt, các loại đèn phĩng điện mỗi lần tắt bật giảm đi 1h sử dụng. - Đèn LED khơng cĩ sợi đốt nên khơng lo bị đứt, khơng cĩ khí bên trong nên khơng dễ bị suy thối, khơng cĩ điện cực phĩng điện nên khơng dễ bị hư hỏng, điện áp nếu bị thay đổi ít nhiều thì đèn sáng ít hay sáng nhiều hơn chứ khơng dễ bị hư hỏng. b) Chất lƣợng ánh sáng. - Quang phổ của đèn trịn vẫn là thân thiện nhất vì giống với phổ ánh sáng ban ngày. - Ánh sáng đèn LED khơng gây hiệu ứng nhấp nháy và khơng hề cĩ bức xạ cực tím (cái này cĩ ở đèn compact ). Hoạt động với điện áp thấp nên giảm nguy cơ gây cháy nổ. - Trực tiếp cho được màu mong muốn, khơng cần lọc, rất tiết kiệm điện, dễ dàng bật tắt nhanh, nhiều lần. c) Hiệu suất.
  37. - LED bĩng trịn chỉ sử dụng từ 2-10W điện năng tiêu thụ (bằng 1/3 hay 1/10 so với đèn FLC và đèn sợi đốt). - LED tiết kiệm năng lượng hơn so với khi sử dụng đèn Halogen và đèn trịn (hai loại đèn này phát bức xạ nhiệt-hồng ngoại lớn): Đĩ là tiết kiệm điện và nhiệt lượng tiết kiệm cho điều hịa (năng lượng này chiếm 2-3% năng lượng tiết kiệm trong tịa nhà-Hội thảo về giảm hiệu ứng nhà kính). - Cơng suất tiêu thụ thay thế cuả đèn LED. Cơng Thay thế Nhiệt độ Loại đèn suất tiêu đèn sợi đốt màu thụ LT-HPB-9W (LEDTEK- 9W 70W 3000-7000K China) LED Bulb(SP80) (BBE Co., 15W 100W Trắng ấm
  38. Ltd. - China) LED bulb NBL-07 7W 70(630lm/W) 3000-7000K (90lm/W)
  39. Cơng suất tiêu thụ. Bảng tổng hợp: LED Đèn sợi Đèn huỳnh Mục tiêu 2002 2007 2012 2020 đốt quang Hiệu suất phát 20 75 150 200 16 85 sáng Quang thơng 25 200 1.000 1.500 1.200 3.400
  40. d) Độ bền: - Do được sử dụng nhơm hợp kim bao phủ vừa cĩ tác dụng tản nhiệt, vừa giúp bảo vệ đèn. Chính vì vậy đèn cĩ độ bền rất cao ngay cả khi rơi (cũng khơng tạo ra các mảnh vỡ như đèn compact hay đèn sợi đốt). e) Tỏa ít nhiệt ra mơi trƣờng: - Do sử dụng đế tản nhiệt lớn, chỉ sinh ra 3.4 BTU/h so với 85 của đèn sợi đốt. Chính vì thế làm giảm điện năng tiêu thụ do điều hồ ít phải sử dụng hơn. Hồn tồn khơng chứa thủy ngân khi sản xuất bĩng đèn. - Chính vì vậy đèn LED là sản phẩm rất thân thiện với mơi trường và trở thành sản phẩm xanh trong cơng nghệ. - Khơng sử dụng thỷ ngân - nguyên nhân chính của việc ơ nhiễm mơi trường. f) Khả năng ứng dụng năng lƣợng mặt trời: - Chính vì khơng yêu cầu cao về điện áp đầu và cơng suất thấp nên việc sử dụng các tấm pin chuyển hố năng lượng mặt trời thành điện năng vơ cùng khả thi, đặc biệt đối với các vùng khĩ kéo đường điện tới nơi tiêu dùng. - Đèn LED sử dụng nhiều nguồn điện sạc khác nhau như: pin năng lượng mặt trời, nguồn điện xoay chiều 220 V - 50 Hz hay cả nguồn điện một chiều 24V từ xe hơi, đi-na-mơ quay tay - Do đĩ, rất an tồn khi sử dụng trong mơi trường ẩm ướt và dễ bắt lửa (trần xốp, ) vì sử dụng điện 1 chiều với bộ nguồn ngồi g) Chọn đèn theo cơng suất: - Lựa chọn cơng suất đèn theo cơng suất thay thế đèn thường. h) Giá thành. - Đúng là đèn LED cĩ giá thành cao hơn vì quy trình sản xuất phức tạp hơn, tuy nhiên khơng vì thế mà khơng sử dụng LED.
  41. - Hãy làm 1 bài tốn dự án: So sánh dự án sử dụng LED và compat hoặc Halogen khi tính đến chi phí đầu tư ban đầu, tiền điện, chi phí thay thế, bảo dưỡng thì chỉ sau 2 năm, chênh lệch về số tiền đầu tư ban đầu sẽ khấu hao hết, bắt đầu từ năm thứ hai trở đi, bạn sẽ thu lợi khi sử dụng LED cao hơn khi sửu dụng compact. - Ðèn LED cĩ thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như đèn đọc, chiếu sáng bể bơi, nhất là cho chiếu sáng quảng cáo ngồi trời tại những nơi khĩ thay lắp, do cĩ tuổi thọ cao hơn nhiều lần so với bĩng đèn neon, đồng thời cĩ nhiều mầu sắc phong phú như: đỏ, xanh lá, xanh da trời, mầu hổ phách - Ðèn LED sẽ thay thế dần đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang bởi những ưu điểm như tiết kiệm năng lượng tiêu thụ từ 70 đến 80% so với loại đèn thơng thường; tuổi thọ cao ( nếu thắp đèn LED mười giờ mỗi ngày thì 23 năm sau mới phải thay bĩng ) kích cỡ nhỏ, nhiệt năng sinh ra trong quá trình hoạt động khơng đáng kể, hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ thấp,sử dụng dịng điện một chiều với hiệu điện thế nhỏ, khơng gây ơ nhiễm mơi trường. CHƢƠNG 2 Phân tích ƣu nhƣợc điểm một số loại LED chiếu sáng thơng dụng trên thị trƣờng.Đèn halogen, LED Xenon, LED Cree 1. Đèn halogen Bĩng đèn halogen
  42. Đèn halogen là loại phổ biến nhất trong ngành ơ tơ hiện nay. Lý do nằm ở ưu điểm lớn nhất của loại đèn này: tuổi thọ cao. Tuổi thọ của một bĩng đèn halogen là khoảng 1.000 giờ chiếu sáng ở điều kiện bình thường. Thêm vào đĩ, chi phí thay mới loại đèn này rất thấp. Tuy nhiên, đây khơng cịn là lựa chọn số 1 của ngày càng nhiều nhà sản xuất ơ tơ. Lý do? Đèn halogen khơng thực sự đồng nghĩa với tính hiệu quả.Để hiểu rõ hơn về điều này, hãy cùng tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của đèn halogen. Bầu đèn làm bằng thuỷ tinh cĩ khả năng chịu nhiệt rất cao, bên trong chứa khí halogen (thành phần chính là khí argon và nitơ) và một sợi dây tĩc bằng vonfram. Bĩng đèn lấy điện năng của ơ tơ và đốt nĩng sợi dây tĩc đến khoảng 2.500 độ C, cịn sợi dây tĩc khi nĩng đỏ lên sẽ phát sáng. Đèn pha halogen
  43. Vấn đề lớn nhất là cùng với việc chiếu sáng, đèn halogen cịn tạo ra nhiệt lượng dư thừa lớn, gây lãng phí năng lượng. Một vấn đề nữa là sự phản ứng của bĩng đèn halogen với các chất.Ví dụ, khi thay bĩng đèn hỏng, bạn khơng được sờ vào bầu thuỷ tinh. Muối trong mồ hơi tay sẽ làm giảm tuổi thọ bĩng đèn. Tuy vậy, đèn halogen cĩ khá nhiều ưu điểm: chúng chiếu sáng hơn - chủ yếu nhờ nhiệt lượng toả ra từ dây tĩc; chúng cĩ nhiều kích cỡ khác nhau nên cĩ thể dùng cho hầu hết các mẫu xe; chúng cĩ thể cho ánh sáng mờ - tạo điều kiện cho các nhà sản xuất ơ tơ làm ra nhiều phiên bản tuỳ loại xe. Tĩm tắt ƣu nhƣợc điểm của đèn halogen: Ƣu điểm : - tuổi thọ cao hơn so với đèn sợi đốt truyền thống - hiệu suất chiếu sáng cao - chiếu sáng tốt Nhƣợc điểm - lãng phí lăng lượng - cần sự chăm sĩc đặc biệt 2. đèn xenon Đèn xenon, thường được gọi là đèn cường độ chiếu sáng cao (HID), cĩ ưu điểm nổi bật là tiết kiệm điện. Bầu thuỷ tinh chứa khí xenon, nên cho ánh
  44. sáng hơi xanh (nhìn bằng mắt thường). Đèn xenon xuất hiện lần đầu trên xe BMW 7 Series vào năm1991, từ từ chinh phục các nhà sản xuất ơ tơ và đến nay là lựa chọn số 1 của nhiều cơng ty. Điểm đầu tiên cần lưu ý về đèn xenon là tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với đèn halogen nếu xét về lượng ánh sáng phát ra. Tuy nhiên, đây cũng lại chính là điểm yếu của loại đèn này, vì ánh sáng quá mạnh của đèn xenon thường khiến người và xe đi đối diện bị chĩi mắt. Theo số liệu thống kê chính thức, bĩng đèn xenon sản sinh 3.000 lumen và 90 mcd/m2, trong khi bĩng đèn halogen sản sinh 1.400 lumens và 30 mcd/m2.
  45. Đèn xenon giờ đây cũng cĩ nhiều kích cỡ và biến thể để cĩ thể dùng cho nhiều loại xe khác nhau. Đèn pha xenon trên xe Lexus RX 450h Hiệu quả tiêu thụ năng lượng thường là điều đầu tiên người ta nghĩ đến khi nhắc tới đèn HID. Ưu điểm này gĩp phần giúp ơ tơ giảm tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải CO2 ra mơi trường. Đa số tin rằng đèn xenon cĩ tuổi thọ dài hơn đèn halogen. Ở điều kiện bình thường, đèn xenon cĩ tuổi thọ hoạt động là khoảng 2.000 giờ. Tuy nhiên, loại đèn này cũng cĩ một số nhược điểm, đủ để khiến khơng ít người cho rằng đèn xenon khơng phải là lựa chọn tốt nhất cho xe của họ. Thứ nhất, như đã nĩi ở trên, luồng ánh sáng quá mạnh phát ra từ đèn xenon cĩ thể làm chĩi mắt các tài xế khác trên đường, đặc biệt là các xe chạy ngược lại, tăng nguy cơ tai nạn.
  46. Thứ hai, đèn HID nhìn chung đắt hơn, trừ khi nĩi tới chi phí lắp đặt, thay thế hoặc bảo dưỡng. Cuối cùng, một số đèn pha xenon cĩ hại cho sức khoẻ, vì một số loại cĩ thể chứa các chất độc, như thuỷ ngân. Tĩm tắt ưu nhược điểm của đèn xenon Ưu điểm - tuổi thọ cao - hiệu suất cao do tiết kiệm điện - cho tài xế khả năng quan sát tốt hơn Nhược điểm - cường độ chiếu sáng quá cao gây nguy hiểm cho các xe ngược chiều - chi phí cao - cĩ thể chứa các chất độc hại 3. LED Cree (XML2) Thơng số kỹ thuật: - sử dụng điện áp DC 8 - 36V ( đèn cần dùng điện bình mới cĩ thể sử dụng ) - kết cấu hồn tồn bằng nhơm , inox - Hiện tại denpinpro.vn chỉ cĩ chân H4, H4 là chân đèn phổ biến nhất cho các loại xe honda - Đèn Pha LED dùng 3 led XM-L2 - Đèn Cos sáng 2 tim 20W - 2000 Lumen - Đèn Pha sáng 3 tim 30W - 3000 Lumen - Đèn Pha LED cho xe honda với thiết kế chống chĩi cho người đi ngược chiều - Nhiệt màu - màu sắc ánh sáng: màu 5500k ánh sáng là màu Trắng ấm ( màu bĩng đèn huỳnh quang là màu trắng lạnh, màu trắng ấm là màu trắng ngả vàng ) màu 5000k ánh sáng là màu vàng nắng ( màu vàng nhẹ ) màu 4300k ánh sáng là màu vàng Đèn pha xe máy cơng nghệ LED siêu sáng
  47. + Hình ảnh tham khảo màu ánh sáng Đèn pha xe máy cơng nghệ LED siêu sáng ( đèn halogen - đèn zin theo xe nhiệt màu khoảng 3000k-4000k ) Ƣu điểm: - Khởi động nhanh chĩng chỉ mất 0,1 giây để đạt độ sáng tối đa, ánh sáng là tức thời - Tiêu thụ ít điện năng - Cho hiệu suất cao hơn so với đèn halogen và xenon - Tuổi thọ lâu dài + Trên thị trường hiện cĩ nhiều mẫu đèn LED - Cách lắp ráp bĩng:
  48. +Chỉ cần giữ nguyên hệ thống điện cũ của xe, thường là nguồn cấp điện bình 12V (hoặc cao hơn), khơng cần thay sạc và bình lớn hơn như khi gắn đèn Xenon! Vì đèn tiêu thụ điện năng ít hơn mà vẫn mang tới độ sáng mạnh mẽ hơn, đồng thời nhiệt tỏa ra thấp hơn khơng làm nĩng chĩa đèn xe! Lưu ý nếu xe nào dùng điện máy thì chỉ cần đấu nối lại mối nối để sử dụng điện bình cho Led sáng ổn định Nhược điểm LED sáng mạnh và tức thời khơng cĩ độ trễ - LED tỏa nhiệt ở chân LED, khơng tỏa nhiệt ra khơng khí xung quanh bĩng LED vì vậy chĩa đèn sẽ khơng bị nĩng - Hiệu suất của LED cao hơn đèn Xenon và đèn sợi đốt - Led cĩ tính thẩm mỹ cao và tuổi thọ lâu dài CHƢƠNG 3 Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động các mạch ổn áp nguồn ngắt mở. Các mạch nguồn dịng cơ bản 3.1 Biến áp. Biến áp được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp để cách ly nguồn cung cấp ra khỏi nguồn điện ápAC; và dùng để tăng điện áp nếu cần mức điện áp cao hơn hay giảm điện áp nếu yêu cầu mức điện áp thấp hơn.Nếu sử dụng biến áp trong bộ nguồn cung cấp, thì nguồn cung cấp AC chỉ được mắc đến phía sơ cấp của biến áp để cách ly mạch điện tử ra khỏi nguồn cung cấp AC. Khi lựa chọn biến áp, mối quan tâm đầu tiên là thơng số định mức của nguồn phía sơ cấp.Các mức sơ cấp thơng dụng nhất là 110V đến 120V hoặc 220V đến 240V. Quan tâm tiếp theo là tần số của nguồn AC. Một số tần số là 50Hz đến 60Hz, 400Hz, và 10 000Hz. Mối quan tâm thứ ba là thơng số định mức của điện áp và dịng thứ cấp của nguồn cung cấp. Cuối cùng là khả năng xử lý cơng suất, hay thơng số định mức Volt - Ampere, về cơ bản là mức cơng suất cĩ thể được phân bố đến cuộn thứ cấp của biến áp; cho theo đơn vị Volt - Ampere bởi vì các tải cĩ thể được nối với cuộn thứ cấp. 3.2 Mạch chỉnh lƣu. Mạch chỉnh lƣu là bộ phận trung tâm của nguồn cung cấp, cĩ chức năng chuyển đổi điện áp ACở đầu vào thành điện áp DC ở đầu ra. Cĩ ba loại mạch chỉnh lưu cơ bản được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp: chỉnh lƣu bán kỳ, chỉnh lƣu tồn kỳ dùng 2 diode, và chỉnh lƣu tồn kỳ kiểu mạch cầu. Hình 10.1a, là mạch chỉnh lưu bán kỳ cơ bản. Diode được mắc nối tiếp với tải, do cĩ diode nên dịng điện chảy trong mạch chỉ theo một chiều. Hình 10.1b, là mạch chỉnh lưu bán kỳ trong bán kỳ dương của sĩng sin.Diode được phân cực thuận cho dịng điện chảy qua tải. Vậy bán kỳ dương của chu kỳ sĩng sin sẽ xuất hiện trên tải.
  49. Hình 10.2a, là mạch chỉnh lưu bán kỳ với bán kỳ âm của sĩng sin.Lúc này, diode bị phân cực ngược nên khơng dẫn, khơng cĩ dịng chảy qua tải, khơng cĩ sụt áp trên tải. Mạch chỉnh lưu bán kỳ chỉ làm việc trong một bán kỳ của chu kỳ tín hiệu vào. Tín hiệu ra là dãy các xung dương hay âm tuỳ theo chiều diode được mắc trong mạch. Tần số xung ra bằng tần số tín hiệu vào. Tần số của xung ra gọi là tần số gợn Cực tính của điện áp ở đầu ra tuỳ thuộc vào cách mắc diode trong mạch (hình 10.2b). Khi phân cực thuận cho diode cĩ cathode nối tiếp với R1, dịng điện chảy qua diode từ anode đến cathode (theo chiều mũi tên) nên đầu cathode của diode cĩ cực tính dương của điện áp chỉnh lưu. Cực tính của nguồn cung cấp cĩ thể đảo ngược bằng cách đảo ngược diode. Bộ chỉnh lưu bán kỳ cĩ nhược điểm lớn là do dịng điện chỉ chảy trong bán kỳ của mổi chu kỳ nên mạch cĩ hiệu suất năng lượng thấp. Để khắc phục nhược điểm đĩ, cĩ thể sử dụng bộ chỉnh lưu tồn kỳ.Mạch chỉnh lưu tồn kỳ cơ bản như ở hình 10.3a.Mạch cần phải cĩ hai diode và một biến áp điểm giữa. Đầu dây ra điểm giữa của cuộn thứ cấp của biến áp sẽ được nối đất, nên mức điện áp tại hai đầu của cuộn thứ cấp của biến áp lệch pha nhau 180o. Hình 10.3b, là mạch chỉnh lưu tồn kỳ ở tồn bộ bán kỳ dương của tín hiệu vào.Đầu anode của diode D1 dương, và đầu anode của diode D2 là âm, D1 phân cực thuận nên dẫn điện, cịn D2 phân cực ngược nên ngưng dẫn. Dịng điện chảy qua D1 qua tải, điểm giữa của biến áp và đến đầu trên của cuộn thứ cấp của biến áp, cho phép bán kỳ dương của chu kỳ tín hiệu vào được cung cấp cho tải. Hình 10.3c, là mạch chỉnh lưu tồn kỳ ở bán kỳ âm của chu kỳ tín hiệu. Điện áp trên anode của D2 trở nên dương, cịn anode của D1 trở nên âm.Diode D2 lúc này được phân cực thuận nên dẫn điện.Diode D1 phân cực ngược nên ngưng dẫn.Dịng điện chảy từ đầu dưới của cuộn thứ cấp qua D2, qua tải đến điểm giữa cuộn thứ cấp của biến áp.Ở mạch chỉnh lưu tồn kỳ, dịng điện chảy trong cả hai bán kỳ, tức là tần số gợn gấp hai lần tần số tín hiệu vào. Nhược điểm của mạch chỉnh lưu tồn kỳ cơ bản (sử dụng chỉ hai diode) là do điện áp ra bằng một nửa mức điện áp của mạch chỉnh lưu bán kỳ với cùng một mức ra trên hai đầu cuộn thứ cấp của biến áp. Cách khắc phục là sử dụng mạch chỉnh lưu cầu (sử dụng bốn diode).
  50. Hình 10.4a, là mạch chỉnh lưu cầu. Bốn diode sẽ được mắc để dịng điện chỉ chảy theo một chiều qua tải. Hình 10.4b, là dịng điện chảy trong bán kỳ dương của chu kỳ tín hiệu vào. Dịng chảy từ đầu phía trên của phía thứ cấp của biến áp qua diode D2, qua tải, qua diode D2 đến đầu dưới của cuộn thứ cấp của biến áp.Tồn bộ điện áp sụt trên tải. Hình 10.4c, là dịng điện chảy trong bán kỳ âm của tín hiệu vào.Đầu trên của cuộn thứ cấp là âm, cịn đầu dưới là dương.Dịng điện từ phía dưới của cuộn thứ cấp chảy qua diode D3, qua tải và diode D1 đến đầu phía trên của cuộn thứ cấp. Lưu ý rằng, dịng điện chảy qua tải theo cùng chiều như trong bán kỳ dương. Một lần nửa, tồn bộ điện áp được sụt trên tải. Mạch chỉnh lưu cầu cũng là loại mạch chỉnh lưu tồn kỳ, bởi vì mạch làm việc ở cả hai bán kỳ của dạng sĩng sin đầu vào.Ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu là mạch khơng cần phải cĩ cuộn thứ cấp điểm giữa.Mạch chỉnh lưu cầu làm việc khơng cần phải cĩ biến áp. Biến áp sử dụng chỉ để tăng hoặc giảm điện áp hoặc để cách ly. Tĩm lại các điểm khác nhau ở các bộ chỉnh lưu là: Các ưu điểm của mạch chỉnh lưu bán kỳ là đơn giản và giá thành thấp, chỉ cần một diode và một biến áp, nhưng hiệu suất năng lượng rất thấp, do sử dụng chỉ một nửa tín hiêụ vào. Bộ chỉnh lưu bán kỳ chỉ được giới hạn ở các ứng dụng mức dịng thấp. Bộ chỉnh lưu tồn kỳ cơ bản cĩ hiệu suất cao hơn bộ chỉnh lưu bán kỳ, do làm việc ở cả hai bán kỳ của sĩng sin.Tần số gợn cao hơn của bộ chỉnh lưu tồn kỳ cơ bản nên dễ lọc.Nhược điểm là cần phải cĩ biến áp điểm giữa. Mức điện áp ra của bộ chỉnh lưu tồn kỳ cơ bản thấp hơn so với mức điện áp ra của bộ chỉnh lưu bán kỳ với cùng một biến áp do cuộn dây điểm giữa. Mạch chỉnh lưu cầu cĩ thể làm việc khơng cần biến áp.Tuy nhiên, biến áp cần phải cĩ để tăng hoặc giảm điện áp.Mức điện áp ra của mạch chỉnh lưu cầu cao hơn mức điện áp ra của mạch chỉnh lưu tồn kỳ cơ bản hoặc bán kỳ. Nhược điểm của mạch chỉnh lưu cầu là cần bốn diode, nhưng các diode khơng đắt hơn so với biến áp chỉnh lưu điểm giữa. 3.3 Mạch ổn định (điều hồ) điện áp. Hai yếu tố cĩ thể làm thay đổi mức điện áp ra của nguồn cung cấp.Thứ nhất là điện áp vào của nguồn cung cấp cĩ thể thay đổi, dẫn đến làm tăng hay giảm về điện áp ra.Thứ hai là tải điện trở tải cĩ thể thay đổi, làm thay đổi về dịng yêu cầu. Nhiều mạch điện tử được thiết kế để làm việc ở một mức điện áp nào đĩ, nếu điện áp thay đổi, thì hoạt động của mạch sẽ bị ảnh hưởng, do vậy nguồn cung cấp cần phải tạo ra mức điện áp ra như nhau bất chấp các thay đổi của tải và của điện áp vào. Để thực hiện điều này, cần phải thêm bộ ổn định điện áp sau
  51. mạch lọc. Cĩ hai kiểu mạch ổn định điện áp cơ bản: mạch ổn định song song và mạch ổn địnhnốitiếp, tên gọi theo phương pháp nối mạch ổn định với tải. Mạch ổn định song song được mắc song song với tải. Mạch ổn định nối tiếp được mắc nối tiếp với tải. Các mạch ổn định nối tiếp thơng dụng hơn so với các mạch ổn định song song do cĩ hiệu suất cao hơn và tiêu tán mức cơng suất thấp hơn. Mạch ổn định song song cũng cĩ vai trị như một dụng cụ điều khiển, bảo vệ mạch ổn định khỏi sự ngắn mạch do tải. Hình 10.11, là mạch ổn định bằng diode zener cơ bản. Đây là mạch ổn định song song. Diode zener được mắc nối tiếp với một điện trở. Điện áp vào DC, chưa được ổn định sẽ được đặt vào cả diode zener và điện trở để làm cho diode zener được phân cực ngược.Điện trở cho một dịng nhỏ chảy qua để giữ diode zener ở vùng đánh thủng zener.Điện áp vào phải cao hơn so với điện áp đánh thủng zener của diode.Điện áp ngang qua diode zener sẽ bằng thơng số điện áp của diode zener.Mức sụt áp trên điện trở sẽ bằng độ chênh lệch giữa điện áp của diode zener và điện áp vào. Mạch hình 10.11, sẽ cho mức điện áp ra khơng đổi đối với sự thay đổi ở điện áp vào.Sự thay đổi bất kỳ về điện áp sẽ xuất hiện trên điện trở.Tổng của các sụt áp phải bằng điện áp vào. Cĩ thể tăng hoặc giảm điện áp ra bằng cách thay đổi diode zener ở đầu ra và điện trở nối tiếp Dịng chảy qua tải được quyết định bởi điện trở tải và điện áp ra.Dịng tải cộng với dịng chảy qua diode zener sẽ bằng dịng chảy qua điện trở nối tiếp.Điện trở nối tiếp cần phải được chọn cẩn thận sao cho dịng chảy qua zener duy trì diode zener trong vùng đánh thủng và cho dịng chảy qua. Khi dịng tải tăng lên, dịng zener giảm xuống nên dịng tải và dịng zener tác động lẫn nhau duy trì điện áp ra khơng đổi, cho phép mạch điều hồ các thay đổi về dịng ra cũng như điện áp vào. Mạch hình 10.12, là mạch điều hồ song song.Lưu ý rằng, transistor Q1 mắc song song với tải, sẽ bảo vệ bộ ổn định trong trường hợp cĩ xu hướng ngắn mạch xuất hiện trên tải. Mạch ổn định nối tiếp thơng dụng hơn so với mạch ổn định song song. Mạch ổn định nối tiếp đơn giản nhất là một biến trở mắc nối tiếp với tải (hình 10.13). Trị số điện trở sẽ được điều chỉnh liên tục để duy trì điện áp khơng đổi trên tải. Khi điện áp DC tăng lên, thì tăng trị số điện trở, nên sụt áp trên biến trở lớn hơn, duy trì sụt áp trên tải bằng cách làm giảm lượng điện áp tăng thêm trên điện trở nối tiếp. Biến trở cũng cĩ thể bù các thay đổi về dịng tải.Nếu dịng tải tăng, thì sẽ cĩ
  52. lượng sụt áp nhiều hơn trên biến trở, dẫn đến mức sụt áp ít hơn trên điện trở tải. Nếu trị số điện trở cĩ thể làm giảm xuống tại cùng thời điểm để cĩ dịng tăng lên, thì lượng sụt áp trên biến trở cĩ thể vẫn khơng đổi, dẩn đến mức điện áp ra khơng đổi bất chấp các thay đổi về dịng tải. Trong thực tế, rất khĩ thay đổi trị số điện trở bằng tay để bù các thay đổi về áp và dịng điện, nên hiệu quả hơn là thay thế biến trở bằng transistor (hình 10.14). Transistor sẽ được mắc để dịng chảy qua tải cũng chảy qua transistor. Bằng cách thay đổi mức dịng base của transistor, thì BJT cĩ thể được phân cực để dẫn mức dịng lớn hay nhỏ. Thêm một vài linh kiện cần thiết để tạo thành mạch tự điều chỉnh (hình 10.15), cho phép transistor bù tự động với các thay đổi ở điện áp vào hoặc dịng tải. Hình 10.16, là mạch ổn áp nối tiếp đơn giản. Đầu vào là điện áp DC chưa ổn định, cịn đầu ra là điện áp DC thấp hơn, đã được ổn định. Transistor được mắc như một mạch lặp lại emitter, cĩ nghĩa là khơng cĩ sự đảo pha giữa base và emitter, điện áp emitter sẽ như điện áp trên base. Tải được mắc giữa emitter của transistor và đất. Điện áp tại base của transistor sẽ được thiết lập bởi diode zener, nên điện áp ra sẽ bằng điện áp zener trừ sụt áp 0,7V trên tiếp giáp emitter - base của transistor. Khi điện áp vào tăng thơng qua transistor, điện áp tại đầu ra cũng sẽ tăng. Điện áp base được thiết lập bởi diode zener, nếu emitter trở nên dương hơn so với base, thì độ dẫn điện của transistor sẽ giảm xuống. Khi transistor dẫn kém hơn, cĩ tác động trở lại như tác dụng của một điện trở lớn được đặt giữa đầu vào và đầu ra. Phần lớn lượng tăng ở điện áp vào sẽ được sụt giảm trên transistor nên chỉ cĩ một lượng tăng nhỏ ở điện áp ra. Nhược điểm của mạch ổn áp lặp lại emitter là diode zener cần phải cĩ mức cơng suất lớn.Các diode zener cĩ khả năng xử lý cơng suất lớn cĩ giá thành cao. Một kiểu mạch ổn định nối tiếp thơng dụng hơn là mạch ổn định cĩ hồi tiếp, gồm cĩ một mạch hồi tiếp để giám sát mức điện áp ra. Nếu điện áp ra thay đổi, thì tín hiệu điều khiển sẽ được tạo ra, sẽ điều khiển độ dẫn điện của transistor.Hình 10.17, là sơ đồ khối của bộ ổn định hồi tiếp. Điện áp DC chưa ổn định được đặt vào đầu vào của bộ ổn định. Điện áp ra DC đã được ổn định, thấp hơn xuất hiện tại đầu ra của bộ ổn định.
  53. Mạch lấy mẫu mắc ngang qua hai đầu ra.Mạchlấymẫu là mạch phân áp sẽ truyền mẫu điện áp ra đến mạch phát hiện sai lệch.Mẫu điện áp sẽ thay đổi nếu điện áp ra thay đổi.Mạch phát hiện sai lệch sẽ so sánh mức điện áp được lấy mẫu với mức điện áp chuẩn.Để tạo ra điện áp chuẩn cần phải sử dụng diode zener.Độ chênh lệch giữa điện áp mẫu và điện áp chuẩn là điện áp sai lệch. Điện áp sai lệch sẽ được khuyếch đại bởi mạch khuyếch đại sai lệch. Bộ khuyếch đại sai lệch sẽ điều khiển độ dẫn điện của transistor nối tiếp. Transistor dẫn nhiều hay ít để bù cho các thay đổi ở mức điện áp ra. Hình 10.18, là mạch ổn định điện áp hồi tiếp. Các điện trở R3, R4, và R5 tạo thành mạch lấy mẫu. Transistor Q2 cĩ vai trị như mạch dị sai cũng như mạch khuyếch đại sai lệch. Diode Zener D1 và điện trở R1 tạo ra mức điện áp chuẩn.Transistor Q1 là transistor điều hồ nối tiếp.Điện trở R2 là điện trở tải collector của transistor Q2 và điện trở phân cực cho transistor Q1. Nếu điện áp ra tăng, điện áp mẫu cũng sẽ tăng, làm tăng điện áp phân cực trên base của transistor Q2. Điện áp emitter của transistor Q2 được giữ khơng đổi bởi diode zener D1, dẫn đến transistor Q2 dẫn mạnh hơn nên làm tăng mức dịng chảy qua điện trở R2, điện áp trên collector của transistor Q2 và base của transistor Q1 giảm xuống, tức làm giảm điện áp phân cực thuận của transistor Q1 nên Q1 dẫn yếu hơn, dịng chảy qua Q1 thấp hơn, làm cho sụt áp trên tải nhỏ hơn nên sẽ triệt tiêu độ tăng lên ở điện áp. Điện áp ra cĩ thể được điều chỉnh chính xác bằng cách thay đổi biến trở R4. Để tăng mức điện áp ra của bộ ổn định, đầu trượt của biến trở R4 phải được di chuyển về hướng âm, nên sẽ làm giảm mức điện áp mẫu trên base của transistor Q2, giảm điện áp phân cực thuận, làm cho transistor Q2 dẫn ít hơn, gây ra mức điện áp collector của transistor Q2 và base của transistor Q1 tăng lên, tức làm tăng phân cực thuận trên transistor Q1, làm cho Q1 dẫn mạnh hơn. Dịng lớn hơn chảy qua tải, tức điện áp ra tăng lên. Nhược điểm lớn nhất đối với mạch ổn định nối tiếp là do transistor mắc nối tiếp với tải. Ngắn mạch tải sẽ dẫn đến dịng lớn chảy qua transistor, gây hỏng transistor, nên cần phải cĩ mạch giữ mức dịng qua transistor ở mức an tồn.
  54. Hình 10.19, là mạch ổn định cĩ thêm mạch giới hạn mức dịng chảy qua transistor của bộ ổn định nối tiếp, với việc bổ sung vào mạch ổn định điện áp nối tiếp cĩ hồi tiếp transistor Q3 và điện trở R6 tạo thành mạch hạn dịng. Để transistor Q3 dẫn điện, thì tiếp giáp base - emitter phải được phân cực thuận tối thiểu là 0,7V. Khi đặt 0,7V giữa base và emitter, thì transistor sẽ dẫn. Nếu R6 bằng 1 , thì mức dịng cần thiết để tạo ra 0,7V Khi mức dịng chảy qua transistor Q3 thấp hơn 700mA, thì điện áp base - emitter của Q3 sẽ thấp hơn 0,7V, giữ cho Q3 ngưng dẫn, mạch đĩng vai trị như khơng tồn tại. Khi mức dịng vượt quá 700mA, sụt áp trên điện trở R6 tăng lên trên 0,7V, dẫn đến Q3 dẫn thơng qua R2, nên sẽ làm giảm điện áp trên base của transistor Q1, làm cho Q1 dẫn kém hơn. Dịng khơng thể tăng lên trên 700mA. Mức dịng để cĩ thể được hạn chế cĩ thể thay đổi bằng cách thay đổi trị số của điện trở R6. Tăng trị số của điện trở R6 sẽ cĩ mức dịng giới hạn thấp hơn. Mạch ổn định nối tiếp hồi tiếp cĩ nhược điểm nữa là số lượng cấu kiện cần thiết nhiều, cĩ thể khắc phục điều này bằng cách sử dụng bộ ổn định bằng vi mạch. Các bộ ổn định IC hiện nay cĩ giá thành rẽ và dễ sử dụng.Phần lớn các bộ ổn định bằng IC chỉ cĩ ba cực (vào, ra và cực nối đất) nên cĩ thể mắc trực tiếp vào đầu ra của mạch lọc của mạch chỉnh lưu (hình 10.20). Các IC ổn áp cĩ thể cung cấp các mức điện áp ra khác nhau theo cả hai cực tính dương và âm. Cĩ các IC ổn áp cĩ thể điều chỉnh mức điện áp ra cần thiết. Khi lựa chọn IC ổn áp, cần phải biết mức áp và dịng cần thiết, cùng với các thơng số về điện của nguồn cung cấp chưa được ổn định. Các IC ổn áp được phân loại theo mức điện áp ra. Các bộ ổn áp cố định cĩ ba chân và chỉ cung cấp một mức điện áp ra, cĩ sẳn dưới dạng cả điện áp dương và điện áp âm.Các bộ ổn áp hai cực tính cĩ thể cung cấp cả điện áp dương và điện áp âm.Cĩ cả các bộ ổn định điện áp cố định - và hai cực tính cũng như các bộ ổn định điện áp cĩ thể điều chỉnh.Khi sử dụng bất kỳ bộ ổn định điện áp bằng IC, cần phải tham khảo trang số liệu kỹ thuật của nhà sản xuất. 4. nguồn dịng nối tiếp
  55. 4.1 Nguyên lý Vì mạch ổn định điện áp theo nguyên lý nguồn dịng song song thường chỉ cĩ thể đáp ứng được với cơng suất làm việc rất nhỏ nên khơng thể đáp ứng được các yêu cầu cung cấp với cơng suất lớn Để cĩ thể ổn định điện áp đối với các nguồn cung cấp cơng suất lớn thì cần phải áp dụng một nguyên lý khác đĩ là phương pháp nguồn dịng nối tiếp. Nguyên lý này được minh hoạ sơ đẳng theo hình dưới đây: Theo hình bên, R được gọi là tải của nguồn cung cấp và điện áp trên tải được gọi là VSupply, điện áp cung cấp tại nguồn là VCC. Khi đĩ, ta thấy rằng điện trở hiệu chỉnh điện áp cho tải chính là R1 và tồn mạch điện sẽ trở thành một mạch nối tiếp bao gồm R và R1. Điện trở hiệu chỉnh R1 lúc này vừa cĩ vai trị hiệu chỉnh điện áp cho tải và vừa giữ vai trị là ghánh của mạch nguồn. Vì thế, khả năng hiệu chỉnh điện áp của mạch nguồn nối tiếp là linh hoạt và cĩ thể đáp ứng với cơng suất lớn hơn so với nguyên lý nĩi trên. Theo hình minh hoạ nĩi trên, căn bản của mạch ổn định điện áp được xác định bởi các hệ thức dưới đây : Điện áp ra VSupply trên tải: Vsupply = VCC – VS (20) Trong đĩ, VSđược xác định bởi: VS = I.R1 (21) Với I là cường độ dịng điện qua tồn mạch điện và được xác định bởi: I = VCC/(R1 + R) (22) Lúc này ta thấy rằng, cường độ dịng điện mạch chính cũng chính là cường độ dịng điện cung cấp cho tải, trong lúc đối với mạch theo nguyên lý nguồn dịng song song thì dịng điện cung cấp cho tải cũng chỉ là một trong hai dịng điện mạch rẽ nên hiệu suất cung cấp và ổn định theo nguyên lý nguồn dịng song song sẽ thấp hõn so với nguyên lý nguồn dịng nối tiếp. Vì thế, sự hiệu chỉnh điện áp của mạch được xác định bởi: VSupply = VCC – VS = VCC[1 – R1/(R1 + R)] (23) Hay nĩi cách khác là để hiệu chỉnh điện áp cung cấp cho tải thì vai trị của R1 cần phải được thể hiện một cách linh hoạt bằng cách luơn thay đổi giá trị theo các biến đổi của tải sử dụng cũng như của nguồn cung cấp 4.2 Hiệu suất Điều quan trọng nhất của mạch nguồn chính là khả năng ổn định điện áp cũng như hiệu suất cung cấp điện cho tải và được xác định bởi: η = (VCC – VSupply).100%/VCC (24) Theo mạch nguyên lý nĩi trên ta thấy rằng mạch nguồn dịng nối tiếp chỉ cĩ hai phần tử nối tiếp gồm tải và phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp (phần tử này
  56. vừa đảm nhiệm vai trị của ghánh) nên khơng cĩ hiệu suất mạch rẽ như đối với nguồn dịng song song. Vì thế, hiệu suất của nĩ sẽ cao hơn so với hiệu suất của mạch nguồn dịng song song. Tuy nhiên, hiệu suất của các mạch nguồn dịng song song trên thực tế trong chế độ động cũng khơng bao giờ vượt quá 60% (nếu muốn hiệu suất nguồn càng cao thì cần phải hy sinh độ ổn định tức là chỉ cho phép khoảng thay đổi của điện áp vào hẹp – tức là độ biến của điện áp vào nhỏ). 4.3 Mạch căn bản • Nguồn thụ động Kiểu nguồn được đưa vào sử dụng lâu đời nhất và thơng dụng nhất là kiểu nguồn ổn áp thụ động. Ta sẽ hiểu khái niệm thụ động của mạch nguồn theo hình minh hoạ dưới đây: Hệ thống khối Mạch ổn định điện áp theo nguyên lý nguồn dịng nối tiếp thụ động cĩ hai bộ phận chính gồm bộ tạo điện áp chuẩn VREF và một bộ khuyếch đại cường độ dịng điện (theo sự mơ tả ở hình trên). Vì bộ tạo điện áp chuẩn (thường được tạo bởi một nguồn dịng song song) chỉ cĩ thể tạo ra một điện áp ổn định nhưng chỉ cĩ khả năng ổn định với một độ biến thiên cường độ rất nhỏ nên để cĩ thể tạo được khoảng biến đổi rộng của cường độ dịng điện thì cần phải cĩ bộ khuyếch đại cường độ dịng điện như minh họa trên. Mạch nguồn thụ động hoạt động dựa vào một nguyên tắc cơ bản của transistor đĩ là khi hiệu điện thế trên tiếp giáp B – E tăng lên thì cường độ dịng điện của tiếp giáp C – E sẽ tăng lên sao cho nĩ cĩ thể làm giảm được hiệu điện thế trên tiếp giáp B – E. Trên cơ sở đĩ, ta cĩ thể giải thích sự hoạt động của mạch nĩi trên như sau: Cực Base của Q1 được cung cấp một điện thế chuẩn VREF do một nguồn dịng song song được tạo bởi R1 và Zener D1 cùng với tiếp giáp (B – E) của Q1. Tức là được tạo bởi 3 phần tử cơ bản gồm R1 là ghánh điện áp, Zener D1 là phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp và trở kháng mạch vào của Q1 (thơng qua tiếp giáp B – E) là tải của mạch nguồn dịng song. Q1 được gọi là linh kiện khuyếch đại cơng suất cho nguồn, vì trong mạch nguồn này Q1 cĩ nhiệm vụ khuyếch đại cường độ dịng điện IB do mạch ổn áp được tạo bởi D1 và R1. Hơn nữa, với cường độ dịng điện qua Q1 là sẽ bằng
  57. đúng cường độ dịng điện cấp cho tải là I, tức là: IE = I Hơn nữa, ta lại thấy rằng, điện áp ra cung cấp cho tải là VSupply sẽ được xác định bởi điện áp nguồn cung cấp đầu vào VCC và sụt áp VS trên Q1: VSupply = VCC – VS Điều đĩ cĩ nghĩa là nếu khi điện áp vào VCC tăng lên thì sụt áp VS trên Q1 cũng phải tăng lên sao cho điện áp ra trên tải luơn được giữ nguyên. Với cường độ I và điện áp rơi VS trên Q1 (tức là sụt áp trên Q1), nĩ sẽ tạo ra một cơng suất ghánh (hay cịn gọi là cơng suất rơi và cũng cịn được gọi là cơng suất tổn thất ) PS trên Q1 và được xác định bởi: PS = VS.IE = VS.I = (VCC – VSupply). Mà vì thế, ta gọi Q1 là cơng suất nguồn vì nĩ ghánh chịu và điều tiết phần lớn cơng suất của nguồn. Cơng suất rơi Ps trên Q1 sẽ gây ra nhiệt tiêu tán trên Q1 và làm nĩng Q1 nên Q1 phải là linh kiện cĩ khả năng chịu cơng suất rất lớn. Ta hãy lần lượt xét các chế độ làm việc của Q1 như sau: Điện thế của cực Emmitter của Q1 được tạo bởi sụt áp của nĩ lên tải là VSupply sao cho hiệu điện thế UBE được xác định bởi: UBE = VB – VE = VREF – VSupply (25) Trong đĩ, VSupply là hiệu thế được tạo bởi VCC và sụt áp trên transistor Q1. Mặt khác, nĩ cịn được xác định bởi hệ thức tương đương: VSupply = I.R (26) Với R là điện trở mạch ngồi tương đương của tải, I là cường dộ dịng điện mạch chính và được xác định bởi các hệ thức dưới đây: I = IE = IC + IB ≈(β+ 1).IB (27) Trong đĩ, IE: Cường độ dịng điện do Emmitter của Q1 tạo ra, IC: Cường độ dịng điện do nguồn cung cấp cho cực Collector của Q1 và IB: Cường độ dịng điện do điện thế chuẩn VREF cung cấp cho cực Base của Q1.β: Hệ số khuyếch đại cường độ dịng điện của Q1.IB = UBE/re (28) Trong đĩ, re: Nội trở đầu vào của Q1 do tiếp giáp B – E và được xác định bởi hệ thức thực nghiệm: re ≈ 26,5mV.β/IC (29) Theo hệ thức đĩ, ta thấy một điều rất hay rằng, trở kháng đầu vào re của Q1 càng bị giảm nếu IC càng tăng nên hiệu điện thế UBE được xác định bởi tích số của IB và re sẽ giảm đi hay nĩi cách khác là UBE gần như khơng thay đổi khi IC thay đổi. Từ các hệ thức nĩi trên cho thấy rằng nếu UBE tăng thì cường độ IC cũng sẽ phải tăng lên nên điện áp trên tải được tạo bởi IC.R tải sẽ tăng lên sao cho UBE bị giảm đi và phải được giữ nguyên với một giá trị khơng đổi vào khoảng 0,6 † 0, 7V với một độ biến thiên rất nhỏ nên điện áp ra trên tải gần như được giữ rất ổn định và được xác định bởi: VSupply = VREF – VBE ≈VREF – 0,7V (30) Theo các hệ thức nĩi trên ta thấy rõ nguyên tắc thụ động của mạch nguồn này ở chỗ là Q1 khơng tự chủ động điều chỉnh điện áp cho tải mà là do tải tiêu thụ làm thay đổi điện áp ra VSupply và làm cho điện áp UBE thay đổi và vì thế cường độ IC của Q1 cũng bị thay đổi theo sao cho nĩ sẽ làm cho sụt áp trên tải thay đổi chống lại sự thay đổi của điện áp trên tải (điện áp trên tải bị thay đổi do tải thay đổi mức tiêu thụ hoặc do VCC bị thay đổi). Cũng theo các hệ thức nĩi trên, nguồn thụ động chỉ phù hợp với các tải cĩ cơng suất nhỏ hoặc chỉ cho
  58. phép với một độ thay đổi nhỏ của dịng tiêu thụ cũng như một khoảng thay đổi hẹp của điện áp đầu vào VCC. Sai số điện áp tối đa ở đầu ra của loại nguồn này (được xác định theo phương pháp thực nghiệm) cho phép trong khoảng ± 0,5VP – P. Tức là: VSupply = VREF – VBE ±0,5VP – P (31) 5. Tìm hiểu nguyên lý ổn dịng của mạch buck converter và thiết kế mạch nguổn ổn dịng sử dụng IC LM2576 5.1 Nguyên lý làm việc của mạch buck converter. U1 1 2 2 1 D1 Uout Uin MOSFET Rs L2 INDUCTOR Hình 1: mạch nguyên lý buck converter */ Buck converter là bộ biến đổi mà điện áp đầu ra nhỏ hơn điện áp đầu vào hay cịn được gọi là bộ biến đổi giảm áp ( step-down converter). Hình 1 là sơ đồ nguyên lý của buck converter, Mosfet hoạt động như một cơng tắc(van) nĩ đĩng cắt bằng xung điều khiển ( xung vuơng ) với một bộ điều khiển tạo ra xung điều khiển cĩ tần số đĩng cắt lớn cấp cho mosfet.Ở đây ta sử dụng bộ điều chế PWM ( Pulse Width Modutlation). Gọi T là một chu kỳ chuyển mạch,t1 là thời gian van đĩng mạch (on-time) và t2 là thời gian van mở mạch ( off-time). T=t1+t2. Hệ số (giữa thời gian đĩng mạch ( on-time) và chu kỳ chuyển mạch T ) được gọi là chu kì nhiệm vụ ( duty cycle). ( H2) +/ trong khi on-time của van thì điện áp V1 bằng Vin, Điot D sẽ bị phân cực ngược và khĩa lại,khi đĩ dịng điện Iv sẽ qua cuộn cảm và cuộn cảm L sẽ nạp năng lượng ( giữ lại thành phần xoay chiều ) .Khi van off-time thì cuộn cảm L phĩng điện chống lại sự giảm đột ngột dịng điện trong mạch và tiếp tục dẫn dịng điện đi qua tải ,đi qua Rs và diode, kết quả điện áp V1 bằng 0. Trong thời gian van off-time thì điện áp V1 bằng 0 nhưng dịng điện IL vẫn khơng giảm về 0.Đây được gọi là chế độ continuous mode. +/ ở chế độ này điện áp ra phụ thuộc vào thời gian đĩng và mở của van Vout= *Vin +/ dịng điện qua cuộn cảm cĩ dạng xung tam giác giá trị trung bình của nĩ được xác định bởi tải. Độ dao động dịng điện IL = Imax-Imin ,phụ thuộc vào L, và nĩ cĩ thể tính tốn nhờ định luật Faraday. V=L => ∆i= *V*∆t => ∆IL= (Vin-Vout)*t1= Vout(T-t1) Với Vout= *Vin và chọn tần số f cho chế độ continuous mode ta cĩ :
  59. ∆IL= (Vin-Vout)* (*) */ tính tốn giá trị cho cuộn cảm L - tính chọn cuộn cảm cĩ một vấn đề xảy ra là nếu chọn ∆IL rất nhỏ thì cuộn cảm L phải cĩ giá trị rất lớn để cĩ độ đập mạch tốt. Và để tạo ra cuộn cảm cĩ giá trị lớn thì sẽ nặng và đắt. Nếu chọn ∆IL nhỏ thì dịng điện điều khiển đĩng mostfet sẽ rất lớn . Bởi vậy người ta thường lấy ∆IL=10%Iout. L= ( Vin-Vout)* Hình 2: đồ thị điện áp và dịng điện của mạch buck converter +/ Để điều khiển sự đĩng mở của van thì ta cĩ nhiều cách tạo ra xung vuơng điều khiển nhưng thơng dụng nhất và ta sử dụng ở đây đĩ là giữ nguyên chu kì T và thay đổi thời gian mở xung t1. +/ Nguyên tắc ổn dịng sử dụng buck converter là ta tạo ra thời gian đĩng và mở van ( hay độ rộng xung điều khiển vào mostfet) sao cho khi dịng điện tăng cao vượt giá trị ngưỡng thì ta phải đĩng van lại ngắt dịng điện qua van,khi đĩ thì cuộn cảm L sẽ phĩng điện qua tải (Load)và Rs và điốt => dịng khơng tăng lên mà cũng khơng giảm về 0. Khi dịng giảm xuống giá trị Imin thì ta phải mở van cho dịng điện qua van vừa nạp phần xoay chiều lên cuộn cảm và tăng dịng điện khơng cho giảm quá giá trị ngưỡng. Để làm được điều này ta sử dụng IC UC3842. 5.2 Thiết kế và tính tốn mạch nguyên lý nguồn ổn dịng sử dụng LM2576 5.2.1 giới thiệu về lm2576 LM2576 là loại IC nguồn switching rất thơng dụng trên thị trường và cĩ khả năng hoạt động được với điện áp vào lên tới 40V đối với các loại thơng thường hoặc tới 57V đối với loại LM7526HV (đuơi „HV‟ kèm theo cĩ nghĩa là High Voltage tức là điện áp cao).
  60. Hình ảnh Sơ đồ chân 1. Điện áp vào 2. Điện áp ra 3. Cực âm chung cho cả điện áp ra và điện áp vào 4. Hồi tiếp điện áp để hiệu chỉnh điện áp vào và ra 5. Cho phép đĩng hoặc mở nguồn Các họ LM2576 · LM2576-3.3 là loại IC ổn áp Switching cho điện áp đầu ra đúng bằng 3.3 V tương tự ta cĩ các loại LM2576-5 ,LM2576-12 ,LM2576-15 với điện áp đầu ra lần lượt là 5V,12V,15V. · LM2576-adj là loại IC ổn áp Switching cho phép điều chỉnh điện áp ra từ 12,5V đến 33V tùy yêu cầu sử dụng · LM2576-HV là loại chịu được điện áp đầu vào lớn Một số tính năng chính của LM2576 · Điện áp đầu ra của các seri là 3.3V , 5V , 12V , 15V ,và điện áp điều chỉnh · Điện áp điều chỉnh là từ 3.3V đến 33V với điện áp đầu vào lớn nhất · Dịng đầu ra định mức là 3A · Điện áp đầu vào định mức là 40V cĩ thể lên đến 60V tùy từng dịng seri · Chỉ giao tiếp với 5 chân đầu vào ra · Tần số đĩng cắt chuẩn 52 Khz
  61. · Hiệu suất cao · Bảo vệ quá dịng và quá nhiệt Sơ đồ cấu tạo LM2576 Hình 3 : sơ đồ cấu tạo LM2576,nguyên tắc dựa theo nguồn xung(nguồn buck) . điện áp đầu ra luơn được điều chỉnh liên tục để đảm bảo điện áp đầu ra luơn ở trong một khoảng cố định.Trong sơ đồ cấu tạo thì LM2576 gồm các khối: so sánh,tạo dao động,cơng suất,quá dịng + Chân 1 (Vin ) : chân nguồn đầu vào + Chân 2 (Vout) : chân điện áp đầu ra,tùy vào từng seri + Chân 3 (GND) : chân nguồn chung + Chân 4 (Feedback) :chân đưa tín hiệu phản hồi từ đầu ra về đầu vào,đưa vào bộ so sánh để điều chỉnh điện áp + Chân 5(on/off) :chân đĩng mở Thơng số của LM2576
  62. Điện áp đầu vào + LM2576 : 45V + LM2576HV : 60V · Dịng điện đầu ra : 3A · Dải nhiệt độ hoạt động -650C đến 1500C · Điện áp ổn định đầu ra : + LM2576HVS-3.3 : 3.3V + LM2576HVS-5.0 : 5V + LM2576HVS-12 : 12V + LM2576HVS-15 : 15V + LM2576HVS-ADJ : ADJ (1.25V ~ 37V)
  63. 5.2.2 Thiết kế mạch ổn nguồn sử dụng LM2576 Sơ đồ mạch Hình 4 : Sơ đồ mạch nguyên lý nguồn ổn dịng sử dụng sử dụng IC LM2576HV-ADJ Với thơng số của mạch như sau : R1=1.2 kΩ ; R2=47 kΩ C1=100µF ; C2=220 µF L1=150 µH ; D1=1N5822 Mạch ổn áp cĩ điện áp vào là 55v Điện áp ra cĩ thể điều chỉnh được từ 1.23 đến 50v Với Vout = 1.23(1+R2/R1) R1=1 đến 5KΩ R2=R1(Vout/1.23 - 1) Dạng sĩng các chân:
  64. Bảng giá trị điện áp ra với trị số điện trở R2 tương ứng: Kết luận Trong quá trình thực hiện đồ án em được sự hướng dẫn tận tình,hiệu quả của thầy giáo – Th.s Đỗ Anh Dũng và các thầy cơ giáo trong bộ mơn đã giúp em hồn thành đồ án.
  65. Trong đồ án trên em đã thực hiện một số điều : Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động đèn Led. Phân tích ưu nhược điểm một số loại LED chiếu sáng thơng dụng trên thị trường. LED Xenon, LED Cree. Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động các mạch ổn áp nguồn ngắt mở.Các mạch nguồn dịng cơ bản. Trong thời gian làm đề tài mặc dù đã cố gắng nghiên cứu học hỏi nhưng do kiến thức hạn hẹp của bản thân nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sĩt em kính mong được sự phê bình và đĩng gĩp của các thầy cơ trong bộ mơn để đồ án được hồn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn !
  66. Tài Liệu Tham Khảo 1. Nguyễn Viết Nguyên (2005), kỹ thuật mạch điện tử Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2. Phạm Minh Hà (1997) , giáo trình kỹ thuật mạch điện tử Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 3. Tài liệu trên internet