Nghiên cứu giải pháp thiết kế bộ nguồn cao dùng trong thiết bị điện tử

i học Giao thông Vận tải đã nhiệt tình giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi để lớp Cao học Điện tử – Viễn Thông K11, nói chung, và tác giả, nói riêng, hoàn thành khoá học của mình. Xin cám ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện tử, đặc biệt là TS. Nguyễn Thanh Hải - ng−ời h−ớng dẫn khoa học trực tiếp cho luận văn tốt nghiệp này. TS. Nguyễn Thanh Hải không chỉ gợi ý đề tài mà còn đ−a ra nhiều ý kiến quý báu để tác giả có thể giải quyết đ−ợc những vấn đề khó khăn nảy sinh trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè, những ng−ời đã động viên và tạo mọi điều kiện để tác giả có thể đầu t− tối đa thời gian và công sức hoàn thành công việc của mình. Xin chân thành cám ơn ! Tác giả 1 Mục lục Danh mục một số từ viết tắt Mở đầu Ch−ơng 1 Tổng quan chung và các yêu cầu của bộ nguồn trong thiết bị điện tử 1.1. Tổng quan chung................................................................................... 7 1.1.1. Vị trí và tầm quan trọng của bộ nguồn trong hệ thống ...... 7 1.1.2. Các loại nguồn sử dụng trong thiết bị điện tử...................... 7 1.2. Đánh giá các ph−ơng án thiết kế nguồn ổn định ............. 9 1.2.1. Bộ nguồn ổn định tuyến tính.................................................. 9 1.2.2. Bộ nguồn chuyển mạch ........................................................ 13 1.3. Các yêu cầu của bộ nguồn chuyển mạch ............................. 15 1.3.1. Khối lọc nhiễu đầu vào ......................................................... 15 1.3.2. Khối nắn và lọc sơ cấp .......................................................... 16 1.3.3. Khối chuyển mạch tần số cao, nắn và lọc thứ cấp ............. 17 1.3.4. Khối điều khiển ..................................................................... 17 Ch−ơng 2 Bộ biến đổi điện áp DC/DC 2.1. Ph−ơng pháp biến đổi điện áp DC/DC.......................................... 19 2.1.1. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ A ............................ 20 2.1.2. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ B.............................. 21 2.1.3. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ C ............................. 22 2.1.4. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ D ............................. 22 2.1.5. Mạch ngắt quãng hoạt động ở cả 4 chế độ ......................... 23 2.2. Các bộ biến đổi điện áp DC/DC........................................................ 24 2.2.1. Bộ biến đổi thế hệ thứ nhất .................................................. 24 2.2.2. Bộ biến đổi thế hệ thứ hai..................................................... 33 2.2.3. Bộ biến đổi thế hệ thứ ba...................................................... 34 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 2 2.2.4. Bộ biến đổi thế hệ thứ t− ...................................................... 35 2.2.5. Bộ biến đổi thế hệ thứ năm .................................................. 36 2.2.6. Bộ biến đổi thế hệ thứ sáu .................................................... 36 Ch−ơng 3 Các giải pháp thiết kế bộ nguồn chuyển mạch 3.1. Mục đích và yêu cầu........................................................................... 38 3.2. Thiết kế khối công suất ................................................................. 39 3.2.1. Bộ chuyển mạch Buck .......................................................... 39 3.2.2. Bộ chuyển mạch Boost.......................................................... 42 3.2.3. Bộ chuyển mạch kiểu đẩy - kéo ........................................... 46 3.2.4. Bộ chuyển mạch cầu bán phần............................................ 52 3.2.5. Bộ chuyển mạch cầu toàn phần........................................... 55 3.3. Thiết kế khối điều khiển................................................................. 58 3.3.1. Giới thiệu chung .................................................................... 58 3.3.2. Nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM) .......................... 59 Ch−ơng 4 Mô phỏng 4.1. Giới thiệu chung về các phần mềm mô phỏng................... 62 4.1.1. Phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink.............................. 62 4.1.2. Phần mềm thiết kế mạch điện tử ......................................... 64 4.1.3. Giới thiệu một số họ IC điều khiển công suất thông dụng 65 4.2. Xây dựng mô hình mô phỏng......................................................... 67 4.2.1. Giới thiệu chung .................................................................... 67 4.2.2. Tính toán thông số và lựa chọn linh kiện cho từng đầu ra69 4.3. Đánh giá và thí nghiệm kết quả trên mô hình mô phỏng.................................................................................................................. 88 4.3.1. Mô phỏng cho mạch đơn ...................................................... 88 4.3.2. Mô phỏng cho mạch tổng hợp: ............................................ 88 Tài liệu tham khảo ................................................................................. 92 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 3 Danh mục Một số từ viết tắt AC Xoay chiều AC/AC Biến đổi điện áp xoay chiều sang xoay chiều AC/DC Biến đổi điện áp xoay chiều sang một chiều BJT Transistor l−ỡng cực DC Một chiều DC/AC Biến đổi điện áp một chiều sang xoay chiều DC/DC Biến đổi điện áp một chiều sang một chiều EMI Nhiễu điện từ FET Transistor hiệu ứng tr−ờng IC Vi mạch tích hợp PTHC Phần tử hiệu chỉnh PWM Bộ điều chế độ rộng xung RFI Nhiễu cao tần SMPS Bộ mguồn chuyển mạch Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 4 mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài Kỹ thuật cấp nguồn là kỹ thuật liên quan tới việc cung cấp năng l−ợng điện cho các thiết bị sử dụng. Điều này có tính quan trọng sống còn đối với ngành công nghiệp điện tử. Các bộ chuyển đổi dạng năng l−ợng điện đ−ợc chia thành 4 loại là: ƒ Biến áp biến đổi AC / AC ƒ Bộ chỉnh l−u biến đổi AC/DC ƒ Bộ nghịch l−u biến đổi DC/AC ƒ Bộ biến đổi DC/DC Trong đó, biến áp và bộ chỉnh l−u khá đơn giản, chúng xuất hiện từ rất lâu và đ−ợc nghiên cứu đầy đủ từ lý thuyết tới xây dựng mạch thực tế. Tới nay vấn đề này có thể coi nh− đã đ−ợc hoàn thiện. Còn bộ nghịch l−u và bộ biến đổi DC/DC còn rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu. Bộ biến đổi DC/DC (cơ sở để xây dựng bộ nguồn chuyển mạch chất l−ợng cao và bộ điều khiển động cơ một chiều) xuất hiện sau một thời gian dài và mặc dù phát triển không ngừng kể từ khi ra đời nh−ng lý thuyết về chúng còn rất ít mà hầu hết ở dạng những bài báo đ−a ra các sơ đồ mạch cụ thể mà các nhà nghiên cứu tìm ra để đáp ứng đ−ợc yêu cầu của ứng dụng nhất định nào đó. Tr−ớc thực tế đó, tác giả luận văn này mạnh dạn đi sâu nghiên cứu về lý thuyết của việc chuyển đổi DC/DC, trên cơ sở ấy đ−a ra các giải pháp thiết kế nguồn chuyển mạch. Để minh chứng cho lý thuyết một cách trực quan và sinh động hơn, luận văn có xây dựng phần mô phỏng cho một ứng dụng cụ thể. Sau khi hoàn thành, luận văn sẽ góp phần làm rõ lý thuyết cũng nh− cho biết một số điều chỉnh thực tế của việc thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử. 2. Tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài Vấn đề nghiên cứu nguồn chuyển mạch là một vấn đề không mới nh−ng có thể nói là rất khó vì chúng thay đổi rất nhanh nhằm đáp ứng những đòi hỏi ngày càng phức tạp của thực tế. Mặc dù mang tính thực tiễn và ứng dụng rất cao nh−ng nghiên cứu lý thuyết về nguồn chuyển mạch thì còn thiếu rất nhiều. Mặt khác, do tính cạnh tranh về th−ơng mại mà các nhà sản xuất có Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 5 thể đ−a ra sản phẩm nh−ng không hề công bố lý thuyết kèm theo. Vì vậy, những ng−ời dùng khi cần sửa chữa hoặc muốn tự thiết kế theo yêu cầu riêng là rất khó khăn. Các đề tài nghiên cứu trong n−ớc hầu nh− không có, tất nhiên không kể tới những tài liệu nói về điện tử công suất cơ bản. Trên thế giới có rất ít ng−ời nghiên cứu chuyên sâu về vấn đề này. Tài liệu chỉ ở dạng các bài báo đăng trên tạp chí IEEE về các kỹ thuật liên quan tới bộ nguồn chuyển mạch nh− kỹ thuật DC/DC, hoặc sơ đồ mang tính giới thiệu của các hãng sản xuất (nếu lắp ráp nh− vậy phần lớn mạch không hoạt động và cũng không có cơ sở để lựa chọn linh kiện hay thay đổi cấu hình) . Tuy vậy, cũng có tài liệu nói tới việc thiết kế nh−ng lại theo kinh nghiệm là chủ yếu. 3. Mục đích, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận văn Mục đích: Luận văn có mục đích tìm hiểu các kỹ thuật cơ bản để thiết kế nguồn chuyển mạch chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử. Nhiệm vụ: Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ sở lý thuyết của nguồn chuyển mạch chất l−ợng cao. Đ−a ra một số giải pháp thiết kế bộ nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử. Mô phỏng kết quả nghiên cứu lý thuyết bằng một số phần mềm mô phỏng để minh hoạ trực quan cho lý thuyết và thuận tiện cho việc cải tiến và điều chỉnh mạch (xây dựng mạch cho một ứng dụng cụ thể). Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu các kỹ thuật cơ bản liên quan tới nguồn chuyển mạch. Thiết kế và mô phỏng một bộ nguồn chuyển mạch cho một ứng dụng cụ thể. 4. Cơ sở lý luận và ph−ơng pháp nghiên cứu của luận văn Cơ sở lý luận: Luận văn đ−ợc nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết kỹ thuật mạch điện tử, điện tử công suất, hệ thống điều khiển có phản hồi … Các bài báo, tài liệu khoa học … Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 6 H−ớng dẫn sử dụng các phần mềm mô phỏng nh− Matlab, LTspice, SW Cad III, BodeCad, Swift Desinger, TPS 40 Desinger, LoPwrDC Desinger … Ph−ơng pháp nghiên cứu: Chủ yếu là ph−ơng pháp tổng hợp và phân tích trên cơ sở lý thuyết đã có. Ngoài ra, còn thống kê, so sánh để lựa chọn ph−ơng án tối −u. 5. Đóng góp về mặt khoa học của luận văn Giới thiệu và làm rõ lý thuyết cơ bản về nguồn chuyển mạch. Xây dựng thử nghiệm công cụ thiết kế nguồn chuyển mạch một cách nhanh chóng và tiện lợi nhờ phần mềm mô phỏng. 6. ý nghĩa thực tế của luận văn Cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc phân tích và thiết kế bộ nguồn chuyển mạch. Đánh giá chất l−ợng và hiệu suất với loại nguồn chuyển mạch. 7. Kết cấu của luận văn Luận văn gồm 4 ch−ơng với 3 ch−ơng lý thuyết và một ch−ơng trình bày phần mô phỏng. Ngoài ra còn có phần mở đầu và danh mục tài liệu tham khảo. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 7 Ch−ơng 1 Tổng quan chung và các yêu cầu của bộ nguồn trong thiết bị điện tử 1.1. Tổng quan chung 1.1.1. Vị trí và tầm quan trọng của bộ nguồn trong hệ thống Nguồn điện trong các hệ thống điện tử đóng vai trò hết sức quan trọng. Đó là nơi cung cấp năng l−ợng điện cho hệ thống hoạt động cũng nh− trái tim cung cấp máu đi nuôi cơ thể. Vì vậy có thể nói rằng việc tạo ra bộ nguồn chất l−ợng cao có vai trò quyết định tới sự sống còn của cả hệ thống. Các hệ thống điện tử ngày nay đều sử dụng năng l−ợng của dòng điện một chiều, việc cấp nguồn một chiều có thể thực hiện bằng cách sử dụng các nguồn pin, acquy, pin mặt trời nh−ng các nguồn này không có tính ổn định (nguồn yếu đi sau một thời gian hoặc phụ thuộc quá nhiều vào điều kiện bên ngoài). Do đó, với các hệ thống yêu cầu hoạt động tin cậy trong một thời gian dài thì yêu cầu bộ nguồn phải đảm bảo về độ ổn định cao và phạm vi ổn định rộng. Để đáp ứng đ−ợc yêu cầu đó các bộ nguồn dùng trong thiết bị điện tử đều sử dụng ph−ơng án tối −u là lấy nguồn cung cấp chính từ đ−ờng dây điện lực, đồng thời kết hợp với nguồn dự phòng là pin hoặc máy phát điện. Tuy nhiên, phần quan trọng nhất để quyết định tính ổn định của bộ nguồn lại không phụ thuộc vào cách dùng nguồn chính hay nguồn dự phòng vì sau đó chúng đều cần đi qua phần ổn định để đảm bảo đầu ra không đổi. Chúng ta sẽ làm rõ điều này ở các phần tiếp theo đây. 1.1.2. Các loại nguồn sử dụng trong thiết bị điện tử Cùng với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp điện tử, các bộ nguồn cũng liên tục đ−ợc thay đổi để đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao về chất l−ợng cũng nh− sự đa dạng trong mục đích sử dụng. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 8 Sự ổn định của nguồn cung cấp quyết định sự an toàn cho thiết bị, tăng sự chính xác trong hoạt động và kéo dài tuổi thọ của chúng, hiện nay việc ổn định này đ−ợc thực hiện hoàn toàn tự động với chất l−ợng rất cao. Hình 1. 1: Sơ đồ khối đơn giản của một bộ nguồn Khối 1: Biến áp Khối 2: Nắn và lọc sơ cấp Khối 3: Nguồn dự phòng Khối 4: Bộ ổn định Từ sơ đồ trên có thể thấy rất rõ là sự khác biệt của các bộ nguồn để tạo ra chất l−ợng khác nhau chính là ở khối 4. Bộ ổn định. Khối 1 và 2 có một số sơ đồ thông dụng nh− hình d−ới đây: + - + - L dc UoRt + C2+ C1 ac Ui TR dc ac Ui UoRt + C2+ C1 R TR Hình 1. 2: Sơ đồ mạch chỉnh l−u và lọc nguồn Đầu vào ac 42 1 3 Đầu ra dc ổn định Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 9 Phần tử cơ bản trong bộ ổn định đ−ợc gọi là phần tử hiệu chỉnh (PTHC). Dựa vào phần tử này ta có thể phân loại các bộ nguồn nh− sau: + Dựa vào cách mắc phần tử hiệu chỉnh với tải, ta có bộ nguồn ổn định song song và bộ ổn định nối tiếp. + Dựa vào loại dòng điện mà bộ ổn định làm việc, ta có bộ nguồn ổn định xoay chiều và bộ nguồn ổn định một chiều. + Dựa vào đặc tính làm việc của PTHC, ta có bộ ổn định liên tục (tuyến tính) và bộ ổn định ngắt quãng (bộ ổn định chuyển mạch). Sau đây ta chỉ xét một số mạch ổn định tuyến tính và mạch ổn định chuyển mạch để thấy đ−ợc −u nh−ợc điểm của từng loại mà lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu. 1.2. Đánh giá các ph−ơng án thiết kế nguồn ổn định 1.2.1. Bộ nguồn tuyến tính Nh− đã nói ở phần trên sự khác nhau cơ bản của các bộ nguồn chính là ở PTHC. Vì vậy trong phần này ta sẽ xét tới một số sơ đồ điển hình với PTHC khác nhau để nhận ra đ−ợc −u khuyết điểm của bộ nguồn tuyến tính. 1.2.1.1. Phần tử hiệu chỉnh mắc song song với tải Bộ ổn định này khá đơn giản, PTHC là diode Zene hoặc điện trở nhiệt Tecmitto đ−ợc mắc song song với tải theo sơ đồ nh− hình d−ới đây: Rcb + Hình 1. 3: Sơ đồ ổn định dùng diode Zene và Tecmitto Vo ổn định Vi không ổn định - + - T Vo ổn định Vi không ổn định + - RtD ZENER Rcb + R Rt Rdc - Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 10 Trong sơ đồ thứ nhất, nội trở của diode Zene giảm theo sự gia tăng của điện áp ng−ợc đặt vào, khi đó Uz = Iz . Rz ≈ const, tức là giữ cho điện áp giữa hai đầu điện trở tải Rt ổn định. Trong sơ đồ thứ hai, nhiệt trở RT đ−ợc chế tạo bằng chất bán dẫn có hệ số nhiệt âm, khi nhiệt độ tăng 1000C thì điện trở bản thân của RT giảm xuống từ 20 – 400 lần. Khi điện áp đầu vào tăng thì dòng cũng tăng làm cho nhiệt trở nóng lên, dẫn đến điện trở của nó giảm xuống, kết quả là tổng trở của nhánh RT, Rp song song với tải giảm xuống, sụt áp trên Rcb tăng và giữ cho Vo ổn định. Từ sơ đồ nguyên lý và hoạt động của các mạch trên có thể nhận thấy rằng chúng có −u điểm là đơn giản nh−ng khả năng ổn định của mạch hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất vật lý của vật liệu chế tạo linh kiện làm PTHC. Thêm nữa, các mạch này chỉ có thể tạo ra đ−ợc điện áp thấp ổn định từ điện áp cao hơn, tức là không thể nâng đ−ợc điện áp lên khi nó bị giảm. Mặt khác, bản thân các PTHC này làm tiêu hao một phần công suất khá lớn nên ảnh h−ởng tới hiệu suất của toàn mạch. 1.2.1.2. Phần tử hiệu chỉnh mắc nối tiếp với tải Bộ ổn định này còn gọi là bộ ổn định có hồi tiếp, khi đó hệ số ổn định cao và công suất ra lớn. Phần tử hiệu chỉnh Bộ khuếch đại Mạch hồi tiếp Bộ so sánh Nguồn chuẩn Ur Điện áp một chiều ổn định Uv Điện áp một chiều ch−a ổn định Tải Hình 1. 4: Sơ đồ khối của bộ ổn định có hồi tiếp PTHC đ−ợc điều khiển bằng tín hiệu một chiều từ bộ khuếch đại. Trong sơ đồ này PTHC là các BJT hoặc FET loại công suất làm việc ở chế độ khuếch đại, khi đó nội trở của chúng biến đổi theo điện áp ra, nếu bằng Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 11 cách nào đó điều khiển đ−ợc sự thay đổi của nội trở này ta sẽ làm cho điện áp trên tải ổn định. Mạch hồi tiếp lấy điện áp ra hoặc một phần điện áp ra đ−a về bộ so sánh. Bộ so sánh thực hiện việc so sánh điện áp ra của mạch hồi tiếp với nguồn điện áp chuẩn. Kết quả so sánh là điện áp một chiều đ−ợc đ−a tới PTHC sau khi qua bộ khuếch đại để tăng khả năng điều khiển. Nguồn chuẩn tạo ra điện áp ổn định không phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp vào hay điện áp ra để cung cấp cho bộ so sánh. Nguồn chuẩn th−ờng dùng diode Zene để tạo điện áp chuẩn ổn định. Để đánh giá −u nh−ợc điểm của bộ nguồn tuyến tính có hồi tiếp ta xét sơ đồ phổ biến sau đây: Vo Khuếch đại dòng Vref Bộ khuếch đại sai số Vi ac Io + R1 R2 Q1 + C D2 D1 T1 Hình 1. 5: Bộ nguồn tuyến tính có hồi tiếp Trong đó, Transistor hoạt động ở chế độ tuyến tính, có nội trở thay đổi để điện áp ra luôn là hằng số. Bộ khuếch đại sai số thực chất là bộ so sánh một phần điện áp ra (lấy qua bộ chia áp R1, R2) với điện áp chuẩn Vref. Điện áp ra của bộ khuếch đại sai số điều khiển cực gốc của BJT thông qua bộ khuếch đại dòng điện. Nếu điện áp ngõ ra tăng (do tăng điện áp ngõ vào hoặc do giảm dòng tải) thì điện áp cực phát của BJT tăng, trong khi điện áp cực gốc giảm vì tín hiệu hồi tiếp đ−a tới bộ so sánh là hồi tiếp âm, do đó nội trở của BJT tăng lên, sụt áp trên BJT tăng và điện áp ngõ ra giảm xuống. Điện áp mới đ−ợc tạo ra lại tiếp tục đ−ợc so sánh với điện áp mẫu tới khi đạt trạng thái cân bằng với điện áp mẫu. Nh−ng khi điện áp ngõ ra giảm, quá trình trên lại không diễn ra ng−ợc lại. Nh− vậy có thể thấy khuyết điểm rõ ràng của bộ ổn định tuyến tính có hồi tiếp là: Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 12 ƒ Chỉ tạo đ−ợc điện áp thấp từ điện áp cao hơn ƒ Ngõ vào và ngõ ra không đ−ợc cách ly về mặt một chiều ƒ Toàn bộ dòng tải qua transistor, transistor này làm việc liên tục ở chế độ tuyến tính nên tổn hao là quá lớn. Trong hầu hết các tr−ờng hợp sụt áp trên transistor là 2.5V đối với loại NPN và 1V đối với loại PNP. Khi điện áp DC thô lấy ra từ cuộn thứ cấp của biến áp đã đ−ợc chỉnh l−u, và sử dụng tụ lọc đủ lớn để lọc độ gợn sóng vô nghĩa, th−ờng chọn số vòng dây cuộn thứ cấp để điện áp thứ cấp đã chỉnh l−u là Vo + 2.5V khi ngõ vào AC ở mức dung sai nhỏ. Nh−ng khi điện áp AC có dung sai lớn thì sai lệch sẽ lớn hơn và tổn hao trên PTHC sẽ lớn hơn và do vậy hiệu suất cấp nguồn sẽ giảm đi. Để chứng minh cho điều này có thể xem xét ví dụ sau: Vo V Io A Vdc(min) V Vdc(max) V Vi sai(max) V Pi(max) W Po(max) W Tổn hao Qmax Hiệu suất Po/Pi(max) % 5 10 7.5 9.25 4.75 97.5 50 47.5 51.25 15 10 17.5 22.8 7.75 228 150 78 65.9 20 10 32.5 42.25 12.25 423 300 123 71 Bảng trên cho thấy các giá trị t−ơng ứng của mạch khi dung sai ngõ vào AC là ± 15%. Điện áp DC thô đ−ợc chọn là (Vo + 2.5V) khi điện áp ngõ vào AC ở mức dung sai nhỏ – 15%. Khi đó, đầu vào DC đạt giá trị cực đại là 1.3(Vo + 2.5V) khi điện áp ngõ vào AC ở mức dung sai lớn +15%. Ngoài ra, từ bảng đó cũng thấy rằng nếu điện áp ra Vo lớn thì hiệu suất cao hơn so với khi điện áp ra nhỏ. 1.2.1.3. Phần tử hiệu chỉnh là vi mạch tích hợp (IC) IC ổn áp có 3 cực: cực vào, cực ra và cực chung. Mỗi loại IC đ−ợc chế tạo với các mức điện áp ra chuẩn d−ơng hoặc âm, vì vậy mạch ổn định điện áp bằng IC cũng đ−ợc chia làm 2 loại là mạch ổn áp d−ơng và mạch ổn áp âm. Vi không ổn định Vo ổn định + + Vi không ổn định Vo ổn định - - + C2 + C1 IN COM OUT 79L05 + C2+ C1 IN COM OUT 78L05 Hình 1. 6: Sơ đồ mạch ổn áp d−ơng và âm dùng IC ổn áp Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 13 Vi mạch tích hợp đ−ợc sử dụng trong các bộ nguồn ổn định tuyến tính thực chất là một mạch bao gồm đầy đủ các thành phần của một sơ đồ ổn áp có hồi tiếp, có mạch hạn chế dòng và bảo vệ quá áp. Điều này khiến cho việc ổn định nguồn trở nên đơn giản và thuận lợi cho ng−ời sử dụng. Tuy nhiên, các mạch này th−ờng có dòng nhỏ (ví dụ hai loại 78L05 và 79L05 nh− hình trên chỉ cho dòng 100mA) vì khi dòng lớn (từ 3A trở lên) thì IC phải có vỏ bọc kim loại với giá thành cao và tổn hao bên trong của các transistor cũng khá lớn. Tóm lại, −u điểm lớn nhất của bộ nguồn ổn định tuyến tính là sự đơn giản trong sơ đồ, nh−ng nh−ợc điểm cơ bản lại t−ơng đối nhiều, có thể kể ra là: ƒ Sử dụng biến áp nguồn với tần số thấp (50 – 60Hz) nên kích th−ớc và trọng l−ợng lớn ƒ Tiêu thụ công suất lớn trên PTHC. Dòng phụ tải càng lớn, dải ổn định điện áp càng rộng thì PTHC tiêu thụ công suất càng lớn. Vì vậy, bộ nguồn tuyến tính chỉ làm việc với dòng ngõ ra nhỏ hơn 5A. ƒ Hiệu suất của mạch thấp (th−ờng từ 30% - 60%) ƒ Kích th−ớc của PTHC lớn vì phải toả nhiệt, mật độ công suất tải ra chỉ từ 0.2 – 0.3W/in3, nghĩa là t−ơng đối lớn với hệ thống nhỏ làm bằng IC. 1.2.2. Bộ nguồn chuyển mạch Vào cuối những năm 70 của thế kỷ 20, ng−ời ta đã tạo ra đ−ợc một loại nguồn ổn định mới là nguồn ngắt quãng (nguồn xung) hay còn gọi là nguồn chuyển mạch (SMPS – Switching Mode Power Supply). Bộ nguồn này làm việc với hiệu suất cao (từ 80 – trên 90%), dải điện áp làm việc rộng và kích th−ớc, trọng l−ợng nhỏ nhẹ. Sơ đồ khối của bộ nguồn chuyển mạch đ−ợc cho trong hình 1.7. Chú ý rằng sơ đồ này là sơ đồ đầy đủ với nguồn cấp ban đầu là nguồn điện l−ới xoay chiều, tuỳ những điều kiện cụ thể mà sơ đồ của bộ nguồn thực tế có thể không có một số khối. Ví dụ, nếu bộ nguồn chuyển mạch dùng pin hay acquy thì không cần có khối (1) – Khối lọc nhiễu đầu vào và (2) – Khối nắn và lọc sơ cấp. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 14 (5) (6)(9)(8) (7) (1) (2) (3) (4) (10) ố ề ể Hình 1. 7: Sơ đồ khối của bộ nguồn chuyển mạch Trong đó: 1). Lọc nhiễu tần số cao 2). Bộ nắn và lọc sơ cấp 3). Phần chuyển mạch chính 4). Bộ nắn và lọc thứ cấp 5). Hồi tiếp để lấy mẫu điện áp ra 6). Khuếch đại sai lệch của điện áp lấy mẫu và điện áp chuẩn (thực chất là bộ so sánh có khuếch đại) 7). Bộ tạo điện áp chuẩn 8). Bộ tạo xung tam giác 9). Bộ điều chế độ rộng xung 10). Bộ khuếch đại kích thích và đảo pha để điều khiển phần chuyển mạch chính. Tần số công tác của bộ nguồn xung (tần số chuyển mạch) th−ờng từ 10KHz đến 500KHz. Sở dĩ có giá trị này vì nếu tần số thấp thì khó lọc thứ cấp, kích th−ớc linh kiện (cuộn chặn, tụ lọc) lớn, giá thành cũng nh− kích th−ớc của nguồn tăng. Nếu tần số quá cao thì năng l−ợng điện sẽ phát xạ tại chỗ, khi đó năng l−ợng điện sẽ biến thành năng l−ợng từ tr−ờng, điện tr−ờng và nhiệt, làm giảm hiệu suất của bộ nguồn. Hơn nữa, trong dải tần 10KHz – 500KHz, biến áp dùng lõi ferit có độ từ thẩm hiệu dụng lớn, nên số vòng dây sẽ giảm đi rất nhiều, tức là giảm đ−ợc kích th−ớc và trọng l−ợng của biến áp, cuộn chặn so với bộ nguồn thông th−ờng có cùng công suất. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 15 Phần chuyển mạch chính sử dụng các BJT và MOSFET công suất lớn, tần số chuyển mạch cao, làm việc ở chế độ ngắt / mở nên tổn hao công suất rất nhỏ, toả nhiệt đơn giản. Từ các đặc điểm trên làm cho SMPS có các −u điểm v−ợt trội so với bộ nguồn tuyến tính nh− sau: ƒ Phần tử chuyển mạch tích cực hoạt động ở một trong hai chế độ đóng hoặc ngắt nên khả năng truyền tải công suất lớn hơn nhiều so với ở chế độ tuyến tính. Nhờ vậy hiệu suất cao (80 – 90%) trong khi các bộ nguồn tuyến tính có hiệu suất thấp (<60%) ƒ Không sử dụng biến áp nguồn 50/60Hz ở đầu vào, do vậy giảm thiểu kích th−ớc và trọng l−ợng của bộ nguồn. ƒ Dải làm việc ổn định rộng cho nhiều đầu ra khác nhau ƒ Độ bền và tuổi thọ cao, ƒ Kích th−ớc và trọng l−ợng nhỏ gọn. ƒ Giá thành rẻ. Tuy nhiên, có thể thấy ngay rằng SMPS có cấu trúc phức tạp và khi đo l−ờng các thông số cần chú ý tới nhiễu điện từ EMI Để đ−a ra những minh chứng sát thực hơn chúng ta sẽ phân tích kỹ cấu trúc cũng nh− hoạt động của SMPS ở các ch−ơng tiếp theo. Tuy nhiên, qua phân tích sơ bộ ở trên có thể khẳng định rằng SMPS là một bộ nguồn chất l−ợng cao. Phần còn lại của luận văn sẽ chỉ đề cập tới loại nguồn này, loại nguồn dùng trong thiết bị điện tử để đáp ứng đ−ợc yêu cầu ngày càng khắt khe về chất l−ợng cũng nh− cạnh tranh về giá cả. 1.3. Các yêu cầu của bộ nguồn chuyển mạch Nh− đã nói ở phần trên, SMPS bao gồm nhiều khối, vì vậy để đ−a ra đ−ợc yêu cầu của cả bộ nguồn một cách chi tiết ta sẽ phân tích nó theo sơ đồ khối để thấy đ−ợc các yêu cầu riêng của từng khối. 1.3.1. Khối lọc nhiễu đầu vào Cấu trúc: C2C1 Lch Hình 1. 8: Khối lọc nhiễu đầu vào Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 16 Khối này có nhiệm vụ lọc bỏ các nhiễu cao tần. Trong không gian có rất nhiều các nhiễu cao tần phát ra từ các thiết bị điện tử có nguồn phát xạ RFI. Thêm nữa, bản thân nguồn xung cũng là nguồn tạo ra các thành phần tần số cao gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh. Bộ lọc sẽ chặn lại các tín hiệu nhiễu đó không đ−a ra đ−ờng dây, đồng thời nó cũng chặn các xung nhiễu RFI từ ngoài không cho ảnh h−ởng tới bộ nguồn (đặc biệt là khối chuyển mạch) Bộ lọc gồm các tụ lọc cao tần và biến áp cao tần. Biến áp này có rất ít vòng dây, có nhiệm vụ chặn nhiễu cao tần đối xứng từ đầu vào và đầu ra nh−ng trở kháng của nó lại coi nh− bằng không với dòng cung cấp tần số 50 - 60Hz. Tụ lọc cao tần có điện dung chỉ vài chục nF, với nhiệm vụ lọc nhiễu cao tần không đối xứng từ đầu vào và đầu ra, trở kháng của các tụ này rất lớn (coi nh− ∞) với dòng cung cấp tần số 50 – 60Hz. Từ nhiệm vụ nh− trên của khối lọc nhiễu cao tần, ta thấy khối này cần đảm bảo: ƒ Cấu trúc nhỏ gọn ƒ Lọc RFI trong khi không gây ảnh h−ởng gì tới tần số cơ bản 50 – 60Hz ƒ Không gây suy giảm tín hiệu, không làm tổn thất năng l−ợng điện. 1.3.2. Khối nắn và lọc sơ cấp Bộ nguồn có đầu vào là nguồn AC nên phải có phần nắn và lọc sơ cấp tr−ớc khi đ−a vào phần chuyển mạch chính. Nguồn AC có thể là 1 pha hoặc 3 pha, tuy nhiên trong thiết bị điện tử do các bộ nguồn chỉ yêu cầu công suất nhỏ và vừa nên chỉ sử dụng nguồn AC 1 pha (220V, 50/60 Hz). Các sơ đồ thông dụng của khối này đã đ−ợc đề cập trong phần 1.1 của ch−ơng 1 nên ở đây chỉ nêu ra yêu cầu chất l−ợng cho khối nắn và lọc sơ cấp nh− sau: ƒ Tạo ra điện áp DC có độ ổn định tốt, tức là độ gợn sóng càng nhỏ càng tốt ƒ Các linh kiện, đặc biệt là diode phải có khả năng chịu điện áp ng−ợc và dòng điện ng−ợc lớn vì loại nguồn chuyển mạch không dùng biến áp, nghĩa là điện áp 220V AC đ−ợc trực tiếp chỉnh l−u nên các tham số này lớn hơn rất nhiều so với mạch có sử dụng biến áp nguồn. Tuy nhiên, công suất tổn hao d−ới dạng nhiệt của diode phải càng nhỏ càng tốt. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 17 Để loại bỏ các thành phần gợn sóng của điện áp ra sau khi nắn, cần sử dụng các mạch lọc nguồn. Nh−ng mạch lọc nguồn không đ−ợc phá vỡ chế độ hoạt động bình th−ờng của mạch chỉnh l−u, không đ−ợc gây méo thêm, không đ−ợc gây ra quá trình quá độ làm hỏng van chỉnh l−u, tần số dao động riêng của bộ lọc phải khác xa tần số của thành phần gợn sóng mà nó phải lọc để tránh hiện t−ợng cộng h−ởng làm phá hỏng chế độ hoạt động của mạch nắn, và tổn hao trên mạch lọc phải nhỏ. 1.3.3. Khối chuyển mạch tần số cao, nắn và lọc thứ cấp Khối này còn đ−ợc gọi là bộ biến đổi DC/DC vì đầu vào là một chiều và đầu ra cũng là một chiều. Đây là khối cơ bản của nguồn chuyển mạch, việc phân tích cấu trúc của khối này để tìm ra đ−ợc ph−ơng án tối −u đ−ợc trình bày kỹ trong ch−ơng 2 và ch−ơng 3. ở đây, chỉ đề cập tới yêu cầu chất l−ợng của bộ DC/DC: ƒ Tiêu thụ công suất nhỏ trên phần tử chuyển mạch để tăng hiệu suất của mạch. ƒ Mật độ công suất tải ra đạt mức cao (loại phổ biến là 1 – 4W/inch2 và loại đặc biệt là 40 – 50W/inch2) ƒ Mạch đơn giản nh−ng hiệu suất cao. ƒ Công suất, điện áp và dòng điện đầu ra phù hợp với yêu cầu của từng ứng dụng 1.3.4. Khối điều khiển Khối điều khiển của nguồn chuyển mạch gồm các khối 5, 6, 7, 8, 9, 10. Việc phân tích cấu trúc của khối này sẽ đ−ợc trình bày cụ thể trong ch−ơng 3. Tuy nhiên, có thể nhận ra yêu cầu của khối này nh− sau: ƒ Tạo ra các xung vuông độ rộng biến đổi ng−ợc với điện áp trên tải để điều khiển các transistor chuyển mạch. Có thể điều khiển đ−ợc điện áp trung bình ở ngõ ra bằng cách thay đổi dãy xung vuông này. Để tạo ra dãy xung vuông có độ rộng xung thay đổi ng−ời ta có thể thực hiện theo cách giữ cho tần số cố định hoặc thay đổi tần số trong khi giữ cho thời gian không có xung cố định. ƒ Cung cấp đủ công suất kích thích cho các chuyển mạch chính ƒ Bảo vệ quá dòng và quá áp trên tải ƒ Bảo vệ khử điện áp vào quá thấp hoặc quá cao. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 18 Kết luận: Khối cấp nguồn dùng cho các thiết bị điện tử có thể đ−ợc thiết kế theo hai ph−ơng án là nguồn tuyến tính hoặc nguồn chuyển mạch. Theo những phân tích ở trên thì nguồn chuyển mạch có nhiều −u thế hơn cả, đây chính là xu h−ớng phát triển của kỹ thuật cấp nguồn trong thời gian qua. Với những −u điểm hoàn toàn v−ợt trội của mình, loại nguồn này xuất hiện trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại. Tuy nhiên, cũng nhận thấy ngay rằng để có đ−ợc những._. −u điểm đó, nguồn chuyển mạch có cấu trúc phức tạp và rất đa dạng tuỳ vào những ứng dụng khác nhau. Với những b−ớc tiến không ngừng của kỹ thuật tích hợp thì hiện nay các bộ nguồn chuyển mạch cũng đ−ợc đơn giản hoá khá nhiều vì phần lớn mạch đã đ−ợc tích hợp trong các IC chính (ví dụ nh− IC điều khiển). Việc xác định đ−ợc yêu cầu cơ bản của bộ nguồn chuyển mạch dùng trong thiết bị điện tử sẽ giúp cho việc thiết kế bộ nguồn đ−ợc chính xác và đạt hiệu quả cao. Các ch−ơng tiếp theo sẽ phân tích lý thuyết và đ−a ra các cấu hình mạch để đáp ứng đ−ợc các yêu cầu đó. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 19 Ch−ơng 2 Bộ biến đổi điện áp DC/DC Nh− đã nói ở trên, bộ biến đổi DC/DC là một trong những phần quan trọng nhất của một SMPS, vì vậy việc nghiên cứu kỹ thuật biến đổi DC/DC là rất cần thiết. Có thể nói, kỹ thuật biến đổi DC/DC là một h−ớng nghiên cứu quan trọng của lĩnh vực điện tử công suất với thời gian phát triển t−ơng đối dài (từ đầu những năm 20 của thế kỷ 20). Các bộ biến đổi DC/DC đ−ợc sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử khác nhau và cả các bộ điều khiển động cơ một chiều. Các bộ biến đổi DC/DC phát triển rất nhanh và chiếm thị phần thậm chí còn lớn hơn cả các bộ AC/DC, theo hai h−ớng chính là điện áp thấp và mật độ công suất cao. Khi yêu cầu về nguồn cung cấp một chiều điện áp thấp ngày càng trở nên cấp bách thì kỹ thuật biến đổi DC/DC đ−ợc dịp phát triển nhanh với dạng mạch sơ khai là các mạch ngắt quãng. Để hiểu đ−ợc các xu h−ớng phát triển của bộ DC/DC, phần tiếp theo đây sẽ giới thiệu các mạch ngắt quãng là mạch nguyên lý để biến đổi điện áp DC/DC và các bộ DC/DC tiên tiến. Sau đó sẽ đi vào chi tiết phân tích sự phát triển của kỹ thuật biến đổi DC/DC và đ−a ra mô hình mạch lựa chọn. 2.1. Ph−ơng pháp biến đổi điện áp DC/DC Các ph−ơng pháp biến đổi điện áp DC/DC dựa trên hoạt động của mạch ngắt quãng. Tuỳ vào chiều của điện áp và dòng điện ở lối ra, ng−ời ta chia hoạt động của mạch ngắt quãng thành 4 chế độ: A, B, C, D. Có thể mô tả Hình 2. 1: 4 điều này trong hình 2.1: chế độ hoạt động của mạch ngắt quãng I V Chế độ DChế độ C Chế độ B Chế độ A Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 20 Trong đó: C ng Nguyên tắc chung của việc biến đổi điện áp DC/DC chính là “băm nhỏ” 2.1.1. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ A ồ mạch và dạng sóng Tuỳ dạng Vo = hế độ A: Điện áp d−ơng, dòng điện d−ơng Chế độ B: Điện áp d−ơng, dòng điện âm Chế độ C: Điện áp âm, dòng điện âm Chế độ D: Điện áp âm, dòng điện d−ơ dạng điện áp liên tục ban đầu thành dãy xung, khi đó điện áp trung bình của dãy xung này có thể thay đổi đ−ợc nhờ thay đổi độ rộng xung của dãy xung đó. Nh− vậy có thể sử dụng thêm bộ lọc thông thấp để lấy ra đ−ợc điện áp DC ở đầu ra với giá trị tuỳ chọn. Điện áp và dòng điện ra đều mang dấu d−ơng. Sơ đ điện áp t−ơng ứng đ−ợc cho trong hình 2.2. Chuyển mạch S có thể là các linh kiện bán dẫn nh− BJT, IGBT hoặc MOSFET. Vi Hình 2. 2: Sơ đồ mạch và dạng sóng của mạch ngắt quãng chế độ A theo trạng thái đóng / mở của chuyển mạch S mà điện áp Vp có liên tục / ngắt quãng t−ơng ứng. Giả sử tất cả các linh kiện trong mạch đều lý t−ởng (ch−a có bộ lọc thông thấp LC) thì điện áp trung bình của Vp(t) là Vo đ−ợc tính theo công thức sau: ∫ ∫ ∫ =+=T1 T T T ip on on dtdtV T dttV T 0 0 )0(1)( i on V T T = k.Vi (2. 1) + - + - Io Vp Vo R+ C L D S + Vi t Vp t Vo t Vo Ton T kT T Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 21 Trong đó: T = 1/f, f là tần số ngắt quãng của chuyển mạch S. Ton là thời gian chuyển mạch dẫn, k đ−ợc gọi là hệ số dẫn. i theo và nó nhỏ hơn điệ kh rong phần 2.2. 2. −ng của mạch ngắt quãng hoạt Hình 2. 3: Sơ đồ mạch và dạng sóng của mạch ngắt quãng chế độ B Trong mạch này điện áp đầu ra mang dấu d−ơng và dòng điện đầu ra mang d ủa Vp đ− Nh− vậy, nếu thay đổi hệ số dẫn k thì điện áp đầu ra sẽ thay đổ n áp đầu vào vì 0< k< 1. Tuy nhiên, điện áp trên tải có dạng ông liên tục, để giảm thiểu độ gợn sóng của điện áp này ng−ời ta mắc thêm một bộ lọc thông thấp LC nh− hình vẽ và khi đó Vo có thể coi nh− lý t−ởng sẽ có dạng đ−ờng thẳng không đổi. Mạch ngắt quãng chế độ A chính là mạch cơ sở để xây dựng bộ ổn định Buck (bộ ổn định giảm áp), sẽ nói chi tiết t 1.2. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ B Sơ đồ mạch và các dạng điện áp đặc tr động ở chế độ B đ−ợc cho trong hình 2.3. Vi Vp Io - + - + + Vo D S L + Vi t Vp t Vo t Vo To kT T Toff n T ấu âm. Khi coi các linh kiện là lý t−ởng, điện áp trung bình c ợc tính theo công thức: Vp(avr) = Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử ∫ ∫ ∫ = T p on T 0 += T T Ton VidtdtdttV T 0 )0(1)(1 ii off VkV T T )1( −= (2. 2) Trong đó: T là thời gian mà chuyển mạch ngắt Toff = T - Ton on/T off k là hệ số dẫn, k = T 22 Công thức (2 nên Vi > Vp(avr), tức là nếu cung cấ .1.3. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ C Hình 2. 4: Sơ đồ mạch và dạng sóng của mạch ngắt quãng chế độ C Với sơ đồ mạch này cả điện áp và dòng điện ra đều mang dấu âm. Công th .2) cho thấy vì 0 < k < 1 p điện áp đầu vào tại Vo, điện áp đầu ra Vi sẽ lớn hơn điện áp cung cấp đầu vào. Do đó, mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ B là mạch cơ sở để xây dựng bộ ổn định Boost (bộ ổn định tăng c−ờng), sẽ nói chi tiết ở phần 2.2. 2 Vi t Vp t Vo t Vo Ton T kT T VoVp Io - + + + Vi S D L + C R ức tính điện áp đầu ra (giá trị tuyệt đối) giống ở mạch chế độ A. Tức là giống biểu thức (2.1): ii on o VkVT TV .== Trong đó: Ton là thời gian dẫn của chuyển mạch trong chu kỳ T. .1.4. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ D h 2.5. Trong mạch này đi Vp(avr) = k là hệ số dẫn, k = Ton/T 2 Sơ đồ mạch và dạng sóng điện áp đ−ợc cho ở hìn ện áp đầu ra mang dấu âm còn dòng điện ra mang dấu d−ơng. Cách tính điện áp (giá trị tuyệt đối) giống nh− mạch chế độ B. Tức là: off ii VkVT T )1( −= Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 23 Vi t Vp t Vo t Vo Ton T kT T Toff + - + - Io Vp+ Vi L + CS D + Vo Hình 2. 5: Sơ đồ mạch và dạng sóng của mạch t ãng chế độ D ngắ qu 2.1.5. Mạch ngắt quãng hoạt động ở cả 4 chế độ Mạch này có sơ đồ nh− sau: + - VoL S3 S4 D3 D4S2 S1 D2 D1 +Vi Hình 2. 6: Sơ đồ tổng quát của mạch ngắt quãng hoạt động ở 4 chế độ Với sơ dòng Chế độ A Chế độ B Chế độ C Chế độ D đồ mạch nh− trên, điện áp đầu vào d−ơng, điện áp đầu ra và đầu ra cũng có thể d−ơng và cũng có thể âm. Từ sơ đồ tổng quát này có thể thấy trạng thái của các chuyển mạch và của các diode ở các chế độ đơn đ−ợc cho trong bảng sau: S / D S1 Hoạ Không hoạt động Không hoạt động Hoạt động t động D1 Không hoạt động động Hoạt động Hoạt động Không hoạt S2 Không hoạt động Hoạt động Hoạt động Không hoạt động D2 Hoạt động Không hoạt động động Không hoạt Hoạt động S3 Không hoạt động động Không hoạt động Đóng Không hoạt D3 Không hoạt động Không hoạt động Không hoạt động Đóng Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 24 S4 Đóng Không hoạt động Không hoạt động Không hoạt động D4 Không hoạt động Đóng Không hoạt động Không hoạt động Đầu o – ).Vi ra Vo +, Io + Vo = k.Vi Vo +, I Vo = (1-k).Vi Vo - , Io – Vo = - k.Vi Vo -, Io + Vo = - (1-k Các bộ biến đổi DC/DC hoạt động dựa trên nguyên lý của mạch ngắt .2. Các bộ biến đổi điện áp DC/DC ác bộ biến đổi cơ sở g ở nhiều chế độ h SI/SC ợng Nh− g rằng việc nghiên cứu đầy đủ về bộ biến đổi DC bộ biến đổi cơ sở hoạt động ở chế độ đơn (A, B, C hoặc D) và trong dải công suất thấp (d−ới 100W). Ng−ời ta quãng, chúng không chỉ đ−ợc ứng dụng trong việc thiết kế nguồn chuyển mạch mà còn là cơ sở để xây dựng các mạch điều khiển động cơ (một xu h−ớng phát triển không kém phần quan trọng của bộ biến đổi DC/DC). 2 Theo thống kê ch−a đầy đủ, hiện có khoảng 500 loại mạch khác nhau của bộ biến đổi DC/DC. Do vậy, việc phân loại các kiểu mạch này là cần thiết để thấy đ−ợc −u nh−ợc điểm của từng loại, từ đó xác định phạm vi ứng dụng cụ thể cho chúng. Có thể phân chia các loại mạch của bộ biến đổi DC/DC thành 6 thế hệ nh− sau: ƒ Thế hệ thứ nhất: c ƒ Thế hệ thứ hai: các bộ biến đổi hoạt độn ƒ Thế hệ thứ ba: các bộ biến đổi với các phần tử chuyển mạc ƒ Thế hệ thứ t−: các bộ biến đổi chuyển mạch mềm ZCS/ZVS/ZT ƒ Thế hệ thứ năm: các bộ biến đổi với mạch chỉnh l−u đồng bộ SR ƒ Thế hệ thứ sáu: các bộ biến đổi với nhiều phần tử tích trữ năng l− cộng h−ởng từ MER. vậy, có thể hình dun /DC là một công việc khó khăn, đòi hỏi thời gian cũng nh− kiến thức cực kỳ lớn. Trong khuôn khổ có hạn của một luận văn thạc sỹ kỹ thuật, ở đây sẽ chỉ trình bày những vấn đề cơ bản nhất, cụ thể là về bộ biến đổi DC/DC thế hệ thứ nhất (phân tích hoạt động và thiết kế chi tiết). Tuy nhiên, để nắm bắt vấn đề một cách tổng quan tác giả vẫn xin trình bày sơ l−ợc về các bộ biến đổi thế hệ sau đó. 2.2.1. Bộ biến đổi thế hệ thứ nhất Các bộ biến đổi thế hệ thứ nhất là các Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 25 phân chia các bộ biến đổi điện áp DC/DC thế hệ thứ nhất thành 5 nhóm theo trình tự xuất hiện của chúng: ƒ Bộ biến đổi cơ bản ƒ Bộ biến đổi kiểu biến áp ƒ Bộ biến đổi cải tiến ƒ Bộ biến đổi nhân áp ƒ Bộ biến đổi siêu nhân áp 2.2.1.1. Bộ biến đổi cơ bản ến đổi Buck, Boost và Buck – Boost. đó xây dựng các bộ biến đổi DC/DC, về thực a điện áp đầu ra là rất lớn Sơ đồ mạch và dạng sóng đầu vào / ra của mạch đ−ợc cho trong hình 2.7 nh− dòn Bộ biến đổi này bao gồm các loại: bộ bi Đây là các mạch cơ sở để từ chất chúng là các mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ đơn với 2 nh−ợc điểm chính là: ƒ Có sự liên hệ một chiều giữa đầu vào và đầu ra ƒ Độ gợn củ Bộ biến đổi Buck sau: Hình 2. 7: Sơ đồ mạch nguyên lý và dạng sóng vào / ra của bộ biến đổi Buck Khoá S và diode D luân phiên làm việc ở chế độ dẫn và ngắt, trong khi g qua cuộn dây chảy liên tục. 0 i1 kT T t 0 kT T t i2 i1 i2 V1 V2 - + - + + C S D L R S dẫn S ngắt Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 26 Bộ biến đổi này chính là mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ A, do đó điện áp đầu ra V2 đ−ợc tính theo công thức (2.1) nh− đã nói ở phần 2.1. V2 = 1VT Ton = k . V1 Với Ton là thời gian dẫn của khoá S. k đ−ợc gọi là hệ số dẫn k = Ton/T Vì k luôn nhỏ hơn 1 nên bộ biến đổi Buck còn gọi là bộ giảm điện áp. Nó ào vớ ơ đồ mạch nguyên lý và dạng sóng của dòng vào và ra nh− hình 2.8. Khoá S và diode D luân phiên làm việc ở chế độ dẫn và ngắt, trong khi dò đ−ợc sử dụng khi cần điện áp DC đầu ra nhỏ hơn điện áp DC đầu v i hệ số k có thể điều chỉnh đ−ợc. Việc phân tích hoạt động và thiết kế cho bộ biến đổi này đ−ợc trình bày cụ thể trong ch−ơng 3. Bộ biến đổi Boost S ng qua cuộn dây chảy liên tục. Hình 2. 8: Sơ đồ mạch nguyên lý và dạng sóng vào / ra của bộ biến đổi Boost 0 i1 kT T t 0 i1 i2 V1 V2 - + - + + C D S L R S dẫn S ngắt i2 kT T t Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 27 Bộ biến đổi Boost chính là mạch ngắt quãng hoạt động ở chế độ B. Điện áp V2 = đ−ợc tính theo công thức (2.2). Do đó V2 đ−ợc tính nh− sau: 11 1 1T V k V Toff − = Vì 0 V1. Nh− vậy bộ biến đổi cho phép điện áp đầu ra lớ ổi Buck – Boost ạng sóng của dòng vào và ra của bộ biến đổi Bu vào giá trị k. Điện áp đầu ra đ−ợc tính theo công thức: n hơn điện áp đầu vào, ng−ời ta gọi bộ biến đổi Boost là bộ biến đổi tăng c−ờng. Mạch này cho phép tạo ra điện áp đầu ra DC lớn hơn điện áp đầu vào DC với hệ số k thay đổi đ−ợc. Việc phân tích hoạt động và thiết kế cho bộ biến đổi này đ−ợc trình bày cụ thể trong ch−ơng 3. Bộ biến đ Sơ đồ mạch nguyên lý và d ck – Boost đ−ợc cho trong hình 2.9. Khoá S và diode D luân phiên làm việc ở chế độ dẫn và ngắt, trong khi dòng qua cuộn dây chảy liên tục. + - + - V2V1 i2i1 + C D L R S S dẫn S ngắt 0 i1 kT T t 0 i2 kT T t Hình 2. 9: Sơ đồ mạch nguyên lý và dạng sóng vào / ra của bộ biến đổi Buck-Boost Bộ biến đổi Buck – Boost là bộ biến đổi có khả năng tăng hoặc giảm áp tuỳ Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 28 V2 = 11 1 V k kV TT T on on −=− (2. 3) Khi k > 1/2 thì k > (1-k), ta có: V2 > V1 Khi k thì k < (1-k), ta c Nh− vậy có ợc điện áp có giá trị tuỳ ý, cao hơn đó bộ biến đổi Buck – B Các bộ biến đổi cơ bản đã nói ở phần trên có sự liên hệ về phần một chiều iện áp còn t−ơng đối thấp. Để cải thiện ward Converter ull Converter r B ộ biến đổi thuận có sơ đồ nh− hình 2.10. Chuyển mạch S và diode D1 hoạt động đóng / mở một cách đồng bộ còn diode D2 luân phiên đóng / mở. < 1/2 ó: V2 < V1 thể sử dụng bộ biến đổi này để tạo ra đ− hoặc thấp hơn điện áp đầu vào. Vì lý do oost đ−ợc sử dụng t−ơng đối rộng rãi. 2.2.1.2. Bộ biến đổi kiểu biến áp từ đầu vào tới đầu ra, hệ số tăng đ điều này ng−ời ta đ−a ra các bộ biến đổi kiểu biến áp có khả năng cách ly giữa đầu vào và đầu ra, có hệ số truyền đạt điện áp cao (phụ thuộc vào loại biến áp có tỉ số vòng dây là bao nhiêu). Bộ biến đổi kiểu biến áp có 6 dạng chính: ƒ Bộ biến đổi thuận - For ƒ Bộ biến đổi kiểu đẩy kéo - Push P ƒ Bộ biến đổi hồi tiếp - Fly back Converter ƒ Bộ biến đổi cầu bán phần - Half bridge Converte ƒ Bộ biến đổi cầu - Bridge Converter ƒ Bộ biến đổi ZETA - ZETA Converter ộ biến đổi thuận B Mạch hoạt động ở chế độ không liên tục, vì khoá S nối tiếp với cuộn sơ cấp đầu vào nên dòng đầu vào không liên tục. + D1 L V1 V2 + - - R+ CD2 S 1:N Hình 2. 10: Sơ đồ mạch của bộ biến đổi thuận Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 29 Bộ biến đổi thuận thực chất là bộ biến đổi Buck nh−ng có thêm hệ số N của biến áp, do đó còn đ−ợc gọi là bộ biến đổi Buck kiểu biến áp, điện áp đầu ra đ−ợc tính theo công thức: Vo = k.N.Vi (2. 4) Mạch này đ−ợc sử dụng rộng rãi khi công suất ngõ ra từ 150 đến 200W với điện áp DC ngõ vào biến đổi trong phạm vi từ 60 đến 250V. ợng bão hoà lõi thép của biến áp. Sơ đồ mạch cho ở hình d−ới đây. Bộ biến đổi kiểu đẩy – kéo Đây chính là bộ biến đổi Boost làm việc ở trạng thái đẩy – kéo, điều này sẽ hạn chế một cách hữu hiệu hiện t− L + + Vo - - Vi D1 R+ C 1:N S1 D2S2 Hình 2. 11: Sơ đồ mạch của bộ biến đổi đẩy - kéo Trong mạch có 2 khoá S làm việc luân phiên, điện áp đầu ra sẽ đ−ợc nhân đôi, nghĩa là tính theo công thức: Vo = 2.k.N.Vi (2. 5) Với N là tỉ số vòng dây của biến áp, k là hệ số dẫn k = Ton / T Mạch này sẽ đ−ợc trình bày chi tiết trong ch−ơng 3. Bộ biến đổi Bộ iode D và chuyển mạch S luân phiên đóng / mở. Dòng đầu vào bị ngắt quãng theo sự đóng mở của chuyển mạch S. . . hồi tiếp biến đổi này có sơ đồ mạch cho ở hình d−ới đây. Cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của biến áp đ−ợc mắc ng−ợc cực. D Vo - ++ 1:N D R+ CVi - S Hình 2. 12: Sơ đồ mạch của bộ biến đổi hồi tiếp Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 30 Bộ biến đổi hồi tiếp cho điện áp đầu ra Vo tính theo công thức: 11 NV k k −Vo = (2. 6) Mạch biến đổi hồi tiếp có −u điểm đặc biệt là không sử dụng cuộn cảm ngõ ra bên thứ cấp nh− các mạch khác, do vậy tiết kiệm đ−ợc chi phí một cách đáng kể. Mạch đ−ợc dụng trong các mạch có điện áp ngõ ra lớn 5000V nhờ điều chỉnh k và tỉ số biến áp N) nh−ng công suất thấp 5W). Hoặc c đầu vào DC đủ lớ Bộ biến đổi cầu bán phầ Bộ biến đổi này có cuộn dây thứ cấp đ (≤ (<1 ó thể đạt công suất đầu ra đến 150W nếu n (≥160V). n −ợc giảm thiểu, sơ đồ mạch cho trong hình 2.13: + Vo - + Vi 1:N . . - . D1 R L + C3 S2 D2 + C2 + C1 S1 ầu ra đ−ợc tính theo công thức: Vo = k.N.Vi (2. 7) Việc phân tích hoạt động và thiết kế của mạch này đ−ợc phân tích chi tiết trong ch−ơng 3. Bộ biến đổi cầu toàn phần Bộ biến đổi cầu toàn phần sử dụng nhiều chuyển mạch và do vậy điện áp đầu ra đ−ợc tăng gấp đôi. Sơ đồ mạch nh− sau: Hình 2. 13: Sơ đồ mạch của bộ biến đổi bán phần Điện áp đ Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 31 + + 1:N . . - Vi . Vo - C S4 S2S1 S3 R L + C1 D2 D1 Hình 2. 14: Sơ đồ mạch của bộ biến đổi cầu toàn phần Công thức tính điện áp đầu ra là: Vo = 2.k.N.Vi (2. 8) Việc phân hân tích chi tiế tiến đ−ợc tạo ra để khắc phục một nh−ợc điểm lớn của ộ biến đổi cơ bản là có độ gợn lớn bằng cách sử dụng thêm bộ lọc thông n áp đầu ra đ−ợc cải thiện đáng kể và chỉ còn ều có công thức tính điện áp đầu ra là: tích hoạt động và thiết kế của mạch này đ−ợc p t trong ch−ơng 3. 2.2.1.3. Bộ biến đổi cải tiến Các bộ biến đổi cải b thấp. Khi này độ gợn của điệ thấp hơn 2%. Ngoài ra, bộ biến đổi cải tiến còn cho phép tạo ra đ−ợc điện áp đầu ra có độ lớn tuỳ ý, có thể cao hơn hoặc thấp hơn so với đầu vào. Tất cả các bộ biến đổi này đ Vo = iVk k −1 (2. 9) Các bộ biến đổi cải tiến bao gồm các loại chính là: bộ biến đổi Luo và bộ biến đổi Cúk. (LUO và CúK mạch này) này có 3 dạng là: ƒ Bộ biến đổi Luo có đầu ra d−ơng (P/O) o có đầu ra âm (N/O) u ra d−ơng và âm (D/O) Cả ổi Buck – Boost. Sơ đồ mạch của là tên của hai nhà nghiên cứu đ−a ra các kiểu Bộ biến đổi Luo Bộ biến đổi ƒ Bộ biến đổi Lu ƒ Bộ biến đổi Luo có 2 đầ ba dạng trên đều đ−ợc cải tiến từ bộ biến đ chúng nh− sau: Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 32 Bộ biến đổi Luo P/O Vi + - Vo - ++ C S Lo L D Co R Vo - + Vi - + Bộ biến đổi Luo N/O + C D R CoL LoS Bộ biến đổi Luo D/O - + - + Vi + - Đầu ra Vo+ Đầu ra Vo - Di2 Di1 Co1 D1L1 Lo1 + C1 Lo2 L2 Co2 D2 + C2 S Ro1 Ro2 Hình 2. 15: Sơ đồ mạch của các bộ biến đổi LUO Bộ biến đổi Cúk Bộ biến đổi Cúk h nh− sau: - + đ−ợc cải tiến từ bộ biến đổi Boost. Sơ đồ mạc + Vi VoRo CoD S1 LoCL Hình 2. 16: Sơ đồ mạch của bộ biến đổi Cúk - Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 33 Bộ biến đổi Cu Khi giá trị của L .2.1.4. Bộ biến đổi nhân áp háp để nâng cao điện áp đầu ra, nó đ−ợc áp chục cho tới hàng tră .2.1.5. Bộ biến đổi siêu nhân áp n đ−ợc ứng dụng rất nhiều và nó mở ra ch điển hình cho bộ biến đổi siêu nhân áp là: a d−ơng .2.2. Bộ biến đổi thế hệ thứ hai bộ biến đổi hoạt động ở nhiều chế độ −ợc xây dựng từ các mạch ngắt quãng hoạt động ở nhiều chế độ và ƒ áp k có dòng liên tục ở cả hai ngõ vào và ra. và Lo chọn đủ lớn thì có thể cải thiện đáng kể biên độ của sóng răng c−a của dòng đầu ra. Thậm chí, nếu quấn L và Lo trên cùng một lõi thì biên độ của sóng này có thể giảm xuống 0 (để đạt đ−ợc hiệu suất ghép 100% thì lõi cuộn cảm phải chọn có chất l−ợng rất cao và th−ờng có giá thành đắt). 2 Kỹ thuật nhân áp là ph−ơng p dụng rộng rãi trong việc thiết kế mạch điện tử. Trong suốt một thời gian dài, kỹ thuật này ngày càng hoàn thiện và đạt đ−ợc nhiều thành công trong việc tạo ra các bộ DC/DC có nhiều mức điện áp đầu ra. Các bộ nhân áp cho phép nâng điện áp đầu ra từ hàng m lần. Các bộ biến đổi loại này bao gồm các loại: nhân đôi, nhân ba, nhân bốn và nhân nhiều tầng. 2 Kỹ thuật nhân áp là kỹ thuật cơ bả h−ớng thiết kế các bộ biến đổi DC/DC có hệ số khuếch đại áp cao. Bộ biến đổi nhân áp thực hiện dựa trên 3 mạch Luo cơ bản (đã nói ở phần trên). Tuy nhiên, để tăng hệ số khuếch đại áp trong chế độ công suất thấp ng−ời ta xây dựng kỹ thuật siêu nhân áp. Khi đó điện áp đầu ra sẽ tăng theo từng tầng của mạch. Có 4 loại mạ ƒ Bộ biến đổi Luo siêu nhân áp đầu ra d−ơng ƒ Bộ biến đổi Luo siêu nhân áp đầu ra âm ƒ Bộ biến đổi tăng c−ờng dạng chuỗi đầu r ƒ Bộ biến đổi tăng c−ờng dạng chuỗi đầu ra âm 2 Các bộ biến đổi thế hệ thứ hai là các (2 hoặc 4 chế độ) với dải công suất đầu ra ở mức trung bình (hàng trăm Watt hoặc cao hơn). Dạng mạch của chúng có thể chia thành 2 nhánh chính: ƒ Đ / hoặc các bộ biến đổi thế hệ thứ nhất. Đ−ợc xây dựng bằng cách sử dụng biến Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 34 Nh− ụng ít nhất 1 khoá chuyển m ổi Luo đầu ra d−ơng / âm (thế hệ thứ nhất) đ−ợc lấy làm cơ sở để ó thể thay đổi h−ớng dò .2.3. Bộ biến đổi thế hệ thứ ba gọi là các bộ biến đổi chuyển mạch tụ .2.3.1. Bộ biến đổi chuyển mạch tụ điện vì không có cuộn dây nên kích .2.3.2. Bộ biến đổi Luo chuyển mạch tụ điện hoạt động ở nhiều chế độ c đã biết, chế độ hoạt động đơn yêu cầu sử d ạch. Do vậy, bộ biến đổi hoạt động ở 2 chế độ sẽ cần ít nhất 2 khoá, 4 chế độ sẽ cần ít nhất 4 khoá. Những bộ biến đổi loại này đ−ợc tạo ra trên cơ sở các bộ ngắt quãng t−ơng ứng và chúng đ−ợc sử dụng để điều khiển động cơ một chiều. Bộ biến đ xây dựng bộ biến đổi Luo nhiều chế độ hoạt động. Bộ biến đổi nhiều chế độ hoạt động kiểu biến áp c ng điện bằng cách lựa chọn cực của biến áp và diode chỉnh l−u phù hợp. Các loại chính của bộ biến đổi này đ−ợc xây dựng từ bộ biến đổi thuận, bộ biến đổi cầu bán phần và bộ biến đổi cầu. 2 Các bộ biến đổi thế hệ thứ ba đ−ợc điện (hoặc là cuộn dây). Chúng hoạt động ở 2 hoặc 4 chế độ với dải công suất đầu ra lớn (hàng nghìn Watt). Vì trong mạch chỉ chứa các phần tử chuyển mạch và hoặc là tụ điện, hoặc là cuộn dây nên mạch t−ơng đối nhỏ, trong khi mật độ công suất và hiệu suất cao. 2 Trong bộ biến đổi này chỉ chứa tụ điện, th−ớc của mạch rất nhỏ. Ngoài ra, các bộ biến đổi này còn có −u điểm v−ợt trội là tiêu hao công suất thấp, nhiễu điện từ nhỏ, và bức xạ điện từ là không đáng kể. Nhờ các −u điểm đó bộ biến đổi DC/DC chuyển mạch tụ điện có thể đ−ợc tích hợp trong vi mạch (IC), nghĩa là kích cỡ đ−ợc giảm thiểu rất nhiều. Tuy nhiên, khi đầu vào và đầu ra khác nhau nhiều thì topo của mạch chính và mạch điều khiển trở nên cực kỳ phức tạp. Các bộ biến đổi chuyển mạch tụ điện th−ờng làm việc ở chế độ đơn hoặc đẩy kéo. 2 Với các −u điểm nh− đã nói ở trên, bộ biến đổi chuyển mạch tụ điện đ−ợ ứng dụng rất nhiều trong thiết bị. Nh−ng có nhiều ứng dụng yêu cầu bộ biến đổi hoạt động ở nhiều chế độ, vì vậy bộ biến đổi Luo chuyển mạch tụ điện nhiều chế độ ra đời (thông th−ờng là 2 hoặc 4 chế độ). Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 35 2.2.3.3. Bộ biến đổi chuyển mạch tụ điện đẩy kéo nhân áp Các bộ biến đổi loại này cho phép tạo ra điện áp đầu ra lớn nhờ kỹ thuật nhân áp, mật độ công suất cao, nhiễu EMI nhỏ, kích th−ớc nhỏ nhờ chỉ dùng chuyển mạch và tụ điện, và hiệu suất cao nhờ dùng mạch đẩy kéo. 2.2.3.4. Bộ biến đổi chuyển mạch cuộn dây hoạt động ở nhiều chế độ Nh− đã nói ở trên, các bộ biến đổi chuyển mạch tụ điện có nhiều −u điểm nh−ng cũng có nh−ợc điểm là mạch trở nên phức tạp hơn khi có sự sai khác lớn giữa đầu vào và đầu ra, số l−ợng tụ điện khi ấy cũng cần nhiều hơn. Để giải quyết điều này ng−ời ta sử dụng bộ biến đổi chuyển đổi tụ điện với −u thế đặc biệt là bằng cách chỉ sử dụng duy nhất một cuộn dây trong mạch thì vấn đề sai khác giữa đầu vào và đầu ra không còn là vấn đề lớn nữa. Đặc điểm này vô cùng trọng đối với lĩnh vực biến đổi công suất lớn. Việc sử dụng một cuộn dây thay cho các tụ điện thực sự là một cải tiến lớn của mô hình mạch biến đổi DC/DC. Khi đó bộ biến đổi có các −u điểm là: cấu trúc mạch đơn giản, mạch điều khiển đơn giản, hiệu suất cao, công suất lớn, mật độ công suất cao, kích th−ớc nhỏ gọn, có khả năng điều chỉnh điện áp đầu vào trong một dải rộng và hoạt động đ−ợc ở nhiều chế độ (đáp ứng đ−ợc nhiều ứng dụng). 2.2.4. Bộ biến đổi thế hệ thứ t− Các bộ biến đổi DC/DC thế hệ thứ t− đ−ợc gọi là các bộ biến đổi chuyển mạch mềm (bộ biến đổi chuyển mạch cộng h−ởng). Bằng cách dựa trên hiện t−ợng cộng h−ởng mà các bộ biến đổi này hoạt động độc lập với tải. Có 3 dạng chính cho bộ biến đổi thế hệ thứ t−: ƒ Chuyển mạch dòng zero (ZCS) ƒ Chuyển mạch áp zero (ZVS) ƒ Chuyển mạch chuyển tiếp zero (ZT) Hầu hết các bộ biến đổi này hoạt động ở chế độ đơn nh−ng chúng cũng có thể hoạt động ở 2 hoặc 4 chế độ với dải công suất đầu ra cao (hàng nghìn Watt). Kỹ thuật chuyển mạch cộng h−ởng cho phép giải quyết vấn đề mất mát năng l−ợng trong suốt quá trình chuyển mạch đóng và chuyển mạch ngắt. Nhờ vậy giảm thiểu năng l−ợng bị suy hao, đồng nghĩa với việc tăng hiệu suất của mạch. Có 3 trạng thái cộng h−ỏng là cộng h−ởng hoàn toàn, cộng h−ởng tối −u và tựa cộng h−ởng. Tuy nhiên chỉ có trạng thái thứ ba có 2 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 36 điểm qua zero trong chu kỳ lặp lại nên trạng thái tựa cộng h−ởng đ−ợc ứng dụng để tạo ra các bộ biến đổi ZCS và ZVS tựa cộng h−ởng. 2.2.5. Bộ biến đổi thế hệ thứ năm Các bộ biến đổi thế hệ thứ năm đ−ợc gọi là các bộ biến đổi DC/DC chỉnh l−u đồng bộ. H−ớng phát triển này là nhằm phục vụ cho ngành thiết bị máy tính để đáp ứng đ−ợc các yêu cầu: tiêu thụ công suất siêu thấp, mật độ IC cao, khoảng cách giữa các tầng càng hẹp càng tốt, các bộ cấp nguồn với điệu áp đầu ra nhỏ, dòng lớn … Intel là hãng đi đầu trong những nghiên cứu về vấn đề này, các dòng vi xử lý Pentium I, II, III và IV đều sử dụng nguồn 3.3V. Trong t−ơng lai, máy tính còn gia tăng bộ nhớ, tốc độ thì nhu cầu về điện áp nguồn cung cấp cần giảm rất nhiều nữa, ví dụ 2.5, 1.8, 1.5, thậm chí là 1.1V. Hiển nhiên là các nguồn điện áp thấp nh− thế không thể có đ−ợc nhờ các bộ chỉnh l−u cầu truyền thống vì điện áp rơi trên diode là quá lớn. Từ đầu những năm 90 ng−ời ta đã tạo ra loại MOSFET mới có trở kháng khi dẫn chỉ từ 6 – 8mΩ, khi ấy điện áp rơi thuận chỉ từ 0.05 – 0.2V. Dạng mạch cơ bản của các bộ biến đổi chỉnh l−u đồng bộ đ−ợc xây dựng từ bộ biến đổi thuận và sử dụng các mạch ghim tích cực, biến áp phẳng, chuyển mạch mềm và mạch tăng dòng. 2.2.6. Bộ biến đổi thế hệ thứ sáu Đây là thế hệ các bộ biến đổi cộng h−ởng với nhiều phần tử tích trữ năng l−ợng để có đ−ợc hiệu suất truyền đạt công suất tối −u từ đầu vào tới đầu ra. Có hai dạng chính là: ƒ Bộ biến đổi cộng h−ởng DC/DC ƒ Bộ biến đổi cộng h−ởng DC/AC Các bộ biến đổi này sử dụng 2, 3 hoặc 4 phần tử tích trữ năng l−ợng là tụ điện hoặc cuộn dây với nhiều cách nối khác nhau theo kiểu nối tiếp hoặc song song. Khi ấy sẽ có 8 mô hình mạch cho loại 2 phần tử, 38 mô hình mạch cho loại 3 phần tử và 98 mô hình mạch cho loại 4 phần tử. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 37 Kết luận: Các sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi DC/DC gồm rất nhiều loại nh−ng xét cho cùng chúng đều xuất phát từ các sơ đồ cơ bản thuộc bộ biến đổi thế hệ thứ nhất. Nhằm mục đích nâng cao hiệu suất của mạch mà ng−ời ta liên tục cải tiến với cấu trúc ngày càng phức tạp và đi sâu vào nghiên cứu các phản ứng của các phần tử có tính chất cộng h−ởng là tụ điện và cuộn dây. Ngoài ra tính phức tạp của mạch còn thể hiện ở số l−ợng các chuyển mạch sử dụng trong sơ đồ mạch, xem hình d−ới đây: Hình 2. 17: Sơ đồ mạch của bộ biến đổi thuộc thế hệ thứ ba và thứ sáu Trong khuôn khổ có hạn của luận văn thạc sỹ kỹ thuật, không mất tính tổng quát, tác giả chỉ xin trình bày thiết kế chi tiết về bộ biến đổi thế hệ thứ nhất trong ch−ơng 3. Trên cơ sở hiểu rõ các mạch cơ bản này việc nghiên cứu và cải tiến để tạo ra các mạch thế hệ sau sẽ thuận lợi và mang tính tất yếu. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 38 Ch−ơng 3 Các giải pháp thiết kế bộ nguồn chuyển mạch 3.1. Mục đích và yêu cầu Thiết kế bộ nguồn, đối với bất kỳ hệ thống nào, đều là phần cực kỳ quan trọng. Việc thiết kế nguồn chuyển mạch đã đ−ợc thực hiện từ rất lâu với nhiều thay đổi cho phù hợp với sự phát triển của công nghệ và đáp ứng đ−ợc yêu cầu rất riêng của các ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, xu h−ớng phát triển chính của việc thiết kế này hầu nh− không đổi, đó là: làm cho kích th−ớc và trọng l−ợng của bộ nguồn trở nên nhỏ gọn hơn, mật độ công suất cao hơn, tần số chuyển mạch lớn hơn và tích hợp nhiều chức năng hơn trong một IC. Việc lựa chọn mạch nguồn và thông số của nó dĩ nhiên sẽ phụ thuộc vào yêu cầu của đầu vào và đầu ra. Có rất nhiều vấn đề cần quan tâm trong việc này nh−: lựa chọn dạng mạch, tần số hoạt động, thông số của biến áp, ảnh h−ởng của RFI … Trong khuôn khổ rất hạn chế về thời gian và dung l−ợng của một luận văn thạc sỹ, trong đây chỉ trình bày những vấn đề cơ bản nhất của việc thiết kế một bộ nguồn chuyển mạch. Cụ thể là, các giải pháp thiết kế khối công suất (bộ DC/DC) và khối điều khiển. Nh− đã nói ở ch−ơng 2, bộ biến đổi DC/DC có rất nhiều dạng mạch nh−ng đều dựa trên các dạng mạch cơ bản, vì vậy phần này sẽ tập trung nói tới việc thiết kế các bộ DC/DC cơ bản: ƒ Bộ biến đổi Buck ƒ Bộ biến đổi Boost ƒ Bộ biến đổi đẩy kéo ƒ Bộ biến đổi cầu bán phần ƒ Bộ biến đổi cầu toàn phần Còn với khối điều khiển, ph−ơng pháp đ−ợc sử dụng nhiều nhất và hiệu quả nhất là ph−ơng pháp điều chế độ rộng xung điều khiển cực gốc của các transistor trong khối công suất. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 39 3.2. Thiết kế khối công suất Bộ biến đổi DC/DC có nhiều dạng khác nhau, việc lựa chọn loại mạch nào chủ yếu dựa vào khả năng giảm thiểu điện áp chịu đựng lớn nhất của transistor công suất khi ngắt ở điện áp ngõ vào cao và dòng đỉnh chịu đựng lớn nhất ở._.… Hơn nữa, bản thân mỗi ng−ời sử dụng có thể tạo riêng các khối của mình. Với những khả năng to lớn của Simulink các nhà thiết kế đã tiết kiệm đ−ợc một cách đáng kể thời gian, kinh phí cũng nh− là tránh đ−ợc những rủi ro trong quá trình thử nghiệm các mô hình trên thực tế. Chính vì vậy, có thể nói phần mềm này ngày càng đ−ợc −a chuộng và sử dụng rộng rãi. Trong lĩnh vực điện tử công suất, Simulink thực sự đã hỗ trợ đắc lực cho việc xây dựng các vòng điều khiển một cách tối −u. Phần th− viện dành các khối chức năng của điện tử công suất - Simpower system – chứa hầu hết các khối công suất cơ bản, do đó việc xây dựng mô hình đ−ợc đơn giản đi rất nhiều. Cơ sở của việc xây dựng mô hình mô phỏng trong Simulink là tạo ra các khối có mô tả toán học, sau đó ghép các khối cần thiết đó thành sơ đồ cấu trúc của hệ, và khởi động quá trình mô phỏng để khảo sát. Nh− đã nói, nguồn chuyển mạch gồm hai phần cơ bản là phần mạch điện công suất và phần điều khiển. Khi mô hình hoá toàn bộ mạch nguồn bằng các ch−ơng trình vẽ mạch điện thông th−ờng thì công việc trở nên cực kỳ phức tạp đối với phần điều khiển. Sở dĩ vậy là do các thuật toán điều khiển khi biểu diễn d−ới dạng các phần tử điện tử thì cần số l−ợng linh kiện lớn và việc chuyển đổi đôi khi không đ−ợc chính xác. Kết quả là, số l−ợng linh Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 63 kiện lớn sẽ gia tăng xác suất xảy ra lỗi, quá trình mô phỏng tốn rất nhiều thời gian để phân tích và có thể không thực hiện đ−ợc. Trong khi đó, phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink lại cho phép mô hình hoá tất cả các phần tử trong sơ đồ điện với mô tả toán học chính xác. Do đó, có thể thấy ngay rằng việc thiết kế phần điều khiển nhờ Simulink là đơn giản và hiệu quả nhất. Với mục đích điều khiển và ph−ơng thức điều khiển nh− đã nói ở ch−ơng 3, phần điều khiển đ−ợc chia thành nhiều khối, xây dựng hàm truyền cho từng khối, kết nối chúng lại và điều chỉnh thêm các thông số để đạt độ ổn định và độ chính xác theo yêu cầu. Hình 4.1 d−ới đây là ví dụ về một mô hình của phần điều khiển đ−ợc xây dựng bằng Simulink. Hình 4. 1: Mô hình bộ điều khiển PWM Trên cơ sở của mô hình mô phỏng vừa đ−ợc tạo ra có thể tạo ra các IC một cách hoàn chỉnh. Việc này đã đ−ợc các hãng thiết kế IC điều khiển làm từ lâu và đã th−ơng mại hoá với giá thành có thể chấp nhận đ−ợc nên hiện nay việc thiết kế khối điều khiển đã trở nên không cần thiết. Vấn đề quan trọng hơn là lựa chọn loại IC nào phù hợp cho yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. Xuất phát từ thực tế đó trong luận văn này sẽ giới thiệu một số loại IC điều khiển khối công suất của một số hãng khác nhau thay cho phần thiết kế cụ thể khối này. Sau khi thiết kế riêng phần mạch điện tử nhờ các phần mềm mô phỏng mạch điện, thiết kế phần điều khiển nhờ Simulink, có thể xây dựng mô hình đầy đủ và chạy mô phỏng trên Simulink nh− trong ví dụ ở hình 4.2 sau đây. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 64 Hình 4. 2: Mô hình đầy đủ của SMPS mô phỏng bằng Simulink Hoặc có thể coi IC điều khiển nh− một linh kiện của mạch điện tử và chạy mô phỏng bằng ch−ơng trình của phần mềm thiết kế mạch. Đây cũng chính là h−ớng đi của luận văn này và sẽ đ−ợc thể hiện rõ trong các phần tiếp theo. 4.1.2. Phần mềm thiết kế mạch điện tử Việc mô phỏng các mạch điện để xác định các thông số của mạch một cách đơn giản, trực quan và chính xác có thể thực hiện nhờ rất nhiều các phần mềm khác nhau, ví dụ: Circuitmaker, Protel, Orcad, PSpice … Mỗi phần mềm này có những −u thế riêng nh−: đơn giản trong cách sử dụng, th− viện nhiều linh kiện của các hãng khác nhau, tạo mạch in nhanh và chính xác, tính toán và hiển thị đ−ợc nhiều thông số của mạch … Có thể sử dụng tất cả các loại phần mềm trên để thiết kế phần mạch điện của nguồn chuyển mạch nh−ng khi kết hợp lại với IC điều khiển thì có một khó khăn đó là trong th− viện của các phần mềm này có thể không chứa loại IC điều khiển cần dùng. Vì những nh−ợc điểm nh− trên của các phần mềm mô phỏng mạch điện thông th−ờng, trong phần mô phỏng của luận văn này, tác giả đã thử sử dụng một số phần mềm thiết kế mạch của chính các hãng sản xuất IC điều khiển PWM nh− các hãng Linear Technology Cor., Texas Instrument, Power Integration …. Sau khi dùng một thời gian, tác giả đã lựa chọn phần mềm Ltspice/SwicherCad III và BodeCad của hãng Linear Technology Corporation để thực hiện cho công việc của mình. Phần mềm này có th− Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 65 viện linh kiện rất lớn, cho phép lựa chọn loại IC của hãng Linear và các loại linh kiện điện tử của các hãng khác với mô tả thông số cụ thể và cập nhật model mới nhất lấy từ Internet. Và quan trọng hơn cả, quá trình mô phỏng của phần mềm này khá nhanh, cho kết quả rõ ràng và đạt độ chính xác t−ơng đ−ơng nh− các phần mềm khác. Tuy nhiên, nếu so với phần mềm của hãng Texas thì nó không cho phép xác định hiệu suất của mạch theo sự thay đổi của tải. (khả năng này của phần mềm của hãng Texas thật tuyệt vời nh−ng nó lại có nh−ợc điểm lớn đó là không cho phép xây dựng lại mạch bằng cách thêm hay bớt linh kiện và chỉ thiết kế cho một đầu ra). Phần tiếp theo của luận văn sẽ giới thiệu một số họ IC điều khiển công suất thông dụng của các hãng khác nhau và sau đó sẽ xây dựng mô hình mô phỏng bằng phần mềm LTspice Cad III (dựa trên cách tính các thông số đã nói ở phần lý thuyết). 4.1.3. Giới thiệu một số họ IC điều khiển công suất thông dụng Hiện nay có nhiều hãng trên thế giới sản xuất IC điều khiển công suất với rất nhiều các họ khác nhau để phục vụ cho rất nhiều ứng dụng đa dạng. Các ứng dụng có thể có công suất từ thấp (vài W) tới cực cao (hàng nghìn W), dòng rất nhỏ ( À ) đến rất lớn (hàng chục A) hay điện áp thấp (vài V) đến điện áp rất cao (hàng trăm V). Để có thể đáp ứng cho một dải rộng các thông số nh− vậy thì các hãng đều có tới hàng nghìn các sản phẩm khác nhau. Do đó việc lựa chọn loại IC nào cho phù hợp cần đ−ợc thực hiện với sự tìm hiểu thật kỹ các họ IC đó. Một trong những hãng sản xuất IC điều khiển công suất thấp có uy tín trên thế giới là PI, Linear và Maxim. Sau đây để phục vụ cho việc mô phỏng thiết kế SMPS trong luận văn này, tác giả xin giới thiệu một số cách lựa chọn IC thông dụng (theo các tiêu chí khác nhau) dùng trong ứng dụng điện áp thấp của hãng Linear Technology. Chọn hiệu suất cao với điện áp đầu ra là 3.3V hoặc 5V Model Dòng tải Dòng tắt Hiệu suất LTC1174-3.3 200mA-400mA 1à A 90% LTC1433 450mA 15à A 93% LTC1147-3.3 0.5mA – 2A 10à A 92% LTC1148-3.3 1A – 5A 10à A 94% Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 66 Sơ đồ chân của các IC trong bảng trên đ−ợc cho trong hình sau: Chọn theo điện áp ngõ vào: Model Điện áp ngõ vào min Điện áp ngõ vào max Ghi chú LT1074 8 40 Chuyển mạch đồng bộ LTC1142HV 5 20 Gồm hai bộ điều khiển mạch Buck với các FET mắc bên ngoài LTC1148 4 16 Hiệu suất > 90%, chuyển mạch đồng bộ LTC1158 5 30 Hiệu suất 90% với dòng tải 15A Sơ đồ chân của các IC trong bảng trên đ−ợc cho trong hình sau: Các thông tin chi tiết về từng IC có thể tham khảo thêm trong catalog của nhà sản xuất. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 67 4.2. Xây dựng mô hình mô phỏng 4.2.1. Giới thiệu chung Trong khuôn khổ có hạn của đề tài, tác giả xin trình bày mô hình mô phỏng và các kết quả đạt đ−ợc trong quá trình thiết kế nguồn chuyển mạch dùng cho các thiết bị điện tử xách tay. Các thiết bị điện tử xách tay với yêu cầu nhỏ gọn, cấp nguồn bằng pin trong một thời gian dài … đã thực sự tạo ra một h−ớng phát triển mới cho lĩnh vực điện tử công suất. Có thể thấy ứng dụng cho phần này rất phong phú với nhiều yêu cầu khác nhau, xem hình 4.3 d−ới đây: Hình 4. 3: Một số thiết bị cầm tay yêu cầu sử dụng nguồn chất l−ợng cao Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 68 Trong ứng dụng cấp nguồn cho các thiết bị cầm tay có thể nhận ngay ra rằng các thiết bị này yêu cầu điện áp thấp cấp bằng pin. Vì hoạt động bằng pin nên điểm nối đất của ngõ ra không cần cách ly với điểm nối đất ngõ vào. Điều này cho phép loại bỏ biến áp xung hay bộ ghép quang làm cho việc thiết kế trở nên đơn giản trong khi tiết kiệm đ−ợc chi phí sản xuất và đạt đ−ợc hiệu suất cao. Các phần chính của các bộ nguồn dùng ở đây hầu nh− nằm hoàn toàn trong một IC và chỉ yêu cầu bên ngoài một điện cảm, vài tụ điện và vài điện trở để thiết lập một số thông số riêng của mạch. Tần số hoạt động nằm trong khoảng từ 60KHz đến 500KHz cũng là nguyên nhân khiến cho các linh kiện bên ngoài này khá nhỏ và mạch cũng giảm đ−ợc kích th−ớc đáng kể, khi đó ph−ơng án thiết kế nguồn tối −u là đạt đ−ợc hiệu suất cao chứ không phải là tiêu chí nhỏ gọn. Mỗi thiết bị xách tay th−ờng yêu cầu nhiều ngõ ra với các thông số khác nhau. Nh− đã nói ở ch−ơng 3, khi đó cần sử dụng biến áp nhiều đầu ra nh− hình 4.4 d−ới đây. Tuy nhiên, ph−ơng pháp này có nh−ợc điểm lớn đó là việc điều khiển nhờ vòng hồi tiếp chỉ đ−ợc dùng cho đầu ra chính, nghĩa là các đầu ra còn lại không đ−ợc điều chỉnh chính xác và ổn định tốt. Vs2 Vs1 Vm PWM Vac + Hình 4. 4: Sơ đồ thông dụng có nhiều điện áp ngõ ra Để khắc phục nh−ợc điểm của sơ đồ trên, ng−ời ta sử dụng sơ đồ phân phối công suất nh− trong hình 4.5. Khi này nó tạo ra một điện áp chung (không cần điều chỉnh tốt) và nhiều bộ biến đổi Buck, Boost, đảo pha … chuyển nó tới các điện áp yêu cầu. Nh− vậy, mỗi ngõ ra có bộ ổn định riêng và nh− thế tất cả đều đ−ợc ổn định tốt. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 69 PWM PWM PWM V2 V3 V1 Vac + + + Hình 4. 5: Sơ đồ phân phối công suất Thông th−ờng ngõ ra chính có dòng lớn nhất ở điện áp 5V đ−ợc nhận trực tiếp từ biến áp công suất chính. Nó đ−ợc điều khiển bằng vòng hồi tiếp từ một mẫu điện áp trên ngõ ra để điều khiển thời gian mở của transistor công suất của ngõ vào. Các ngõ ra còn lại đ−ợc nhận từ các bộ biến đổi với các vòng hồi tiếp riêng. Khi đó, mạch sẽ có các −u điểm sau: ƒ Biến áp công suất chính đơn giản hơn và giá thành rẻ hơn. ƒ Giảm thiểu ảnh h−ởng của các thông số của biến áp. ƒ Sự thay đổi của dòng điện hay điện áp ngõ ra ít ảnh h−ởng tới thiết kế biến áp chính. ƒ Việc thêm hay bớt một vài điện áp ngõ ra dễ dàng hơn. ƒ Không xảy ra khả năng làm mất vòng hồi tiếp toàn bộ của hệ thống nh− đối với phần sử dụng biến áp nhiều đầu ra. Tuy nhiên kiểu phân phối công suất nh− trên th−ờng không cho hiệu suất cao vì có nhiều tổn hao khi sử dụng nhiều bộ ổn định. Nh−ng do có các −u điểm nh− đã nói nên h−ớng phát triển nguồn cung cấp nhiều ngõ ra theo cách này ngày càng đ−ợc quan tâm nhiều. Từ những phân tích nh− trên, phần tiếp theo sẽ trình bày thiết kế của một bộ nguồn chất l−ợng cao dùng cho thiết bị xách tay nh− Notebook hoặc Palm với 3 đầu ra (3.3V, 5V và 12V) với ph−ơng pháp phân phối công suất. 4.2.2. Tính toán thông số và lựa chọn linh kiện cho từng đầu ra Yêu cầu của bộ nguồn: Điện áp vào: dùng nguồn pin có Vi(min) = 6V và Vi(max) = 9V, giá trị danh định là 7.5V Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 70 Ngõ ra: 1. Ngõ ra 3.3V, 2A 2. Ngõ ra 5V, 2A 3. Ngõ ra 12V, 150mA Hiệu suất: > 90% Lựa chọn IC điều khiển: Về nguyên tắc có thể lựa chọn các IC điều khiển riêng cho từng đầu ra. Điện áp vào sẽ cấp cho IC đầu tiên (th−ờng là IC cho phép lấy ra đầu ra 5V), đầu ra của mạch này sẽ đ−a tới đầu vào của các IC tiếp theo để đ−ợc các điện áp ra theo yêu cầu. Trong bài toán đặt ra ở đây có 3 đầu ra, tác giả chọn IC LTC1142HV với hai bộ ổn định riêng biệt bên trong để lấy ra đ−ợc điện áp 5V và 3.3V còn IC thứ hai là LT1070 để lấy ra điện áp 12V. Việc lựa chọn LTC1142HV với hai đầu ra sẽ làm cho mạch đơn giản và ổn định hơn, còn IC thứ hai có thể chọn IC điều khiển cho mạch Boost bất kỳ (LT1070, LT1074, LT1121 …). Sơ đồ cấu tạo bên trong và bảng chức năng của các chân của hai IC LTC1142HV và LTC1070 đ−ợc giới thiệu tóm tắt trong phần tiếp theo đây. Hình 4. 6: Sơ đồ cấu trúc của IC LTC1142HV Chú ý: là chân số 2 đối với LTC1142 và là chân 16 đối với LTC1142HV. IC này chỉ là IC điều khiển không chứa chuyển mạch công suất. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 71 Việc thay đổi Ton trong IC LTC1142HV đ−ợc thực hiện bằng cách giữ cho Toff không đổi trong khi thay đổi tần số chuyển mạch. Giá trị tần số chuyển mạch danh định đ−ợc xác định bởi CT nh−ng trị số thực của tần số này phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp đầu vào Vin. Hình 4. 7: Sơ đồ cấu trúc của IC LT1070 Chú ý: Tần số chuyển mạch đ−ợc xác định bởi bộ dao động nội với tần số danh định là 40KHz. IC LT1070 là IC điều khiển có sẵn chuyển mạch công suất bên trong. Bảng chức năng các chân của IC LTC1142HV Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 72 Chân số Tên gọi Chức năng 1 Sense+3 Đầu vào + của bộ so sánh dòng ở phần 3.3V. Điện trở Rs3 nối giữa chân 1 và chân 28 sẽ xác định giá trị dòng đầu ra. 2 Shdn3 Khi nối đất thì phần 3.3V hoạt động bình th−ờng, khi nối với điện áp cao thì cả hai MOSFET sẽ không hoạt động và phần 3.3V vì vậy không có tín hiệu ra. 3 Sngd3 Nối đất đối tín hiệu nhỏ của phần 3.3V. Điểm nối đất của chân này phải cách ly khỏi điểm nối đất của tụ đầu ra 4 Pngd3 Chân nối đất của phần điều khiển công suất cho 3.3V, nó đ−ợc nối đất với cực nguồn của N-MOSFET và cực – của tụ đầu ra 5 NC Không cần nối 6 Ndrive3 Điều khiển dòng lớn cho N-MOSFET của phần 3.3V 7 NC Không cần nối 8 NC Không cần nối 9 Pdrive5 Điều khiển dòng lớn cho P-MOSFET của phần 5V 10 Vin5 Chân nguồn cung cấp cho phần 5V 11 Ct5 Nối với tụ ngoài CT5 với đất để xác định tần số hoạt động của phần 5V 12 Intvcc5 Điện áp cung cấp bên trong cho phần 5V, danh định là 3.3V 13 Ith5 Dòng ng−ỡng trong bộ so sánh dòng của phần 5V sẽ tăng theo điện áp đặt tại chân này 14 Sense-5 Nối với bộ chia điện trở bên trong để đ−a điện áp 5V ra ngoài. Chân này cũng là chân – của bộ so sánh dòng của phần 5V 15 Sense+5 Đầu vào d−ơng của bộ so sánh dòng của phần 5V. Điện trở Rs5 nối giữa chân 14 và 15 sẽ xác định giá trị dòng đầu ra. 16 shdn5 Khi nối đất thì phần 5V hoạt động bình th−ờng, nếu nối với điện áp cao thì phần này coi nh− hoạt động ở chế độ tắt. 17 Sngd5 Nối đất đối tín hiệu nhỏ của phần 5V. Điểm nối đất của chân này phải cách ly khỏi điểm nối đất của tụ đầu ra 18 Pngd5 Chân nối đất của phần điều khiển công suất cho 5V, nó đ−ợc nối đất với cực nguồn của N-MOSFET và cực – của tụ đầu ra 19 NC Không cần nối 20 Ndrive5 Điều khiển dòng lớn cho N-MOSFET của phần 5V 21 NC Không cần nối 22 nc Không cần nối 23 Pdrive3 Điều khiển dòng lớn cho P-MOSFET của phần 3.3V 24 Vin3 Chân nguồn cung cấp cho phần 3.3V 25 Ct3 Nối với tụ ngoài CT3 với đất để xác định tần số hoạt động của phần 3.3V 26 Intvcc3 Điện áp cung cấp bên trong cho phần 3.3V, danh định là 3.3V 27 Ith3 Dòng ng−ỡng trong bộ so sánh dòng của phần 3.3V sẽ tăng theo điện áp đặt tại chân này 28 Sense-3 Nối với bộ chia điện trở bên trong để đ−a điện áp 3.3V ra ngoài. Chân này cũng là chân – của bộ so sánh dòng của phần 3.3V Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 73 Bảng chức năng các chân của IC LT1070 Chân số Tên gọi Chức năng 1 VC Đ−ợc sử dụng để bù tần số, giới hạn dòng, khởi động và tắt mềm. Nó thực chất là đầu ra của bộ so sánh sai số và là đầu vào của bộ so sánh dòng 2 Fb Chân hồi tiếp là đầu vào của bộ so sánh sai số (đầu vào không đảo của bộ so sánh sai số có điện áp chuẩn 1.244V) 3 gNd Chân nối đất 4 Vsw Chân đầu ra, nó thực chất là colecto của transistor công suất chuyển mạch bên trong. 5 vin Đầu vào cấp nguồn với điện áp từ 3V đến 40V Tính toán giá trị của các linh kiện cho đầu ra 5V/ 2A Điện áp đầu vào có giá trị từ 6V đến 20V với giá trị danh định 12V nên để lấy đ−ợc điện áp 5V đầu ra ta sẽ sử dụng sơ đồ mạch giảm áp (Buck) nh− đã nói trong ch−ơng 3. Sơ đồ mạch nh− sau: Vdc Vo IC điều khiển LTC1142HV D1 SCHOTTKY NEMOS PEMOS Rs1 C L Hình 4. 8: Sơ đồ dùng IC LTC1142HV điều khiển mạch Buck + Điện trở cảm biến dòng Rs1 dùng để xác định giá trị dòng đầu ra nên đ−ợc tính theo công thức: ][50 2 100100 max0 1 Ω=== mA mV I mVRS (4. 1) Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 74 + Xác định Toff Do mạch Buck có điện áp đầu ra đ−ợc tính theo công thức (3.1) T TVV oni=0 mà T = Ton + Toff Suy ra: )1( i o off V VTT −= (4. 2) Giả sử mạch có tần số chuyển mạch là 200KHz nên theo (4.2) sẽ xác định đ−ợc: Toff = ][67.1) 5.7 51( 200 1 s KHz à=− + Xác định tụ CT5 Giá trị của tụ CT sẽ xác định tần số chuyển mạch theo công thức: f CT *10*6.2 1 4= (4. 3) thông th−ờng Ton=Toff=T/2 nên CT có mối quan hệ với Toff theo công thức: Toff = x 1.3 x 10TC 4 (4. 4) Vậy ta tính đ−ợc: CT5 = 1.67 sà /(1.3 x 104) = 128 [pF] + Xác định giá trị của cuộn dây Giá trị của cuộn L đ−ợc chọn theo biểu thức (3.8) L = ondcn dcn IV TVVV 00 )(5 − = 0 05 I VToff (4. 5) Từ đó tính đ−ợc với phần mạch ngõ ra 5V cần dùng cuộn dây có giá trị: L1= ][30 2 5*10*67.1*5 6 Hà= − + Xác định MOSFET Hai MOSFET công suất mắc bên ngoài gồm một loại P, đóng vai trò là chuyển mạch chính và một loại N, đóng vai trò là chuyển mạch đồng bộ. Tiêu chí để lựa chọn MOSFET công suất là điện áp ng−ỡng VGS và điện trở RDS khi MOSFET dẫn Nếu Vin > 8V thì chọn VGS < 4V Khi mạch hoạt động ở chế độ liên tục, giả thiết rằng một trong hai MOSFET luôn dẫn dòng tải trung bình. Hệ số dẫn k khi đó đ−ợc tính cho mỗi MOSFET là: Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 75 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử Và có δ N = δ P = 0.27 Khi đó tính đ−ợc RDS(dẫn) cho các MOSFET ở đầu ra 5V là: Với cách chọn các linh kiện chính nh− vừa trình bày ở trên, mô phỏng bằng phần mềm LTSpice CadIII đ−ợc sơ đồ mạch và kết quả nh− sau: Đầu ra 5V có dòng max là 2A nên chọn diode MBRS130L để thoả mãn các tiêu chí trên. Diode Schottky chỉ dẫn trong khoảng thời gian “chết”, là khoảng thời gian giữa các khoảng dẫn của hai MOSFET. Diode có một nhiệm vụ duy nhất là ngăn không cho hạt dẫn bị tích trữ trong N-MOSFET trong khoảng thời gian chết. Việc lựa chọn diode này dựa trên thông số sụt áp thuận trên nó nhỏ hơn 0.6V khi nó dẫn dòng Imax và tiêu hao công suất không quá 1%. + Xác định diode Với các giá trị trên chọn P-MOSFET là loại Si9435DY và N-MOSFET là loại Si4490DY suy ra: kN-MOSFET = RDS(dẫn) N-MOSFET = ][6.147*)55.7( *5.7 )1(**)( * 2 00 Ω=−=+− mIVV PV Ni Ni δ 27.1*2 250 2 RDS(dẫn) P-MOSFET = Giả sử các MOSFET có tổn thất công suất là PN = PP = 250 [mW] Giả sử trong thời gian dẫn với giá trị điện trở RDS(dẫn) thì MOSFET Q làm tiêu tán đi công suất là PQ. Ta sẽ có: Với Qδ Suy ra: RDS(dẫn) = là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ của RDS(dẫn) kP-MOSFET = ][8.73 27.1*2*5 250*5.7 )1(** * 22 00 Ω==+ mIV PV P Pi δ PQ = k*I 2 max*RDS(dẫn)*(1+δ Q) Vi Vo T Ton = Vi VoVi T Toff −= )1(** 20 Q Q Ik P δ+ (4. 6) 76 Hình 4. 9: Sơ đồ mạch cho đầu ra 5V/2A Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 77 Hình 4. 10: Dạng điện áp tại đầu ra 5V/2A Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 78 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử Hình 4. 11: Bảng thống kê kết qủa và linh kiện sử dụng trong phần 5V/2A %72.94%100. 4.10 851.92 === W W P Pn in Rload Từ bảng thống kê kết quả xác định đ−ợc hiệu suất đầu ra 5V/2A: 79 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử + Điện trở cảm biến dòng Rs2 : đ−ợc tính theo công thức (4.1) Vẫn giả sử mạch có tần số chuyển mạch là 200KHz nên theo (4.2) sẽ xác định đ−ợc: Toff = Giá trị của các linh kiện đ−ợc chọn cụ thể nh− sau (không giải thích lại): Phần này đ−ợc thiết kế theo trình tự giống hệt nh− thiết kế cho đầu ra 5V/2A. Sơ đồ mạch vẫn sử dụng mạch giảm áp của hình 4.8. + Xác định tụ CT3 : theo công thức (4.3) và (4.4) Và có δ N = δ P = 0.27 Khi đó tính đ−ợc RDS(dẫn) cho các MOSFET ở đầu ra 3.3V theo công thức (4.6) là: + Xác định Toff: theo công thức (4.2) Tính toán giá trị của các linh kiện cho đầu ra 3.3V/ 2A Giả sử các MOSFET có tổn thất công suất là PN = PP = 250 [mW] + Xác định MOSFET RDS(dẫn) P-MOSFET = Với cách chọn các linh kiện chính nh− vừa trình bày ở trên, mô phỏng bằng phần mềm LTSpice CadIII đ−ợc sơ đồ mạch và kết quả nh− sau: Đầu ra 3.3V có dòng max là 2A nên chọn diode MBRS130L để thoả mãn các tiêu chí trên. Việc lựa chọn diode Schottky dựa trên thông số sụt áp thuận trên nó nhỏ hơn 0.6V khi nó dẫn dòng Imax và tiêu hao công suất không quá 1%. + Xác định diode Với các giá trị trên chọn P-MOSFET là loại Si9803DV và N-MOSFET là loại Si9936DY RDS(dẫn) N-MOSFET = + Xác định giá trị của cuộn dây: L2 đ−ợc chọn theo biểu thức (4.5) ][50 2 100100 max0 2 Ω=== mA mV I mVRS ] *3 250*5.7 1(** * 22 00 Ω=+ mIV PV Pi ][88.87 27.1*2*)3.35.7( 250*5.7 )1(**)( * 22 00 Ω=−=+− mIVV PV Ni Ni δ CT3 = ][8.2) 5.7 3.31( 200 1 s KHz à=− L2= ][215 10*3.1 8.2 4 pF s =à ][1.23 2 3.3*10*8.2*5 6 Hà= − .3) = Pδ 27.1*2 [89.33 80 Hình 4. 12: Sơ đồ mạch phần đầu ra 3.3V/2A Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 81 Hình 4. 13: Dạng điện áp và dòng điện tại đầu ra 3.3V/2A Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 82 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử Hình 4. 14: Bảng kết quả và thống kê linh kiện sử dụng cho đầu ra 3.3V/2A %03.93%100. 99.6 503.61 === W W P Pn in Rload Từ bảng thống kê kết quả xác định đ−ợc hiệu suất đầu ra 3.3V/2A: 83 Tính toán giá trị của các linh kiện cho đầu ra 12V/ 150mA IC điều khiển sử dụng LT1070 là loại IC đa năng có khả năng điều khiển cho nhiều kiểu mạch khác nhau tuỳ theo cách mắc. Transistor chuyển mạch công suất nằm sẵn trong IC này và có đầu ra ở chân SW. Vậy ta có sơ đồ mạch Boost để đ−a điện áp đầu vào thấp (khoảng từ 6V đến 10V) lên điện áp 12V nh− sau: Hình 4. 15: Sơ đồ mạch nguyên lý của bộ ổn định Boost + Bộ phân áp lấy điện áp mẫu R1, R2 : Điện áp lấy từ bộ phân áp đ−ợc đ−a tới chân FB của IC. Chân hồi tiếp này chính là đầu vào đảo của bộ khuếch đại sai số với điện áp chuẩn là 1.24V. Do đó có thể xác định rằng điện áp tại chân FB cần đạt 1.24V. Từ đó xác định đ−ợc mối quan hệ của R1 và R2 nh− sau: 021 2 V RR RVFB += Suy ra: )1 24.1 (21 0 −= VRR (4. 7) Chọn các giá trị của điện trở này sao cho dòng chạy qua bộ chia áp khoảng 1mA. Nghĩa là: R1 + R2 ≈ (Vo/1mA) = 12K Giả sử chọn R2 = 1.24K, khi đó theo công thức (4.7) tính đ−ợc R1 = 12 – 1.24 = 12 – 1.24 = 10.76K + Xác định giá trị của cuộn dây: Theo các công thức (3.15) ta có: 00 2 *2 ** IV VTkL ion= (4. 8) Để mạch hoạt động ở chế độ không liên tục nh− đã phân tích trong ch−ơng 3 thì k đ−ợc chọn bằng 0.8 và khi đó Ton(max) có giá trị nh− trong biểu thức (3.16) Vdc Vo IC điều khiển LT1070 . L D R1 Co R2 84 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử ][003.0 12*10*40 )612(*8.0)(8.0 3 0 (min)0 (max) msV VVT T ion =−= −= Với cách chọn các linh kiện chính nh− vừa trình bày ở trên, mô phỏng bằng phần mềm LTSpice CadIII đ−ợc sơ đồ mạch và kết quả nh− sau: Đầu ra 12V có dòng ra là 150mA nên chọn diode MBRS340 để thoả mãn các tiêu chí trên. Diode đ−ợc chọn là diode tắt nhanh và th−ờng chọn là loại diode Schottky dựa trên thông số sụt áp thuận trên nó nhỏ hơn 0.6V khi nó dẫn dòng Imax và tiêu hao công suất không quá 1%. Thay vào (4.8) xác định đ−ợc giá trị của cuộn dây dùng trong mạch đầu ra 12V nh− sau: + Xác định diode Vì chọn Vi(min) = 6V và tần số chuyển mạch của LT1070 là 40KHz ][5.37 150*12*2 5.7*003.0*8.0 *2 ** (max)3 2 00 2 (max) H IV VTk L ion à=== 85 Hình 4. 16: Sơ đồ mạch của mạch thiết kế cho đầu ra 12V/150mA Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 86 Hình 4. 17: Dạng điện áp đầu ra 12V/150mA Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 87 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử Hình 4. 18:Bảng kết quả và thống kê linh kiện sử dụng cho đầu ra 12V/150mA %92%100. 97.1 812.13 === W W P Pn in Rload Từ bảng thống kê kết quả xác định đ−ợc hiệu suất đầu ra 12V/150mA: 88 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 4.3. Đánh giá và thí nghiệm kết quả trên mô hình mô phỏng 4.3.1. Mô phỏng cho mạch đơn Các mạch đơn thiết kế cho từng đầu ra nh− trên đều cho kết quả mô phỏng t−ơng tự nh− lý thuyết. Các giá trị của linh kiện là hoàn toàn dựa trên kết quả tính toán lý thuyết mà ch−a có sự điều chỉnh nào. Trong điều kiện tính toán nh− vậy ta thu đ−ợc kết quả: + Dạng điện áp đầu ra: Các mạch đều có dạng điện áp đầu ra giống nh− trong lý thuyết đã trình bày ở ch−ơng 3. Cụ thể là: Mạch 5V và 3.3V thực chất là mạch Buck, đầu ra có dạng điện áp giống dạng sóng đặc tr−ng của bộ chuyển mạch Buck cho trong hình 3.1 Mạch 12V thực chất là mạch Boost hoạt động ở chế độ không liên tục, đầu ra có dạng điện áp giống dạng sóng đặc tr−ng của bộ chuyển mạch Boost trong hình 3.4. + Hiệu suất: Các mạch đều đạt hiệu suất trên 90%, nghĩa là thể hiện đ−ợc −u điểm nổi trội của SMPS là hiệu suất rất cao. + Giá trị trung bình của điện áp đầu ra: Với các số liệu tính trong lý thuyết thì giá trị trung bình của điện áp đầu ra của mạch 1 và 2 vẫn ch−a đạt độ chính xác 100% . Cụ thể là: Mạch 5V có điện áp trung bình Vo1 = 4.96V Mạch 3.3V có điện áp trung bình Vo2 = 3.33V Mạch 12V có điện áp trung bình Vo3 = 12V 4.3.2. Mô phỏng cho mạch tổng hợp: Sau khi thiết kế riêng cho từng đầu ra ta ghép lại thành một mạch thống nhất và điều chỉnh một số thông số để đ−ợc kết quả tốt hơn nh− sau: 89 Hình 4. 19: Sơ đồ mạch bộ nguồn 3 đầu ra dùng cho Notebook Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 90 Hình 4. 20: Bảng thống kê linh kiện và hiệu suất đạt đ−ợc Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 91 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử Hình 4. 21: Dạng sóng của cả ba đầu ra: 5V, 3.3V, 12V %49.93%100. 5.36 787.17839.9499.6123 =++=++= in RloadRloadRload P PPPn Từ bảng thống kê kết quả xác định đ−ợc hiệu suất của mạch là: 92 Kết luận Khoa học kỹ thuật ngày nay đang phát triển rất nhanh nhằm đem lại những lợi ích lớn nhất cho con ng−ời. Trong số các lĩnh vực có nhiều thành công với những b−ớc tiến v−ợt bậc phải kể tới lĩnh vực điện tử. Các thiết bị điện tử ngày càng có nhiều tính năng linh hoạt, chất l−ợng cao, kích th−ớc nhỏ gọn, tuổi thọ lâu và giá thành thì liên tục giảm. Tuy nhiên, để có đ−ợc những thiết bị có những −u điểm ấy thì một nhánh nghiên cứu rất quan trọng đó là nghiên cứu để tạo ra các bộ nguồn tối −u phù hợp cho từng thiết bị. Giải pháp thực hiện ở tất cả các bộ nguồn dùng cho các thiết bị điện tử hiện nay là thiết kế theo ph−ơng pháp ổn áp xung, còn gọi là nguồn chuyển mạch. Khối nguồn loại này cho phép tối −u hoá về mặt kích th−ớc, mật độ tích hợp công suất cao, chất l−ợng đầu ra ổn định …. Thực tế chỉ ra rằng, với những yêu cầu cao đặt lên bộ nguồn thì xác suất h− hỏng xảy ra ở phần này so với các phần cứng khác của thiết bị là t−ơng đối cao. Vì vậy, yêu cầu cần sửa chữa những h− hỏng này là lớn. Thêm vào đó, trong xu h−ớng phát triển của đất n−ớc theo con đ−ờng công nghiệp hoá - hiện đại hoá thì việc tiến đến một nền sản xuất tiên tiến là tất yếu. Vì vậy, quá trình chuẩn bị đầy đủ về mặt lý thuyết sẽ là b−ớc đi có tính chất quyết định. Với mong muốn đóng góp một phần nhỏ bé vào việc bổ sung kiến thức về nguồn chuyển mạch những gì tác giả trình bày trong quyển luận văn này sẽ là tài liệu tham khảo có ích cho những ai muốn thiết kế, lắp ráp và sửa chữa bộ nguồn chất l−ợng cao dùng trong các thiết bị điện tử. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử 93 Tài liệu tham khảo [1] – Nguyễn Văn Nhờ: Điện tử công suất . ĐH BK HCM . 2005 [2] – Joseph Vithayathil: Power Electronics . 1995 [3] - Mohan, Undeland, Robin: Power Electronics . 1997 [4] - Fang Lin Luo, Hong Ye: Advanced DC/DC Converter . 2004 [5] - Abraham I. Pressman: Switching Power Supply Design . 2001 [6] - Hunt, Lipsman, Rosenberg: A guide to MATLAB . 2003 [7] - Nguyễn Phùng Quang: Matlab & Simulink . NXB KHKT . 2003 [8] - A. Dumitrescu, D. Fodor, M. Rosu: Modeling and simulation of electric drive systems using Matlab/Simulink environments . 1999 [9] – Linear Teachnology Corporation: Design Note, Application Note 51, 54, 57,66, 67, 76, 84. 1993 – 2006 [10] – Cybernet Systems Co., Switching Power Supply Design Utilizing / Pspice - 2002 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế nguồn chất l−ợng cao dùng trong thiết bị điện tử ._.