TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG
CẤP ĐIỆN ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN
TRÊN XE MÁY ĐIỆN

SVTH:
MSSV:
SVTH:
MSSV:
Khoá :
Ngành:

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

GVHD:

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG
CẤP ĐIỆN ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN
TRÊN XE MÁY ĐIỆN

SVTH:
MSSV:
SVTH:
MSSV:
Khoá :

2016 - 2020

Ngành:

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

GVHD:

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2020


Bộ Giáo Dục và Đào Tạo

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao
----***----

----***----


NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. Lê Thanh Phúc
SINH VIÊN THỰC HIỆN:

I. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết gồm: nguyên lý hoạt động cơ bản của các loại
nguồn xung, các linh kiện điện tử sử dụng trong hệ thống hạ áp
-

Thực hiện mô phỏng mạch hạ áp với phần mềm Proteus và SIMetrix

- Đấu mạch hạ áp DC – DC thực tế, làm mạch in
- Thử nghiệm và đánh giá
- Kết luận và kiến nghị
- Viết thuyết minh đề tài
II. Trình bày

Tập thuyết minh đề tài: 01 cuốn thuyết minh
III. Thời gian thực hiện:

1. Ngày bắt đầu: 19/2/2020
2. Ngày hoàn thành: 7/6/2020
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…,tháng…,năm 2020
TRƯỞNG BỘ MÔN


GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)



LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, nhóm muốn cảm ơn đến tất cả thầy, cô trong trường Đại Học
Sư Phạm Kỹ Thuật, đặc biệt là các thầy trong Khoa Chất Lượng Cao. Nhóm r ất
biết ơn các thầy vì đã chia sẻ những kiến thức, kinh nghi ệm v ề ngành ô tô
cũng như tạo mọi điều kiện tốt nhất để có thể tiếp cận và nghiên cứu các
môn học, điều này đã giúp nhóm có được nền tảng để hoàn thành đề tài được
giao.
Nhóm cũng muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cùng với kỹ sư đã
luôn tận tình giúp đỡ mặc dù bị nhóm gián đoạn công việc đang làm. Cách gi ải
thích của thầy rất dễ hiểu, điều này giúp cho vi ệc n ắm b ắt, ti ếp c ận và xác
định phạm vi của đề tài trở nên dễ dàng hơn. Cũng nhờ thầy mà nhóm đã có
điều kiện nghiên cứu trong phòng lab với đầy đủ trang thi ết b ị, quá trình làm
đồ án nhờ vậy mà được xúc tiến.
Tuy đã có sự hỗ trợ từ thầy và nhà trường nhưng việc bài báo cáo này có sai
sót trong quá trình làm là điều không thể tránh kh ỏi, nó có th ể xu ất phát t ừ
việc bản thân nhóm chưa tìm hiểu, nghiên cứu kỹ trong quá trình làm. Nhóm
rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy, cô để bài báo cáo được hoàn thi ện
tốt hơn.

7


TÓM TẮT
Nguồn được sử dụng là nguồn xoay chiều có điện áp 220 vôn được chỉnh
lưu. Nhóm sẽ tập trung nghiên cứu, thiết kế, thực hiện giảm áp nguồn được
chỉnh lưu và đánh giá bộ chuyển đổi DC sang DC, bộ hạ áp này sẽ cho các đ ầu
ra mà các phụ tải trên xe điện cần. Để có th ể thi ết kế được bộ chuy ển đổi
giảm áp DC – DC ta cần sử dụng các kiến thức liên quan đến nguồn xung. Theo
nhu cầu hiện tại, nhóm cần thiết kế mạch hạ áp theo kiểu flyback b ởi sự linh

hoạt của nó có thể cho ra nhiều mức đi ện áp đầu ra ổn định với độ chính xác
cao mà các dạng nguồn xung khác không làm được.
Sau quá trình nghiên cứu, nhóm đã tìm hiểu được cấu tạo và nguyên lý ho ạt
động cơ bản của các loại nguồn xung cùng với một số linh ki ện điện tử đặc
biệt được sử dụng trong mạch hạ áp. Dựa trên những gì đã tìm hi ểu, nhóm đã
mô phỏng hệ thống hạ áp trên phần mềm Proteus và SIMetrix. Sau đó nhóm
đã thực hiện thử nghiệm thực tế qua việc thiết kế được biến áp xung và tạo
ra được bộ hạ áp có đầu ra 12 vôn, 4 ampere. Mạch gi ảm áp đã đ ược th ử v ới
các tải lớn, nhỏ được dùng trên xe máy điện và nhận thấy r ằng h ệ th ống hoạt
động khá ổn định với độ sụt áp nhỏ.

8


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH

9


DANH MỤC CÁC BẢNG

10


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.Lý do chọn đề tài
Trong thực tế, nguồn điện là một phần thiết yếu cho các thi ết bị đi ện,

điện tử, các mạch điện và nó có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của chúng.
Mỗi một trong số chúng đều có một hệ thống điện và một ngu ồn đi ện
cung cấp cố định, trong hệ thống điện đó lại có các hệ th ống con khác đòi
hỏi các nguồn đầu vào khác nhau từ nguồn cố định trên. Nói cách khác ta
sẽ tăng hoặc giảm áp từ một nguồn có sẵn. Theo xu hướng hi ện nay, các
thiết bị điện, linh kiện điện tử hay các bo mạch vi điều khi ển ngày càng
trở nên nhỏ và tinh gọn hơn nên tạo nhiều sự ti ện lợi cho người s ử d ụng.
Vậy nên bộ chuyển điện áp chắc chắn đóng vai trò không nhỏ đ ể chúng có
thể được sạc và hoạt động ổn định. Muốn thỏa mãn được các nhu cầu như
trên thì cần phải nhờ đến các bộ biến đổi điện năng đáp ứng đúng công
suất đầu ra, trao đổi năng lượng, tính linh hoạt. Bộ chuy ển đổi này phải
đảm bảo rằng trong quá trình hoạt động mạch điện có khả năng đi ều
khiển chính xác và ổn định trong quá trình trao đổi năng lượng.
Cụ thể hơn trong chiếc xe máy điện mà nhóm đang nghiên cứu và thi ết
kế có nguồn 240 vôn sử dụng gồm các 60 pin 4 vôn mắc nối ti ếp, nếu ta
trực tiếp trích 3 pin ra làm nguồn 12 vôn cấp cho các phụ tải thì sẽ làm
mạch nguồn bị hở mạch do 3 pin trên sẽ nhanh hết đi ện h ơn so v ới các
pin còn lại. Để có nguồn 12 vôn đi nuôi các phụ tải ta ph ải ch ọn h ướng đi
khác, do vậy mà nhóm chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thi ết k ế h ệ
thống cung cấp điện áp thấp cho các tải điện trên xe máy đi ện”.
1.2.Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế được mạch hạ áp cho đầu ra 12 vôn.
- Nhiệm vụ nghiên cứu: Đề tài cần thực hiện các nội dung sau đây:
• Giới thiệu tổng quan về đề tài
• Tìm hiểu lý thuyết về nguồn xung, linh kiện điện tử, phần mềm mô
phỏng
• Thiết kế mạch hạ áp điện một chiều DC – DC (Direct Current)
• Thử nghiệm và đánh giá hoạt động
• Đưa ra kết luận và kiến nghị


11


12


1.3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: nguồn xung dạng flyback; IC nguồn UC2842;
các linh kiện điện tử; phần mềm mô phỏng và thi ết kế mạch đi ện tử
SIMetrix, Proteus.
- Phạm vi nghiên cứu: đề tài chỉ tập trung nghiên cứu về cấu tạo, sơ bộ
về cách hoạt động , cách ứng dụng của các đối tượng trên vào vi ệc thi ết
kế mạch hạ áp, ta sẽ không đi sâu vào thuật toán hay hay các ph ần
chuyên sâu liên quan đến lĩnh vực điện – điện tử.
1.4.Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu lý thuyết: sử dụng các kiến thức đã học kết hợp với các tài
liệu liên quan tìm được từ internet, từ đó áp dụng vào đề tài. Nh ờ th ầy
hoặc các anh khóa trên giải đáp các khúc mắc trong quá trình nghiên
cứu lý thuyết.
- Mô phỏng, đơn giản hóa mạch thiết kế: sử dụng phần mềm mô
phỏng và thiết kế mạch điện tử SIMetrix, Proteus.
- Thử nghiệm thực tế: sử dụng các thông số có được trong quá trình tìm
hiểu lý thuyết để thiết kế mạch, sau đó cho mạch chạy th ử và đánh giá
hoạt động.
1.5.Một số dề tài nghiên cứu tương tự trong và ngoài nước
• Các nghiên cứu trong nước
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống biến đổi điện tử công suất ứng
dụng trong hệ thống năng lượng mặt trời kết nối lưới” của Trịnh Trọng
Chưởng và Bùi Văn Huy [1] trình bày về bộ biến đổi DC – DC trong h ệ
thống nguồn pin mặt trời được thiết kế theo ki ểu tăng áp (boost

converter). Nó lấy tín hiệu đo được từ dàn pin mặt trời sau đó chuy ển
đổi cho đầu ra đưa đến bộ nghịch lưu DC – AC từ một chiều sang xoay
chiều. Nhiệm vụ chính của nó trong quá trình này là thực hi ện thu ật toán
bám công suất cực đại hay còn gọi là MPPT (Maximum Power Point
Tracking). Thuật toán này có tác dụng khi hệ thống làm vi ệc trong đi ều
kiện thời tiết ổn định hay chậm thay đổi bởi nó giải quyết được sự dao
động điện áp làm tổn hao công suất trong hệ quang đi ện. Dựa theo k ết
quả mô phỏng mà báo cáo đưa ra đối với bộ bi ến đổi DC – DC thì đi ện áp
một chiều trung gian được giữ khá ổn định khi hệ th ống ở tr ạng thái xác
lập, nó cho thấy quá trình trao đổi công suất được cân bằng. Công suất

13


có ích đưa vào lưới khoảng 4,5 kilowatt, nếu so với công su ất pin m ặt
trời đưa vào bộ chuyển DC – DC là 5 kilowatt thì hi ệu su ất đ ạt kho ảng
90%.
Theo một đề tài khác với chủ đề tương tự của Trịnh Trung Hi ếu cùng
với cộng sự Đoàn Anh Tuấn và Lê Thị Tịnh Minh có tên là “Thi ết k ế b ộ
chuyển đổi DC – DC mới cho hệ thống điện sử dụng năng lượng m ặt
trời” [2], thiết kế mới của họ gồm nhiều bộ biến đổi DC – DC có công
suất nhỏ (SCM – Small DC/DC Converter Module) được ghép n ối v ới nhau
theo một qui luật nhất định nhằm tạo ra bộ chuy ển đổi DC – DC có công
suất lớn. Trong nghiên cứu này họ đồng th ời lắp một bộ chuy ển DC – DC
có công suất 200 watt áp dụng vào tấm pin mặt tr ời PEPV-48-2000, h ọ
đã cho thực hiện kiểm tra và đo đạc giữa hai bộ chuyển đổi nói trên. Qua
kết quả thực tế, ở giai đoạn bức xạ mặt trời thấp (trước 9h sáng, sau
14h chiều), một số bộ SCM bị cô lập và nhờ đó công suất qua các b ộ SCM
còn lại tăng lên, điều này dẫn đến hiệu suất của bộ SCM cải thi ện hơn
hẳn so với việc sử dụng một bộ chuyển DC – DC cố định. C ụ th ể trong

giai đoạn từ 7h – 8h sáng hiệu suất của bộ chuy ển đổi DC – DC đã tăng từ
58,12% đến 82,2%. Trong giai đoạn từ 9h sáng đến 15h chi ều, hiệu suất
của bộ thiết kế mới (gồm 10 bộ SCM 20 watt) vẫn duy trì như một bộ DC
– DC 200 watt.
• Các nghiên cứu ngoài nước
Ở đề tài “Study and Analysis of Switched Mode DC –DC Converter
Topologies for Telecommunication System” của Chitravalavan và
Dr.R.Seyezhai, họ đã tiến hành nghiên cứu mang tính so sánh v ề ba c ấu
trúc của bộ biến đổi DC – DC theo ki ểu tăng áp gồm có boost converter,
interleaved boost converter (IBC) và soft switching interleaved boost
converter, có thể được hiểu lần lượt là boost converter cơ bản, boost
converter kép và IBC kép. Sau khi so sánh và phân tích ở cùng m ột đi ều
kiện (tần số đóng mở của công tắc là 30 kilohertz; đầu vào 10,56 vôn;
đầu ra 48 vôn, chu kỳ công suất 0,78), hiệu suất được cải thi ện do gi ảm
đi tổn thất thành phần, kết quả là bộ IBC kép có hiệu suất cao nh ất
93,2% với đầu ra ổn định, tạo nên cải thiện đáng kể bởi nó tăng những
17,64% so với bộ boost converter cơ bản.

14


Với đề tài “Interleaved 3 Phase DC – DC Converter for Automotive
Applications” của O. Cornea, N. Muntean và M. Gavris, h ọ đã dùng b ộ
chuyển đổi DC – DC theo kiểu buck converter để sạc cho nguồn 12 vôn và
cấp cho các tải tương đương từ 42 vôn, trong hệ thống điện áp kép trên ô
tô. Công suất đầu ra cực đại của nó là 3 kilowatt và hi ệu su ất đ ạt h ơn
93% ở trạng thái 100% tải và để tăng hiệu suất họ đã dùng IC chuyên
dụng và kỹ thuật chỉnh lưu đồng bộ.

15



Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.Cơ bản về các loại nguồn xung
2.1.1.Các yếu tố được sử dụng trong nguồn xung
a. Các đặc trưng về độ tự cảm của cuộn cảm
Định luật sẽ biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng đi ện trong
một cuộn cảm theo phương trình:
Trong đó L là giá trị của cuộn cảm và là sự biến thiên của dòng điện
theo thời gian
Các đặc điểm quan trọng của của cuộn cảm theo định luật về độ cảm:
Điện áp qua cuộn cảm có giá trị chỉ khi dòng điện thay đổi theo th ời
gian. Nếu có dòng điện một chiều ổn định trong cuộn cảm thì sẽ không có
điện áp qua nó (ngoại trừ trường hợp có sự sụt áp nhỏ trong cuộn dây
đồng)
Điện áp qua cuộn cảm có thể thay đổi tức thì còn dòng đi ện trong nó thì
không (điều này chỉ xảy ra khi giá trị điện áp là vô cùng). Trong m ột cu ộn
cảm, dòng điện thay đổi càng nhanh thì điện áp qua nó càng l ớn.
Sau đây là hình 2.1 minh họa các đặc điểm được nêu trên:

Hình 2.1 Mối quan hệ của điện áp và dòng điện trong cuộn cảm [10]
b. Sự vận hành của dòng điện

16


Như đã nói ở mục a dòng qua cuộn cảm không tăng đ ột ngột mà tăng
dần theo thời gian theo hiện tượng tự cảm và cũng giảm dần khi ng ắt
nguồn.

Chế độ vận hành ở đây là chế độ của dòng điện trong cu ộn cảm.
Thường có hai chế độ vận hành:
Vận hành liên tục (CO – Continuous Operation): dòng trong cuộn cảm
tăng từ giá trị I đến rồi lại giảm xuống I khi công tắc đóng cứ như v ậy liên
tục tăng rồi giảm, nhưng sẽ không bao giờ giảm về 0.
Vận hành gián đoạn hay không liên tục (DO – Discontinuous Operation):
dòng trong cuộn cảm tăng từ 0 đến khi công tắc đóng và khi công tắc mở,
dòng lại trở về 0 trước khi công tắc đóng trong chu kỳ tiếp theo.
c. Biến áp trong nguồn xung
Yếu tố thứ cuối cùng được sử dụng trong nguồn xung đó chính là biến
áp xung, khác với biến áp thường thì cuộn dây quấn trong bi ến áp xung
đồng thời đóng vai trò như một cuộn cảm và mỗi biến áp thường có hai
hoặc nhiều cặp cuộn dây từ tính. Dưới đây là sơ đồ hình 2.2 mô tả bộ bi ến
áp:

Hình 2.2 Sự vận hành biến áp [10]
Bên A là cuộn sơ cấp có số vòng dây N1, bên B là cuộn thứ cấp v ới s ố
vòng dây N2. Về vấn đề đấu dây thì hình bên tay phải đấu thuận (2 dấu
chấm thuận với nhau) và hình bên tay trái là đấu nghịch (2 d ấu ch ấm
nghịch nhau), dòng sẽ đi vào từ dấu chấm bên sơ cấp và đi ra từ dấu ch ấm
bên thứ cấp.
d. Điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM)
Điều chế độ rộng xung hay còn được gọi là băm xung, có th ể đ ược hi ểu
là phương pháp điều chỉnh điện áp đầu ra.

17


Tất cả các loại nguồn xung đều dựa trên nền tảng căn bản gọi là đi ện
áp xung. Hình 2.3 mô tả một điện áp xung đang chạy trong một chu kỳ nào

đó , điện áp này được điều khiển trực tiếp bởi một công tắc trong bộ
chuyển đổi bằng cách đóng/mở. Sau đó nó được đưa qua b ộ l ọc L – C cho
ra điện áp một chiều được tính như trong hình:

Hình 2.3 Các nguyên tắc cơ bản của PWM [10]
Hầu hết các mạch nguồn xung đều có mạch l ọc L – C g ồm cu ộn c ảm và
tụ điện, nó có nhiệm vụ là san phẳng điện áp ra. Cụ th ể, ta có th ể hi ểu b ộ
lọc L – C như sau: nó nạp năng lượng khi công tắc đóng và gi ải phóng năng
lượng duy trì cho tải khi công tắc mở.
ở đây được gọi là chu kỳ hoạt động (thời gian mà công tắc m ở ra chia
cho thời gian của một chu kỳ), còn là điện áp đỉnh.
2.1.2.Các loại nguồn xung
Nguồn xung hiện nay có thể chia thành nhóm chính đó là nhóm ngu ồn
không cách ly và nhóm nguồn cách ly, mỗi nhóm g ồm nhi ều lo ại khác
nhau.
a. Nhóm nguồn không cách ly:
Ưu điểm của nhóm nguồn này là cấu trúc mạch tương đối đơn giản bởi
số lượng linh kiện dùng trong mạch cùng với kích thước của chúng khá
nhỏ. Bên cạnh đó nó luôn chạy ở tần số cao lớn h ơn 100 kilohertz và hi ệu
suất đạt được lớn hơn 90%, đồng thời nó cũng có khả năng ổn áp và ổn
dòng do hệ điều khiển tự động.
Về khuyết điểm thì nó không được linh hoạt khi đầu ra chi có một, h ệ
thống hồi tiếp để ổn định mạch tự động khá là phức tạp. Chính vì là nhóm
nguồn không cách ly (giữa nguồn và tải) nên khi các công t ắc nh ư FET hay

18


transistor hỏng thì nguồn đầu vào sẽ được truyền trực ti ếp ra ngoài cho
tải gây hư hỏng.

• Kiểu buck
Đây là loại nguồn xung được dùng để giảm điện áp một chiều, đi ện áp
ra sẽ nhỏ hơn điện áp vào. Nó thường được dùng với yêu cầu công su ất từ
thấp cho đến cao khoảng 500 – 700 watt. Dưới đây là hình 2.4 mô t ả ho ạt
động của mạch nguồn xung kiểu buck cơ bản:

Hình 2.4 Nguồn xung buck [10]
Cấu tạo mạch gồm nguồn, một công tắc mắc nối tiếp được đóng mở ở
tần số cao có nhiệm vụ băm xung đi ện áp vào, b ộ l ọc LC, tải và diode giúp
dẫn dòng liên tục trong cuộn cảm. Quá trình hoạt động g ồm quá trình
công tắc đóng (Switch ON) và quá trình công tắc mở (Switch OFF):
- Switch ON: Khi công tắc đóng dòng điện từ nguồn cung c ấp cho t ải qua
tụ điện, lúc này tụ đang được xạc và cuộn cảm sẽ tích tữ năng lượng từ,
dòng điện đi vào cuộn cảm ngày càng tăng.
- Switch OFF: Khi công tắc mở dòng điện vẫn tiếp tục lưu chuy ển nh ờ
năng lượng từ tích lũy trong cuộn cảm trước đó, cuộn cảm có xu hướng
giữ cho dòng điện không đổi và giảm dần. Tụ lúc này cũng gi ải phong
năng lượng qua tải.
• Kiểu boost
Ngược với buck converter thì đây loại dùng đ ể tăng áp một chi ều, đi ện
áp ra sẽ lớn hơn điện áp vào. Số lượng linh kiện và công suất hoạt đ ộng
của mạch về cơ bản đều tương đương với kiểu buck. Quá trình hoạt động
cũng tương tự mạch nguồn xung hạ áp buck. Điều đặc biệt là ở đây công
tắc sẽ được mắc song song với nguồn đầu vào.

19


Hình 2.5 Nguồn xung boost [10]
- Switch ON: Khi công tắc đóng nguồn điện tạo từ thông qua cuộn cảm,

năng lượng sẽ tích trữ trong cuộn cảm, dòng điện qua nó tăng lên r ất
nhanh và đi tiếp theo hướng qua công tắc đến cực âm của ngu ồn. Dòng
điện sẽ không qua diode và tụ điện, nguồn cung cấp cho tải lúc này là
nhờ năng lượng trữ trong tụ điện.
- Switch OFF: Khi công tắc mở điện áp đầu vào cùng v ới đi ện áp ở cu ối
cuộn cuộn dây qua diode cấp cho tải và xạc cho tụ, hai đi ện áp này
bằng nhau. Điện áp đầu ra lúc này lớn hơn điện áp đầu vào, dòng đi qua
tải được cấp bởi nguồn đầu vào.
• Kiểu buck - boost
Loại nguồn xung còn có tên là nguồn xung đảo áp, nguồn đầu vào có th ể
lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp đầu ra về độ lớn. Nếu điện áp vào dương
thì điện áp ở tải sẽ là âm, vẫn có những loại buck – boost khác ngăn không
cho đảo áp nhưng mạch của nó sẽ phức tạp hơn. Loại ngu ồn xung này
thường ít được sử dụng. Dưới đây là hình 2.4 mô tả hoạt động của nó:

Hình 2.6 Nguồn xung buck – boost [10]
- Switch ON: Khi công tắc đóng dòng điện nạp năng lượng cho cu ộn cảm,
nguồn cho tải lúc này do tụ phóng ra

20


-

Switch OFF: Khi công tắc mở dòng điện trong cuộn cảm gi ảm dần làm
cho điện áp ở đầu diode chuyển sang âm. Nhờ vậy mà dòng trong trong
cuộn cảm tạo được năng lượng cấp cho tải và xạc cho tụ.
a. Nhóm nguồn cách ly:

Đây là nhóm nguồn được phát triển từ nhóm nguồn không cách ly, nó

khắc phục được các nhược điểm của của nhóm nguồn cách ly như việc nó
có khả năng thiết kế đa áp từ một nguồn và có th ể bảo vệ t ải nh ờ cách ly
tải và nguồn. Tuy nhiên, công suất nhóm nguồn này không được truy ền
trực tiếp nên hiệu quả công suất sẽ kém hơn so với nhóm ngu ồn không
cách ly, để khắc phục điều này mạch có thể thiết kế phức tạp hơn.
• Kiểu flyback
Đây là loại nguồn xung được phát tri ển từ loại buck – boost, có th ể d ễ
dàng nhận thấy ở hình 2.6 khi ta thay cuộn cảm bằng bi ến áp xung và đ ổi
chiều diode như hình 2.7 bên dưới. Nguồn vào của nó là nguồn đi ện DC có
thể lên đến 310 vôn, nguồn này có thể được công tắt băm xung ở tần số từ
25 – 100 kilohertz, dòng điện ở cả hai phía cuộn sơ và cuộn thứ đều được
gọi là dòng điện xung.
Loại biến áp xung này vừa có cả chức năng của cuộn cảm và bi ến áp bởi
cuộn sơ ở đây chính là cuộn cảm, do đó ta có thể thay đổi tỉ s ố gi ữa cu ộn
sơ và cuộn thứ đồng thời chỉnh chu kỳ của nó, như vậy ta sẽ có được đi ện
áp như mong muốn của mình. Cách quấn dây biến áp xung ở ki ểu flyback
có dấu chấm đi vào nghịch với chấm đi ra của nó. Cách ho ạt đ ộng c ơ b ản
của nó được mô tả như trong hình 2.7:

Hình 2.7 Nguồn xung flyback một đầu ra [10]

21


- Switch ON: Khi công tắc đóng luồng từ thông sẽ được nạp vào cu ộn dây
sơ cấp, bên thứ cấp sẽ không có dòng điện hay không có năng l ượng t ừ
cuộn thứ được đưa ra ngoài do kết cấu dây được đấu nghịch lại, nguồn
cấp chính cho tải là năng lượng dự trữ trong tụ.
- Switch OFF: Khi công tắc mở năng lượng từ thông trữ trong dây s ơ cấp
giải phóng xạc cho tụ và cấp năng lượng cho tải.

• Kiểu forward
Loại này có tiền thân là nguồn xung buck, có th ể dùng đ ể tăng ho ặc h ạ
áp. Nó có công suất trung bình từ 50 – 200 watt, dòng t ải cao có th ể lên t ới
20 Ampere cao hơn kiểu flyback. Ngoài ra, nguồn xung forward ch ỉ dùng
được cho điện áp nguồn nhỏ hơn 150 vôn DC, chu kỳ hoạt động luôn nh ỏ
hơn 50% và có hệ thống hồi tiếp đơn giản nếu dùng ổn dòng h ồi ti ếp.
Hình 2.8 mô tả sơ đồ căn bản của một bộ nguồn xung Forward:

Hình 2.8 Nguồn xung forward cơ bản [14]
Trong hình 2.8 mô tả nguồn xung forward có hai cuộn dây sơ cấp và một
cuộn dây thứ cấp, con transistor được điều khiển b ởi IC LM2577 băm
xung, ở đây ta xem nó đơn giản như một côn tắc hoạt động ở tần s ố cao.
Các diode có nhiệm vụ điều chỉnh dẫn dòng điện theo một chi ều tùy theo
trường hợp, tụ và cuộn cảm có tác dụng lọc, ổn định dòng và điện áp đ ầu
ra.
Khi công tắc đóng, nguồn sẽ đi vào và dòng sẽ vào cu ộn dây s ơ c ấp P r ồi
xuống mass (ground), do cách đấu dây của cuộn sơ này cùng hướng với
cuộn tứ nên khi năng lượng truyền vào cuộn sơ P đồng thời cũng sẽ

22


truyền tiếp vào cuộn thứ, dòng từ cuộn thứ sẽ chạy liên tục từ diode đi
qua cuộn cảm và ra ngoài tải.
Khi công tắc mở, luồng từ thông không được nạp, dòng không chạy từ
diode DR mà chạy liên tục từ diode qua cuộn cảm và ra tải.
Cuộn dây sơ cấp C được đấu ngược có tác dụng khi công tắc không hoạt
động. Nó giúp ta đưa năng lượng từ thông đã nạp lên cao tr ước đó đi
ngược trở lại về trạng thái ban đầu nếu không dòng ở cuộn sơ tăng quá
cao do đó năng lượng sẽ đi vào tình trạng bão hòa. Khi hi ện tượng bão hòa

xảy ra, dòng lớn hơn định mức đi qua lõi bộ bi ến áp ti ếp tục tăng và lõi
không thể sinh ra từ thông được nữa, cứ như vậy sẽ gây nóng lõi và làm
hỏng biến áp.

23


• Kiểu push - pull
Đây là loại nguồn xung được phát triển từ kiểu forward, bộ bi ến áp của
nó tương đối phức tạp khi cả hai bên sơ cấp và thứ cấp mỗi bên đều có
hai cuộn dây quấn. Kiểu push - pull thường được dùng với yêu cầu công
suất từ 100 watt trở lên và không được sử dụng với nguồn vào khoảng
300 vôn DC bởi khi đó điện áp qua công tắc như transitor hoặc fet sẽ g ấp
hai lần nguồn vào, những loại fet hay transitor cần có như vậy rất hi ếm,
nó thường thích hợp với nguồn vào khoản 12 hoặc 24 vôn DC . Dưới đây là
hình 2.9 mô tả đơn giản kiểu push – pull:

Hình 2.9 Nguồn xung push – pull đơn giản [10]
Trong mạch điều khiển xung của nó có hai công tắc chạy l ệch pha nhau
180 độ, mỗi công tắc lần lượt thay phiên đóng/mở trong n ửa chu kỳ, gi ữa
những lần chuyển đều có khoảng thời gian chết để hai công tắc không
làm việc đồng thời:
Khi A mở và B đóng, nguồn điện áp đi vào cuộn s ơ cấp phía trên tạo
hiện tượng cảm ứng lên cuộn thứ cấp sinh ra điện áp, hai điện áp bên s ơ
và bên thứ có cùng cực tính. Khi đó, dòng đi ện qua diode ở dưới vào cu ộn
cảm để cấp năng lượng cho tải và tụ.
Khi A đóng và B mở, tương tự với cuộn dây sơ cấp bên dưới, đi ện áp
cùng cực tính bên thứ cấp đặt lên diode ở trên, khi đó dòng đi ện sẽ đi vào
tụ và tải.
Dươi đây là sơ đồ thời gian của nguồn xung loại này mô tả đi ện áp xung

ở các nhánh A, B và C:

24


Hình 2.10 Sơ đồ thời gian của nguồn xung push – pull [10]
Tần số của điện áp xung bên phía thứ cấp gấp hai lần tần s ố v ận hành
của bộ băm xung điều khiển hai transitor. Nếu IC dao động đi ều khi ển hai
transitor ở tần số 50 kilohertz ở phía sơ cấp thì tần số của điện áp xung
bên nhánh C phía thứ cấp sẽ là 100 kilohertz.
-

Điện áp đỉnh của xung bên thứ cấp :
(2.1)

-

Điện áp đầu ra ():
(2.2)

• Kiểu half – bridge
Tương tự như kiểu push – pull thì kiểu half – bridge (n ửa c ầu) cũng
dùng 2 transitor điều khiển hoạt động của mạch, nó thường được dùng
với các bộ chuyển đổi công suất cao từ 50 – 1500 watt và r ất thông dụng
cho các mạch nghịch lưu. Đây là kiểu luôn được vận hành bằng đi ện xoay
chiều AC và tất cả các biến áp sử dụng trong đây để thực hiện chuy ển đổi
công suất có tần số chuyển đổi từ 50 kilohertz trở lên.

Hình 2.11 Nguồn xung half – bridge cơ bản [10]


25