Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật điện và điều khiển tự động hiện đại, việc chuyển đổi năng lượng giữa các mức điện áp một chiều (DC-DC) với hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và độ ổn định điện áp tốt là yêu cầu kỹ thuật quan trọng. Các nguồn năng lượng sơ cấp như tấm pin quang điện (panel PV) thường cung cấp điện áp một chiều có sự biến động tùy thuộc vào bức xạ và nhiệt độ môi trường. Để lưu trữ năng lượng này vào hệ thống ắc quy phục vụ cấp nguồn dân dụng hoặc công nghiệp, cần sử dụng các bộ biến đổi nguồn xung giảm áp (Buck Converter) để ổn định và phối hợp mức điện áp giữa nguồn phát và phụ tải.

Đồ án môn học "Điện tử công suất và Ứng dụng" do sinh viên Đặng Đình Thuấn thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Mai Văn Duy tại Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp (tháng 06/2023) tập trung vào đề tài: "Thiết kế bộ biến đổi DC-DC Buck để nạp acqui từ panel PV".

Hệ thống được thiết kế nhằm đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật danh định sau:

  • Điện áp ngõ vào danh định từ tấm pin quang điện ($V_{in}$): $17\text{ V}$
  • Điện áp ngõ ra danh định nạp ắc quy ($V_{out}$): $12\text{ V}$
  • Dòng điện phụ tải định mức ($I_{Load}$): $2\text{ A}$
  • Tần số chuyển mạch của van bán dẫn ($f_{sw}$): $100\text{ kHz}$
  • Độ gợn dòng điện cuộn cảm cho phép ($I_{ripple}$ hay $\Delta I_L$): $0,3 \times I_{Load}$ (tương đương $0,6\text{ A}$)

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế được phân bổ cụ thể:

  1. Nghiên cứu tổng quan về cấu trúc các bộ biến đổi DC-DC và các công nghệ phóng nạp ắc quy.
  2. Phân tích nguyên lý, thiết lập phương trình toán học và tính chọn các phần tử mạch lực (van bán dẫn, diode hoàn năng lượng, cuộn cảm, tụ điện, điện trở tải).
  3. Lựa chọn phương pháp điều khiển, thiết kế và tính toán các khâu chức năng của mạch điều khiển phát xung điều chế độ rộng xung (PWM).
  4. Xây dựng mô hình mô phỏng kiểm chứng hoạt động của toàn bộ hệ thống trên phần mềm MATLAB/Simulink và PSIM.
  • Đối tượng nghiên cứu: Bộ biến đổi giảm áp Buck Converter DC-DC công suất nhỏ ($P = 24\text{ W}$) làm việc ở chế độ dòng điện liên tục (CCM) và hệ thống mạch phát xung điều khiển PWM tương tự.
  • Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn ở tính toán giải tích mạch lực, thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển dùng linh kiện rời (Op-Amp, vi mạch định thời) và kiểm chứng dạng sóng trên công cụ mô phỏng số, chưa chế tạo mạch in phần cứng thực nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

1. Khung lý thuyết và mô hình tính toán

  • Bộ biến đổi DC-DC Buck: Dựa trên nguyên lý đóng cắt gián đoạn nguồn năng lượng sơ cấp qua van điều khiển để tạo ra điện áp trung bình ngõ ra nhỏ hơn ngõ vào. Tỷ số truyền điện áp lý thuyết trong chế độ dòng cuộn cảm liên tục (CCM) được xác định thông qua chu kỳ nhiệm vụ: $$D = \frac{T_{on}}{T} = \frac{V_{out}}{V_{in}}$$
  • Mô hình tương đương và hóa học ắc quy: Mô hình điện áp đầu cực ắc quy được xác định qua biểu thức $V = E - I \cdot R$ (với $E$ là suất điện động hở mạch, $R$ là điện trở trong). Khảo sát phản ứng thuận nghịch của ắc quy chì-axit: $$\text{Pb} + \text{PbO}_2 + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \rightleftharpoons 2\text{PbSO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$$ Văn bản cũng tổng hợp lý thuyết về các dòng ắc quy khác như Nickel (NiCd, NiMH), Natri (Natri-Lưu huỳnh ở $300\text{--}350^\circ\text{C}$, Zebra ở $320^\circ\text{C}$), và Liti (Li-polymer, Li-ion).
  • Quy trình công nghệ nạp ắc quy: Khảo sát các phương pháp nạp dòng không đổi (chế độ 1 bước với dòng $\le 0,12C_{10}$; chế độ 2 bước với dòng $0,25C_{10}$ và $0,12C_{10}$), phương pháp nạp dòng giảm dần, phương pháp nạp áp không đổi ($2,2\text{--}2,35\text{ V/ngăn}$), phương pháp nạp phối hợp ổn dòng - ổn áp, và chế độ phụ nạp thường xuyên ($2,2 \pm 0,05\text{ V/bình}$, bù trừ dòng tự phóng $50\text{--}100\text{ mA}$ trên mỗi $100\text{ Ah}$).

2. Phương pháp nghiên cứu và công cụ sử dụng

  • Phương pháp tính toán giải tích: Áp dụng định luật cân bằng điện áp trên cuộn cảm (Volt-second balance) và định luật cân bằng điện tích trên tụ điện (Charge balance) trong một chu kỳ chuyển mạch để xác định giá trị tối thiểu của điện cảm $L$ và điện dung $C$, đảm bảo mạch luôn vận hành trong vùng dòng liên tục.
  • Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM): So sánh tín hiệu điện áp răng cưa tuần hoàn với điện áp điều khiển một chiều nhằm biến đổi độ rộng xung đóng cắt van ở tần số cố định $100\text{ kHz}$.
  • Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Thiết lập sơ đồ nguyên lý và khối thuật toán trên hai phần mềm chuyên ngành: MATLAB/Simulink và PSIM nhằm khảo sát dạng sóng điện áp, dòng điện và kiểm chứng tính đúng đắn của các công thức thiết kế.

Thiết kế kỹ thuật và tính toán hệ thống

1. Tính toán lựa chọn các phần tử mạch lực

Dựa trên các yêu cầu thiết kế ($V_{in} = 17\text{ V}$, $V_{out} = 12\text{ V}$, $I_{Load} = 2\text{ A}$, $f_{sw} = 100\text{ kHz}$, $\Delta I_L = 0,3 \times I_{Load} = 0,6\text{ A}$), tác giả thực hiện tính toán các thông số mạch lực:

Phần tử mạch lực Đại lượng & Công thức tính toán Giá trị tính toán Linh kiện / Thông số lựa chọn
Công suất đầu ra $P_{out} = V_{out} \times I_{Load} = 12 \times 2$ $24\text{ W}$ Công suất định mức mạch nhỏ
Hệ số chu kỳ (Duty Cycle) $D = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{12}{17}$ $0,706$ Dải điều chỉnh lý thuyết
Khóa chuyển mạch (Van lực) $I_{max} = \frac{\sqrt{2} \times P}{V_{in}} = \frac{\sqrt{2} \times 24}{17}$ $1,99\text{ A}$ ($V_{max} \ge 17\text{ V}$) MOSFET tần số cao ($I > 1,99\text{ A}$, $V > 17\text{ V}$, $f = 100\text{ kHz}$)
Diode hoàn năng lượng $I_D = (1 - D) \times I = (1 - 0,706) \times 2$ $0,588\text{ A}$ ($V_{ngược} \ge 17\text{ V}$) Diode 1N4001 ($I_{avg} = 1\text{ A}$, $V_{RRM} = 50\text{ V}$, $I_{FSM} = 30\text{ A}$, $P_{max} = 3\text{ W}$)
Cuộn cảm lọc ($L$) $L = \frac{V_{in} - V_{out}}{2 \times \Delta i_L} \times D \times T_s$ $58,8\ \mu\text{H}$ Chọn cuộn cảm chuẩn danh định $L = 58\ \mu\text{H}$
Tụ điện lọc đầu ra ($C$) Độ gợn điện áp chọn $\Delta V = 0,2\text{ V}$ $25\ \mu\text{F}$ Chọn tụ lọc chuẩn danh định $C = 25\ \mu\text{F}$
Điện trở tải tương đương $R_o = \frac{V_{out}}{I_{Load}} = \frac{12}{2}$ $6\ \Omega$ Tải thuần trở thử nghiệm $R = 6\ \Omega$

2. Thiết kế và tính toán mạch điều khiển PWM

Mạch điều khiển được phân chia thành 4 khâu chức năng:

  1. Khâu tạo sóng răng cưa: Khảo sát 3 phương án:
    • Răng cưa tuyến tính một cực tính dùng Op-Amp: Tần số $400\text{ Hz}$, nguồn $E = \pm 12\text{ V}$, $C = 100\text{ nF}$, $R_1 = 2\text{ k}\Omega$, $R_2 = 20\text{ k}\Omega$, $R_3 = R_4 = 10\text{ k}\Omega$.
    • Mạch dao động dùng IC định thời NE555 và transistor: Tần số $1000\text{ Hz}$, nguồn $E = 12\text{ V}$, $C = 33\text{ nF}$, $R_1 = 4,3\text{ k}\Omega$, $R_2 = 33\text{ k}\Omega + 20\text{ k}\Omega$ (biến trở).
    • Mạch răng cưa tam giác hai cực tính tần số cao ($100\text{ kHz}$): Đây là cấu hình được chọn cho hệ thống. Mạch sử dụng 2 bộ khuếch đại thuật toán OA: OA1 làm việc ở chế độ lật trạng thái Schmitt trigger (ghép 2 diode zener đối đầu để chống bão hòa sâu, $U_m = 12,7\text{ V}$), OA2 làm mạch tích phân đảo dấu. Với nguồn cấp $E = \pm 10\text{ V}$, điện áp ngưỡng $U_{ng} = 10\text{ V}$, tác giả tính chọn tụ tích phân $C = 22\text{ nF}$ và biến trở hiệu chỉnh tần số $R_1 = 20\text{ k}\Omega$.
  2. Khâu so sánh: Sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán OA hai ngõ vào để so sánh điện áp răng cưa $U_{rc}$ với điện áp điều khiển $U_{đk}$, tạo ra các sườn xung vuông dốc đứng có độ rộng tỷ lệ với $U_{đk}$.
  3. Khâu khuếch đại và ghép nối lái van (Driver): Thiết kế tầng cách ly quang học (Optocoupler), kết hợp mạch khuếch đại dòng trung gian và các điện trở hạn dòng nạp/xả cổng $R_{on}, R_{off}$ nhằm đóng/ngắt nhanh điện dung ký sinh $C_{GS}$ của MOSFET, đồng thời sử dụng cặp diode zener đấu đối đầu song song cực Gate-Source để bảo vệ điện áp điều khiển không vượt quá ngưỡng $20\text{ V}$.
  4. Khâu tạo điện áp điều khiển: Cung cấp mức điện áp chuẩn một chiều xác định góc điều khiển đóng cắt theo yêu cầu công nghệ nạp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan bộ biến đổi DC-DC

Chương 1 trình bày cơ sở lý luận về các bộ nguồn chuyển mạch DC-DC và công nghệ lưu trữ năng lượng bằng ắc quy. Tác giả phân loại chi tiết các bộ biến đổi theo các tiêu chí:

  • Theo mức điện áp: Bộ biến đổi giảm áp (Buck) và tăng áp (Boost).
  • Theo liên hệ vật lý: Nhóm không cách ly (Buck, Boost, Buck-Boost) và nhóm có cách ly bằng máy biến áp xung (Flyback, Forward, Push-Pull, Half Bridge, Full Bridge).
  • Theo phương pháp điều chỉnh: Bộ điều chỉnh tuyến tính (Linear Regulator) và bộ điều chỉnh chuyển mạch (Switching Regulator).

Phần thứ hai của chương đi sâu vào công nghệ các loại ắc quy: cấu tạo, thông số dung lượng (Ah), hiệu suất năng lượng, hiện tượng tự phóng điện, dải nhiệt độ vận hành và phản ứng hóa học chi tiết của các dòng ắc quy chì-axit, ắc quy NiCd, ắc quy Natri-Lưu huỳnh, ắc quy Zebra và ắc quy Liti (Li-ion, Li-polymer). Tác giả hệ thống hóa các chế độ vận hành và phương pháp phóng nạp tiêu chuẩn, bao gồm quy trình nạp dòng không đổi 1 bước và 2 bước, nạp dòng giảm dần, nạp áp không đổi ($2,2\text{--}2,35\text{ V}$), nạp kết hợp ổn dòng - ổn áp, chế độ phụ nạp thường xuyên bù tự phóng ($50\text{--}100\text{ mA}/100\text{ Ah}$) và chế độ phóng nạp xen kẽ để chống sunfat hóa bản cực.

Chương 2: Chọn và phân tích mạch lực

Chương 2 phân tích chi tiết cấu trúc liên kết và nguyên lý chuyển mạch của bộ biến đổi Buck:

  • Trình bày sơ đồ thay thế và các biểu thức vi phân dòng điện - điện áp trong hai trạng thái: khi van bán dẫn dẫn điện (cuộn cảm $L$ nạp năng lượng từ nguồn $V_{in}$) và khi van ngắt điện (cuộn cảm sinh suất điện động tự cảm phân cực thuận diode để phóng năng lượng qua tụ và tải).
  • Phân tích toán học chế độ dòng điện liên tục (CCM), xác lập mối quan hệ giữa chu kỳ nhiệm vụ $D$, tần số $f_{sw}$ và giá trị điện cảm tối thiểu $L_{min}$ nhằm tránh chế độ dòng gián đoạn (DCM).
  • Thực hiện đầy đủ các bước tính toán số học từ các thông số ban đầu ($V_{in} = 17\text{ V}$, $V_{out} = 12\text{ V}$, $I_{Load} = 2\text{ A}$, $f_{sw} = 100\text{ kHz}$), xác định công suất mạch đạt $24\text{ W}$, hệ số $D = 0,706$, tính chọn van MOSFET chịu dòng $I_{max} = 1,99\text{ A}$, diode 1N4001, cuộn cảm $L = 58\ \mu\text{H}$, tụ điện lọc $C = 25\ \mu\text{F}$ và điện trở tải $R_o = 6\ \Omega$.

Chương 3: Chọn và phân tích mạch điều khiển

Chương 3 tập trung vào thiết kế hệ thống điều khiển phát xung cho van bán dẫn:

  • So sánh nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM - giữ nguyên tần số, thay đổi thời gian dẫn $t_0$) và điều chỉnh xung - tần (PFM - thay đổi tần số băm xung, giữ nguyên thời gian dẫn). Tác giả lựa chọn phương pháp PWM nhờ ưu thế hiệu suất chuyển đổi cao (lên đến 90%), biên độ và tần số dễ chuẩn hóa, giảm độ méo sóng hài (THD) dòng tải và dễ triệt tiêu nhiễu điện từ.
  • Phân tích chi tiết cấu trúc sơ đồ nguyên lý và tính toán thông số linh kiện cho từng khối chức năng:
    • Khâu phát xung chủ đạo và tạo điện áp răng cưa (khảo sát cấu hình dùng Op-Amp ở $400\text{ Hz}$, cấu hình vi mạch NE555 ở $1000\text{ Hz}$ và cấu hình răng cưa tam giác hai cực tính dùng 2 bộ OA phối hợp Schmitt trigger - tích phân ở tần số $100\text{ kHz}$).
    • Khâu so sánh hai cửa dùng khuếch đại thuật toán OA có trở kháng vào lớn và độ nhạy vi sai cao.
    • Khâu khuếch đại công suất và lái cổng MOSFET, phân tích cơ chế nạp/xả dòng cho điện dung $C_{GS}$, tính chọn các điện trở định dòng $R_{on}, R_{off}$ và mạch diode zener kẹp bảo vệ điện áp cực điều khiển dưới $20\text{ V}$.

Chương 4: Mô phỏng mạch động lực và mạch điều khiển

Chương 4 trình bày việc xây dựng mô hình mô phỏng hoàn chỉnh tích hợp giữa mạch lực và mạch điều khiển:

  • Thiết lập sơ đồ mô phỏng trên phần mềm MATLAB/Simulink: Mô hình hóa khối phát xung PWM, kiểm tra dạng sóng răng cưa và xung vuông điều khiển van; mô hình hóa khối mạch lực Buck để ghi nhận đáp ứng quá độ và trạng thái xác lập.
  • Thiết lập sơ đồ mô phỏng đối chứng trên phần mềm PSIM: Mô phỏng chi tiết các khâu của mạch điều khiển tương tự và khảo sát dạng sóng điện áp ngõ ra $V_{out}$, dòng điện qua tải $I_{Load}$ và dòng điện qua cuộn cảm $i_L(t)$.
  • Đánh giá kết quả mô phỏng cho thấy mạch hoạt động ổn định ở chế độ dòng liên tục (CCM), điện áp ngõ ra bám sát giá trị thiết kế $12\text{ V}$ và dòng tải đạt $2\text{ A}$.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Hoàn thành toàn bộ quy trình tính toán thiết kế giải tích cho bộ biến đổi DC-DC Buck công suất $24\text{ W}$, biến đổi điện áp từ $17\text{ V}$ (tấm pin PV) xuống $12\text{ V}$ nạp ắc quy với dòng tải định mức $2\text{ A}$ ở tần số chuyển mạch cao $100\text{ kHz}$.
  • Xác định chính xác thông số và mã định danh linh kiện công nghiệp: van MOSFET tần số cao ($I > 1,99\text{ A}, V > 17\text{ V}$), Diode nắn dòng 1N4001 ($1\text{ A}, 50\text{ V}$), cuộn cảm chuẩn $L = 58\ \mu\text{H}$, tụ lọc $C = 25\ \mu\text{F}$, tải thử nghiệm $R = 6\ \Omega$.
  • Thiết kế hoàn chỉnh mạch điều khiển PWM tương tự tần số $100\text{ kHz}$ sử dụng khuếch đại thuật toán OA kết hợp mạch lái cổng MOSFET có bảo vệ quá áp cực Gate.
  • Kiểm chứng thành công tính ổn định và dạng sóng ngõ ra thông qua mô hình mô phỏng trên hai nền tảng MATLAB/Simulink và PSIM, xác nhận điện áp và dòng điện ngõ ra đáp ứng đúng yêu cầu ban đầu.

2. Đóng góp của đề tài

  • Hệ thống hóa phương pháp tính toán mạch lực bộ biến đổi Buck làm việc trong chế độ dòng liên tục (CCM) ở tần số chuyển mạch cao ($100\text{ kHz}$).
  • Cung cấp giải pháp thiết kế chi tiết mạch điều khiển phát xung PWM bằng linh kiện tương tự rời (Op-Amp), giúp phân tích rõ ràng cơ chế vật lý và nguyên lý phối hợp trở kháng, cách ly quang học và nạp xả tụ ký sinh cổng van bán dẫn.
  • Tổng hợp tài liệu tham khảo có cấu trúc về các công nghệ lưu trữ điện năng và quy trình công nghệ phóng nạp tiêu chuẩn cho các chủng loại ắc quy công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế của đề tài

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm máy tính (MATLAB, PSIM), chưa tiến hành gia công mạch in (PCB) và thử nghiệm đóng cắt trên phần cứng thực tế để đo đạc các tham số ký sinh và nhiệt độ van.
  • Bộ biến đổi vận hành với tỷ số chu kỳ nhiệm vụ $D$ cố định theo điện áp danh định của PV ($17\text{ V}$), chưa tích hợp thuật toán dò điểm công suất cực đại (MPPT) để tự động bám công suất cực đại của tấm pin mặt trời khi điều kiện môi trường thay đổi.
  • Mạch điều khiển PWM được thiết kế theo cấu trúc vòng hở tương tự, chưa tích hợp các mạch vòng điều khiển phản hồi điện áp và dòng điện (Voltage/Current Feedback Loop) để tự động ổn định điện áp khi điện áp nguồn vào hoặc dòng tải dao động mạnh.

2. Hướng nghiên cứu tiếp

  • Chế tạo mô hình phần cứng thực tế, đo đạc dạng sóng thực nghiệm bằng dao động ký (Oscilloscope) và đánh giá hiệu suất thực tế của mạch.
  • Tích hợp vi điều khiển số hoặc vi xử lý DSP để lập trình thuật toán MPPT (như phương pháp P&O hoặc InC) và tự động quản lý các chu kỳ nạp ắc quy (tự động chuyển từ nạp ổn dòng sang nạp ổn áp).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Điện, Tự động hóa, Kỹ thuật Điều khiển và Điện tử công suất khi thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp liên quan đến thiết kế nguồn xung DC-DC và hệ thống năng lượng tái tạo.
  • Kỹ sư và kỹ thuật viên phần cứng cần tài liệu tham khảo về phương pháp tính toán cuộn cảm, tụ điện trong bộ biến đổi Buck và thiết kế mạch lái van bán dẫn MOSFET/IGBT.

Các phần có giá trị tham khảo chuyên môn cao:

  • Quy trình toán học tính chọn giá trị cuộn cảm $L$ và tụ điện $C$ theo độ gợn dòng điện $\Delta I_L$ và độ gợn điện áp $\Delta V$.
  • Sơ đồ nguyên lý và công thức xác lập tham số cho mạch tạo sóng răng cưa tam giác hai cực tính tần số cao ($100\text{ kHz}$) sử dụng khuếch đại thuật toán OA.
  • Cẩm nang tổng hợp các thông số kỹ thuật, phương pháp nạp và bảo dưỡng ắc quy công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Các thông số kỹ thuật đầu vào và đầu ra yêu cầu của bộ biến đổi Buck trong đồ án là gì?

Bộ biến đổi được thiết kế với các thông số: Điện áp ngõ vào từ tấm pin PV là $V_{in} = 17\text{ V}$; Điện áp ngõ ra nạp ắc quy là $V_{out} = 12\text{ V}$; Dòng điện qua tải là $I_{Load} = 2\text{ A}$; Tần số chuyển mạch $f_{sw} = 100\text{ kHz}$; Độ gợn dòng điện cho phép qua cuộn cảm là $I_{ripple} = 0,3 \times I_{Load} = 0,6\text{ A}$; Công suất ngõ ra định mức là $P_{out} = 24\text{ W}$.

2. Các linh kiện mạch lực được tác giả tính toán và lựa chọn với giá trị danh định cụ thể nào?

Tác giả đã tính toán và lựa chọn các linh kiện mạch lực như sau:

  • Khóa chuyển mạch: MOSFET tần số cao ($I > 1,99\text{ A}$, $V > 17\text{ V}$).
  • Diode hoàn năng lượng: Diode 1N4001 ($I_{avg} = 1\text{ A}$, $V_{RRM} = 50\text{ V}$, dòng đỉnh không lặp lại $30\text{ A}$, công suất tiêu thụ tối đa $3\text{ W}$).
  • Cuộn cảm lọc: $L = 58\ \mu\text{H}$.
  • Tụ điện lọc đầu ra: $C = 25\ \mu\text{F}$.
  • Tải thuần trở thử nghiệm: $R_o = 6\ \Omega$.

3. Vì sao phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) được lựa chọn thay vì phương pháp xung - tần (PFM)?

Phương pháp PWM được chọn vì giữ tần số chuyển mạch cố định, mang lại hiệu suất biến đổi cao (lên đến 90%), biên độ và tần số xung dễ chuẩn hóa độc lập, dễ dàng thiết kế bộ lọc để xử lý nhiễu điện từ, đồng thời giảm đáng kể độ méo sóng hài (THD) của dòng tải so với phương pháp thay đổi tần số (PFM).

4. Sơ đồ mạch tạo xung răng cưa tần số 100 kHz trong khâu điều khiển được thiết kế theo cấu trúc nào?

Mạch sử dụng cấu trúc tạo sóng răng cưa tam giác hai cực tính gồm 2 tầng khuếch đại thuật toán (Op-Amp): Tầng OA1 là mạch lật Schmitt trigger có mắc cặp diode zener đấu đối đầu nhằm chống bão hòa sâu ở tần số cao; Tầng OA2 là mạch tích phân đảo dấu sử dụng tụ điện $C = 22\text{ nF}$ và biến trở hiệu chỉnh tần số $R_1 = 20\text{ k}\Omega$ với nguồn cấp đối xứng $E = \pm 10\text{ V}$.

5. Phương pháp nạp ắc quy 2 bước với dòng không đổi được tác giả trình bày theo các chỉ tiêu nào?

Phương pháp nạp 2 bước tiến hành qua:

  • Bước 1: Nạp với dòng điện bằng dòng định mức thiết bị nạp nhưng không vượt quá $0,25C_{10}$ cho đến khi điện áp mỗi ngăn ắc quy tăng lên $2,3\text{--}2,4\text{ V}$.
  • Bước 2: Giảm dòng điện nạp về mức không vượt quá $0,12C_{10}$ cho đến khi điện thế đạt $2,6\text{--}2,8\text{ V}$, tỷ trọng chất điện phân đạt $1,200\text{--}1,210\text{ g/cm}^3$ và quá trình bốc khí diễn ra mạnh.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế bộ biến đổi DC-DC Buck để nạp acqui từ panel PV" của tác giả Đặng Đình Thuấn đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế một bộ nguồn xung giảm áp $24\text{ W}$ ($17\text{ V} \to 12\text{ V}, 2\text{ A}$) hoạt động ở tần số chuyển mạch $100\text{ kHz}$. Hệ thống mạch lực và mạch điều khiển PWM tương tự được phân tích lý thuyết chặt chẽ, xác định thông số linh kiện tối ưu cho chế độ dòng điện liên tục (CCM). Kết quả mô phỏng trên MATLAB/Simulink và PSIM đã kiểm chứng tính chính xác của phương pháp thiết kế, đóng góp một tài liệu học thuật có giá trị thực hành cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Điện tử công suất.