CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC 1.1 BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC LÀ GÌ ? 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, các bộ biến đổi sử dụng trong các hệ thống rất thông dụng bởi hiệu suất và chất lượng điện áp. Các bộ biến đổi điện áp một chiều là một trong những bộ biến đổi được sử dụng nhiều nhất. Như chúng ta đã biết thì nguồn điện là một phần rất quan trọng đối với một mạch điện hay một hệ thống điện nào đó. Nguồn điện ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của mạch hay hệ thống.
Đối với mỗi mạch điện hay hệ thống nó cần đòi hỏi các nguồn đầu vào khác nhau từ một nguồn đầu vào cố định hay có sẵn. Nguồn DC được sử dụng rất rộng rãi và được sử dụng hầu hết trong các mạch điện hay các hệ thống điện. Nhưng để sử dụng nguồn DC vào hệ thống của mình thì nguồn DC này cần phải được biến đổi thành nguồn DC khác hay nhiều nguồn DC cung cấp cho hệ thống. Ví dụ như mình có 1 nguồn đầu vào là 12V mà hệ thống của mình nó chạy tới 100V thì lúc này chúng ta phải biến đổi điện áp từ 12V lên 100V để chạy được hệ thống của chúng ta.
Hiện nay thì nguồn xung hay nói cách khác nó là các bộ nguồn biến đổi DC-DC nó được sử dụng phổ biến hầu hết trên các mạch điện và các hệ thống điện tự động. Với ưu điểm là khả năng cho hiệu suất đầu ra cao, tổn hao thấp, ổn định được điện áp đầu ra khi đầu vào thay đổi, cho nhiều đầu ra khi với một đầu vào… Nguồn xung hiện nay có rất nhiều loại khác nhau nhưng nó được chia thành 2 nhóm nguồn : Cách ly và không cách ly 2 * Nhóm nguồn không cách ly : + Boot + Buck + Buck - Boot * Nhóm nguồn cách ly : + flyback + Forward + Push-pull + Half Bridge +. Mỗi loại nguồn trên đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Nên tùy theo yêu cầu của nguồn mà ta chọn các kiểu nguồn xung như trên.2 Khái niệm Bộ biến đổi DC-DC hay DC-DC converter hay bộ biến đổi điện áp 1 chiều-1 chiều là một mạch điện tử hay thiết bị cơ điện dùng để chuyển đổi nguồn dòng điện 1 chiều (DC) từ mức điện áp này sang mức điện áp khác.
Nó là một loại bộ chuyển đổi năng lượng điện. Mức năng lượng từ rất thấp đến rất cao.3 Phân loại bộ biến đổi DC-DC Một số tiêu chí cơ bản hay được sử dụng để phân loại các bộ biến đổi DC-DC: 1.1 Theo mức điện áp ra so với mức điện áp vào Bộ biến đổi giảm áp (Buck Converter hoặc Step down converter): Là bộ biến đổi mà giá trị điện áp một chiều ở đầu ra nhỏ hơn giá trị điện áp một chiều ở đầu vào. 3 Bộ biến đổi tăng áp ( Boost Converter hoặc Step Up Converter): Là bộ biến đổi mà giá trị điện áp một chiều ở đầu ra lớn hơn giá trị điện áp một chiều ở đầu vào .2 Theo phương pháp chuyển đổi - Bộ biến đổi dùng tụ điện. - Bộ biến đổi dùng cuộn cảm.
- Bộ biến đổi kết hợp cả hai phương pháp trên.3 Theo sự liên hệ vật lý giữa đầu vào và đầu ra Bộ biến đổi không có cách ly (Non-isolating Converter): Là các bộ biến đổi mà có đầu vào và đầu ra có liện hệ trực tiếp với nhau về điện.Thường thấy dạng này trong các bộ Buck converter hoặc Boost converter. Bộ biến đổi có cách ly (Isolating Converter ): Là các bộ biến đổi có đầu vào và đầu ra không có liên hệ trực tiếp với nhau về điện.Thường thấy dạng này trong các bộ Flyback converter hoặc Bridge converter.Với việc sử dụng máy biến áp xung giữ vai trò cách ly và tạo tỷ số điện áp ra/vào.4 Theo bộ điều chỉnh Bộ điều chỉnh tuyến tính (Linear Regulator): Trường hợp này, năng lượng được truyền một cách liên tục từ đầu vào qua bộ biến đổi tới đầu ra. Bộ điều chỉnh chuyển mạch (Switching Regulator): Trường hợp này, năng lượng được truyền từ đầu vào qua bộ biến đổi tới đầu ra có sự thay đổi kiểu nhảy bậc.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NẠP ÁC QUY 1.1 Giới thiệu Ácquy được cấu tạo bởi 2 hay nhiều các ngăn acquy nhỏ được ghép lại với nhau, các ngăn này chuyển hóa năng thành điện năng. Một ngăn gồm 2 bản cực, cực dương và 4 cưc âm được nhúng một dung dịch điện phân nên sẽ có sự tác dụng giữa các bản cực với dung dich điện phân và sinh ra dòng điện một chiều.
Trong trường hợp các acquy có thể sạc, các phản ứng hóa học diễn ra ngược lại bằng cách cho dòng điện vào acquy. Accquy chì acid là loại acquy phổ biến nhất.2 Các thông số của acquy Điện áp: Mỗi ngăn acquy có một điện áp nhỏ, các ngăn sẽ được nối nối tiếp với nhau để đưa ra được một điện áp yêu cầu. acquy trên xe hơi thường là 6V hoặc 12V nên các ngăn được nối với nhau để tạo ra điện áp như trên. Khi dòng điện được đưa ra, điện áp sẽ giảm xuống, khi acquy được sạc điện áp lại tăng lên.TỔNG QUAN BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC.
Mạch tương đương của acquy Acquy có một suất điện động E được cho là không đổi, nhưng điện áp trên 2 bản cực là một giá trị khác V do điện trở trong của acquy. Phụ thuộc vào dòng điện I chảy ra 2 bản cực acquy. Điện áp trên 2 bản cực của acquy có thể tính như sau: V = E – IR 5 Nếu như dòng điện I = 0, thì điện áp trên hai bản cực coi như bằng E. do đó E được coi là điện áp hở mạch.
Khi acquy được sạc thì điện áp sạc sẽ bị tăng lên bới IR. Vì vậy điện trở trong của acquy càng nhỏ càng tốt. Trong thực tế E không phải là một hằng số. Điện áp bị ảnh hưởng bởi trạng thái sạc và nhiều nhân tố khác như nhiệt độ.
Khả năng tích điện. Điện tích mà một acquy có thể cung cấp là một thống số quyết đinh. Đơn vị trong hệ SI là coulomb, là số điện tích khi một amp chảy qua trong một giây. Tuy nhiên đây là một đơn vị nhỏ.
Do đó amphour được sử dụng: 1Ampe chảy qua trong một giờ. VD: dung lượng của một acquy là 10Amphours nghĩa là nó có thể cung cấp dòng 1Ampe trong 10 giờ, hay là 2Ampe trong 5 giờ, 10Ampe trong 1 giờ. Nhưng thực tế theo như thông số là 10Amphours, nếu như 10Ampe được lấy ra thì khả năng phóng của acquy sẽ không quá 1 giờ. Một ví dụ khác với một acquy 100Amphour.
Dung lượng sẽ bị ảnh hưởng khi điện tích được lấy ra nhanh hay chậm. Khi phóng điện hết trong 1 giờ thì dung lượng giảm xuống chỉ còn khoảng 70Amphours. Mặt khác nếu phóng điện càng lâu ( khoảng 20 giờ) thì dung lượng lại lên tới 110Amphours. Hiện tương này xảy ra bởi nhưng phản ứng không mong muốn trong các ngăn acquy.
Hiện tượng đễ nhận thấy nhất trong acquy chì axit, nhưng nó cũng xảy ra với tất cả các loại acquy. Hiệu suất của năng lượng. Đây là tỷ lệ giữa năng lượng mà một acquy có thể cung cấp cho tải với năng lượng cần thiết mà acquy nạp vào trước khi phóng điện. Tỷ lệ tự phóng điện.
Hầu hết các loại acquy khi không sử dụng đều bị xảy ra hiện tượng này, điều này cho thấy acquy không thể để không trong một thời gian dài mà không được nạp, tỷ lệ này phụ thuộc vào loại acquy, nhiệt độ môi trường… 6 Nhiệt độ khi hoạt động và làm mát. Nhiều loại acquy có thể hoạt động ngay ở nhiệt độ mooit trường, một số hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, cần phải làm nóng lên mới sử dụng được và cần phải làm mát trong khi sử dụng. Tuy nhiên, hiệu suất acquy sẽ rất kém khi làm việc ở nhiệt độ thấp. Khi chọn acquy phải cân nhắc đến các yếu tố trên.
Tuổi thọ và số lần nạp lại. Hầu hết acquy chỉ có thể nạp lại khoảng vài tram lần, số lần nạp lại phụ loại acquy, cũng như thiết kế chi tiết, cách sử dụng của acquy, đây là thông quan trọng trong các thông số của acquy.1 Acquy chì axit. Đây là loại acquy được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại xe. Ở trong các ngăn của loại acquy này cực âm được cấu tạo từ chì, cực dương làm từ chì oxit, các cực này được ngâm vào trong một dung dịch điện phân loãng của axit sunfuric.
Axit sunfuric kết hợp với chì, chì oxit, sinh ra chì sunfat và nước, năng lượng sẽ được sinh ra trong suốt quá trình này. Pb + PbO2 + H2SO4 2PbSO4 + 2H2O Phản ứng trên được mô tả trên hình 1.TỔNG QUAN BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC.2 phản ứng trên mỗi acquy Phần trên của hình vẽ diễn tả quá trình phóng điện của acquy, cả 2 bản cực đều hình thành chì sunfat, dung dịch axit sunfuric bị loãng dần, Khi nạp điện, 2 bản cực trở lại thành chì và chì oxit, dung dịch điện phân tăng trở lại tính axit. Acquy chì axit này được sử dụng rất rông rãi, hoạt động tin cậy, các thành phần cấu tạo rẻ, và điện áp khoảng 2V cho mỗi ngăn. Đặc trưng riêng của acquy chì axit.
8 Các phản ưng trong acquy không chỉ diễn ra như trên hình vẽ, các cực của acquy đều tác dụng với axit sunfuric mặc dù diễn ra rất chậm như sau: ở cực dương : 2PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O + O2 ở cực âm : Pb + H2SO4 PbSO4 + H2 Đây là quá trình tự phóng của acquy, tốc độ diễn ra phụ thuộc vào nhiêt độ của acquy, nhiệt độ càng cao diên ra càng nhanh, sự nguyên chất của các linh kiện, Mặt khác, sau khi đã sạc đầy nêu ta tiếp tục sạc tiếp khi đó không còn chì sunfat để nhận các electron sẽ sinh ra H2 và O2. Làm dung dịch trong acquy bị cạn dần. Acquy Nickel Acquy này sử dụng điện cực bằng nikel được phát triển từ công trình nghiên cứu của Edison vào cuối thế kỷ 19. Các loại acquy này được làm từ kim loai nickel, nickel – kẽm, nickel-cadimi.
Acquy nicken-cadimi. Đây là loại acquy coi là phổ biền ngang với acquy chì, nhưng nó có chỉ số năng lượng riêng gấp đôi acquy chì.