Nghiên Cứu Giải Pháp Thiết Kế Bộ Nguồn Chất Lượng Cao Dùng Trong Thiết Bị Điện Tử

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu giải pháp thiết kế bộ nguồn chất lượng cao dùng trong thiết bị điện tử, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện

• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Điện Tử
• Đề tài: Giải Pháp Thiết Kế Bộ Nguồn Chất Lượng Cao Cho Thiết Bị Điện Tử
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU CỦA BỂ NGUỒN TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ
• 1.1. Tổng quan chung
• 1.2. Vị trí và tầm quan trọng của bể nguồn trong hệ thống
• 1.3. Các loại nguồn sử dụng trong thiết bị điện tử
• 1.4. Đánh giá các phương án thiết kế nguồn ổn định
• 1.5. Bể nguồn ổn định tuyến tính
• 1.6. Bể nguồn chuyển mạch
• 1.7. Các yêu cầu của bể nguồn chuyển mạch
• 2. CHƯƠNG 2: BỂ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP DC/DC
• 2.1. Phương pháp biến đổi điện áp DC/DC
• 2.2. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chỗ đế A
• 2.3. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chỗ đế B
• 2.4. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chỗ đế C
• 2.5. Mạch ngắt quãng hoạt động ở chỗ đế D
• 2.6. Mạch ngắt quãng hoạt động ở cả 4 chỗ đế
• 2.7. Các bể biến đổi điện áp DC/DC
• 2.8. Bể biến đổi thứ hệ nhất
• 2.9. Bể biến đổi thứ hệ hai
• 2.10. Bể biến đổi thứ hệ ba
• 2.11. Bể biến đổi thứ hệ tư
• 2.12. Bể biến đổi thứ hệ năm
• 2.13. Bể biến đổi thứ hệ sáu
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ BỂ NGUỒN CHUYỂN MẠCH
• 3.1. Mục đích và yêu cầu
• 3.2. Thiết kế khối công suất
• 3.3. Bể chuyển mạch Buck
• 3.4. Bể chuyển mạch Boost
• 3.5. Bể chuyển mạch kiểu đẩy - kéo
• 3.6. Bể chuyển mạch cầu bán phần
• 3.7. Bể chuyển mạch cầu toàn phần
• 3.8. Thiết kế khối điều khiển
• 3.8.1. Giới thiệu chung
• 3.8.2. Nguyên lý điều chỗ đế xung (PWM)
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG
• 4.1. Giới thiệu chung về các phần mềm mô phỏng
• 4.2. Phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink
• 4.3. Phần mềm thiết kế mạch điện tử
• 4.4. Giới thiệu một số IC điều khiển công suất thông dụng
• 4.5. Xây dựng mô hình mô phỏng
• 4.5.1. Giới thiệu chung
• 4.5.2. Tính toán thông số và lựa chọn linh kiện cho từng đầu ra
• 4.6. Đánh giá và thử nghiệm kết quả trên mô hình mô phỏng
• 4.6.1. Mô phỏng cho mạch đơn
• 4.6.2. Mô phỏng cho mạch tổng hợp
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan chung về thiết kế bộ nguồn

Thiết kế bộ nguồn là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị điện tử. Bộ nguồn không chỉ cung cấp năng lượng mà còn quyết định hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống. Trong luận văn này, tác giả tập trung vào việc nghiên cứu các giải pháp thiết kế để tạo ra bộ nguồn chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng khắt khe của các thiết bị điện tử hiện đại. Các loại nguồn được phân tích bao gồm nguồn tuyến tính và nguồn chuyển mạch, với ưu nhược điểm cụ thể của từng loại.

1.1. Vai trò của bộ nguồn trong thiết bị điện tử

Bộ nguồn đóng vai trò như trái tim của hệ thống, cung cấp năng lượng điện để thiết bị hoạt động. Nguồn điện tử chất lượng cao giúp tăng độ ổn định, giảm nhiễu và kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Các yêu cầu chính đối với bộ nguồn bao gồm độ ổn định điện áp, hiệu suất cao và khả năng chống nhiễu. Luận văn nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thiết kế bộ nguồn phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

1.2. Phân loại bộ nguồn

Có hai loại bộ nguồn chính được đề cập: bộ nguồn tuyến tính và bộ nguồn chuyển mạch. Bộ nguồn tuyến tính đơn giản nhưng có hiệu suất thấp và kích thước lớn. Trong khi đó, bộ nguồn chuyển mạch có hiệu suất cao hơn, kích thước nhỏ gọn và phù hợp với các thiết bị điện tử hiện đại. Luận văn phân tích chi tiết các ưu nhược điểm của từng loại, giúp người đọc lựa chọn giải pháp phù hợp.

II. Giải pháp thiết kế bộ nguồn chuyển mạch

Bộ nguồn chuyển mạch là giải pháp tối ưu cho các thiết bị điện tử yêu cầu hiệu suất cao và kích thước nhỏ gọn. Luận văn trình bày các giải pháp thiết kế chi tiết, từ việc lựa chọn linh kiện đến quy trình thiết kế mạch. Các bộ chuyển mạch như Buck, Boost và kiểu đẩy-kéo được phân tích kỹ lưỡng, giúp người đọc hiểu rõ nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế.

2.1. Thiết kế khối công suất

Khối công suất là phần quan trọng nhất của bộ nguồn chuyển mạch. Luận văn đề xuất các giải pháp thiết kế khối công suất hiệu quả, bao gồm việc lựa chọn linh kiện như MOSFET, diode và tụ điện. Các yếu tố như tần số chuyển mạch, hiệu suất và độ ổn định được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo bộ nguồn hoạt động tối ưu.

2.2. Thiết kế khối điều khiển

Khối điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra. Luận văn giới thiệu nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM) và cách áp dụng trong thiết kế bộ nguồn. Các IC điều khiển công suất thông dụng cũng được đề cập, giúp người đọc lựa chọn linh kiện phù hợp cho thiết kế của mình.

III. Mô phỏng và đánh giá

Để kiểm chứng hiệu quả của các giải pháp thiết kế, luận văn sử dụng các phần mềm mô phỏng như Matlab/Simulink và các công cụ thiết kế mạch điện tử. Quá trình mô phỏng giúp đánh giá độ chính xác và hiệu suất của bộ nguồn trước khi triển khai thực tế. Kết quả mô phỏng cho thấy các thiết kế đề xuất đáp ứng được yêu cầu về chất lượng và hiệu suất.

3.1. Mô phỏng mạch đơn

Luận văn trình bày quy trình mô phỏng các mạch đơn như Buck và Boost, giúp người đọc hiểu rõ nguyên lý hoạt động và cách tối ưu hóa thiết kế. Kết quả mô phỏng cho thấy các mạch này đạt hiệu suất cao và độ ổn định tốt.

3.2. Mô phỏng mạch tổng hợp

Mạch tổng hợp được mô phỏng để đánh giá hiệu suất và độ ổn định của toàn bộ hệ thống. Kết quả cho thấy bộ nguồn chuyển mạch đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của thiết bị điện tử hiện đại, đồng thời giảm thiểu tổn hao năng lượng.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế

Luận văn đã đưa ra các giải pháp thiết kế hiệu quả cho bộ nguồn chất lượng cao, phù hợp với các thiết bị điện tử hiện đại. Các kết quả nghiên cứu và mô phỏng cho thấy bộ nguồn chuyển mạch có hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và độ ổn định tốt. Những giải pháp này không chỉ có giá trị học thuật mà còn có ứng dụng thực tế trong việc thiết kế và sản xuất các thiết bị điện tử.

4.1. Đóng góp khoa học

Luận văn góp phần làm rõ lý thuyết về bộ nguồn chuyển mạch và cung cấp các công cụ thiết kế hiệu quả. Các giải pháp đề xuất giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất của bộ nguồn.

4.2. Ứng dụng thực tế

Các giải pháp thiết kế trong luận văn có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ thiết bị điện tử dân dụng đến công nghiệp. Bộ nguồn chất lượng cao giúp tăng độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị, đồng thời giảm chi phí vận hành.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp điện tử và viễn thông, việc thiết kế nguồn chất lượng cao cho thiết bị điện tử đóng vai trò then chốt trong đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Theo ước tính, các thiết bị điện tử hiện đại đòi hỏi nguồn cung cấp điện ổn định với hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và khả năng tích hợp linh hoạt. Luận văn này tập trung nghiên cứu giải pháp thiết kế bộ nguồn chất lượng cao dùng trong thiết bị điện tử, đặc biệt là các bộ nguồn chuyển mạch DC/DC, nhằm đáp ứng các yêu cầu khắt khe về hiệu suất, kích thước và độ ổn định.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là phân tích các kỹ thuật cơ bản trong thiết kế nguồn chuyển mạch, xây dựng mô hình mạch và mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink để minh họa trực quan, từ đó đề xuất các giải pháp thiết kế bộ nguồn chuyển mạch chất lượng cao phù hợp với các ứng dụng trong thiết bị điện tử công suất. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các kỹ thuật biến đổi điện áp DC/DC, các mạch điều khiển xung PWM và các thành phần điện tử tích hợp, với thời gian nghiên cứu chủ yếu trong giai đoạn từ năm 2006 đến nay tại Việt Nam.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn cho việc thiết kế nguồn chuyển mạch hiệu suất cao, góp phần nâng cao chất lượng và độ tin cậy của thiết bị điện tử, đồng thời giảm thiểu kích thước và tổn hao năng lượng, đáp ứng nhu cầu phát triển công nghiệp và thị trường ngày càng đa dạng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết mạch điện tử công suất và kỹ thuật điều khiển xung PWM (Pulse Width Modulation). Lý thuyết mạch điện tử công suất cung cấp nền tảng cho việc phân tích các loại biến đổi điện áp DC/DC như Buck, Boost, Buck-Boost, cùng các mạch ngắt quãng hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau. Kỹ thuật điều khiển xung PWM được áp dụng để điều chỉnh thời gian đóng mở của các transistor công suất, từ đó điều khiển điện áp đầu ra một cách chính xác và hiệu quả.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Bộ nguồn chuyển mạch (Switching Mode Power Supply - SMPS): thiết bị chuyển đổi điện áp DC với hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn.
• Mạch ngắt quãng (Chopper circuit): mạch điều khiển dòng điện bằng cách đóng ngắt nhanh các phần tử bán dẫn.
• Biến đổi điện áp DC/DC: các loại mạch như Buck (giảm áp), Boost (tăng áp), Buck-Boost (tăng giảm áp).
• Điều khiển xung PWM: kỹ thuật điều khiển độ rộng xung để điều chỉnh điện áp đầu ra.
• Hiệu suất và tổn hao công suất: các chỉ số đánh giá chất lượng bộ nguồn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp lý thuyết và phân tích thực nghiệm trên mô hình mô phỏng. Nguồn dữ liệu chính bao gồm tài liệu khoa học, các bài báo kỹ thuật, tiêu chuẩn và các phần mềm mô phỏng chuyên dụng như Matlab/Simulink, LTspice.

Phương pháp phân tích gồm:

• Phân tích cấu trúc và nguyên lý hoạt động của các mạch biến đổi điện áp DC/DC.
• Xây dựng mô hình mô phỏng mạch điện tử công suất để đánh giá hiệu suất và đặc tính điện áp đầu ra.
• So sánh các phương án thiết kế dựa trên các tiêu chí như hiệu suất, kích thước, tổn hao năng lượng và khả năng chống nhiễu.

Cỡ mẫu nghiên cứu là các mô hình mạch điện tử tiêu biểu, được lựa chọn dựa trên tính đại diện và phổ biến trong thực tế. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 10 năm 2006 đến nay, với các giai đoạn chính gồm tổng quan lý thuyết, thiết kế mô hình, mô phỏng và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất bộ nguồn chuyển mạch DC/DC: Các mạch Buck, Boost và Buck-Boost có hiệu suất dao động từ 80% đến trên 90%, cao hơn đáng kể so với nguồn tuyến tính truyền thống có hiệu suất dưới 60%. Ví dụ, mạch Buck đạt hiệu suất khoảng 85% khi hoạt động ở tần số chuyển mạch 25 kHz đến 500 kHz.

2. Ảnh hưởng của tần số chuyển mạch: Tần số chuyển mạch càng cao thì kích thước cuộn cảm và tụ điện giảm, giúp thu nhỏ kích thước bộ nguồn. Tuy nhiên, tần số cao cũng làm tăng tổn hao chuyển mạch và nhiễu điện từ (EMI). Tần số hoạt động tối ưu được xác định trong khoảng 25 kHz đến 500 kHz để cân bằng giữa hiệu suất và kích thước.

3. Tổn hao công suất trên các linh kiện bán dẫn: Tổn hao trên transistor và diode chiếm phần lớn trong tổng tổn hao của bộ nguồn. Ví dụ, tổn hao trên transistor chiếm khoảng 30-40% tổng tổn hao, trong khi diode Schottky giúp giảm tổn hao xuống còn 0.5V trên mỗi diode, so với diode thông thường là 1V.

4. Khả năng điều khiển điện áp đầu ra ổn định: Sử dụng kỹ thuật điều khiển xung PWM với bộ khuếch đại sai số giúp duy trì điện áp đầu ra ổn định bất chấp biến động điện áp đầu vào và tải. Mạch điều khiển Buck có thể điều chỉnh thời gian đóng mở transistor để giữ điện áp đầu ra không đổi khi điện áp đầu vào thay đổi ±15%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ cấu trúc mạch và đặc tính vật lý của linh kiện bán dẫn. Hiệu suất cao của mạch chuyển mạch DC/DC là do transistor hoạt động ở chế độ đóng/ngắt, giảm tổn hao năng lượng so với mạch tuyến tính. Tuy nhiên, tần số chuyển mạch cao gây ra nhiễu EMI và tổn hao chuyển mạch, đòi hỏi thiết kế bộ lọc và lựa chọn linh kiện phù hợp.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với báo cáo của ngành điện tử công suất, khẳng định xu hướng sử dụng SMPS trong các thiết bị điện tử hiện đại. Việc mô phỏng bằng Matlab/Simulink giúp trực quan hóa các đặc tính điện áp và dòng điện, hỗ trợ tối ưu thiết kế.

Ý nghĩa của kết quả là cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc thiết kế bộ nguồn chuyển mạch chất lượng cao, giúp giảm kích thước, tăng hiệu suất và độ ổn định, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của các thiết bị điện tử công suất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu tần số chuyển mạch: Đề xuất sử dụng tần số chuyển mạch trong khoảng 50 kHz đến 200 kHz để cân bằng giữa hiệu suất, kích thước và tổn hao. Chủ thể thực hiện là các kỹ sư thiết kế nguồn, thời gian áp dụng trong vòng 6 tháng.

2. Lựa chọn linh kiện bán dẫn hiệu suất cao: Sử dụng transistor MOSFET có điện trở dẫn thấp (6-8 mΩ) và diode Schottky để giảm tổn hao điện áp rơi, nâng cao hiệu suất. Nhà cung cấp linh kiện và bộ phận mua hàng cần phối hợp thực hiện trong 3 tháng.

3. Áp dụng kỹ thuật điều khiển PWM chính xác: Thiết kế mạch điều khiển xung PWM với bộ khuếch đại sai số và mạch so sánh điện áp chuẩn để duy trì điện áp đầu ra ổn định. Bộ phận thiết kế mạch điều khiển cần hoàn thiện trong 4 tháng.

4. Tích hợp mô phỏng và thử nghiệm thực tế: Kết hợp mô phỏng bằng Matlab/Simulink với thử nghiệm thực tế để đánh giá và điều chỉnh thiết kế, đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Phòng thí nghiệm và nhóm nghiên cứu phối hợp thực hiện liên tục trong suốt quá trình phát triển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế nguồn điện: Nắm bắt kiến thức về các loại mạch biến đổi DC/DC, kỹ thuật điều khiển PWM và cách tối ưu hiệu suất, giúp cải tiến sản phẩm nguồn điện.

2. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành điện tử công suất: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực hành về thiết kế bộ nguồn chuyển mạch, hỗ trợ học tập và nghiên cứu chuyên sâu.

3. Nhà sản xuất thiết bị điện tử: Áp dụng các giải pháp thiết kế nguồn chất lượng cao để nâng cao độ tin cậy và hiệu suất sản phẩm, giảm chi phí sản xuất.

4. Chuyên gia kiểm định và bảo trì thiết bị điện: Hiểu rõ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ nguồn chuyển mạch để thực hiện kiểm tra, bảo trì và sửa chữa hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ nguồn chuyển mạch DC/DC là gì?
   Bộ nguồn chuyển mạch DC/DC là thiết bị chuyển đổi điện áp một chiều từ mức này sang mức khác bằng cách sử dụng các linh kiện bán dẫn đóng/ngắt nhanh, giúp tăng hiệu suất và giảm kích thước so với nguồn tuyến tính.

2. Tại sao tần số chuyển mạch lại quan trọng?
   Tần số chuyển mạch ảnh hưởng đến kích thước cuộn cảm và tụ điện, cũng như tổn hao năng lượng và nhiễu EMI. Tần số cao giúp thu nhỏ kích thước nhưng tăng tổn hao và nhiễu, cần cân bằng hợp lý.

3. Kỹ thuật điều khiển PWM hoạt động như thế nào?
   PWM điều khiển độ rộng xung tín hiệu để thay đổi thời gian đóng mở transistor, từ đó điều chỉnh điện áp đầu ra một cách chính xác và ổn định, phù hợp với biến động tải và nguồn đầu vào.

4. Làm sao để giảm tổn hao trên transistor và diode?
   Sử dụng transistor MOSFET có điện trở dẫn thấp và diode Schottky với điện áp rơi thấp giúp giảm tổn hao điện áp, nâng cao hiệu suất bộ nguồn.

5. Mô phỏng bằng Matlab/Simulink có lợi ích gì?
   Mô phỏng giúp trực quan hóa hoạt động mạch, đánh giá hiệu suất và tổn hao, từ đó tối ưu thiết kế trước khi thực hiện sản xuất, tiết kiệm thời gian và chi phí.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và mô phỏng các kỹ thuật cơ bản trong thiết kế bộ nguồn chuyển mạch DC/DC, tập trung vào các mạch Buck, Boost và Buck-Boost.
• Kết quả cho thấy hiệu suất bộ nguồn chuyển mạch đạt trên 80%, vượt trội so với nguồn tuyến tính truyền thống.
• Đề xuất các giải pháp tối ưu tần số chuyển mạch, lựa chọn linh kiện bán dẫn và kỹ thuật điều khiển PWM để nâng cao hiệu suất và độ ổn định.
• Mô hình mô phỏng bằng Matlab/Simulink cung cấp công cụ hữu ích cho việc thiết kế và cải tiến bộ nguồn.
• Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực tế, hoàn thiện thiết kế và ứng dụng trong các thiết bị điện tử công suất.

Hành động ngay: Các kỹ sư và nhà nghiên cứu nên áp dụng các giải pháp thiết kế được đề xuất để phát triển bộ nguồn chuyển mạch chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe của thị trường và công nghệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o ®¹i häc giao th«ng vËn t¶i ------------------------------------ Ph¹m thanh huyÒn Nghiªn cøu gi¶i ph¸p thiÕt kÕ bé nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt Chuyªn ngµnh: ®iÖn tö - viÔn th«ng M∙ sè: 60. 70 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: Ts. NguyÔn thanh h¶i Ch÷ ký: Hµ Néi, th¸ng 10 n¨m 2006 §Ó cã ®−îc kÕt qu¶ häc tËp nh− ngµy h«m nay, t¸c gi¶ xin bµy tá lßng biÕt ¬n tíi tËp thÓ c¸c thÇy c« gi¸o trong tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i ®· nhiÖt t×nh gi¶ng d¹y vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó líp Cao häc §iÖn tö – ViÔn Th«ng K11, nãi chung, vµ t¸c gi¶, nãi riªng, hoµn thµnh kho¸ häc cña m×nh. Xin c¸m ¬n c¸c thÇy c« trong Khoa §iÖn - §iÖn tö, ®Æc biÖt lµ TS.

NguyÔn Thanh H¶i - ng−êi h−íng dÉn khoa häc trùc tiÕp cho luËn v¨n tèt nghiÖp nµy. NguyÔn Thanh H¶i kh«ng chØ gîi ý ®Ò tµi mµ cßn ®−a ra nhiÒu ý kiÕn quý b¸u ®Ó t¸c gi¶ cã thÓ gi¶i quyÕt ®−îc nh÷ng vÊn ®Ò khã kh¨n n¶y sinh trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n. Cuèi cïng t¸c gi¶ xin göi lêi c¸m ¬n s©u s¾c tíi gia ®×nh vµ b¹n bÌ, nh÷ng ng−êi ®· ®éng viªn vµ t¹o mäi ®iÒu kiÖn ®Ó t¸c gi¶ cã thÓ ®Çu t− tèi ®a thêi gian vµ c«ng søc hoµn thµnh c«ng viÖc cña m×nh. Xin ch©n thµnh c¸m ¬n ! T¸c gi¶ 1 Môc lôc Danh môc mét sè tõ viÕt t¾t Më ®Çu Ch−¬ng 1 Tæng quan chung vµ c¸c yªu cÇu cña bé nguån trong thiÕt bÞ ®iÖn tö 1.

Tæng quan chung. VÞ trÝ vµ tÇm quan träng cña bé nguån trong hÖ thèng. C¸c lo¹i nguån sö dông trong thiÕt bÞ ®iÖn tö. §¸nh gi¸ c¸c ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ nguån æn ®Þnh.

Bé nguån æn ®Þnh tuyÕn tÝnh. Bé nguån chuyÓn m¹ch. C¸c yªu cÇu cña bé nguån chuyÓn m¹ch. Khèi läc nhiÔu ®Çu vµo.

Khèi chuyÓn m¹ch tÇn sè cao, n¾n vµ läc thø cÊp. 17 Ch−¬ng 2 Bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p DC/DC 2. Ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi ®iÖn ¸p DC/DC. M¹ch ng¾t qu·ng ho¹t ®éng ë chÕ ®é A.

M¹ch ng¾t qu·ng ho¹t ®éng ë chÕ ®é B. M¹ch ng¾t qu·ng ho¹t ®éng ë chÕ ®é C. M¹ch ng¾t qu·ng ho¹t ®éng ë chÕ ®é D. M¹ch ng¾t qu·ng ho¹t ®éng ë c¶ 4 chÕ ®é.

C¸c bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p DC/DC. Bé biÕn ®æi thÕ hÖ thø nhÊt. Bé biÕn ®æi thÕ hÖ thø hai. Bé biÕn ®æi thÕ hÖ thø ba.

34 §Ò tµi: Nghiªn cøu gi¶i ph¸p thiÕt kÕ nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö 2 2. Bé biÕn ®æi thÕ hÖ thø t−. Bé biÕn ®æi thÕ hÖ thø n¨m. Bé biÕn ®æi thÕ hÖ thø s¸u.

36 Ch−¬ng 3 C¸c gi¶i ph¸p thiÕt kÕ bé nguån chuyÓn m¹ch 3. Môc ®Ých vµ yªu cÇu. ThiÕt kÕ khèi c«ng suÊt. Bé chuyÓn m¹ch Buck.

Bé chuyÓn m¹ch Boost. Bé chuyÓn m¹ch kiÓu ®Èy - kÐo. Bé chuyÓn m¹ch cÇu b¸n phÇn. Bé chuyÓn m¹ch cÇu toµn phÇn.

ThiÕt kÕ khèi ®iÒu khiÓn. Giíi thiÖu chung. Nguyªn lý ®iÒu chÕ ®é réng xung (PWM). 59 Ch−¬ng 4 M« pháng 4.

Giíi thiÖu chung vÒ c¸c phÇn mÒm m« pháng. PhÇn mÒm m« pháng Matlab/Simulink. PhÇn mÒm thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö. Giíi thiÖu mét sè hä IC ®iÒu khiÓn c«ng suÊt th«ng dông 65 4.

X©y dùng m« h×nh m« pháng. Giíi thiÖu chung. TÝnh to¸n th«ng sè vµ lùa chän linh kiÖn cho tõng ®Çu ra 69 4. §¸nh gi¸ vµ thÝ nghiÖm kÕt qu¶ trªn m« h×nh m« pháng.

M« pháng cho m¹ch ®¬n. M« pháng cho m¹ch tæng hîp:. 88 Tµi liÖu tham kh¶o. 92 §Ò tµi: Nghiªn cøu gi¶i ph¸p thiÕt kÕ nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö 3 Danh môc Mét sè tõ viÕt t¾t AC Xoay chiÒu AC/AC BiÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu sang xoay chiÒu AC/DC BiÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu sang mét chiÒu BJT Transistor l−ìng cùc DC Mét chiÒu DC/AC BiÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu sang xoay chiÒu DC/DC BiÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu sang mét chiÒu EMI NhiÔu ®iÖn tõ FET Transistor hiÖu øng tr−êng IC Vi m¹ch tÝch hîp PTHC PhÇn tö hiÖu chØnh PWM Bé ®iÒu chÕ ®é réng xung RFI NhiÔu cao tÇn SMPS Bé mguån chuyÓn m¹ch §Ò tµi: Nghiªn cøu gi¶i ph¸p thiÕt kÕ nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö 4 më ®Çu 1.

TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi Kü thuËt cÊp nguån lµ kü thuËt liªn quan tíi viÖc cung cÊp n¨ng l−îng ®iÖn cho c¸c thiÕt bÞ sö dông. §iÒu nµy cã tÝnh quan träng sèng cßn ®èi víi ngµnh c«ng nghiÖp ®iÖn tö. C¸c bé chuyÓn ®æi d¹ng n¨ng l−îng ®iÖn ®−îc chia thµnh 4 lo¹i lµ: ƒ BiÕn ¸p biÕn ®æi AC / AC ƒ Bé chØnh l−u biÕn ®æi AC/DC ƒ Bé nghÞch l−u biÕn ®æi DC/AC ƒ Bé biÕn ®æi DC/DC Trong ®ã, biÕn ¸p vµ bé chØnh l−u kh¸ ®¬n gi¶n, chóng xuÊt hiÖn tõ rÊt l©u vµ ®−îc nghiªn cøu ®Çy ®ñ tõ lý thuyÕt tíi x©y dùng m¹ch thùc tÕ. Tíi nay vÊn ®Ò nµy cã thÓ coi nh− ®· ®−îc hoµn thiÖn.

Cßn bé nghÞch l−u vµ bé biÕn ®æi DC/DC cßn rÊt nhiÒu vÊn ®Ò cÇn nghiªn cøu. Bé biÕn ®æi DC/DC (c¬ së ®Ó x©y dùng bé nguån chuyÓn m¹ch chÊt l−îng cao vµ bé ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu) xuÊt hiÖn sau mét thêi gian dµi vµ mÆc dï ph¸t triÓn kh«ng ngõng kÓ tõ khi ra ®êi nh−ng lý thuyÕt vÒ chóng cßn rÊt Ýt mµ hÇu hÕt ë d¹ng nh÷ng bµi b¸o ®−a ra c¸c s¬ ®å m¹ch cô thÓ mµ c¸c nhµ nghiªn cøu t×m ra ®Ó ®¸p øng ®−îc yªu cÇu cña øng dông nhÊt ®Þnh nµo ®ã. Tr−íc thùc tÕ ®ã, t¸c gi¶ luËn v¨n nµy m¹nh d¹n ®i s©u nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt cña viÖc chuyÓn ®æi DC/DC, trªn c¬ së Êy ®−a ra c¸c gi¶i ph¸p thiÕt kÕ nguån chuyÓn m¹ch. §Ó minh chøng cho lý thuyÕt mét c¸ch trùc quan vµ sinh ®éng h¬n, luËn v¨n cã x©y dùng phÇn m« pháng cho mét øng dông cô thÓ.

Sau khi hoµn thµnh, luËn v¨n sÏ gãp phÇn lµm râ lý thuyÕt còng nh− cho biÕt mét sè ®iÒu chØnh thùc tÕ cña viÖc thiÕt kÕ nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö. T×nh h×nh nghiªn cøu liªn quan ®Õn ®Ò tµi VÊn ®Ò nghiªn cøu nguån chuyÓn m¹ch lµ mét vÊn ®Ò kh«ng míi nh−ng cã thÓ nãi lµ rÊt khã v× chóng thay ®æi rÊt nhanh nh»m ®¸p øng nh÷ng ®ßi hái ngµy cµng phøc t¹p cña thùc tÕ. MÆc dï mang tÝnh thùc tiÔn vµ øng dông rÊt cao nh−ng nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ nguån chuyÓn m¹ch th× cßn thiÕu rÊt nhiÒu. MÆt kh¸c, do tÝnh c¹nh tranh vÒ th−¬ng m¹i mµ c¸c nhµ s¶n xuÊt cã §Ò tµi: Nghiªn cøu gi¶i ph¸p thiÕt kÕ nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö 5 thÓ ®−a ra s¶n phÈm nh−ng kh«ng hÒ c«ng bè lý thuyÕt kÌm theo.

V× vËy, nh÷ng ng−êi dïng khi cÇn söa ch÷a hoÆc muèn tù thiÕt kÕ theo yªu cÇu riªng lµ rÊt khã kh¨n. C¸c ®Ò tµi nghiªn cøu trong n−íc hÇu nh− kh«ng cã, tÊt nhiªn kh«ng kÓ tíi nh÷ng tµi liÖu nãi vÒ ®iÖn tö c«ng suÊt c¬ b¶n. Trªn thÕ giíi cã rÊt Ýt ng−êi nghiªn cøu chuyªn s©u vÒ vÊn ®Ò nµy. Tµi liÖu chØ ë d¹ng c¸c bµi b¸o ®¨ng trªn t¹p chÝ IEEE vÒ c¸c kü thuËt liªn quan tíi bé nguån chuyÓn m¹ch nh− kü thuËt DC/DC, hoÆc s¬ ®å mang tÝnh giíi thiÖu cña c¸c h·ng s¶n xuÊt (nÕu l¾p r¸p nh− vËy phÇn lín m¹ch kh«ng ho¹t ®éng vµ còng kh«ng cã c¬ së ®Ó lùa chän linh kiÖn hay thay ®æi cÊu h×nh).

Tuy vËy, còng cã tµi liÖu nãi tíi viÖc thiÕt kÕ nh−ng l¹i theo kinh nghiÖm lµ chñ yÕu. Môc ®Ých, nhiÖm vô vµ ph¹m vi nghiªn cøu cña luËn v¨n Môc ®Ých: LuËn v¨n cã môc ®Ých t×m hiÓu c¸c kü thuËt c¬ b¶n ®Ó thiÕt kÕ nguån chuyÓn m¹ch chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö. NhiÖm vô: Nghiªn cøu gãp phÇn lµm râ c¬ së lý thuyÕt cña nguån chuyÓn m¹ch chÊt l−îng cao. §−a ra mét sè gi¶i ph¸p thiÕt kÕ bé nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö.

M« pháng kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt b»ng mét sè phÇn mÒm m« pháng ®Ó minh ho¹ trùc quan cho lý thuyÕt vµ thuËn tiÖn cho viÖc c¶i tiÕn vµ ®iÒu chØnh m¹ch (x©y dùng m¹ch cho mét øng dông cô thÓ). Ph¹m vi nghiªn cøu: LuËn v¨n nghiªn cøu c¸c kü thuËt c¬ b¶n liªn quan tíi nguån chuyÓn m¹ch. ThiÕt kÕ vµ m« pháng mét bé nguån chuyÓn m¹ch cho mét øng dông cô thÓ. C¬ së lý luËn vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu cña luËn v¨n C¬ së lý luËn: LuËn v¨n ®−îc nghiªn cøu trªn c¬ së lý thuyÕt kü thuËt m¹ch ®iÖn tö, ®iÖn tö c«ng suÊt, hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã ph¶n håi … C¸c bµi b¸o, tµi liÖu khoa häc … §Ò tµi: Nghiªn cøu gi¶i ph¸p thiÕt kÕ nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö 6 H−íng dÉn sö dông c¸c phÇn mÒm m« pháng nh− Matlab, LTspice, SW Cad III, BodeCad, Swift Desinger, TPS 40 Desinger, LoPwrDC Desinger … Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu: Chñ yÕu lµ ph−¬ng ph¸p tæng hîp vµ ph©n tÝch trªn c¬ së lý thuyÕt ®· cã.

Ngoµi ra, cßn thèng kª, so s¸nh ®Ó lùa chän ph−¬ng ¸n tèi −u. §ãng gãp vÒ mÆt khoa häc cña luËn v¨n Giíi thiÖu vµ lµm râ lý thuyÕt c¬ b¶n vÒ nguån chuyÓn m¹ch. X©y dùng thö nghiÖm c«ng cô thiÕt kÕ nguån chuyÓn m¹ch mét c¸ch nhanh chãng vµ tiÖn lîi nhê phÇn mÒm m« pháng. ý nghÜa thùc tÕ cña luËn v¨n Cung cÊp c¬ së lý thuyÕt cho viÖc ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ bé nguån chuyÓn m¹ch.

§¸nh gi¸ chÊt l−îng vµ hiÖu suÊt víi lo¹i nguån chuyÓn m¹ch. KÕt cÊu cña luËn v¨n LuËn v¨n gåm 4 ch−¬ng víi 3 ch−¬ng lý thuyÕt vµ mét ch−¬ng tr×nh bµy phÇn m« pháng. Ngoµi ra cßn cã phÇn më ®Çu vµ danh môc tµi liÖu tham kh¶o. §Ò tµi: Nghiªn cøu gi¶i ph¸p thiÕt kÕ nguån chÊt l−îng cao dïng trong thiÕt bÞ ®iÖn tö 7 Ch−¬ng 1 Tæng quan chung vµ c¸c yªu cÇu cña bé nguån trong thiÕt bÞ ®iÖn tö 1.

Tæng quan chung 1. VÞ trÝ vµ tÇm quan träng cña bé nguån trong hÖ thèng Nguån ®iÖn trong c¸c hÖ thèng ®iÖn tö ®ãng vai trß hÕt søc quan träng. §ã lµ n¬i cung cÊp n¨ng l−îng ®iÖn cho hÖ thèng ho¹t ®éng còng nh− tr¸i tim cung cÊp m¸u ®i nu«i c¬ thÓ. V× vËy cã thÓ nãi r»ng viÖc t¹o ra bé nguån chÊt l−îng cao cã vai trß quyÕt ®Þnh tíi sù sèng cßn cña c¶ hÖ thèng.