Chương 1: Tổng quan về đề tài. Chương này trình bày các phần: Các vấn đề liên quan đến mạch nguồn, ứng dụng của mạch nguồn. Từ đó nêu ra lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về mô hình. Cụ thể là giới thiệu chi tiết rõ hơn về mạch nguồn xung Flyback, các linh kiện được sử dụng trong mô hình. Chương 3: Thiết kế và thi công mạch. Chương này tính toán và thiết kế các linh kiện thiết yếu như biến áp Flyback, MOSFET, tụ nguồn,….
Sau quá trình tính toán và thiết kế các linh kiện và phần cứng mô hình của đề tài. Tiến hành layout, gia công mạch. Sau đó lắp ráp một hệ thống mô hình hoàn chỉnh đã được xây dựng trước đó. Sau khi có được mô hình tiến hành cho mạch hoạt động, thử nghiệm thực tế, tìm lỗi và khắc phục nếu có.
Chương 4: Kết quả, nhận xét và đánh giá. Chương này đưa ra những kết quả mà đã thực hiện được khi làm mô hình. Từ đó đưa ra những nhận xét và đánh giá mô hình. SVTH: Trần Huỳnh Đức Thắng – Nguyễn Huỳnh Đang Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS.PHẠM VĂN PHÁT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về mô hình. Cụ thể: giới thiệu chi tiết hơn về mạch nguồn xung Flyback, linh kiện sử dụng trong mô hình.1 Nguồn xung Flyback. Mạch nguồn Flyback được thiết kế từ 70 năm qua để thực hiện bất kỳ loại chuyển đổi nào từ chuyển đổi dòng điện xoay chiều AC sang dòng điện một chiều DC hoặc dòng điện 1 DC sang điện một chiều DC. Thiết kế của Flyback đã mang lại lợi thế cho việc phát triển truyền hình cho việc liên lạc vào đầu những năm 1930 đến 1940.
Nó sử dụng khái niệm cung cấp chuyển mạch phi tuyến tính. Máy biến áp Flyback lưu trữ năng lượng từ trường và hoạt động như một cuộn cảm khi so sánh với các mạch nguồn khác. Mạch nguồn Flyback chuyển đổi AC thành DC với cách ly điện áp đầu vào và đầu ra. Lưu trữ năng lượng khi có dòng điện chạy qua và giải phóng năng lượng khi mất điện và sử dụng một cuộn cảm được ghép nối lẫn nhau, và hoạt động như một bộ chuyển đổi chuyển mạch cách ly cho các máy biến điện áp tăng hoặc giảm điện áp.
Nó có thể điều khiển và điều chỉnh nhiều điện áp đầu ra với nhiều loại điện áp đầu vào. Các thành phần cần thiết để thiết kế bộ chuyển đổi Flyback là rất ít khi so sánh với các mạch cấp nguồn chế độ chuyển mạch khác. Từ Flyback được coi là hành động bật/tắt của công tắc được sử dụng trong thiết kế. Tùy vào từng mạch mà kết cấu của các mạch có một số điểm khác biệt.
Nhưng xét về cấu tạo cơ bản thì đa phần giống nhau bao gồm như: Hình 2.1: Cấu tạo của một mạch nguồn Flyback. Biến áp Flyback: Được làm từ các cuộn dây quấn trên một lõi từ giống với biến áp thường. Biến áp Flyback sử dụng lõi ferit và có công suất khá lớn, chúng hoạt động tốt ngay cả ở những dải tần số cao. Điều mà biến áp thường không thể làm được hoặc khó có thể đáp ứng được.
Cầu chì: Cầu chì là một thiết bị bảo vệ trong mạch điện, được sử dụng để ngăn chặn dòng điện quá tải gây ra nguy hiểm cho các thiết bị điện. Cầu chì thường được làm bằng chất liệu sợi thủy tinh hoặc kim loại, có hình dạng như một chiếc ống nhỏ, được đặt giữa nguồn điện và thiết bị điện. Khi dòng điện vượt quá mức cho phép, cầu chì sẽ SVTH: Trần Huỳnh Đức Thắng – Nguyễn Huỳnh Đang Trang 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS.PHẠM VĂN PHÁT nhanh chóng tan chảy và ngắt mạch, ngăn chặn dòng điện tiếp tục lưu thông và bảo vệ các thiết bị điện khác trong mạch. Cầu chì thường được sử dụng trong các mạch điện gia đình và công nghiệp để đảm bảo an toàn và tránh sự cố điện nguy hiểm.
Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp và diode chỉnh lưu: Các thiết bị như cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp và diode chỉnh lưu có chức năng chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Sau đó, chúng tích trữ năng lượng điện trên các tụ lọc để cung cấp cho cuộn dây sơ cấp của bộ nguồn. Các thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong các mạch nguồn xung, giúp cung cấp năng lượng ổn định cho các thiết bị điện tử và giảm thiểu các tác động gây nhiễu cho mạch. Linh kiện bán dẫn công suất: Linh kiện bán dẫn công suất là một loại linh kiện điện tử được sử dụng để cung cấp công suất cho các thiết bị điện tử, đặc biệt là trong các mạch khuếch đại hoặc nguồn điện.
Linh kiện bán dẫn công suất thường được sử dụng trong các mạch điện có khối lượng lớn và nhu cầu điện năng cao, nó có khả năng chịu được dòng điện và áp suất cao hơn so với các loại linh kiện điện tử khác. Tụ lọc nguồn thứ cấp: Tụ lọc nguồn thứ cấp là một thành phần quan trọng trong các mạch điện tử cung cấp điện áp đóng vai trò lọc nhiễu và giữ cho nguồn cấp ổn định. Tụ lọc nguồn thứ cấp thường được đặt sau một đầu cầu chỉnh lưu và trước một linh kiện điện tử cần được cung cấp điện. Nó hoạt động bằng cách lưu trữ một lượng điện năng trong thời gian đầu của chu kỳ sóng điện và giải phóng nó trong thời gian sau đó, giúp giữ cho đầu ra nguồn điện ổn định.
Tụ lọc nguồn thứ cấp thường được làm bằng các loại tụ điện lớn có dung lượng cao và khả năng chịu điện áp cao. Khi nguồn cấp được thiết kế tốt, tụ lọc nguồn thứ cấp sẽ giúp giảm độ rộng của xung sóng điện và làm giảm nhiễu điện từ, giúp cho các linh kiện điện tử có được nguồn cấp điện ổn định hơn và độ tin cậy cao hơn. IC quang: IC quang là viết tắt của cụm từ (OptICal Integrated Circuit) và được sử dụng để mô tả các vi mạch sử dụng ánh sáng để truyền thông dữ liệu. Các IC quang thường được sử dụng trong các thiết bị mạng, thiết bị truyền thông, máy tính và các thiết bị điện tử khác để tăng tốc độ truyền dữ liệu và giảm thiểu độ trễ trong việc truyền tải thông tin.
Các ứng dụng của IC quang bao gồm truyền thông quang, ladar, các thiết bị cảm biến và các hệ thống tương tác ánh sáng.3 Nguyên lý hoạt động. Mạch có cấu tạo bởi một linh kiện bán dẫn đóng cắt và một biến áp Flyback. Biến áp dùng để truyền công suất từ đầu vào cho đầu ra. Điện áp đầu ra phụ thuộc vào băm xung PWM và tỉ số truyền của lõi.
SVTH: Trần Huỳnh Đức Thắng – Nguyễn Huỳnh Đang Trang 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS.PHẠM VĂN PHÁT Như chúng ta đã biết chỉ có dòng điện biến thiên mới tạo được ra từ thông và tạo được ra sức điện động cảm ứng trên các cuộn dây trên biến áp. Do đây là điện áp một chiều nên dòng điện không biến thiên theo thời gian do đó ta phải dùng van đóng cắt liên tục để tạo ra được từ thông biến thiên.2: Nguyên lý hoạt động cơ bản của mạch nguồn Flyback. Khi công tắc bán dẫn được đóng thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp tăng dần lên. Cực tĩnh của cuộn dây sơ cấp có chiều như hình vẽ và khi đó bên cuộn dây thứ cấp sinh ra một điện áp có cực tính dương như hình vẽ.
Điện áp ở sơ cấp phụ thuộc bởi tỷ số giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Lúc này do diode chặn nên tải được cung cấp bởi tụ C. Khi công tắc bán dẫn được mở ra. Cuộn dây sơ cấp mất điện đột ngột lúc đó bên thứ cấp đảo chiều điện áp qua Diode cung cấp cho tải và đồng thời nạp điện cho tụ.
Trong các mô hình của nguồn xung thì nguồn Flybach được sử dụng nhiều nhất bởi tính linh hoạt của nó, cho phép thiết kế được nhiều nguồn đầu ra với một nguồn đầu vào duy nhất kể cả đảo chiều cực tính. Các bộ biến đổi kiểu Flyback được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sử dụng nguồn pin hoặc acqui, có một nguồn điện áp vào duy nhất để cung cấp cho hệ thống cần nhiều cấp điện áp (+5V,+12V,-12V,…) với hiệu suất chuyển đổi cao. Đặc điểm quan trọng của bộ biến đổi Flyback là pha (cực tĩnh) của biến áp Flyback được biểu diễn bởi các dấu chấm trên các cuộn sơ cấp và thứ cấp. Flybacks (và nhiều loại bộ chuyển đổi khác) có thể được thiết kế để hoạt động ở một trong hai chế độ.
Trong chế độ dẫn không liên tục (DCM), máy biến áp được phép khử từ hoàn toàn trong mỗi chu kỳ đóng cắt. Thông thường, điều này được thực hiện với tần số đóng cắt cố định và điều chế dòng điện đỉnh để đáp ứng các yêu cầu tải. Ở chế độ dẫn liên tục (CCM), dòng điện luôn chạy trong máy biến áp trong mỗi chu kỳ đóng cắt. Do đó, một số năng lượng dư luôn có trong máy biến áp, bởi vì mỗi chu kỳ đóng cắt bắt đầu trước khi dòng điện hoàn toàn cạn kiệt.
Với DCM, không có tổn hao phục hồi ngược trong bộ chỉnh lưu đầu ra vì dòng điện của nó giảm xuống không trong mọi chu kỳ chuyển mạch. Giá trị điện cảm phía sơ cấp yêu cầu thấp và chỉ cần một máy biến áp nhỏ hơn. Về mặt phân tích, thiết kế DCM SVTH: Trần Huỳnh Đức Thắng – Nguyễn Huỳnh Đang Trang 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS.PHẠM VĂN PHÁT vốn đã ổn định hơn, vì không có số không trong nửa mặt phẳng bên phải của hàm truyền của nó. Tuy nhiên, DCM có dòng gợn rất lớn và do đó yêu cầu bộ lọc lớn hơn.
Ngược lại, CCM có dòng gợn và RMS nhỏ. Các dòng điện thấp hơn này cũng làm giảm tổn thất dẫn và tắt, trong khi dòng điện đỉnh thấp hơn cho phép các thành phần bộ lọc nhỏ hơn. Nhưng nhược điểm của CCM là nó có số không trong nửa mặt phẳng bên phải của hàm truyền, điều này sẽ hạn chế băng thông của vòng điều khiển và đáp ứng động của nó. CCM cũng yêu cầu độ tự cảm lớn hơn và do đó thành phần từ tính lớn hơn.1 Phân tích hoạt động ở chế độ CCM.
Trước khi tiến vào phân tích thì các điều kiện được xem như là lý tưởng. Khi công tắc bán dẫn S đóng: Khi công tắc S đóng, dòng điện chay qua cuộn sơ cấp của biến áp Flyback.