Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống cung cấp năng lượng và các thiết bị điện – điện tử, chất lượng nguồn điện một chiều (DC) đóng vai trò quyết định đến độ chính xác, hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. Hiện tượng biến động điện áp lưới hoặc sụt áp do tải thay đổi khiến nguồn cấp đầu vào không ổn định, dẫn đến tình trạng thiết bị hoạt động chập chờn, phát sinh sai số và nhanh hỏng hóc linh kiện. Nhằm duy trì mức điện áp DC ngõ ra cố định khi điện áp ngõ vào hoặc dòng tải biến thiên, việc nghiên cứu và chế tạo các bộ biến đổi nguồn DC-DC trở thành yêu cầu kỹ thuật tất yếu.

So với các mạch ổn áp tuyến tính truyền thống (như ổn áp dùng Zener hay vi mạch dòng 78xx/79xx) có hiệu suất thấp, tỏa nhiệt lượng lớn và giới hạn dòng tải dưới 1A, các bộ nguồn ổn áp xung (Switching Regulator) sở hữu ưu thế vượt trội với hiệu suất chuyển đổi đạt trên 80%, kích thước và trọng lượng nhỏ gọn. Đồ án "Mạch ổn áp xung Buck" được thực hiện bởi nhóm sinh viên lớp 17CDT1 (Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng) dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Phòng (tháng 12/2020), nhằm giải quyết bài toán thiết kế, tính toán và thi công hoàn chỉnh một bộ nguồn hạ áp DC-DC hoạt động ổn định.

Mục tiêu và các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế của đồ án được xác định cụ thể bao gồm:

  1. Tần số đóng cắt làm việc của mạch: $f = 10\text{ kHz}$ (tương ứng chu kỳ $T = 100\ \mu\text{s}$)
  2. Dải điện áp một chiều ngõ vào: $V_{IN} = 12\text{ V} \div 18\text{ V}$
  3. Điện áp trung bình ngõ ra yêu cầu: $V_O = 10\text{ V}$
  4. Dòng điện trung bình định mức ngõ ra: $I_O = 5\text{ A}$
  5. Độ gợn điện áp đỉnh – đỉnh ngõ ra: $\Delta V_O \le 0{,}1\text{ V}$
  6. Độ gợn dòng điện đỉnh – đỉnh qua cuộn cảm: $\Delta I_O \le 0{,}1\text{ A}$

Đối tượng nghiên cứu là cấu trúc bộ biến đổi hạ áp kiểu Buck sử dụng khóa chuyển mạch bán dẫn MOSFET và phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) thông qua mạch hồi tiếp sai lệch analog. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán lý thuyết, thiết kế sơ đồ nguyên lý trên phần mềm Proteus, tính toán linh kiện thực tế, quấn cuộn cảm lõi xuyến Ferrite và thi công mạch in (PCB) để kiểm chứng dạng sóng hoạt động trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

1. Khung lý thuyết và phân loại bộ ổn áp

Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết mạch điện tử, kỹ thuật xung số và điện tử công nghiệp. Tác giả phân tích và đối sánh các nguyên lý ổn áp một chiều cơ bản:

  • Ổn áp tham số (ổn áp Zener): Ghim áp nhờ đặc tuyến đánh thủng ngược của Diode Zener qua điện trở hạn dòng; sơ đồ đơn giản nhưng dòng tải rất nhỏ ($I_O \le 20\text{ mA}$).
  • Ổn áp tuyến tính (hồi tiếp bù): Sử dụng linh kiện bán dẫn (BJT, MOSFET) làm việc ở chế độ khuếch đại hoặc IC tích hợp (họ 78xx cho điện áp dương, 79xx cho điện áp âm). Dù điện áp ra phẳng và thời gian đáp ứng vòng hồi tiếp nhanh (vài micro giây), tổn hao công suất trên phần tử điều chỉnh rất lớn, sinh nhiệt cao khi dòng tải đạt tới 1A.
  • Ổn áp xung (Switching Regulator): Phần tử điều khiển hoạt động như một khóa đóng/ngắt điện tử. Tín hiệu xung sau khóa được là phẳng bởi bộ lọc LC. Ba phương pháp điều khiển xung gồm: điều chế độ rộng xung (PWM - thay đổi độ rộng, giữ nguyên tần số), điều chế tần số xung (PFM - thay đổi tần số, giữ nguyên độ rộng), và điều chế kết hợp cả tần số lẫn độ rộng.
Cấu trúc mạch xung Mối quan hệ điện áp vào/ra Đặc điểm dòng điện ngõ vào Đặc điểm dòng điện ngõ ra
Buck $V_O < V_{IN}$ Dạng xung (cần bộ lọc vào) Liên tục, độ nhấp nhô thấp
Boost $V_O > V_{IN}$ Liên tục (không cần lọc vào) Dạng xung, nhấp nhô lớn
Buck-Boost $V_O > V_{IN}$ hoặc $V_O < V_{IN}$ Dạng xung (cần bộ lọc vào) Dạng xung, nhấp nhô lớn
Cuk $V_O$ tùy biến, ngược cực tính Ổn định, độ gợn rất bé Ổn định, độ gợn rất bé

2. So sánh và lựa chọn khóa chuyển mạch bán dẫn

Tác giả tiến hành so sánh ba loại linh kiện bán dẫn công suất phổ biến (BJT, MOSFET, IGBT) dựa trên các tiêu chí kỹ thuật:

Tiêu chí Transistor lưỡng cực (BJT) Transistor trường (MOSFET) Transistor cổng cách ly (IGBT)
Tổn hao công suất Cao Thấp Thấp
Tần số làm việc Cao Rất cao Cao
Công suất điều khiển Cao (điều khiển dòng) Thấp (điều khiển áp) Thấp (điều khiển áp)
Khả năng chịu dòng/áp Cao Thấp Cao
Giá thành Thấp Trung bình Cao

Từ bảng đánh giá và yêu cầu tần số chuyển mạch $10\text{ kHz}$, MOSFET được chọn làm khóa bán dẫn nhờ ưu điểm đóng cắt nhanh, tổn hao công suất đóng cắt thấp và mạch điều khiển cổng tiêu thụ ít năng lượng.

Thiết kế và triển khai phần cứng

1. Kiến trúc tổng thể hệ thống

Hệ thống ổn áp xung Buck gồm các khối chức năng liên kết chặt chẽ:

  • Khối khóa công suất P-MOSFET và Diode xung (Freewheeling Diode).
  • Khối lọc ngõ ra LC (cuộn cảm $L$ và tụ điện $C$).
  • Khối tạo dao động sóng vuông tần số cố định (Astable dùng IC NE555).
  • Khối vi sai / mạch xén tạo xung kích khởi (Trigger).
  • Khối điều chế độ rộng xung (Monostable dùng IC NE555 nhận tín hiệu hồi tiếp).
  • Khối lái cổng MOSFET (Driver mạch đệm dùng BJT C1815 và A1015).
  • Khối phản hồi sai lệch (Mạch phân áp lấy mẫu, mạch tạo điện áp chuẩn Zener, Op-Amp so sánh khuếch đại vi sai và mạch đệm LM358).

2. Tính toán các phần tử công suất và lọc LC

  • Điện cảm cuộn dây ($L$): $$L = \frac{V_O \left(1 - \frac{V_O}{V_{IN(\max)}}\right)}{f \cdot \Delta I_O} = \frac{10 \left(1 - \frac{10}{18}\right)}{10 \cdot 10^3 \cdot 0{,}1} = 4{,}44\text{ mH} \rightarrow \text{Chọn } L = 4{,}5\text{ mH}$$
  • Tụ điện lọc ngõ ra ($C$): $$C = \frac{V_O \left(1 - \frac{V_O}{V_{IN(\max)}}\right)}{8 f^2 L \Delta V_O} = \frac{10 \left(1 - \frac{10}{18}\right)}{8 \cdot (10^4)^2 \cdot (4{,}5 \cdot 10^{-3}) \cdot 0{,}1} \approx 12{,}345\ \mu\text{F}$$ Để đảm bảo độ bền với hệ số an toàn điện áp $V_C \ge (1{,}5 \div 2)V_O = 20\text{ V}$, tác giả chọn tụ hóa có thông số $22\ \mu\text{F} / 50\text{ V}$.
  • Diode xung: Dòng định mức $I_D \ge 1{,}5 \cdot I_{\max} = 1{,}5 \cdot (I_O + \Delta I_O) = 7{,}65\text{ A}$; điện áp ngược $V_D \ge 4 \cdot V_{IN(\max)} = 72\text{ V}$. Linh kiện được chọn là Diode Schottky kép MBR20100CT ($I_D = 20\text{ A}, V_{KA} = 100\text{ V}$).
  • Kết cấu cuộn cảm: Mật độ dòng điện chọn $J = 2{,}5\text{ A/mm}^2$ đối với dây đồng cách điện, tiết diện dây $S = I_O / J = 5 / 2{,}5 = 2\text{ mm}^2$, tương ứng đường kính dây quấn $d = 2\text{ mm}$. Lõi từ sử dụng lõi hình xuyến Ferrite có bán kính $R = 18\text{ mm}$, độ từ thẩm $\mu = 7000\text{ H/m}$. Số vòng dây quấn tính toán được là $N = 23\text{ vòng}$.

3. Tính chọn khóa MOSFET và mạch lái (Gate Driver)

Do cực Source nối trực tiếp với cực dương nguồn vào $V_{IN}$, MOSFET kênh P (P-Channel) được lựa chọn để thuận tiện cho việc tạo điện áp điều khiển $V_{GS}$ âm mà không cần nguồn phụ cách ly (Bootstrap).

  • Linh kiện chọn: P-MOSFET IRF4905 ($P = 200\text{ W}, V_{DSS} = -55\text{ V}, I_D = -74\text{ A}, R_{DS(on)} = 20\text{ m}\Omega, V_{GS(th)} = -2\text{ V} \div -4\text{ V}$).
  • Để MOSFET dẫn bão hòa ở dòng $I_D = -5\text{ A}$, điện áp kích cổng yêu cầu $V_{GS} \le -3{,}5\text{ V}$.
  • Mạch lái cổng sử dụng transistor BJT C1815 ($V_{CEO} = 50\text{ V}, I_C = 150\text{ mA}, P_{\max} = 400\text{ mW}$) và A1015 kết hợp hệ điện trở phân cực ($R_{24} = 47\text{ k}\Omega / 0{,}25\text{ W}, R_{34} = 10\text{ k}\Omega / 0{,}25\text{ W}, R_{21} = 10\text{ k}\Omega, R_{23} = 10\text{ k}\Omega, R_{20} = 10\ \Omega$) nhằm đảm bảo tốc độ nạp/xả điện tích cho tụ ký sinh cổng $C_{iss} \approx 640\text{ pF}$ trong chu kỳ làm việc $100\ \mu\text{s}$.

4. Mạch điều chế PWM và vòng khóa hồi tiếp

  • Tạo xung định thời: IC NE555 thứ nhất mắc theo mạch đa hài phi ổn (Astable) tạo chuỗi xung vuông tần số $10\text{ kHz}$. Xung này đi qua mạch xén vi sai (gồm tụ và điện trở) để tạo các đỉnh nhọn kích vào chân số 2 (Trigger) của IC NE555 thứ hai.
  • Điều chế độ rộng xung: IC NE555 thứ hai mắc theo mạch đơn ổn (Monostable). Độ rộng xung ngõ ra $T_0$ phụ thuộc vào mức điện áp điều khiển hồi tiếp $V_{ht}$ đưa vào chân số 5 (Control Voltage).
  • Xử lý sai lệch hồi tiếp: Điện áp ngõ ra sau lọc $V_{LC}$ được đưa qua mạch cầu phân áp ($R_{11}, R_{12}$) để lấy mẫu $V_{lm} = K_1 V_{LC}$. Điện áp chuẩn $V_{ch}$ được tạo bởi Diode Zener ổn áp kết hợp mạch hạn dòng $R_{17}, R_{18}$. Op-Amp LM358 thực hiện phép so sánh và khuếch đại sai lệch vi sai: $$V_{out} = K_0 (V_{ch} - K_1 V_{LC}) \quad \text{với } K_0 = \frac{R_{16}}{R_{13}}$$ Tín hiệu sai lệch sau đó đi qua tầng khuếch đại đệm (Buffer Op-Amp) để phối hợp trở kháng trước khi đưa vào chân số 5 của IC NE555 Monostable, thiết lập vòng điều khiển kín duy trì ổn định $V_O = 10\text{ V}$.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Chương 1 trình bày tổng quan về các phương pháp biến đổi và ổn định nguồn điện một chiều. Tác giả phân tích nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm của ổn áp tham số Zener, ổn áp tuyến tính dùng linh kiện bán dẫn rời và vi mạch tích hợp họ 78xx/79xx. Trọng tâm của chương là làm rõ nguyên lý của ổn áp xung, bao gồm sơ đồ khối, ba phương thức điều chế tín hiệu điều khiển (PWM, PFM và điều chế kết hợp) cùng các cấu trúc chuyển mạch cơ bản: Buck, Boost, Buck-Boost và Cuk. Tác giả kết luận ổn áp Buck là lựa chọn phù hợp nhất cho mục tiêu đề tài nhờ khả năng điều chỉnh điện áp ngõ ra hạ áp với hiệu suất cao và giảm thiểu tổn hao trên thiết bị chuyển mạch.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 thiết lập toàn bộ cơ sở toán học và lý thuyết giải tích mạch cho từng khối chức năng:

  • Xây dựng phương trình vi phân nạp/xả của cuộn cảm $L$ và tụ điện $C$ trong hai giai đoạn khóa bán dẫn đóng ($t_1$) và mở ($t_2$), thiết lập hệ thống công thức tính toán giá trị $L$ và $C$ đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ dòng điện liên tục (CCM).
  • Trình bày công thức tính toán kết cấu cuộn cảm lõi xuyến Ferrite và tiết diện dây đồng dẫn điện theo mật độ dòng $J$.
  • Phân tích cấu tạo, đặc tuyến truyền đạt và các thông số kỹ thuật của MOSFET kênh cảm ứng (E-MOSFET) và kênh có sẵn (D-MOSFET).
  • Trình bày phương pháp tính toán thời gian nạp $T_1$, thời gian xả $T_2$ và chu kỳ dao động $T$ của mạch Astable dùng IC 555; phương pháp tính thời gian xung đơn $T_0$ và thời gian phục hồi $T_{ph}$ của mạch Monostable dùng IC 555.
  • Phân tích giải tích mạch hồi tiếp: mạch phân áp lấy mẫu, mạch tạo điện áp chuẩn dùng Diode Zener, mạch khuếch đại vi sai dùng Op-Amp lý tưởng và mạch đệm phối hợp trở kháng.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG MẠCH

Chương 3 triển khai chi tiết quá trình tính toán số liệu cụ thể cho từng linh kiện dựa trên yêu cầu thiết kế ($V_{IN} = 12\text{ V} \div 18\text{ V}$, $V_O = 10\text{ V}$, $I_O = 5\text{ A}$, $f = 10\text{ kHz}$):

  • Tính toán chọn linh kiện phần cứng: cuộn cảm lõi Ferrite ($L = 4{,}5\text{ mH}$, $N = 23\text{ vòng}$, $d = 2\text{ mm}$), tụ lọc $C = 22\ \mu\text{F} / 50\text{ V}$, Diode MBR20100CT, P-MOSFET IRF4905, BJT C1815 và A1015, Op-Amp LM358, IC định thời NE555.
  • Tính toán các giá trị điện trở phân cực cho tầng kích MOSFET để đảm bảo điều kiện bão hòa và tốc độ đáp ứng xung.
  • Trình bày kết quả đo đạc dạng sóng thực tế tại các điểm kiểm tra: xung dao động của khối Astable, dạng sóng sau mạch xén, xung điều chế độ rộng từ khối Monostable, xung lái tại chân Gate và dạng sóng điện áp xung tại chân Drain của P-MOSFET.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật cụ thể

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn việc tính toán, thiết kế sơ đồ nguyên lý, mô phỏng và lắp ráp phần cứng mạch ổn áp xung Buck. Các thông số linh kiện và kết quả tính toán được tổng hợp trong bảng:

Khối chức năng Linh kiện được lựa chọn Giá trị / Thông số kỹ thuật tính toán
Khóa công suất P-MOSFET IRF4905 $V_{DSS} = -55\text{ V}, I_D = -74\text{ A}, P = 200\text{ W}, V_{GS} \le -3{,}5\text{ V}$
Diode xung Schottky MBR20100CT $I_D = 20\text{ A}, V_{KA} = 100\text{ V}$
Cuộn cảm lọc $L$ Lõi xuyến Ferrite ($\mu=7000$) $L = 4{,}5\text{ mH}, N = 23\text{ vòng}$, dây đồng $d = 2\text{ mm}$
Tụ điện lọc $C$ Tụ hóa $C = 22\ \mu\text{F} / 50\text{ V}$ (tính toán $12{,}345\ \mu\text{F}$)
Mạch lái Driver BJT C1815 / A1015 $V_{CEO} = 50\text{ V} / -50\text{ V}, I_C = 150\text{ mA} / -150\text{ mA}$
Tạo xung & PWM 02 IC NE555 $f = 10\text{ kHz}$ ($T = 100\ \mu\text{s}$), điều chế chân số 5 qua $V_{ht}$
Khuếch đại sai lệch IC Op-Amp LM358 Khuếch đại vi sai $V_{out} = K_0 (V_{ch} - K_1 V_{LC})$ và tầng đệm

2. Giải pháp kỹ thuật và đóng góp

  • Giải pháp kiến trúc mạch: Thay vì sử dụng các IC điều khiển nguồn xung tích hợp chuyên dụng nguyên khối (như TL494 hay UC384x), nhóm tác giả đã xây dựng bộ điều chế PWM và mạch hồi tiếp hoàn toàn từ các khối chức năng rời rạc (IC 555 và Op-Amp LM358). Giải pháp này giúp làm sáng tỏ cơ chế điều khiển tương tự, nguyên lý nạp xả tụ và vòng bù sai lệch điện áp trong giảng dạy và thực hành.
  • Đóng góp về mặt phương pháp: Cung cấp quy trình tính toán tường minh từ phương trình giải tích đến việc lựa chọn linh kiện thương mại sẵn có trên thị trường Việt Nam; hoàn thiện phương pháp tính toán cuộn cảm lõi xuyến Ferrite đáp ứng dòng tải lớn lên đến 5A.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

  • Tần số đóng cắt thiết kế ở mức tương đối thấp ($f = 10\text{ kHz}$), dẫn đến kích thước và khối lượng của cuộn cảm lọc $L$ còn lớn ($4{,}5\text{ mH}$, dây quấn $2\text{ mm}$).
  • Hệ thống điều khiển xây dựng từ nhiều linh kiện rời (2 IC NE555, IC LM358, nhiều transistor BJT và điện trở), làm tăng diện tích bo mạch in và độ phức tạp khi thi công so với các giải pháp IC tích hợp.
  • Mạch chưa tích hợp các khối bảo vệ an toàn nâng cao như mạch bảo vệ ngắn mạch ngõ ra tự ngắt nhanh, bảo vệ quá dòng tức thời và bảo vệ quá nhiệt cho MOSFET.
  • Dải điện áp ngõ vào giới hạn trong khoảng thấp ($12\text{ V} \div 18\text{ V}$).

2. Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Nâng cao tần số đóng cắt lên dải tần số cao hơn ($50\text{ kHz} \div 100\text{ kHz}$) nhằm giảm đáng kể kích thước hình học của cuộn cảm $L$ và tụ lọc $C$.
  • Ứng dụng các IC điều khiển PWM chuyên dụng hoặc vi điều khiển tích hợp bộ phát xung PWM để tối ưu hóa kích thước mạch in và nâng cao độ chính xác điều khiển.
  • Bổ sung các mạch bảo vệ quá áp, quá dòng, chống ngược cực tính nguồn vào và tản nhiệt cưỡng bức cho van công suất.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo trực quan và hữu ích cho sinh viên, kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Kỹ thuật Điện tử, Điện tử Công nghiệp, Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa khi thực hiện các học phần Điện tử ứng dụng, Thiết kế mạch điện tử hoặc Đồ án tốt nghiệp.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:

  • Phương pháp tính toán tường minh các thông số mạch lọc LC ở chế độ dẫn liên tục (CCM).
  • Quy trình thiết kế, chọn vật liệu và tính toán số vòng quấn cuộn cảm lõi xuyến Ferrite chịu dòng lớn ($5\text{ A}$).
  • Kỹ thuật thiết kế mạch kích cổng cho P-MOSFET công suất cao trong cấu trúc nguồn đơn.
  • Sơ đồ nguyên lý và công thức giải tích cho khối khuếch đại sai lệch hồi tiếp dùng Op-Amp kết hợp IC định thời 555.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao nhóm tác giả lại lựa chọn MOSFET kênh P (IRF4905) thay vì MOSFET kênh N cho mạch Buck?

Trong cấu hình mạch Buck, khóa chuyển mạch nằm ở nhánh trên (High-side Switch) với cực Source kết nối trực tiếp vào cực dương nguồn vào $V_{IN}$. Khi sử dụng P-MOSFET, điều kiện kích dẫn bão hòa chỉ yêu cầu điện áp cực Gate thấp hơn cực Source một khoảng $V_{GS} \le -3{,}5\text{ V}$, rất dễ thực hiện bằng cách kéo chân Gate xuống mức điện áp thấp thông qua transistor BJT mà không cần dùng đến biến áp xung hay mạch nguồn phụ cách ly (Bootstrap) phức tạp như khi dùng N-MOSFET.

2. Cuộn cảm L trong mạch lọc ngõ ra được chế tạo với các thông số vật lý cụ thể nào?

Cuộn cảm có độ tự cảm tính toán là $4{,}5\text{ mH}$, sử dụng lõi từ hình xuyến bằng vật liệu Ferrite có bán kính ngoài $R = 18\text{ mm}$ và độ từ thẩm $\mu = 7000\text{ H/m}$. Dây quấn là dây đồng cách điện có đường kính $d = 2\text{ mm}$ (tiết diện $S = 2\text{ mm}^2$ tương ứng mật độ dòng điện $J = 2{,}5\text{ A/mm}^2$) và số vòng quấn quanh lõi là $N = 23\text{ vòng}$.

3. Khối điều chế độ rộng xung (PWM) hoạt động dựa trên sự kết hợp của những IC và mạch chức năng nào?

Khối PWM được hình thành từ sự kết hợp của hai IC NE555 và một mạch xén: IC 555 thứ nhất hoạt động ở chế độ phi ổn (Astable) phát sóng vuông $10\text{ kHz}$, tín hiệu này đi qua mạch xén vi sai để tạo xung kích nhọn đưa vào chân 2 (Trigger) của IC 555 thứ hai hoạt động ở chế độ đơn ổn (Monostable). Độ rộng xung ngõ ra của IC 555 thứ hai được biến đổi liên tục thông qua mức điện áp hồi tiếp $V_{ht}$ đưa vào chân số 5 (Control Voltage).

4. Mạch lái BJT (C1815 và A1015) có vai trò gì đối với hoạt động của P-MOSFET IRF4905?

MOSFET công suất IRF4905 có điện dung ký sinh cổng – nguồn khá lớn ($C_{iss} \approx 640\text{ pF}$). Tầng lái sử dụng cặp transistor C1815 và A1015 đóng vai trò cung cấp dòng nạp và xả cực nhanh cho điện dung ký sinh này, giúp chuyển đổi nhanh chóng trạng thái đóng/ngắt của MOSFET, giảm thiểu thời gian chuyển mạch và triệt tiêu tổn hao nhiệt sinh ra do hiện tượng quá độ.

5. Điều kiện chọn Diode xung và mã linh kiện thực tế được sử dụng trong đồ án là gì?

Diode xung (Freewheeling Diode) phải thỏa mãn điều kiện chịu dòng định mức $I_D \ge 1{,}5 \cdot I_{\max} = 7{,}65\text{ A}$ và điện áp ngược cực đại $V_D \ge 4 \cdot V_{IN(\max)} = 72\text{ V}$. Nhóm tác giả đã lựa chọn Diode xung kép Schottky mã hiệu MBR20100CT có dòng định mức $I_D = 20\text{ A}$ và điện áp chịu đựng $V_{KA} = 100\text{ V}$.

Kết luận

Đồ án "Mạch ổn áp xung Buck" của nhóm sinh viên Khoa Cơ khí – Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế bộ biến đổi nguồn DC-DC hạ áp công suất $50\text{ W}$ ($10\text{ V} - 5\text{ A}$) từ nguồn vào biến thiên $12\text{ V} \div 18\text{ V}$ ở tần số $10\text{ kHz}$. Bằng cách kết hợp linh hoạt các linh kiện bán dẫn rời, vi mạch định thời NE555 và khuếch đại thuật toán LM358, công trình đã hiện thực hóa thành công vòng điều khiển ổn định điện áp theo nguyên lý PWM tương tự. Toàn bộ quy trình tính toán lý thuyết mạch lọc LC, cuộn cảm lõi xuyến Ferrite và mạch lái MOSFET kênh P đều được kiểm chứng thông qua mô phỏng và đo đạc dạng sóng thực tế trên bo mạch phần cứng.