Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày: lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày: lý thuyết, nguyên lý cơ bản của mạch. Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế.
Chương này trình bày: thiết kế mạch, tính toán các giá trị, thông số linh kiện… Chương 4: Thi Công Hệ Thống. Chương này trình bày: sơ đồ nguyên lí và hình ảnh thực tế các phần của hệ thống. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá. Chương này trình so sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Page 10 of 59 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Quách Thanh Hải CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Biến đổi DC/DC tăng áp. Bộ Biến đổi DC/DC tăng áp là bộ biến đổi điện áp từ một chiều sang một chiều và có điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào.
Bộ Biến đổi DC/DC tăng áp cơ bản chứa ít nhất hai chuyển mạch bán dẫn ( một diode và một transistor) và phần tử tích lũy năng lượng: tụ điện và cuộn dây như trình bày trong hình 2.1 Mạch DC/DC tăng áp.1 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của mạch được thực hiện thông qua 2 giai đoạn là khóa mở và khóa đóng được biểu thị như trong hình 2. 1 Trạng thái hoạt động mạch DC/DC tăng áp Khi khóa đóng, dòng điện chạy qua cuộn cảm và cuộn dây tích trữ năng lượng. Chiều bên trái cuộn dây mang dấu dương. Khi khóa mở, dòng điện bị giảm.
Tuy nhiên dòng điện hoặc sự sụt giảm này được chống lại bởi cuộn dây. Chiều điện áp trên cuộn dây đảo ngược (bên trái cuộn Page 11 of 59 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Quách Thanh Hải dây mang dấu âm). Kết quả ta có hai nguồn điện sẽ nạp năng lượng cho tụ thông qua diode.2 Chế độ liên tục.
2 chế độ liên tục Khi bộ DC/DC tăng áp hoạt động ở chế độ liên tục, dòng chạy qua cuộn dây (IL) không bao giờ bằng 0. Điện áp đầu ra có thể tính như bên dưới trong trường hợp bộ chuyển đổi lý tưởng (sử dụng thành phần lý tưởng) hoạt động với điều kiện ổn định. Trong suốt trạng thái On, khóa S đóng, khiến điện áp đầu vào Vi đặt lên cuộn dây, tạo ra thay đổi dòng IL xuyên qua cuộn dây trong một chu kỳ bởi công thức (2.1) ∆𝑡 𝐿 Kết thúc trạng thái On, dòng IL tăng như sau: 1 𝐷𝑇 𝐷𝑇 ∆I𝐿𝑜𝑛 = ∫0 𝑉𝑖 𝑑𝑡 = 𝑉𝑖 (2.2) 𝐿 𝐿 D là chu kỳ năng suất. Nó trình bày trong phân số của chu kỳ T khi khóa ở chế độ On.
Vì vậy D nằm giữa 0 và 1 (S không bao giờ mở và S luôn mở). Trong trạng thái Off, khóa S mở, dòng cuộn dây chạy qua tải. Nếu điện áp zero rơi vào diode, và điện tích trên tụ đủ lớn cho giá trị không đổi, dòng I L được tính như sau: 𝑑𝐼𝐿 𝑉𝑖 − 𝑉𝑜 = 𝐿 (2.3) 𝑑𝑡 Page 12 of 59 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Quách Thanh Hải Vì vậy, sự biến đổi của IL trong chu kỳ Off là: 𝑇 (𝑉𝑖 −𝑉𝑜 )𝑑𝑡 (𝑉𝑖 −𝑉𝑜 )(1−𝐷)𝑇 ∆𝐼𝐿𝑜𝑓𝑓 = ∫𝐷𝑇 = (2.4) 𝐿 𝐿 Khi chúng ta xét hoạt động bộ chuyển đổi trong điều kiện trạng thái ổn định, phần lớn năng lượng được lưu trữ trong mỗi thành phần của nó giống như lúc bắt đầu và kết thúc chu kỳ.
Ngoại trừ năng lượng lưu trong cuộn dây được cung cấp bởi: 1 𝐸 = 𝐿.5) 2 Dòng trong cuộn dây giống lúc bắt đầu và kết thúc chu kỳ chuyển mạch. Nghĩa là sự thay đổi toàn diện trong dòng về zero: ∆𝐼𝐿𝑜𝑛 + ∆𝐼𝐿𝑜𝑓𝑓 = 0 (2.6) Thay ∆Ion và ∆Ioff bởi biểu thức: 𝐷𝑇 (𝑉𝑖 −𝑉𝑜 )(1−𝐷)𝑇 ∆𝐼𝐿𝑜𝑛 + ∆𝐼𝐿𝑜𝑓𝑓 = 𝑉𝑖 + =0 (2.9) 𝑉0 Công thức trên nói lên điện áp đầu ra luôn cao hơn điện áp đầu vào (chu kỳ năng lượng từ 0 đến 1), và nó tăng với D, về lý thuyết xác định D lên 1. Đó là lý do tại sao bộ chuyển đổi đôi khi coi như bộ chuyển đổi tăng cấp.3 Chế độ gián đoạn. Page 13 of 59 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.
Quách Thanh Hải Nếu biên độ của dòng quá lớn, cuộn dây xả năng lượng hết trước khi kết thúc chu kỳ chuyển mạch. Trong trường hợp này, dòng trong cuộn dây giảm xuống 0 trong 1 phần của chu kỳ và bộ biến đổi DC/DC tăng áp làm việc ở chế độ gián đoạn như hình 2. 3 chế độ gián đoạn Từ hình 2.3 có thể thấy rằng khi dòng điện cuộn dây lúc bắt đầu chu kỳ bằng 0, giá trị lớn nhất là ILmax(t = DT): 𝑉𝑖 .10) 𝐿 Trong suốt chu kỳ off, IL giảm xuống 0 sau δT: (𝑉𝑖 −𝑉𝑜 ).11) 𝐿 Sử dụng 2 công thức trước, δ bằng: 𝑉𝑖 .12) 𝑉𝑖 −𝑉𝑜 Dòng tải I0 bằng dòng trung bình qua diode ID. dòng diode bằng dòng cuộn dây trong trạng thái off.
Tuy nhiên dòng đầu ra có thể viết: I Io = I̅D = Lmax δ (2.13) 2 Thay thể ILmax và δ bởi công thức tương ứng: Vi .(Vi −Vo ) Tuy nhiên điện áp đầu ra có thể viết: V0 V .I0 Page 14 of 59 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Quách Thanh Hải So sánh công thức điện áp đầu ra của chế độ liên tục, công thức này phức tạp hơn. Hơn nữa, trong chế độ không liên tục, điện áp đầu ra không phụ thuộc chu kỳ chuyển mạch mà còn phụ thuộc vào giá trị điện cảm, điện áp đầu vào, tần số chuyển mạch và dòng đầu ra. Chính vì vậy thông thường mạch tăng áp DC/DC được thiết kế để làm việc ở chế độ dòng liên tục.2 Kỹ thuật PWM.
PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra. Các xung PWM khi biến đổi tỉ số thời gian xung có biên độ bằng 1 và chu kỳ xung. 4 dạng xung PWM (a) và nguyên lý PWM (b) Việc thay đổi độ rộng chuỗi xung được thực hiện bằng cách so sánh giữa biên độ sóng điều khiển và biên độ sóng mang dạng răng cưa hoặc tam giác hình (hình 2. Có 2 phương pháp PWM đó là: có cùng hoặc không cùng 1 tần số sóng mang.
Hiện nay, điều chế độ rộng xung (PWM) thường được sử dụng là phương pháp có tần số sóng mang không thay đổi. Ứng dụng của xung PWM. PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp.
Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ. Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha. Page 15 of 59 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Quách Thanh Hải PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển.
Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất để có đường đặc tính điều khiển là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định. Như vậy PWM được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện- điện tử. PWM cũng chính là nhân tố mà các đội Robocon sử dụng để điều khiển động cơ hay ổn định tốc độ động cơ. Các phương pháp điều chế xung PWM.
Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng và bằng phần mềm. Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556. Trong phần mền được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng phần mền thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng.
Nên người ta hay sử dụng phần mền để tạo PWM. Điều chế xung PWM sử dụng Arduino. 5 Nguyên lý PWM bằng phần mềm Cấp một xung nhịp P_clock vào bộ đếm Counter, Xung P_clock được lấy ra từ bộ chia tần số hệ thống F_clock. Mỗi một xung P_clock sẽ làm bộ đếm Counter tăng thêm một giá trị, khi giá trị đạt max (tràn số) thì counter lại được đặt về 0 (Fast PWM) hoặc lại đếm lùi về 0 (Phase correct), quá trình này sẽ được lặp đi lặp lại.
Tiếp đến, bộ so sánh sẽ kiểm tra giá trị của bộ đếm Counter với một giá trị đặt trước Value, giá trị lấy ra từ bộ so sánh cũng chính là dạng xung PWM có tần số P_clock, độ rộng xung là tỷ số của Value với Counter. Page 16 of 59 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Quách Thanh Hải 2.3 Phương Pháp Nạp Bình Acquy. Giới thiệu về bình acquy.
Ắc quy hay nguồn điện thứ cấp (gốc tiếng Pháp accumulateur) hay pin sạc, pin thứ cấp là loại pin có thể tái sử dụng nhiều lần bằng cách cắm điện và đặt vào bộ sạc để sạc lại. Pin sạc hiện nay trên thị trường chủ yếu là ba loại sử dụng các chất hóa học khác nhau gồm NiCd, NiMH và Lithium Các loại bình ắc quy thông dụng gồm: Ắc quy nước (ắc quy axit dạng hở) Là loại ắc quy axít chì, thường xuyên phải bổ sung nước cất trong quá trình sử dụng mỗi khi ac quy cạn dung dịch. Nếu không châm nước kịp thời ắc quy sẽ mất khả năng tích điện và phóng điện, thậm chí ắc quy sẽ bị hỏng. Với loại ắc quy này, trong quá trình nạp điện thường bốc mùi khó chịu, ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người dùng.
Với nhược điểm đó, loại ắc quy này thường được sử dụng trong các môi trường ngoài trời như dùng khởi động ô tô, xe điện… Ắc quy kín khí (ắc quy axit dạng kín khí) Thực chất loại ắc quy này chính là loại ắc quy acid chì (ắc quy nước). Đây không phải là acquy "khô" như một số người thường nhầm. khi đặt acquy theo các vị trí sấp, ngữa, nghiêng thì axit vẫn không thoát ra ngoài. Thực ra, acquy vẫn có dung dịch axit bên trong.
Nó được "đóng gói" theo công nghệ kín - nghĩa là trên mỗi nút của mỗi cell, nó được đóng thêm một đầu chụp bịt kín không cho axit và hơi thoát ra ngoài và khắc phục tình trang bốc hơi khi sạc ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người dùng.