Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện - Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế hệ thống nạp hiệu quả cho bình điện trên xe gắn máy điện, tối ưu hóa quá trình sạc và kéo dài tuổi thọ pin.

• Tác giả: Nguyễn Tiến Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phúc
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khám phá Nghiên cứu Thiết kế Hệ thống Nạp cho Bình Điện Xe Máy Điện Tầm quan trọng và Xu hướng

Sự phát triển của xe gắn máy điện đã thúc đẩy nhu cầu về các hệ thống nạp xe máy điện hiệu quả và an toàn. Việc nghiên cứu thiết kế hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện không chỉ giải quyết vấn đề cung cấp năng lượng mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu suất vận hành của phương tiện. Một hệ thống nạp tối ưu cần tích hợp các công nghệ tiên tiến để đảm bảo quá trình sạc diễn ra nhanh chóng, an toàn và bảo vệ bình điện xe máy điện khỏi các tác động tiêu cực. Điều này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của các bộ phận điện tử và khả năng ứng dụng các thuật toán điều khiển thông minh. Các giải pháp sạc thông minh ngày càng được chú trọng, nhằm mang lại trải nghiệm tốt nhất cho người dùng và góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xe điện.

1.1. Khám phá Vai trò của Hệ thống Nạp Xe Máy Điện trong bối cảnh hiện đại

Trong bối cảnh đô thị hóa và xu hướng giao thông xanh, hệ thống nạp xe máy điện đóng vai trò cực kỳ quan trọng, không chỉ đơn thuần là bộ phận cung cấp năng lượng. Nó là cầu nối giữa nguồn điện lưới và bình điện xe máy điện, quyết định hiệu suất, độ an toàn và tuổi thọ của bộ tích trữ năng lượng. Một hệ thống nạp được thiết kế mạch điện tử sạc tối ưu sẽ giảm thiểu thời gian chờ, tăng quãng đường di chuyển và giảm chi phí vận hành. Điều này trực tiếp ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng, giúp xe máy điện trở thành lựa chọn hấp dẫn hơn. Đồng thời, việc tối ưu hóa hiệu suất nạp còn góp phần giảm lượng khí thải carbon, hướng tới một môi trường sống bền vững hơn. Nghiên cứu sâu rộng về các phương pháp sạc, vật liệu và công nghệ mới là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

1.2. Những Yếu tố Chính ảnh hưởng đến Hiệu suất Nạp và An toàn Bình Điện Xe Máy Điện

Nhiều yếu tố tác động đến hiệu suất và an toàn của bình điện xe máy điện trong quá trình nạp. Điện áp và dòng điện sạc không ổn định có thể gây quá nhiệt, giảm tuổi thọ pin hoặc thậm chí gây cháy nổ. Nhiệt độ môi trường, trạng thái sức khỏe của pin (SoH - State of Health) và trạng thái sạc (SoC - State of Charge) đều cần được giám sát chặt chẽ. Việc nghiên cứu thiết kế hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện phải tính đến các cơ chế bảo vệ như chống quá dòng, quá áp, ngắn mạch và quá nhiệt. Sử dụng các linh kiện chất lượng cao và thiết kế tản nhiệt hiệu quả là bắt buộc. Bên cạnh đó, các thuật toán sạc thông minh, có khả năng điều chỉnh linh hoạt theo từng giai đoạn của chu trình nạp, đóng vai trò then chốt trong việc duy trì hiệu suất và kéo dài độ bền cho bình điện xe máy điện.

II. Giải mã Các Thách thức Kỹ thuật khi Thiết kế Mạch Sạc Xe Điện Từ lý thuyết đến thực tiễn

Việc thiết kế mạch sạc xe điện không chỉ dừng lại ở việc chuyển đổi năng lượng. Quá trình này đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi sự cân bằng giữa hiệu suất, kích thước, chi phí và độ tin cậy. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư cần phải giải quyết những vấn đề liên quan đến sự ổn định của nguồn điện đầu ra, khả năng tương thích với nhiều loại bình điện xe máy điện khác nhau và sự phức tạp trong việc tích hợp các hệ thống điều khiển thông minh. Đặc biệt, việc đảm bảo an toàn điện và tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi là hai mục tiêu then chốt, nhưng thường mâu thuẫn nhau trong quá trình triển khai thực tế. Sự thiếu kinh nghiệm trong quấn biến áp hoặc chưa hoàn thiện mạch in cũng là những trở ngại thực tiễn cần vượt qua.

2.1. Phân tích Các Vấn đề cốt lõi trong Thiết kế Mạch Điện Tử Sạc hiệu quả

Một trong những vấn đề cốt lõi trong thiết kế mạch điện tử sạc là đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao. Mạch sạc thường sử dụng các bộ chuyển đổi DC-DC hoặc AC-DC, và bất kỳ sự hao phí nào trong quá trình chuyển đổi đều sinh nhiệt, làm giảm hiệu quả và có thể gây hư hỏng linh kiện. Việc lựa chọn các linh kiện bán dẫn như Transistor (ví dụ, FQP20N60/FQPF20N60) và Diode phù hợp, cùng với thiết kế bố cục mạch in tối ưu, là rất quan trọng để giảm thiểu tổn thất. Ngoài ra, việc điều khiển phản hồi chính xác để duy trì điện áp và dòng điện đầu ra ổn định, bất kể sự biến động của nguồn điện đầu vào hoặc trạng thái của bình điện xe máy điện, cũng là một thách thức lớn. Thiết kế mạch cần đảm bảo điện áp đầu ra đạt mức mong muốn để sạc đầy bình điện (ví dụ, VOUT đạt 100V). Như tài liệu gốc đã chỉ ra, việc mạch sạc không đáp ứng được chỉ tiêu về VOUT (chỉ đạt 100V) là một vấn đề thực tế.

2.2. Đánh giá Khó khăn trong Tối ưu hóa Hiệu suất Nạp và Quản lý nhiệt

Tối ưu hóa hiệu suất nạp và quản lý nhiệt là hai khía cạnh gắn liền và đầy thách thức trong nghiên cứu thiết kế hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện. Nhiệt độ cao không chỉ làm suy giảm hiệu suất của mạch sạc mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và độ an toàn của bình điện xe máy điện. Các thành phần như biến áp xung, MOSFET và các tụ điện (tụ hóa, tụ Lithium ion) có thể sinh nhiệt đáng kể trong quá trình hoạt động. Việc thiết kế hệ thống tản nhiệt hiệu quả, bao gồm cánh tản nhiệt, quạt làm mát hoặc các vật liệu dẫn nhiệt tiên tiến, là điều cần thiết. Ngoài ra, việc tối ưu hóa hiệu suất nạp còn liên quan đến việc giảm thiểu tiếng ồn và nhiễu điện từ. Như đã đề cập trong tài liệu gốc, biến áp xung có thể gây ra tiếng kêu rè rè nếu kỹ năng quấn không hoàn thiện, làm ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất tổng thể của hệ thống.

III. Phương pháp Nghiên cứu và Giải pháp Thiết kế Hệ thống Nạp Bình Điện Xe Điện Đột phá

Để vượt qua các thách thức kỹ thuật, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện cần áp dụng các phương pháp tiếp cận sáng tạo và tích hợp công nghệ hiện đại. Các giải pháp đột phá tập trung vào việc cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và khả năng thích ứng của mạch sạc xe điện. Điều này bao gồm việc tận dụng sức mạnh của các vi điều khiển để quản lý quá trình nạp một cách thông minh, cũng như tối ưu hóa từng thành phần của mạch điện tử. Từ việc lựa chọn linh kiện chất lượng cao đến việc hoàn thiện quy trình sản xuất, mỗi bước đều đóng góp vào việc tạo ra một hệ thống nạp xe máy điện vượt trội, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về hiệu quả và an toàn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng vi điều khiển giúp tăng cường tính linh hoạt và khả năng điều chỉnh của hệ thống.

3.1. Hướng dẫn Lựa chọn và Tích hợp Vi điều khiển Atmega 328p cho Mạch Sạc Xe Điện

Việc tích hợp vi điều khiển Atmega 328p vào mạch sạc xe điện mang lại khả năng điều khiển thông minh và linh hoạt. Atmega 328p có khả năng đọc các thông số như điện áp, dòng điện, nhiệt độ của bình điện xe máy điện và đưa ra các quyết định điều khiển phù hợp. Ví dụ, vi điều khiển có thể điều chỉnh chu kỳ xung (PWM) cho các bộ chuyển đổi công suất, thực hiện các thuật toán sạc tiên tiến như sạc CC/CV (dòng điện không đổi/điện áp không đổi), và cân bằng cell pin để kéo dài tuổi thọ bình điện. So với việc sử dụng các IC điều khiển chuyên dụng (như UC3843), vi điều khiển Atmega 328p cung cấp sự linh động cao hơn trong việc lập trình và tùy chỉnh các chiến lược sạc, cho phép hệ thống nạp thích ứng với nhiều loại pin và điều kiện hoạt động khác nhau. Điều này đã được kiến nghị trong tài liệu gốc như một giải pháp thay thế hiệu quả.

3.2. Bí quyết Tối ưu hóa Cấu trúc và Linh kiện trong Thiết kế Mạch Sạc Xe Điện

Để tối ưu hóa hiệu suất nạp và độ bền của hệ thống nạp xe máy điện, cần có những bí quyết trong việc lựa chọn cấu trúc và linh kiện. Cấu trúc mạch nguồn xung thường được ưu tiên vì hiệu suất cao và kích thước nhỏ gọn. Các linh kiện như Opto PC817 cần được cấu hình chính xác (ví dụ, sử dụng cầu phân áp ở chân số 1) để đảm bảo hoạt động phản hồi ổn định và đạt được điện áp đầu ra mong muốn. Việc cải thiện kỹ thuật quấn biến áp xung, có thể bằng cách sử dụng máy quấn để đảm bảo độ chặt và căn chỉnh khe hở từ chính xác, sẽ giảm thiểu tiếng ồn và tăng hiệu suất. Bên cạnh đó, việc sử dụng các tụ điện có ESR (Equivalent Series Resistance) thấp và Transistor có điện trở Ron thấp sẽ giảm tổn thất năng lượng và sinh nhiệt, góp phần vào sự ổn định và hiệu quả tổng thể của mạch sạc xe điện. Việc nghiên cứu thiết kế hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện cần chú trọng đến từng chi tiết nhỏ này.

IV. Thử nghiệm và Kết quả Đánh giá của Hệ thống Nạp cho Bình Điện Xe Máy Điện trong thực tiễn

Giai đoạn thử nghiệm và đánh giá là bước không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu thiết kế hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện. Đây là lúc các giải pháp lý thuyết được kiểm chứng trong môi trường thực tế, bộc lộ những ưu điểm và hạn chế. Việc thu thập dữ liệu về điện áp, dòng điện, nhiệt độ và hiệu suất chuyển đổi là rất quan trọng để xác định mức độ thành công của thiết kế. Dù không phải lúc nào cũng đạt được mục tiêu ban đầu, các kết quả thử nghiệm cung cấp thông tin quý giá để cải tiến và hoàn thiện mạch sạc xe điện. Các nhà khoa học cần ghi nhận những vấn đề phát sinh như tiếng ồn từ biến áp hay điện áp đầu ra không đạt yêu cầu để đưa ra các kiến nghị cải tiến cụ thể, hướng tới một hệ thống nạp xe máy điện hoàn thiện hơn.

4.1. Phân tích Kết quả Thử nghiệm và Khả năng vận hành của Mạch Sạc Xe Điện

Sau quá trình thiết kế mạch điện tử sạc, các thử nghiệm thực tế thường tiết lộ những vấn đề cần khắc phục. Theo tài liệu gốc, một trong những khó khăn gặp phải là mạch sạc thiết kế vẫn chưa đáp ứng được các chỉ tiêu đề ra, với VOUT chỉ đạt ở mức 100V, không đủ điều kiện để sạc cho xe máy điện. Đây là một kết quả quan trọng, chỉ ra rằng việc tính toán và lựa chọn linh kiện ban đầu cần được xem xét lại. Ngoài ra, việc biến áp xung kêu rè rè do kỹ năng quấn chưa hoàn thiện cũng là một minh chứng cho thấy sự chênh lệch giữa lý thuyết và thực hành. Những kết quả này không chỉ phản ánh chất lượng của hệ thống nạp xe máy điện hiện tại mà còn là cơ sở để định hướng các nghiên cứu và cải tiến tiếp theo, nhằm nâng cao khả năng vận hành và hiệu suất của mạch sạc xe điện.

4.2. Những Kiến nghị Quan trọng để Cải thiện Hiệu suất và Độ bền của Hệ thống Nạp Xe Máy Điện

Dựa trên các kết quả thử nghiệm, nhiều kiến nghị quan trọng đã được đưa ra để cải thiện hệ thống nạp xe máy điện. Thứ nhất, việc sử dụng cầu phân áp ở chân số 1 của Opto PC817 được đề xuất để đảm bảo điện áp chênh lệch VFM ≤ 4V và dòng điện qua opto khoảng 10mA, từ đó giúp opto hoạt động chính xác và nguồn đạt được điện áp đầu ra mong muốn. Thứ hai, việc thay thế UC3843 bằng vi điều khiển (ví dụ, Atmega 328p) trong vai trò điều khiển xung cho mạch sẽ tăng tính linh động và khả năng điều chỉnh. Cuối cùng, cải thiện kỹ thuật quấn biến áp xung, có thể bằng cách sử dụng máy để đảm bảo biến áp được quấn chặt và căn chỉnh khe hở từ chính xác hơn, sẽ khắc phục vấn đề tiếng ồn và nâng cao hiệu suất. Những kiến nghị này là những bước cụ thể để tối ưu hóa hiệu suất nạp và độ bền của hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện.

V. Tương lai của Công nghệ Sạc Bình Điện Xe Máy Điện Hướng đi mới và Tiềm năng phát triển

Tương lai của công nghệ sạc bình điện xe máy điện hứa hẹn nhiều đột phá, với mục tiêu không ngừng nâng cao hiệu suất, tốc độ và tiện ích cho người dùng. Các nghiên cứu đang tập trung vào việc phát triển hệ thống nạp xe máy điện thông minh hơn, có khả năng thích ứng linh hoạt với các điều kiện khác nhau và kéo dài tối đa tuổi thọ của bình điện xe máy điện. Sự hội tụ của trí tuệ nhân tạo, công nghệ IoT và vật liệu mới sẽ mở ra những hướng đi mới, biến việc sạc điện trở nên đơn giản, nhanh chóng và hiệu quả hơn bao giờ hết. Điều này không chỉ củng cố vị thế của xe máy điện trên thị trường mà còn góp phần vào việc xây dựng một hệ sinh thái năng lượng sạch và bền vững, thể hiện cam kết mạnh mẽ trong việc giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.1. Khám phá Các Xu hướng Sạc Bình Điện Xe Máy Điện Tiên tiến trên thế giới

Các xu hướng tiên tiến trong công nghệ sạc bình điện xe máy điện đang định hình tương lai của ngành. Sạc không dây (wireless charging) đang dần trở thành hiện thực, mang lại sự tiện lợi vượt trội. Giải pháp sạc thông minh sử dụng AI và machine learning để tối ưu hóa chu trình sạc dựa trên dữ liệu sử dụng và tình trạng sức khỏe của pin. Công nghệ sạc siêu nhanh (ultra-fast charging) cũng là trọng tâm nghiên cứu, nhằm giảm đáng kể thời gian nạp đầy bình điện xe máy điện, biến xe điện trở thành lựa chọn lý tưởng cho các chuyến đi dài. Hơn nữa, việc tích hợp hệ thống nạp xe máy điện vào cơ sở hạ tầng đô thị thông minh, với các trạm sạc công cộng tiện lợi và khả năng quản lý năng lượng thông minh, sẽ thúc đẩy mạnh mẽ quá trình chuyển đổi sang phương tiện xanh.

5.2. Tiềm năng Ứng dụng Giải pháp Sạc Thông minh và Hệ thống Nạp Xe Máy Điện Tích hợp

Tiềm năng của giải pháp sạc thông minh và hệ thống nạp xe máy điện tích hợp là rất lớn. Các hệ thống này không chỉ quản lý quá trình sạc một cách hiệu quả mà còn có khả năng giao tiếp với các thiết bị khác và mạng lưới điện. Ví dụ, chúng có thể sạc vào thời điểm giá điện thấp (vehicle-to-grid – V2G) hoặc cung cấp điện trở lại lưới khi cần thiết. Việc tích hợp hệ thống nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện với các ứng dụng di động cho phép người dùng giám sát từ xa trạng thái sạc, nhận thông báo và quản lý lịch trình sạc. Sự phát triển của các bộ tích trữ năng lượng xe điện với mật độ năng lượng cao hơn và tuổi thọ dài hơn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng rộng rãi các giải pháp sạc tiên tiến, góp phần vào một hệ sinh thái giao thông bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Hầu hết các phương tiện giao thông hiện nay đang sử dụng động cơ đốt trong với nhiên liệu hóa thạch, các động cơ này có hiệu suất không cao và thải ra môi trường gần một phần ba lượng khí gây hiệu ứng nhà kính. Kết quả nghiên cứu 6 tháng đầu năm 2017, khí thải của phương tiện giao thông tạo ra 55% khí NOx, 56% khí CO, 6% khí SO2. Chính điều này đã tạo động lực cho các nghiên cứu xoay quanh việc phát triển các dòng xe sử dụng nguồn năng lượng mới sạch hơn và tiết kiệm hơn, trong đó xe điện (EV - Electric Vehicle) là một bước tiến lớn khi giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường và vấn đề nhiên liệu hóa thạch đang ngày một cạn dần.

Chính vì thế xe điện đang dần trở thành xu hướng của thế giới ngày nay và đang dần thay thế các xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Hàng loạt hãng lớn đang tích cực nghiên cứu và cho ra đời những chiếc xe điện ngày một tối ưu. Để vận hành được chiếc xe điện thì hệ thống nạp năng lượng cho xe là rất quan trọng. Mạch sạc sẽ là nguồn cung cấp điện vào pin để lưu trữ năng lượng điện mà nhờ đó xe mới có thể hoạt động được.

Mạch sạc phải đảm bảo được đầu ra điện áp ổn định cùng với đó là 1 dòng điện vừa phải không đổi để không gầy quá tải cho pin dẫn đến nổ. Cụ thể hơn thì trong chiếc xe máy điện mà người nghiên cứu đang nghiên cứu sử dụng bộ pin lithium-ion 60 cell điện áp khi đầy sẽ vào khoảng 240V. Để sạc cho bộ pin này chúng ta cần phải có mạch chuyển đổi điện áp từ AC-DC với đầu ra lớn hơn 240V ổn định và với dòng nhỏ vừa phải từ 0. Trên chiếc xe điện mà người nghiên cứu đang nghiên cứu hiện đang sử dụng mạch chỉnh lưu AC-DC với đầu ra khoảng 300V sau đó mắc nối tiếp với điện trở và bóng đèn để giảm dòng xuống thích hợp để sạc cho bộ pin,cách xạc này khá dơn giản và bất tiện,cồng kềnh và trên thị trường hiện nay không có hãng xe nào sử dụng cách sạc như vậy.

Chính vì vậy người nghiên cứu đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế mạch nạp cho bình điện trên xe gắn máy điện” để tạo ra mạch sạc gọn hơn với đầu ra 300V và dòng điện khoảng 0. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Thiết kế được mạch sạc cho pin chuyển đổi từ điện 220V AC sang 300V DC với dòng điện 0.5-1A,công suất đầu ra vào khoảng từ 150 đến 300W. Tiến hành thử nghiệm trên tải bóng đèn và sạc pin để xem độ ổn định cũng như hiệu suất của mạch 1. Đối tượng phạm vi nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu: Nguồn xung flyback; IC điều xung UC3843; các linh kiện điện tử; phần mềm Proteus Phạm vi nghiên cứu: Đề tải chỉ tập trung nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các ứng dụng của các đối tượng trên trong việc thiết kế mạch chuyển đổi và sẽ không đi sâu vào các thuật toán hoặc các phần liên quan đến chuyên ngành điện -điện tử 1. Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu lý thuyết : tìm hiểu các tài liệu lý thuyết trên mạng liên quán đến các bộ AC- DC converter và nguồng xung flyback, UC3843, học hỏi kiến thức từ thầy,cô bạn bè và những người đi trước. Thực hiện mạch điện chuẩn theo mẫu của hãng Texas Instruments với đầu ra 12V 4A, sau đó thay đổi linh kiện phù hợp để tạo ra mạch Phương pháp thực nghiệm: tiến hành tính toán thiết kế, thực nghiệm, đo đạc so sánh kết quả và tìm phương án cải tiến đến khi nào đạt kết quả mong muốn. Thực hiện mạch điện chuẩn theo mẫu của hãng Texas Instruments với đầu ra 12V 4A, sau đó thay đổi linh kiện phù hợp để tạo ra mạch với đầu ra 300V 1A.

Một số đề tài nghiên cứu tương tự trong và ngoài nước. Trong nước Đề tài Trịnh Trung Hiếu cùng với cộng sự Đoàn Anh Tuấn và Lê Thị Tịnh Minh có tên là “Thiết kế bộ chuyển đổi DC – DC mới cho hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời” [1] tập trung vào thiết kế một bộ chuyển đổi DC/DC mới phù hợp với sự thay đổi công suất của nhà máy điện mặt trời. Bộ chuyển đổi này được hình thành từ nhiều bộ chuyển đổi có công suất nhỏ, các bộ chuyển đổi DC/DC công suất nhỏ này được nối theo một qui luật nhất định nhằm tạo ra một bộ chuyển đổi có công suất lớn. Dựa vào việc cô lập một số bộ chuyển đổi DC/DC công suất nhỏ kết hợp với điều khiển góc mở, điện áp định mức đầu vào và đầu ra của bộ chuyển đổi có thể đáp ứng cho dải điện áp rộng mong muốn.

Nghiên cứu này còn thực hiện lắp ráp một bộ chuyển đổi DC/DC 200W thực tế để áp dụng vào tấm pin mặt trời PEPV-48-200 và đã kiểm tra đo đạc. Kết quả cho thấy bộ chuyển đổi DC/DC này hoạt động ổn định, hiệu suất được cải thiện và có thể áp dụng vào thực tế. Ngoài nước Đề tài nghiên cứu “Single-stage QR AC-DC converter based on buck-boost and flyback circuits” [2] của nhóm tác giả Yijie Wang, Shu Zhang, Yueshi Guan, Xiaosheng Liu, Dianguo. Trong nghiên cứu này mạch forestage buck boost circuit làm việc trên chế độ dẫn không liên tục (DCM) để đạt được công suất đầu vào (PF) cao, trong khi đó thì bộ backstage flyback converter, hoạt dộng ở chế độ QR sẽ đóng vai trò chuyển đổi năng lượng.

Chế độ QR đóng ngắt sẽ làm giảm hao tổn khi đóng ngắt nhờ vậy mà hiệu suất của bộ chuyển đổi đươc cải thiện.Việc sử dụng single –stage tology góp phần làm giảm chi phí và tăng được hiệu suất của hệ thống. Hệ thống này dược nghiên cứu với công suất đầu ra 50W với PF tối đa 0.99 và hiệu suất đạt khoảng 90.91% trong điều kiện thử nghiệm bình thường. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài. Mạch sạc đóng vài trò vô cùng quan trọng trong chiếc xe điện.

Mạch sạc hiện tại đang được áp dụng trên dự án xe máy điện với bộ pin 60 cell 240V là mạch chỉnh lưu với điện áp đầu ra khoảng 300V nối tiếp với trở công suất để giảm dòng điện xuống mức dưới 1A để sạc. Mạch này vô cùng bất tiện và không thể đưa vào thương mai được bởi tính ổn định không cao. Việc nghiên cứu chế tạo thệ thống mạch sạc này không chỉ phục vụ cho quá trình học tập và nghiên cứu, giúp tạo ra một nguồn sạc ổn định và gọn nhẹ hơn, mà còn là một bước quan trọng trong việc hiện thực hóa chiếc xe điện đang nghiên cứu. Kết quả dự kiến đạt được Mạch chuyển đổi điện áp với đầu vào là điện xoay chiều 220V và đầu ra là 300V và dòng điện vào khoảng 0.

4 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Mạch chỉnh lưu Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện – điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các diode bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.

Mạch chỉnh nửa sóng Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi ngang qua diode, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của diode. Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một diode bán dẫn trong các mạch nguồn một pha.1 Mạch chỉnh lưu nửa sóng[3] Mạch chỉnh lưu toàn sóng Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn.2 Mạch chỉnh lưu toàn sóng [3] 5 Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai nửa chu kỳ thành một điện áp đầu ra có một chiều duy nhất: Dương (hoặc âm) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của nửa chu kỳ âm (hoặc dương) của dạng sóng xoay chiều.

Nửa còn lại sẽ kết hợp với nửa kia thành một điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh. Định nghĩa Nguồn xung (Switching regulator) là một loại nguồn hoạt động dựa trênphương thức chuyển mạch đóng ngắt bán dẫn (semiconductor switching techniques) thay vì tuyến tính như thông thường để cung cấp điện áp đầu ra như mong muốn. Nguồn xung cơ bản thường có hai phần là bộ phận chuyển đổi năng lượng (biến áp) và mạch điều khiển để tạo xung điều khiển đóng ngắt dòng điện qua biến áp. Sơ đồ tổng thể của 1 nguồn xung [4] 2.

Phân loại Nguồn xung bao gồm các loại như sau: *Nguồn xung buck Nguồn xung Buck là loại nguồn xung hạ áp với điện áp đầu ra nhỏ hơn điện áp đầu vào, thường được thiết kế với yêu cầu công suất thấp. Mạch nguồn xung kiểu buck cơ bản [5] Mạch gồm có nguồn, công tắc bán dẫn (thường là BJT hoặc MOSFET) được điều khiển đóng mở với tần số cao TR1 bởi mạch điều khiển, kết hợp với diode D1, cuộn cảm L1, tụ lọc C1 để giúp cho mức điện áp đầu ra đạt được như mong muốn. Mạch sẽ có 2 giai đoạn hoạt động là dựa vào công tắc TR1 ON hay OFF. TR1 ON: Khi đó diode D1 sẽ không cho dòng điện chạy qua, dòng điện sẽ đi qua cuộn cảm L1 đi qua tải đồng thời cũng nạp năng lượng về cho tụ C1, đồng thời cũng tạo ra một từ trường ở phía trong cuộn dây.

TR1 OFF: Lúc này dòng điện từ nguồn đến bị ngắt đột ngột, lúc này trong cuộn dây có sự thay đổi từ thông 1 cách đột ngột từ đó sinh ra một dòng điện cảm ứng tiếp tục chạy qua tải và trở về cuộn dây thông qua diode. *Nguồn xung boost Đây là nguồn xung ngược với kiểu buck khi điện áp đầu ra sẽ cao hơn so với điện áp đầu vào. Cấu tạo của nguồn xung này cũng gần giống với kiểu buck chỉ khác ở cách sắp xếp các linh kiện. Mạch nguồn xung kiểu boost cơ bản [5] TR1 ON: Dòng điện đi qua cuộn dây rồi về mass, vì vậy sẽ tạo ra hiện tượng ngắn mạch khiến dòng điện tăng lên và tích trữ trong cuộn dây, đồng thời lúc đó thụ C1 sẽ đóng vai trò là nguồn nuôi cho tải.