Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật điện - điện tử hiện đại, các thiết bị điện tử dân dụng và công nghiệp phần lớn sử dụng nguồn điện áp một chiều (DC) với nhiều mức điện áp khác nhau, được chuyển đổi từ lưới điện xoay chiều (AC) 220V hoặc 110V thông qua các bộ biến đổi điện áp. Để các mạch công suất biến đổi điện áp (chuyển đổi DC-DC kiểu Buck, Boost, hoặc các bộ nghịch lưu) vận hành ổn định và đạt hiệu suất cao, việc phát triển một bộ điều khiển phát xung linh hoạt, có khả năng tương thích với nhiều chủng loại van bán dẫn công suất là yêu cầu kỹ thuật mang tính thực tiễn cao.

Về bối cảnh đào tạo, tại thời điểm thực hiện đề tài, phòng thí nghiệm Thực tập Điện tử Công suất thuộc Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh chưa được trang bị bộ thí nghiệm điều khiển chuyên dụng cho các mạch biến đổi điện áp. Xuất phát từ nhu cầu trang bị thiết bị phục vụ học tập và nghiên cứu thực hành, nhóm tác giả đã tiến hành khảo sát, thiết kế và chế tạo phần cứng bộ điều khiển dựa trên nguyên mẫu bộ thí nghiệm CONTROL UNIT PWM, PFM của Đức.

Mục tiêu của đồ án là thiết kế và thi công hoàn chỉnh một module điều khiển phục vụ thí nghiệm biến đổi điện áp, tích hợp hai phương pháp điều chế: điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) và điều chế tần số xung (PFM - Pulse Frequency Modulation), có khả năng điều khiển các van công suất phổ biến như Thyristor, GTO Thyristor, MOSFET, mạch Transistor Darlington và IGBT.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định qua 5 nội dung chính:

  1. Nghiên cứu tài liệu lý thuyết, giáo trình chuyên ngành và khảo sát nguyên lý các linh kiện bán dẫn, IC chuyên dụng.
  2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch nguồn, mạch phát xung PWM, mạch phát xung PFM, mạch băm xung và cách ly.
  3. Tính toán thông số linh kiện, kiểm tra nguyên lý trên bo thử nghiệm (testboard) và thiết kế mạch in (PCB).
  4. Gia công vỏ hộp, mặt nạ hiển thị, lắp ráp và thi công mạch phần cứng hoàn chỉnh.
  5. Đo đạc, hiệu chỉnh, khảo sát dạng sóng thực tế trên dao động ký và thử nghiệm điều khiển mạch biến đổi DC-DC.

Đối tượng nghiên cứu là bộ điều khiển phát xung PWM, PFM tích hợp tầng đệm dòng, băm xung tần số cao và cách ly xung bằng biến áp xung. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dải tần số dưới 20kHz, điện áp điều khiển tuyến tính từ 0 đến 10VDC, sử dụng nguồn cung cấp $\pm 15\text{VDC}$, được thực hiện tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh từ tháng 10/2015 đến tháng 02/2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài xây dựng trên nền tảng lý thuyết điều khiển đóng cắt phi tuyến các van bán dẫn trong điện tử công suất:

Phương pháp điều chế Nguyên lý cốt lõi Biểu thức điện áp trung bình ($U_{tb}$) Ứng dụng tiêu biểu
Điều chế độ rộng xung (PWM) Giữ cố định chu kỳ $T$ (tần số $f$), thay đổi thời gian dẫn $T_{on}$ thông qua điều chỉnh tỷ số chu kỳ $D = \frac{T_{on}}{T}$. $U_{tb} = \frac{T_{on}}{T} \cdot U_d = D \cdot U_d$ Mạch Buck ($V_{out} = D \cdot V_{in}$), Mạch Boost ($V_{out} = \frac{1}{1-D} \cdot V_{in}$), điều khiển động cơ DC.
Điều chế tần số xung (PFM) Giữ cố định thời gian mở van $T_{on}$, thay đổi chu kỳ $T$ (thay đổi tần số $f$) để điều chỉnh giá trị điện áp ngõ ra. $U_{tb} = T_{on} \cdot f \cdot U_d$ Mạch nguồn hiệu suất cao, điều khiển van công suất dải duty cycle rộng.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán lý thuyết giải tích, thiết kế mạch điện tử tương tự/số, thi công chế tạo phần cứng và thực nghiệm đo kiểm:

  • Phương pháp tính toán và thiết kế: Ứng dụng các biểu thức toán học xác lập tần số dao động từ nhà sản xuất linh kiện để chọn trị số điện trở ($R$), tụ điện ($C$), phân tích mạch đệm op-amp, cực thu để hở (open collector), và mạch kích công suất.
  • Phương pháp băm xung và cách ly: Ứng dụng kỹ thuật băm xung tần số cao ($60\text{ kHz}$) kết hợp biến áp xung tự quấn nhằm truyền tín hiệu xung qua cách ly mà không làm bão hòa lõi từ biến áp, đồng thời bảo vệ mạch điều khiển trước điện áp cao của mạch lực.
  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng tài liệu kỹ thuật (datasheet) chính hãng của các IC chuyên dụng (SG3524 của Texas Instruments, RC4152 của Raytheon/Fairchild, HEF4528B, HEF40106B của NXP/Philips, MC14011 của Motorola/ON Semi, ULN2003A, IRF840) và cấu trúc mẫu từ bộ thí nghiệm CONTROL UNIT của Đức.

Thiết kế và triển khai hệ thống phần cứng

Hệ thống được thiết kế hoàn chỉnh thành một thiết bị thí nghiệm độc lập, bao gồm 4 khối chức năng chính:

[ Nguồn cấp 220VAC ] ---> [ Khối nguồn (+/-15VDC, 0-10VDC) ]
                                    |
            +-----------------------+-----------------------+
            |                                               |
            v                                               v
[ Khối tạo xung PWM (SG3524) ]              [ Khối tạo xung PFM (RC4152 + HEF4528B) ]
            |                                               |
            +-----------------------+-----------------------+
                                    |
                                    v (Chọn chế độ qua Switch)
                    [ Khối băm xung (60kHz) & ULN2003 ]
                                    |
                    [ Tầng kích MOSFET IRF840 ]
                                    |
                    [ Biến áp xung cách ly & MUR160 ]
                                    |
                                    v
                        [ Ngõ ra xung điều khiển ]

1. Khối nguồn cung cấp

Chuyển đổi nguồn lưới $220\text{VAC}$ qua biến áp hạ áp $15\text{VAC} - 3\text{A}$, cầu chỉnh lưu diode, hệ thống tụ lọc $2200,\mu\text{F}$ và $100\text{nF}$ để tạo nguồn đối xứng $\pm 15\text{VDC}$ và nguồn điều khiển $0 - 10\text{VDC}$:

  • Sử dụng 2 IC LM7815 mắc song song để nâng dòng ngõ ra $+15\text{VDC}$ đạt từ $2.5\text{A} - 3\text{A}$.
  • Sử dụng 2 IC LM7915 mắc song song để cấp nguồn âm $-15\text{VDC}$ dòng $2.5\text{A} - 3\text{A}$.
  • Sử dụng IC LM7810 kết hợp biến trở $5\text{k}\Omega$ để tạo điện áp chuẩn biến thiên tuyến tính $0 - 10\text{VDC}$, cung cấp dòng điều khiển $2\text{mA}$ cho các khối điều chế.

2. Khối điều chế độ rộng xung (PWM)

Trọng tâm khối là IC SG3524 kết hợp mạch đệm áp đầu vào dùng khuếch đại thuật toán TL084 và mạch đảo pha transistor S9013. Tần số xung PWM tuân theo công thức: $$f \approx \frac{1.15}{R_T \cdot C_T}$$ Mạch sử dụng biến trở $R_T$ gồm điện trở định vị $R_4 = 10\text{k}\Omega$ nối tiếp biến trở $\text{VR}_3 = 100\text{k}\Omega$ (dải $10 - 110\text{k}\Omega$) và chuyển mạch 3 vị trí để chọn các giá trị tụ điện $C_T$:

  • Vị trí 1 (Dải $2 - 20\text{ kHz}$): $C_T = 510\text{pF} \parallel 4.7\text{nF} \parallel 1\text{nF} = 6.21\text{nF}$.
  • Vị trí 2 (Dải $0.2 - 2\text{ kHz}$): $C_T = 6.21\text{nF} \parallel 10\text{nF} \parallel 4.7\text{nF} \parallel 47\text{nF} = 67.91\text{nF}$.
  • Vị trí 3 (Dải $20 - 200\text{ Hz}$): $C_T = 6.21\text{nF} \parallel 220\text{nF} \parallel 470\text{nF} = 696.21\text{nF}$.
  • Ngõ ra cực thu để hở của SG3524 được cấp điện trở kéo lên (pull-up) $10\text{k}\Omega$ nối nguồn $+15\text{V}$, đảm bảo dòng kéo $1.5\text{mA}$.

3. Khối điều chế tần số xung (PFM)

Khối PFM phối hợp giữa IC chuyển đổi điện áp sang tần số RC4152 và IC định thời đơn ổn HEF4528B:

  • Tạo tần số biến đổi: Tần số ngõ ra tại chân 3 của RC4152 được xác lập theo công thức: $$f_o = \frac{V_{in}}{2.09 \cdot R_s \cdot R_o \cdot C_o} \cdot \frac{R_v}{R_B}$$ Với các giá trị thiết kế $R_B = 6.8\text{k}\Omega$, $R_o = 100\text{k}\Omega$, $R_s = 10\text{k}\Omega$, $C_o = 3.3\text{nF}$, $C_s = 330\text{nF}$, dải tần số thu được khi $V_{in}$ thay đổi từ $0 - 10\text{V}$ là $0 - 19\text{kHz}$ (xấp xỉ $20\text{Hz} - 20\text{kHz}$).
  • Xác lập độ rộng xung cố định ($T_{on}$): Tín hiệu tần số từ RC4152 kích vào chân số 5 của HEF4528B. Độ rộng xung $T_{on}$ được quyết định tuyến tính bởi điện trở $R_x$ và tụ điện $C_x$ thông qua công tắc xoay 3 vị trí:
    • Vị trí 1 ($C_x = 510\text{pF}$, $R_x = 10 - 100\text{k}\Omega$): $T_{on} = 5 - 50,\mu\text{s}$.
    • Vị trí 2 ($C_x = 10.51\text{nF}$, $R_x = 10 - 100\text{k}\Omega$): $T_{on} = 50 - 500,\mu\text{s}$.
    • Vị trí 3 ($C_x = 115.51\text{nF}$, $R_x = 10 - 100\text{k}\Omega$): $T_{on} = 0.5 - 5\text{ms}$.

4. Khối băm xung, khuếch đại đệm và cách ly

  • Mạch băm xung: Sử dụng cổng logic NOT Schmitt-trigger HEF40106B mắc mạch dao động RC tạo tần số băm xấp xỉ $60\text{ kHz}$ (dải tính toán lý thuyết $40 - 80\text{ kHz}$). Tín hiệu dao động này đi qua cổng NAND MC14011 để điều chế nhân với xung PWM/PFM, phân tách thành hai nhánh tín hiệu ngược pha ($180^\circ$).
  • Đệm dòng & Kích công suất: Tín hiệu sau khi băm được đệm dòng qua IC ULN2003A (Darlington array), sau đó đưa vào cực cổng (Gate) của transistor trường MOSFET IRF840 ($V_{DS} = 500\text{V}$, $I_D = 8\text{A}$, thời gian đóng cắt $t_{on}, t_{off}$ tính bằng nano giây).
  • Cách ly biến áp xung: Cuộn sơ cấp biến áp xung nhận xung đóng cắt từ IRF840; cuộn thứ cấp tạo ra xung cách ly hoàn toàn, được nắn và bảo vệ qua hệ thống diode xung tốc độ cao MUR160.

5. Kết cấu cơ khí và chế tạo mạch

  • Mạch in (PCB): Thiết kế bo mạch nguồn riêng và bo mạch điều khiển chính theo chuẩn PCB 2 lớp (lớp trên và lớp dưới) để tối ưu hóa đường truyền tín hiệu tần số cao và giảm kích thước tổng thể.
  • Vỏ hộp và mặt nạ: Vỏ hộp gia công bằng thép dày $1\text{mm}$, xử lý sơn phủ chống gỉ. Mặt nạ điều khiển làm bằng tấm phíp nhựa dày $3\text{mm}$, in lụa chi tiết các sơ đồ nguyên lý khối, ký hiệu cọc cắm đo, núm xoay chuyển mạch và biến trở điều chỉnh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Dẫn nhập

Chương này đặt vấn đề về tầm quan trọng của việc điều khiển đóng cắt trong các bộ biến đổi điện áp công suất và sự thiếu hụt trang thiết bị tại phòng thí nghiệm Thực Tập Điện Tử Công Suất của trường. Tác giả nêu rõ mục tiêu thiết kế module tạo xung PWM ($20\text{Hz} - 20\text{kHz}$, duty cycle $0 - 0.95$) và PFM ($20\text{Hz} - 20\text{kHz}$, $T_{on}$ từ $5,\mu\text{s} - 5\text{ms}$), xác lập phạm vi nghiên cứu và cấu trúc 6 chương của đồ án.

Chương II: Lý thuyết tổng quan về điều khiển các mạch công suất biến đổi điện áp

Trình bày cơ sở lý thuyết về nguyên lý hoạt động của xung PWM và PFM khi điều khiển van bán dẫn MOSFET. Phân tích chi tiết mô hình mạch nguồn chuyển đổi kiểu giảm áp (Buck) và tăng áp (Boost), thiết lập công thức tính điện áp ra $V_{out}$ theo tỷ số đóng cắt $D$. Ngoài ra, chương khảo sát tổng quan các giải pháp khuếch đại xung điều khiển: dùng Transistor/FET, Op-amp và biến áp xung.

Chương III: Tổng quan về phương pháp tạo xung PWM và PFM của bộ thí nghiệm

Khảo sát chuyên sâu cấu tạo, sơ đồ chân và thông số kỹ thuật của các linh kiện bán dẫn được lựa chọn:

  • IC điều chế độ rộng xung SG3524 (tích hợp mạch tạo răng cưa, bộ so sánh PWM, flip-flop chia pha, mạch bảo vệ).
  • IC biến đổi điện áp sang tần số RC4152 và IC định thời đơn ổn kép HEF4528B.
  • Các linh kiện băm xung và đệm dòng: IC logic Schmitt-trigger HEF40106B, cổng NAND MC14011, IC đệm dòng ULN2003A, MOSFET công suất IRF840, biến áp xung và các IC ổn áp tuyến tính LM7810, LM7815, LM7915.

Chương IV: Thiết kế thi công bộ thí nghiệm

Trình bày chi tiết phương án và quá trình tính toán kỹ thuật cho từng khối mạch:

  • Khối nguồn đối xứng $\pm 15\text{VDC}$ và nguồn áp $0 - 10\text{VDC}$ (mắc song song 2 IC LM7815 và 2 IC LM7915).
  • Khối phát xung PWM dùng SG3524: Tính chọn dải biến trở $R_T$ ($10 - 110\text{k}\Omega$) và 3 cấp tụ $C_T$ ($6.21\text{nF}$, $67.91\text{nF}$, $696.21\text{nF}$).
  • Khối phát xung PFM: Tính thông số $R_s, R_o, C_o, R_B$ cho RC4152 và chọn 3 cấp tụ $C_x$ ($510\text{pF}$, $10.51\text{nF}$, $115.51\text{nF}$) cho HEF4528B.
  • Khối băm xung và cách ly: Tính mạch dao động $60\text{ kHz}$ trên HEF40106B, kết nối cổng MC14011, ghép tầng ULN2003A kích IRF840 qua biến áp xung.
  • Thiết kế layout mạch in PCB 2 lớp cho bo điều khiển và gia công vỏ hộp thép $1\text{mm}$, mặt nạ phíp $3\text{mm}$.

Chương V: Kết quả nghiên cứu

Ghi nhận hình ảnh thực tế của thiết bị thành phẩm (mặt nạ in lụa, kết cấu bên trong hộp máy). Công bố kết quả đo kiểm dạng sóng trên dao động ký:

  • Dạng sóng PWM tại các tần số $20\text{Hz}$, $200\text{Hz}$, $2\text{kHz}$, $20\text{kHz}$, kiểm chứng khả năng điều chỉnh độ rộng xung liên tục từ $0 - 50\text{ms}$ ở thang $20\text{Hz}$ (tương ứng duty cycle đạt $0 - 1$).
  • Dạng sóng PFM tại các dải thời gian $T_{on} = 5,\mu\text{s}$, $50,\mu\text{s}$, $500,\mu\text{s}$, $5\text{ms}$ khi tần số biến đổi theo điện áp ngõ vào.
  • Dạng sóng băm xung tần số $60\text{ kHz}$ qua biến áp xung với biên độ điện áp đỉnh-đỉnh đạt $30\text{V}$, hai ngõ ra ngược pha ($R_1-R_2$ và $S_1-S_2$).
  • Kết quả thử nghiệm kích van công suất thực tế trên mạch biến đổi DC-DC: Điều khiển thành công điện áp ra ở các mức $6\text{V}$ và $27\text{V}$ đối với chế độ PWM; $5\text{V}$ và $22\text{V}$ đối với chế độ PFM.

Chương VI: Kết luận và hướng phát triển

Đánh giá mức độ hoàn thành so với nhiệm vụ thiết kế ban đầu, khẳng định thiết bị hoạt động ổn định và đáp ứng tốt yêu cầu thực nghiệm; đồng thời đề xuất các định hướng nâng cấp phần cứng trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả đo kiểm thực nghiệm

Các thông số kỹ thuật thực tế đo đạc được trên thiết bị hoàn toàn tương thích và đáp ứng chỉ tiêu thiết kế ban đầu:

Khối chức năng / Thông số Yêu cầu thiết kế ban đầu Kết quả đo kiểm thực tế Đánh giá kỹ thuật
Nguồn cấp hệ thống $\pm 15\text{VDC}$ ($2.5 - 3\text{A}$), $0 - 10\text{VDC}$ $\pm 15\text{VDC}$, $0 - 10\text{VDC}$ ổn định Đạt yêu cầu; IC ổn áp mắc song song tỏa nhiệt thấp.
Dải tần số xung PWM $20\text{Hz} - 200\text{Hz}$ / $0.2 - 2\text{kHz}$ / $2 - 20\text{kHz}$ Đúng 3 dải tần số xác lập qua công tắc xoay K1 Tần số tạo ra chính xác theo giá trị tụ $C_T$ và biến trở $R_T$.
Hệ số điều chỉnh PWM ($D$) $0 - 0.95$ $0 - 1.0$ ($0 - 50\text{ms}$ tại $20\text{Hz}$) Dải điều chỉnh độ rộng xung tuyến tính theo áp $0-10\text{V}$.
Dải tần số xung PFM $20\text{Hz} - 20\text{kHz}$ $0 - 19\text{kHz}$ (tương ứng $V_{in} = 0 - 10\text{V}$) Tần số ngõ ra tỷ lệ thuận tuyến tính với điện áp vào.
Thời gian mở $T_{on}$ (PFM) $5 - 50,\mu\text{s}$ / $50 - 500,\mu\text{s}$ / $0.5 - 5\text{ms}$ Chuẩn xác tại 3 mức qua chuyển mạch K2 $T_{on}$ duy trì ổn định khi thay đổi tần số dao động.
Tần số băm xung cách ly Xấp xỉ $60\text{ kHz}$ $60\text{ kHz}$ Xung băm vuông, sườn dốc đứng, không suy hao.
Điện áp xung ngõ ra cách ly Tín hiệu biên độ lớn, cách ly an toàn Điện áp đỉnh-đỉnh $V_{p-p} = 30\text{V}$ đối xứng Cách ly hoàn toàn qua biến áp xung, tạo 2 pha ngược nhau.
Thử nghiệm mạch DC-DC Kích dẫn đóng cắt van công suất Ngõ ra đạt $6\text{V}, 27\text{V}$ (PWM); $5\text{V}, 22\text{V}$ (PFM) Điều khiển biến đổi điện áp thực tế thành công.

2. Đóng góp của đề tài

  • Chế tạo thành công thiết bị thực hành phần cứng tích hợp đồng thời hai giải thuật phát xung PWM và PFM, bổ sung thiết bị thí nghiệm trực quan cho Phòng thí nghiệm Thực tập Điện tử Công suất.
  • Giải quyết hiệu quả bài toán truyền xung kích cách ly cho các linh kiện công suất điện áp cao bằng giải pháp kết hợp mạch dao động băm xung $60\text{ kHz}$, IC đệm dòng ULN2003A, MOSFET công suất IRF840 và biến áp xung tự chế tạo.
  • Bản vẽ mạch in PCB 2 lớp và bố trí mặt nạ thao tác được thiết kế khoa học, có sơ đồ chỉ dẫn chân cắm trực quan, đảm bảo an toàn điện cho người học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

  • Phạm vi tần số làm việc: Dải tần số phát xung của module mới chỉ đáp ứng dưới mức $20\text{ kHz}$, chưa mở rộng lên các dải tần số siêu cao (hàng trăm kHz đến MHz) vốn phổ biến trong các bộ nguồn xung hiện đại.
  • Linh kiện chuyên dụng: IC biến đổi điện áp sang tần số RC4152 là linh kiện chuyên dụng, ít phổ biến và khó tìm kiếm trên thị trường linh kiện điện tử tại Việt Nam.

2. Hướng phát triển

  • Tích hợp thêm vi điều khiển hoặc DSP để phát xung điều khiển linh hoạt bằng phần mềm, mở rộng dải tần số công tác vượt trên $20\text{ kHz}$.
  • Thiết kế bổ sung các kênh phát xung độc lập để điều khiển các mạch nghịch lưu 3 pha hoặc các cấu trúc biến đổi đa bậc.
  • Tích hợp các mạch bảo vệ tự động phản hồi (bảo vệ quá dòng, quá áp tức thời) trực tiếp từ mạch lực về bộ điều khiển thông qua optocoupler hoặc cảm biến dòng.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tư liệu kỹ thuật thực tế cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Điện tử Công nghiệp và Kỹ thuật Điều khiển: Tham khảo phương pháp tính toán mạch tương tự, phương pháp ghép nối các IC chức năng (SG3524, RC4152, HEF4528B, ULN2003A), kỹ thuật điều khiển van MOSFET/IGBT và quy trình thiết kế mạch in PCB 2 lớp.
  • Cán bộ quản lý phòng thí nghiệm Điện tử Công suất: Sử dụng trực tiếp cấu trúc phần cứng, sơ đồ nguyên lý và layout PCB để bảo trì, sửa chữa hoặc nhân bản các bộ thí nghiệm phục vụ giảng dạy môn học Biến đổi điện áp và Điện tử Công suất.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển trong đồ án có khả năng điều khiển những loại van bán dẫn công suất nào?
Thiết bị được thiết kế để điều khiển tất cả các loại van bán dẫn công suất thông dụng bao gồm Thyristor, GTO Thyristor, MOSFET, mạch Transistor Darlington và IGBT.

2. Vì sao nhóm tác giả phải thực hiện kỹ thuật băm xung tần số 60kHz trước khi đưa qua biến áp xung?
Do biến áp xung không thể truyền trực tiếp các xung điều khiển có độ rộng lớn (tần số thấp) vì sẽ gây bão hòa từ lõi thép biến áp. Việc băm tín hiệu bằng xung vuông tần số cao ($60\text{ kHz}$) giúp biến áp xung hoạt động chính xác ở chế độ xung cao tần, vừa đảm bảo cách ly an toàn giữa mạch điều khiển và mạch lực, vừa giảm thời gian tích tụ nhiệt trên van bán dẫn.

3. Khối nguồn của thiết bị giải quyết vấn đề cấp đủ dòng tải cho toàn mạch như thế nào?
Các IC ổn áp thông thường như LM7815/LM7915 chỉ cung cấp dòng định mức khoảng $1.5\text{A}$. Nhóm tác giả đã lựa chọn giải pháp mắc song song 2 IC LM7815 (cho nhánh nguồn $+15\text{VDC}$) và 2 IC LM7915 (cho nhánh nguồn $-15\text{VDC}$) để nâng tổng dòng cung cấp lên mức $2.5\text{A} - 3\text{A}$, giúp mạch ổn định áp mà không cần hiệu chỉnh phức tạp như khi dùng transistor phụ kích dòng.

4. Dải tần số và tỷ số chu kỳ của khối phát xung PWM được thiết lập cụ thể bằng các linh kiện nào?
Dải tần số PWM ($20\text{Hz} - 20\text{kHz}$) được chia làm 3 nấc chọn bằng công tắc xoay K1 tương ứng với 3 giá trị tụ $C_T$ ($6.21\text{nF}$, $67.91\text{nF}$, $696.21\text{nF}$) gắn vào chân 7 của IC SG3524; tần số tinh chỉnh bằng biến trở $R_T$ ($10 - 110\text{k}\Omega$) tại chân 6. Tỷ số chu kỳ ($D = T_{on}/T$) được điều chỉnh tuyến tính từ $0$ đến $1$ thông qua việc thay đổi điện áp chuẩn $0 - 10\text{VDC}$ đưa vào op-amp TL084 kết nối chân số 2 của SG3524.

5. Kết quả kiểm tra thiết bị khi kích cho mạch công suất DC-DC đạt được các mức điện áp nào?
Khi kết nối kích van cho bộ biến đổi DC-DC thực tế, chế độ xung PWM điều khiển điện áp ngõ ra đạt các mức $6\text{V}$ và $27\text{V}$; chế độ xung PFM điều khiển điện áp ngõ ra đạt các mức $5\text{V}$ và $22\text{V}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Khảo sát, thiết kế và thi công bộ điều khiển cho các mạch công suất biến đổi điện áp" của nhóm tác giả đã hoàn thành việc chế tạo một thiết bị thực hành hoàn chỉnh, tích hợp cả hai phương pháp điều chế PWM và PFM trong dải tần $20\text{Hz} - 20\text{kHz}$. Giải pháp mạch kết hợp tầng băm xung $60\text{ kHz}$ và biến áp xung cách ly giúp hệ thống vận hành an toàn, tạo xung kích $30\text{V}$ đối xứng đáp ứng đầy đủ yêu cầu điều khiển cho các van bán dẫn công suất. Thiết bị đã được đo kiểm thực tế trên dao động ký và thử nghiệm kích mạch DC-DC thành công, đóng góp thiết thực cho công tác đào tạo tại phòng thí nghiệm Thực tập Điện tử Công suất Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.