Nguồn xung: Nguyên lí - Ứng dụng

[hoaibk54]

Em các bác dạo này đang mò mẫm về cái này.Sau một thời gian tìm hiểu cũng đọc được một ít.Mạn phép các bác mở tôpic này để học hỏi,tranh luận thêm về nguồn xung và các mạch ứng dụng.Mong các cao thủ chỉ giáo thêm cho.Lấy làm hân hạnh lắm.

Giới thiệu:
Nguồn xung đang được dùng rất phổ biến bởi nó có ưu điểm là hiệu suất biến đổi năng lượng cao và khả năng thay đổi linh hoạt trong thiết kế.Chẳng hạn như có thể có nhiều đầu ra (output Voltage) với nhiều cực khác nhau từ một đầu vào đơn(single Input voltage)...

Nguyên lí hoạt động của các loại nguồn xung đang được dùng phổ biến hiện nay:
Buck: dùng để chuyển đổi điện áp(DC) xuống mức thấp hơn.
Boost: cung cấp điện áp ra cao hơn điện áp đầu vào.
Buck-Boost: Điện áp ra ngược cực tính so với điện áp vào.
Fly-back: Điện áp ra nhỏ hơn hoặc lớn hơn đầu vào và có nhiều đầu ra multi output).

Một số mô hình biến đổi dùng nhiều transitor được sử dụng:
Push-pull: Bộ biến đổi dùng hai transitor có hiệu quả đặc biệt ở điện áp thấp
Half-Brigde: Dùng 2 transitor biến đổi cho các ứng dụng off line
Full-Brigde: Dùng 4 transitor – có thể cho công suất đầu ra cao nhất đối với tất cả các loại nguồn kể trên.

Đi kèm theo là các mạch ví dụ để tham khảo và để minh họa cho các kiểu nguồn Buck,Boost,Flyback...

to be Continued...

[hoaibk54]

Nguyên tắc chuyển mạch được dùng trong các nguồn xung:

Trước khi đi vào chi tiết giải thích các mạch biến đổi năng lượng cụ thể,một số kiến thức về biến đổi năng lượng cần được chú ý.
I.Cuộn cảm và dòng điện cảm ứng.
Nếu đặt một điện áp vào một cuộn cảm,sẽ xuất hiện một dòng điện chạy qua cuộn cảm(cường độ dòng điện biến đổi theo thời gian).Chú ý rằng : Dòng điện chạy trong cuộn cảm thay đổi theo thời gian thậm chí là khi điện áp đặt lên nó là không đổi.
Hay nói một cách khác là nếu một dòng điện thay đổi liên tục sẽ sinh ra trên hai đầu cuộn cảm một điện áp nào đó.
Một định luật cơ bản đã đưa ra quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong cuộn cảm bằng công thức sau:
V=L.di/dt
Hai đặc tính quan trọng của cuộn cảm theo như định luật đó là :
1.Điện áp sinh ra trên cuộn cảm chỉ do sự thay đổi của dòng điện chạy trong cuộn cảm đó.Một dòng điện ổn định (DC) qua cuộn cảm sẽ không sinh ra điện áp nào ở hai đầu cuộn cảm cả.(Không kể điện áp rơi do điện trở của dây dẫn). Nhớ kĩ.....J
2.Dòng điện chạy qua cuộn cảm không thể thay đổi giá trị đột ngột được (ngay lập tức).Dòng điện thay đổi càng nhanh thì điện áp sinh ra ở hai đầu cuộn cảm càng lớn.
Chú ý: không giống như dòng điện,điện áp có thể thay đổi một cách tức thì.

Hình vẽ minh họa : Quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong cuộn cảm

Tham số quan trọng là : di/dt thể hiện mức độ thay đổi của dòng điện theo thời gian.Đồ thị cho thấy di/dt càng lớn thì độ dốc của đường i(t) càng lớn.
Khi đó V sẽ càng lớn.

[hoaibk54]

Nguyên lí hoạt động của Biến áp xung:

Máy biến áp là thiết bị có hai hoặc nhiều cuộn dây.Lõi từ có nhiều dạng và làm bằng nhiều chất liệu khác nhau.Biến áp dùng trong nguồn xung chủ yếu là làm bằng lõi ferit(Gọi là biến áp xung) chịu được sự biến đổi ở tần số cao.
Cái này chắc ai cũng biết rồi nhỉ..

[hoaibk54]

Nguyên lí Điều chế độ rộng xung(PMW):

Hầu hết các bộ biến đổi kiểu switching đều dùng phương pháp này để đóng ngắt transitor tạo dòng có tần số cao.Vòng phản hồi điều chỉnh điện áp ra của bộ nguồn thường là thay đổi thời gian mở(ON time) của các transitor trong bộ biến đổi.
Ví dụ dưới đây thể hiện một mạch lọc L-C với dạng xung vuông .
Dãy xung vuông được lọc và đưa điện áp DC ở đầu ra

[hoaibk54]

Các mô hình cơ bản của các bộ biến đổi kiểu Switching:

Hầu hết các mạch biến đổi DC-DC hiện nay thuộc một trong các loại sau đây.
1.Kiểu Buck:

Em bận tí.
Viết tiếp sau vậy.

[hoaibk54]

Kiểu Buck:
Một trong những bộ biến đổi kiểu switching hay được dùng nhất là kiểu Buck converter.Dùng để biến đổi điện áp một chiều sang một điện áp thấp hơn có cùng cực tính(giảm áp).Đây là điều cần thiết với các hệ thống sử dụng các cấp điện áp cỡ 24-40V cần phải chuyển xuống thấp hơn (15,12,5V...) với tổn hao công suất rất thấp.
Các bộ biến đổi dạng này dùng transitor đóng cắt mạch điện có các cuộn cảm .(Xem hình minh họa)
Khi công tắc đóng nối Vin với cuộn cảm,dòng điện tăng lên trong cuộn cảm.Tụ điện đang trong quá trình nạp.Chiều dòng điện như trong hình vẽ.
Khi công tắc ngắt,dòng điện giảm từ từ,Điện áp sẽ sinh ra trong cuộn cảm sẽ có xu hướng giữ cho dòng điện không đổi.Tụ điện trong quá trình phóng điện.Dòng điện chạy qua Diode như hình.
Trong thời gian công tắc đóng (ON) dòng điện qua cuộn cảm tăng,
Trong thời gian công tắc ngắt (OFF)dòng điện qua cuộn cảm giảm.
Giá trị dòng điện ra tải là giá trị trung bình của dòng qua cuộn cảm

[hoaibk54]

Kiểu Boost (tăng áp):
Kiểu boost có đặc điểm là điện áp DC đầu ra lớn hơn điện áp DC đầu vào.
-Khi công tắc đóng (ON) ,điện áp vào sẽ làm cho dòng qua cuộn cảm tăng lên.Chiều của dòng điện như hình(chạy qua switch).Dòng tải được cấp bởi tụ điện.
-Khi công tắc ngắt (OFF) , dòng qua cuộn cảm giảm gây nên ở cuối của cuộn dây một điện áp cùng với điện áp Vin làm cho áp ra của tải lớn hơn điện áp vào Vin(Chính là điện áp trên tụ).Dòng tải được cấp bởi điện áp Vin.
Dòng ra và công suất ra tải:
Một điểm cần chú ý trong thiết kế là với kiểu Boost:
Dòng ra tải và dòng qua phần tử đóng cắt (switch,cụ thể là các transitor) không bằng nhau và giá trị dòng ra của tải bao giờ cũng nhỏ hơn dòng qua các transitor đóng ngắt.
Công suất đầu vào bao giờ cũng lớn hơn đầu ra .Do đó,nếu điện áp đầu ra lớn hơn điện áp vào thì cũng đồng nghĩa với dòng điện đầu ra nhỏ hơn dòng vào.

[hoaibk54]

Kiểu Buck-Boost :

Hay còn gọi là bộ biến đổi switching đảo, lấy điện áp một chiều đầu vào và đưa ra đầu ra điện áp một chiều có cực tính ngược lại so với đầu vào.Độ lớn điện áp đầu ra có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn điện áp đầu vào.
Khi công tắc đóng (ON), Điện áp Vin sinh dòng điện tăng dần trong cuộn cảm.Lúc này, dòng ra tải là dòng điện phóng ra của tụ.
Khi công tắc ngắt(OFF),dòng điện giảm dần trong cuộn cảm sinh ra điện áp trên cuộn(như hình).Diode dẫn cho phép dòng nạp cho tụ và cung cấp cho tải.
Chú ý:
Dòng tải được cung cấp bởi cuộn cảm khi công tắc đóng và bởi tụ điện khi công tắc ngắt.

[hoaibk54]

Kiểu Flyback:

Trong các mô hình nguồn switching,mô hình kiểu Flyback là linh hoạt nhất. Cho phép người thiết kế tạo ra một hoặc nhiều cấp điện áp ra (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 tính) của biến áp xung được biểu diễn bởi các dấu chấm trên các cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khi công tắc đóng (ON),điện áp vào làm dòng điện qua cuộn sơ cấp tăng dần.Chú ý cực tính của điện áp trong cuộn sơ cấp là chiều âm ở nơi có điểm chấm và sinh ra điện áp cùng cực tính ở cuộn thứ cấp.(Độ lớn được quyết định bởi tỉ lệ số vòng dây sơ cấp – thứ cấp).
Điện áp ở cuộn thứ cấp khoá diode chặn dòng qua cuộn thứ cấp trong thời gian công tắc đóng .Trong khoảng thời gian này,dòng tải được cấp bởi tụ điện phóng theo chiều như hình.
Khi công tắc ngắt, dòng điện giảm dần trong cuộn thứ cấp là đảo chiều điện áp trên cuộn thứ cấp, mở diode cấp dòng qua tải và nạp cho tụ điện.
Bộ biến đổi Flyback hoạt động cả ở hai chế độ liên tục (dòng qua cuộn thứ cấp luôn >0) hoặc chế độ gián đoạn (dòng thứ cấp trở về 0 ở mỗi chu kì)

[hoaibk54]

Tạo nhiều cấp điện áp ra:
Một ưu điểm lớn của kiểu Flyback là khả năng cung cấp nhiều cấp điện áp ra.

[anthrax]

bác hoaibk54 có làm về nguồn xung kiểu full-brige chưa?Cho anh em học hỏi thêm với

[hoaibk54]

Tớ chưa thử làm kiểu full-brigde.Cũng mong có người đi trước dẫn đường lắm.

Kiểu Push-Pull:
Dùng hai transitor để biến đổi DC-DC.
Mỗi transitor lần lượt dẫn trong mỗi nửa chu kì và không bao giờ cùng dẫn(Chú ý!!!).
Khi transitor A dẫn thì cuộn sơ cấp phía trên được cấp điện áp Vin.Lúc đó,bên cuộn thứ cấp xuất hiện điện áp có chiều mở diode phía dưới cho dòng qua cuộn cảm và cấp cho tụ điện và tải.
Tương tụ,khi transitor B dẫn cuộn sơ cấp phía dưới có dòng làm mở diode phía trên cấp nguồn cho tải.

[hoaibk54]

Giản đồ thời gian của các transitor có thể xem trên hình dưới đây.

[fangia]

NGUỒN SWICHING TÍNH LÕI DÂY THEO CÔNG THỨC NÀO VẬY MẤY BÁC,
hình như công suất của nguồn xung ngoài diện tích lõi còn có yếu tố tần số,

[nguyendinhvan]

Một phần tử trong nguồn xung mà chúng ta không tính được . Đó là độ từ thẩm của lõi phe-rít .
Lõi phe-rit theo tiêu chuẩn Liên-xô hay Nhật Mỹ có các chuẩn khác nhau .
Còn hiện nay các nguồn vật tư như Ferit hay Nam châm (Làm loa) của China thì .... mù tịt
Cùng là một cái TV 21 inch có công suất như nhau . Nhưng TV Philip có BA xung bao giờ cũng bé hơn BA xung của TV Nhật đến 2 lần

Thế là bạn phải có bộ đồ nghề để khảo sát hiệu suất của Ferit
Bạn đã nghĩ ra cách nào chưa ?????
Thật đơn giản ? Ai cũng phải làm được ?
Khè khè !!!!