1

LỜI NÓI ĐẦU

1. GIỚI THIỆU

Ngày nay, nguồn xung được sử dụng ngày càng rộng rãi. Người ta biết đến

nguồn xung như một thiết bị biến đổi điện áp AC sang DC với hiệu suất cao. Đó là

lý do mà nguồn xung được sử dụng trong các thiết bị tiết kiệm điện, bóng đèn tiết

kiệm điện là một ví dụ cụ thể nhất. Do đó, sẽ là một thiếu sót lớn nếu ta không sử

dụng nguồn xung trong những ứng dụng khác, như dùng để sạc ắc-quy chẳng hạn.

Vì nhiều lý do khác nhau, ắc-quy ngày nay vẫn còn được sử dụng và chiếm vị

trí không thể thay thế. Một ứng dụng cụ thể của ắc-quy là sử dụng trong các robot

của trường học Lạc Hồng. Trên thực tế, đa phần các máy sạc ắc-quy đang được sử

dụng chỉ đơn thuần là một biến áp sắt từ và diode cầu. Các máy sạc này không hề có

bộ phận điều khiển nạp cũng như đề phòng sự cố. Nếu người sử dụng không để ý

khi sử dụng, họ rất dễ làm hư máy sạc và ắc-quy khi để xảy ra sự cố: ngắn mạch

ngõ ra máy sạc hoặc kết nối ngược cực ắc-quy với máy sạc. Do đó, một máy sạc ắc-

quy được thiết kế để khắc phục các nhược điểm trên là điều cần thiết.

Nhận thấy yêu cầu do thực tế cuộc sống đặt ra như kể trên đề tài “THIẾT KẾ

VÀ THI CÔNG MÁY SẠC XUNG CHO ẮC-QUY” do nhóm thực hiện ra đời từ

đó.

2. TẦM QUAN TRỌNG

Ở nước ta, thói quen tiêu dùng của người dân đang có những chuyển biến tích

cực. Nếu lúc trước, đa số người dân thường chọn những mặt hàng rẻ, vừa với túi

tiền là tiêu chí khi tiêu dùng nói chung và khi mua sắm các sản phẩm điện tử nói

riêng. Những năm gần đây, vấn đề chất lượng của mặt hàng càng được quan tâm.

Người dân sẵn sàng bỏ ra một số tiền cao hơn một chút, nhưng mua được sản phẩm

dễ sử dụng, hơn là sản phẩm rẻ tiền và hay hư hỏng.

Khi hoàn thành đề tài, nhóm thực hiện sẽ giới thiệu một máy sạc ắc-quy đáp

ứng yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng kể trên. Người sử dụng hoàn toàn

2

yên tâm khi sử dụng thiết bị này, bởi nó hoàn toàn dễ sử dụng. Người sử dụng

không cần lo lắng khi vô tình thao tác sai, máy đã được thiết kế để đề phòng các sự

cố này. Người sử dụng cũng không cần ngồi sát bên máy sạc để chờ ắc-quy đầy như

xưa nữa. Khi ắc-quy đầy, nó sẽ sáng đèn để báo và phát ra một đoạn nhạc, ắc-quy

cũng được tự động ngắt khỏi nguồn điện sạc. Với máy sạc do nhóm thiết kế, nó

được kì vọng sẽ thay thế được các máy sạc kém chất lượng hiện có bởi tính tiện lợi

của nó.

3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích của đề tài là tìm ra hướng thiết kế máy sạc ắc-quy mới, qua đó sẽ kéo

dài tuổi thọ ắc-quy mà vẫn đảm bảo sạc nhanh.

Một mục đích không kém phần quan trọng là tạo ra sự thay đổi nhận thức trong

việc thiết kế mạch điện tử của sinh viên. Lâu nay, khi muốn điều khiển một chu

trình một cách tự động thì sinh viên hay sử dụng vi điều khiển. Hoàn thành đề tài

này như một hành động chứng minh là: không nhất thiết ta phải dùng vi điều khiển

trong mọi trường hợp.

4. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Để có thể giải quyết được những vấn đề đã đặt ra như trên, nhóm nghiên cứu đã

đặt ra những chỉ tiêu sau cho máy sạc được thiết kế:

− Vận hành đơn giản.

− Có đèn báo chế độ làm việc.

− Có khả năng điều chỉnh vô cấp dòng nạp. Dòng nạp hiển thị qua ampere kế.

− Tự động ngắt nguồn nạp khi không sạc ắc-quy. Khi ắc-quy đầy, máy sạc sẽ

ngắt nguồn nạp và phát một đoạn nhạc dài 30s.

− Có tính năng bảo vệ ngắn mạch ngõ ra.

− Phải có cơ chế phòng ngừa và cảnh báo sự cố đấu ngược cực ắc-quy.

3

Dựa trên những chỉ tiêu trên, nhóm nghiên cứu đã phác thảo sơ đồ khối máy sạc

như sau:

Hình 1: Tổng quan về mạch sạc ắc-quy.

Máy sạc ắc-quy do nhóm thực hiện thiết kế sẽ sử dụng một nguồn xung để cung

cấp năng lượng nạp cho ắc-quy. Bên cạnh đó, máy còn có mạch điều khiển việc nạp

ắc-quy và phòng ngừa sự cố xảy ra.

Việc thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY SẠC XUNG CHO

ẮC-QUY” có thể chia ra làm ba giai đoạn chính:

− Giai đoạn đầu tiên là thiết kế nguồn xung để nạp ắc-quy. Đây là giai đoạn có

thể nói là quan trọng nhất trong quá trình thực hiện đề tài. Với việc thiết kế

nguồn xung không được giảng dạy trong Khoa Cơ Điện, nhóm sinh viên thực

hiện đề tài đã phải đọc tài liệu để tự nghiên cứu. Việc áp dụng lý thuyết vào

thực tế cũng đòi hỏi sự linh hoạt trọng việc vận dụng, bất cứ một sai sót nào

cũng có thể dẫn đến thất bại. Bên cạnh đó là sự nguy hiểm cho người thiết kế

do phải sử dụng trực tiếp nguồn điện 220VAC.

− Giai đoạn thứ hai là thiết kế mạch điều khiển nạp ắc-quy. Để có thể dễ dàng

chuyển giao công nghệ, nhóm thực hiện đã phải nghiên cứu, tìm hiểu sao cho

chỉ dùng các IC thông dụng mà vẫn đảm bảo tính tự động hoá cho mạch.

Cộng thêm đó là sự tích hợp thêm các tính năng bảo vệ ngắn mạch, ngược

cực ắc-quy. Đây là các tính năng cần thiết nhưng lại không hề có sơ mạch ở

bất cứ đâu để tham khảo. Do đó, nhóm thực hiện đã phải thể hiện hết sức tính

sáng tạo trong việc vận dụng kiến thức đã học vào thực tế.

− Giai đoạn cuối cùng cũng không kém phần quan trọng là thiết kế vỏ hộp cho

máy sạc. Trong giai đoạn này, nhóm thực hiện phải vận dụng các kiến thức

HỒI TIẾP

NGUỒN XUNG

DÒNG NẠP

220VAC ẮC-QUY

MẠCH ĐIỀU KHIỂN

4

về gia công trên máy CNC, qua đó vỏ hộp được thiết kế mới có độ chính xác

và thẩm mỹ đạt yêu cầu.

Hoàn thành ba giai đoạn trên, nhóm thực hiện cũng đã hoàn thành việc thực hiện

đề tài ở mức tốt nhất có thể. Bước đầu, qua thực tế sử dụng máy đã cho kết quả đạt

được như đã đề ra. Đây có thể xem là thành quả rất đáng khích lệ sau những cố

gắng không biết mệt mỏi của nhóm sinh viên thực hiện.

5

CHƯƠNG I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

Máy sạc xung do nhóm thực hiện thiết kế gồm có hai bộ phận chính: nguồn

xung công suất và mạch điều khiển.

1.1. Nguồn xung công suất

Nhiệm vụ của nguồn xung là cung cấp công suất để nạp cho ắc-quy.

1.1.1. Tổng quan về nguồn xung [1]

Khi nói đến nguồn xung, người ta có thể kể một số mạch biến đổi thông

dụng như:

− Mạch biến đổi đẩy kéo (push-pull converter).

− Mạch biến đổi cầu toàn phần (full-bridge converter).

− Mạch biến đổi cầu bán phần (half-bridge converter).

− Mạch biến đổi thuận (forward converter).

− Mạch biến đổi hồi tiếp (flyback converter).

− Mạch biến đổi chuyển mạch (buck converter).

− Mạch biến đổi khuếch đại (boost converter).

Nguồn xung được lựa chọn để thực hiện đề tài này là: mạch biến đổi đẩy

kéo. Mạch biến đổi đẩy kéo có những ưu nhược điểm sau:

1.1.1.1. Ưu điểm

− Công suất ngõ ra lớn gấp đôi so với mạch biến đổi thuận với cùng kích

thước lõi ferrite (lõi từ dùng để chế tạo biến áp xung được biết với tên

lõi ferrite).

− Cách ly giữa điện áp ngõ vào và điện áp ngõ ra (trái ngược với mạch

biến đổi chuyển mạch hoặc khuếch đại).

6

− Tiết diện dây sơ cấp nhỏ hơn một nửa so với mạch biến đổi bán phần

với cùng kích thước lõi ferrite và cùng công suất ngõ ra.

− Sơ đồ mạch không quá phức tạp như mạch toàn phần.

− Xung nhọn điện áp ngõ ra nhỏ (trái ngược hoàn toàn với mạch biến

đổi hồi tiếp).

1.1.1.2. Nhược điểm

− Điện áp đặt trên MOSFET công suất gấp đôi so với mạch biến đổi bán

phần.

− Số vòng dây sơ cấp gấp đôi so với mạch biến đổi bán phần.

Tuy còn một số nhược điểm nêu trên nhưng ngày nay mạch đẩy kéo vẫn

được sử dụng khá nhiều bởi những ưu điểm của nó.

1.1.2. Sơ đồ khối mạch nguồn xung công suất

Hình 1.1: Sơ đồ khối nguồn xung.

Nguồn xung được thiết kế và thi công là dạng biến đổi điện áp DC cao áp và

chưa ổn định ở ngõ vào thành điện áp điện áp DC điện áp thấp hơn nhưng ổn định ở

ngõ ra.

Dựa trên nguyên lý và sơ đồ khối nguồn xung trên, ta thấy rằng: từ điện áp

AC của lưới điện sẽ được nắn bằng diode cầu, tạo nguồn điện áp DC cao áp. Điện

CHỈNH LƯU

HỒI TIẾP

220VAC BIẾN ÁP XUNG

NGUỒN DC

IC ĐIỀU KHIỂN

NGUỒN PHỤ

TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN

7

áp DC này sẽ nạp cho một tụ cao áp, mục đích là để tích trữ năng lượng. Qua việc

đóng ngắt của các MOSFET công suất để tạo sự biến đổi từ thông trong lõi ferrite,

tạo điện áp ở ngõ ra.

Để điều khiển quá trình đóng ngắt này, ta cần có IC chuyên dùng. Muốn IC

này hoạt động, ta phải có nguồn nuôi cho nó. Do đó, từ điện áp AC phải có một

biến áp công suất nhỏ để hạ áp, sau đó được chỉnh lưu làm nguồn nuôi cho IC này.

Điện áp ngõ ra muốn thật sự ổn định thì phải cần đến mạch hồi tiếp. Mạch

hồi tiếp có nhiệm vụ chuyển các giá trị dòng điện, điện áp xem có đạt giá trị định

mức hay chưa. Cụ thể:

− Mạch hồi tiếp điện áp: nhằm giữ điện áp ở một ngưỡng đặt trước.

− Mạch hồi tiếp dòng điện: vòng hồi tiếp này chỉ dùng cho chức năng bảo

vệ mạch. Khi dòng điện ngõ ra lớn hơn công suất thiết kế thì mạch sẽ bị

ngắt, bảo vệ mạch tránh khỏi tình trạng hư hỏng.

Với ý tưởng thiết kế: mạch nguồn xung chỉ hoạt động khi có ắc-quy kết nối

vào máy, mạch nguồn xung sẽ thiết kế sao cho khi chỉ có tín hiệu từ mạch điều

khiển gởi đến thì nguồn xung mới được phép hoạt động.

1.1.3. Sơ đồ nguyên lý của nguồn xung

L1

5mH

1

3

2

4

C10103/1KV F1 2A

15VIN

R151M

C151000uF

T2

BIEN AP 9V

13

24

D5INPUT

J2

CON2

12

R41 5R6/5W

15VIN

+-

~

~

D14

2A

C12104

+-

~

~

D1

5A

RV1431K

C6150uF/400V

310V

C22104/1KV

a) Khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào.

8

b) Khối nguồn phụ cho quạt tản nhiệt. c) Khối chuyển đổi công suất.

J3

SHDN

12

VREF

R3 5K6

C5103

C7 472

D20

SHDN

R63K3

R12 470

C110uF

U5

SG3525A

3

9

104

11

14

12

2

113 15

5

8

7

6

16

SYNC

COMP

SHDNOSC

OUTA

OUTB

GN

D

+IN

-INV

C+V

ICT

SS

DISCHG

RT

VREF

R19 33

R17 33

R43 2K2

D13 4148

+IN

-IN

SHUTDOWN

VREF

15VIN

R51K

R4 100

-IN

D19

4148

VREF

FET B

R73K3

C810uF

D11 4148

ISO4PC817

12

43

FET A

d) Khối IC điều khiển MOSFET công suất.

SHUTDOWN

Q3

C1815

ISO2PC817 1

2

43

15V_OUT

R22

3K3

R381KR18

1K

R201K

VREF

R35

1K

15V_OUT

R26470

R212K2

R101K

R23

1K2

R11470 R14

1K

Q5MCR100

C20

47nFU4

KA431

ISO1

PC817

12

43

GATER93K3

R27

470

R34 1K

R24

33

VR

EF

R39

680

+IN

e) Khối hồi tiếp dòng điện. f) Khối hồi tiếp điện áp.

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn xung công suất.

R2810K

KHOI CHUYEN DOI CONG SUAT

310VF2

4A

D12BTTH3003C

R308K2/2W

FET A

+IN

R37 0.1R/5W

D16

FR107

D6OUTPUT

Q2K1120

C17

221/1KV

J1

QUAT

12

C112200uF/35V

R324k7

ISO5PC8171

2

43

15V_OUT

J6 CON212

R31470/1W

D12_2

D12_1

T1

FER 33

12

7

910

2

34

6

Q1K1120

D15

FR107

R160.1R/2W

FET B

15V_OUT

C16221/1KV

C23220uF

+SENSE

R2910K

R338K2/2W

U6

7812

13

2

VINVOUT

GN

D

L 20uH1 2

KHOI NGUON PHU CHO QUATTAN NHIET

9

Để tạo thuận lợi cho quá trình phân tích mạch, nhóm thực hiện xin được

phép chia mạch nguồn xung ra làm các khối nhỏ hơn. Sau đây xin đi vào phân tích

từng khối.

1.1.3.1. Khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào

L1

5mH

1

3

2

4

C10103/1KV F1 2A

15VIN

R151M

C151000uF

T2

BIEN AP 9V

13

24

D5INPUT

J2

CON2

12

R41 5R6/5W

15VIN

+-

~

~

D14

2A

C12104

+-

~

~

D1

5A

RV1431K

C6150uF/400V

310V

C22104/1KV

Hình 1.3: Khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào.

Chức năng các linh kiện trong khối này:

Cầu chì F1 và varistor RV1 tạo thành một hệ thống bảo vệ quá dòng

và quá áp:

− Khi có hiện tượng quá dòng (nguyên nhân chủ yếu là do chập

mạch), cầu chì F1 sẽ bị đứt, ngắt nguồn cấp để bảo vệ các linh

kiện không bị hư hỏng thêm.

− Varistor VR1 được chọn có thể chịu được đến điện áp 240V. Khi

điện áp ngõ vào lớn hơn 240V, nội trở của varistor sẽ giảm xuống

khá nhanh, tạo hiện tượng như là ngắn mạch và làm đứt cầu chì

F1, ngắt điện cung cấp cho nguồn.

Cuộn cảm L1: ngăn chặn xung nhiễu tần số cao không cho lọt vào

nguồn.

Tụ C10 và C22: Tụ lọc đầu vào, làm chập mạch các xung nhiễu tần số

cao.

10

Điện trở R41: hạn dòng nạp ban đầu cho tụ C6, hạn chế việc phóng tia

lửa điện khi cắm nguồn cấp cho máy sạc.

Tụ C6: tích trữ năng lượng để cấp cho máy biến áp xung để phục vụ

chuyển hoá năng lượng.

LED D5 và điện trở R15 dùng để báo nguồn ngõ vào và tạo đường xả

cho tụ C6 khi máy sạc ngưng hoạt động.

Tóm lại:

Từ điện áp 220VAC, qua các bộ phận bảo vệ (cầu chì, varistor), qua tụ và

cuộn dây để lọc xung nhọn cao tần, qua điện trở hạn dòng và nạp cho tụ để tích trữ

năng lượng.

Điện áp 220VAC cũng cung cấp cho máy biến áp T2 để tạo điện áp 9 VAC

ở ngõ ra biến áp, qua diode D14 và diode cầu D15 tạo ra nguồn phụ cấp cho IC

SG3525.

1.1.3.2. Khối IC điều khiển lái MOSFET công suất

1.1.3.2.1. Giới thiệu IC điều khiển nguồn xung SG3525 [6]

IC SG3525 là IC chuyên dùng trong nguồn xung, nó có thể được sử

dụng trong các mạch nguồn sau:

− Mạch biến đổi đẩy kéo.

− Mạch biến đổi bán phần.

− Mạch biến đổi toàn phần.

− Mạch biến đổi chuyển mạch.

So với những IC có cũng chức năng khác như: TL494, SG3524… IC

SG3525 có những ưu điểm sau:

− Có tích hợp bộ lái MOSFET hoặc IGBT trên IC.

− Tần số hoạt động: 100 Hz đến 400 kHz.

11

− Có tích hợp chân shutdown trên IC để tắt dao động ngõ ra của IC.

− Có tính năng khởi động mềm, còn gọi là soft-start (độ rộng xung

lái MOSFET tăng từ từ khi khởi động chứ không đột ngột).

− Có thể điều chỉnh thời gian mà cả 2 MOSFET hoặc IGBT đều

ngưng dẫn (thời gian chết).

Sơ đồ chân của IC SG3525 được mô tả như hình 1.4 bên dưới:

Hình 1.4: Sơ đồ chân của IC SG3525.

Chức năng các chân của IC SG3525 được mô tả như sau:

− Chân 1 và chân 2 dùng để xử lý tín hiệu hồi tiếp về. Khi điện áp

chân 2 lớn hơn chân 1 thì xung lái MOSFET có độ rộng tối đa.

Ngược lại, ngay khi điện áp chân 1 lớn hơn chân 2, độ rộng xung

sẽ bị giới hạn ngay thời điểm đó.

− Chân 3 là chân giao tiếp, nó can thiệp vào tần số dao động của IC

SG3525. Chân này có thể không cần kết nối.

− Chân 4 là chân ngõ ra xung đồng hồ trong IC SG3525, ta có thể

dùng thiết bị đo tần số kết nối với chân này để biết tần số hoạt

động của SG3525. Chân này có thể không cần kết nối.

12

− Để tạo tần số dao động cho IC, ta cần có một mạch dao động RC.

Do đó, điện trở RT của mạch RC cần kết nối với chân 6. Tụ điện

CT của mạch RC sẽ kết nối vào chân 5.

− Để quy định thời gian chết, ta cần có điện trở RD kết nối giữa chân

7 và chân 5. Ta có thể điều chỉnh thời gian chết của IC qua cách

xác định giá trị của RD.

− Tần số dao hoạt động của SG3525 được cho bởi công thức:

o )37,0.(

1

DTT RRCf

+=

− Chân 8 là chân soft-start, còn gọi là chân khởi động mềm. Muốn

sử dụng khả năng khởi động mềm, ta cần có tụ với giá trị thích hợp

kết nối đến chân 8.

− Chân 9 là ngõ ra của bộ so sánh mà hai chân ngõ vào là chân 1 và

chân 2. Chân này dùng để kết hợp sử dụng với chân 1 và 2 để tạo

các kiểu hồi tiếp khác nhau.

− Chân 10 là chân shutdown (chân tắt cưỡng bức xung ngõ ra, bất

chấp tín hiệu tại chân 1 và chân 2). Khi có điện áp V58,0 ÷ đưa

đến chân 10 thì tụ kết nối với chân soft-start (chân 8) sẽ được xả

điện, kéo theo đó là độ rộng xung ngõ ra sẽ bị giảm theo. Khi tụ

soft-start xả hết điện, xung ngõ ra sẽ bị ngắt hoàn toàn. Tín hiệu tại

chân 10 sẽ có mức ưu tiên cao hơn tín hiệu hồi tiếp về và được xử

lý tại chân 1 và 2.

− Chân 11 và chân 14 là chân phát xung để điều khiển đóng mở

MOSFET công suất.

− Nguồn điện cho việc điều khiển lái MOSFET sẽ được cấp vào

chân 13, điện áp tối đa là 40V.

13

− Để IC SG3525 có thể hoạt động, ta cần cấp nguồn cho nó. Chân 12

là chân GND, một điện áp V408÷ cần đưa đến chân 15.

− IC SG3525 sẽ tự tạo ra một điện áp chuẩn VREF=5,1V tại chân 16,

mục đích là để phục vụ cho qua trình xử lý tín hiệu hồi tiếp tại

chân 1 và chân 2. Ngoài ra còn có thể dùng cho một số mục đích

khác.

1.1.3.2.2. Hoạt động của khối IC điều khiển lái MOSFET công

suất

J3

SHDN

12

VREF

R3 5K6

C5103

C7 472

D20

SHDN

R63K3

R12 470

C110uF

U5

SG3525A

3

9

104

11

14

12

2

1

13 15

5

8

7

6

16

SYNC

COMP

SHDNOSC

OUTA

OUTB

GN

D

+IN

-IN

VC

+VI

CT

SS

DISCHG

RT

VREF

R19 33

R17 33

R43 2K2

D13 4148

+IN

-IN

SHUTDOWN

VREF

15VIN

R51K

R4 100

-IN

D19

4148

VREF

FET B

R73K3

C810uF

D11 4148

ISO4PC817

12

43

FET A

Hình 1.5: Khối IC điều khiển MOSFET công suất.

Nhiệm vụ của khối này không gì khác là để tạo ra hai xung lệch nhau

180 độ để điều khiển lái MOSFET công suất. Độ rộng xung ngõ ra tuỳ thuộc vào tín

hiệu ngõ vào được xử lý tại ba chân: chân 1, chân 2 và chân 10.

− Bình thường, điện áp VREF=5,1V qua điện trở R5 và diode D19,

đưa đến chân 10 để tắt xung lái MOSFET, nguồn xung chưa hoạt

động. Tụ C8 chưa được nạp điện. Nếu có điện áp 12V từ mạch điều

khiển gởi đến làm kích dẫn opto ISO4, gây mất điện áp trên chân

này, chân 10 ở mức không tích cực. Tụ C8 sẽ được nạp điện. Độ

rộng xung tại chân 11 đến chân 14 sẽ tăng tuyến tính với giá trị

điện tích trên tụ C8. Khi tụ C8 nạp đầy, độ rộng xung không bị giới

hạn cưỡng bức nữa. Lúc đó, độ rộng xung sẽ phụ thuộc vào tín hiệu

hồi tiếp được xử lý tại chân 1 và chân 2. Ngoài ra, chân shutdown

14

còn được điều khiển bởi tín hiệu từ mạch hồi tiếp dòng điện, điều

này sẽ được nói tới ở mục 1.1.4.3.1.

− Chân 2 (chân +IN) sẽ được phân áp ở mức 3,9V qua hai điện trở

Ω= KR 3,39 và Ω= KR 114 (được thấy ở mạch hồi tiếp điện áp).

Chân -IN sẽ được phân áp ở mức 2,55V qua hai điện trở

Ω= KR 3,36 và Ω= KR 3,37 . Vậy bình thường điện áp chân 2 sẽ lớn

hơn điện áp chân 1 (chân –IN), lúc này xung ngõ ra có độ rộng tối

đa nếu không bị giới hạn cưỡng bức bởi chân 10. Khi điện áp ngõ

ra đạt mức định trước, mạch hồi tiếp điện áp sẽ tác động để điện áp

tại chân 2 nhỏ hơn chân 1. Ngay khi điện áp chân 2 lớn hơn chân 1,

độ rộng xung lái MOSFET bị giới hạn ngay ở thời điểm đó. Chỉ

khi nào điện áp chân 2 tiếp tục lớn hơn điện áp tại chân 1, xung

mức cao mới tiếp tục có để lái MOSFET.

Mối quan hệ giữa tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra được mô tả như

hình 1.6:

Hình 1.6: Mối quan hệ giữa tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra.

15

1.1.3.3. Khối chuyển đổi công suất

U6

7812

13

2

VINVOUT

GN

DR2810K

C23220uF

D12_1

D15

FR107

D12BTTH3003C

R37 0.1R/5W

D16

FR107

J1

QUAT

12

D6OUTPUT

KHOI NGUON PHU CHO QUATTAN NHIET

FET A

R160.1R/2W

Q1K1120

C17

221/1KV

Q2K1120

15V_OUT

FET B

+IN

R31470/1W

R324k7

ISO5PC8171

2

43

F24A

C16221/1KV

J6 CON212

R308K2/2W

+SENSE

T1

FER 33

12

7

910

2

34

6

15V_OUTL 20uH

1 2

C112200uF/35V

D12_2 R338K2/2W

R2910K

310V

Hình 1.7: Khối chuyển đổi công suất.

Thành phần chính trong mạch là một biến áp xung.

Để ý rằng kí hiệu biến áp xung khác biến áp thường ở các dấu chấm pha.

Các cuộn dây trong biến áp phải được quấn và đấu nối đúng sơ đồ thì mạch mới

hoạt động được. Trong cách cuốn biến áp của nhóm thực hiện, điểm có chấm là

điểm đầu của mỗi cuộn dây.

Giả sử ban đầu Q1 mở, Q2 đóng (Q1 và Q2 được điều khiển bằng chân IC

SG3525), điểm không chấm của cuộn dây sơ cấp 2-3 dương hơn so với có chấm.

Điều này làm cho cuộn sơ cấp còn lại và cả hai cuộn thứ cấp đều có điểm không

chấm dương hơn điểm có chấm. Bên cuộn sơ cấp, chỉ có cuộn dây 9-7 có thể cung

cấp điện áp ra ngoài để nạp cho tụ C11 và cung cấp cho tải.

Ở nửa chu kì tiếp theo thì Q2 mở, Q1 đóng, điểm có chấm của cuộn dây

4-6 sẽ dương hơn điểm không chấm. Tương tự như trên, điều này làm cho ba cuộn

dây còn lại có điểm có chấm dương hơn điểm không chấm, chỉ có cuộn thứ cấp 12-

10 mới có thể cung cấp công suất ra ngoài.

Trong khoảng thời gian khi 2 MOSFET đều ngưng dẫn, cuộn dây L và tụ

C11 sẽ cung cấp năng lượng đến tải.

16

R16 và ISO5 có tác dụng bảo vệ, ngăn cản dòng điện qua Q1 và Q2 quá

lớn mà phá hỏng nó. ISO5 có điện áp thuận điển hình là 1,2V, điều này tương ứng

với dòng điện đỉnh qua R16 là 12A thì ISO5 sẽ gởi tín hiệu hồi tiếp về SG3525.

Trong điều kiện làm việc ổn định bình thường, giá trị dòng điện này gần như là

không thể đạt tới. Tuy nhiên, nếu có sự không cân bằng từ thông thì giá trị dòng

điện này hoàn toàn có thể đạt tới. ISO5 có tác dụng làm tăng tính ổn định cho mạch.

R31 đóng vai trò như một tải giả. Trong máy sạc được thiết kế, khi có ắc-

quy kết nối với máy, nguồn xung với được phép hoạt động. Nhưng giả sử ta thử

nguồn xung mà không kết nối với mạch điều khiển sạc, nếu không có điện trở R31

sẽ làm chết MOSFET công suất Q1 và Q2. Nguyên nhân là do nguồn xung hoạt

động ở tần số khá cao nên sức phản kháng của cuộn dây lớn dẫn đến phá huỷ

MOSFET công suất nếu không có tải giả.

Trong máy sạc được thiết kế có sử dụng quạt tản nhiệt. Do điện áp ngõ ra

biến áp xung có thể thay đổi tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng, do đó cần thiết

phải có IC ổn áp 7812 để giữ điện áp ổn định cung cấp cho quạt.

Để hiểu rõ hơn hoạt động của khối biến đổi công suất, ta hãy quan sát

hình 1.8 và hình 1.9:

Hình 1.8: Xung điện áp và dòng điện ngõ vào. [1]

MAXDCV2

17

dc

Hình 1.9: Xung điện áp và dòng điện ngõ ra. [1]

18

1.1.3.4. Các khối hồi tiếp

1.1.3.4.1. Khối hồi tiếp dòng điện.

D12_1

R212K2

L 20uH1 2

R27

470

15V_OUT

R34 1K

R324k7

D6OUTPUT

T1

FER 33

12

7

910

2

34

6

F24A

C112200uF/35V

R37 0.1R/5W

Q5MCR100

R31470/1W

VREF

R11470

J6 CON212

R18

1K R26470

D12BTTH3002C

Q3

C1815

ISO2PC817 1

2

43

D12_2

SHUTDOWN

GATE

15V_OUT

Hình 1.10: Mối quan hệ giữa khối hồi tiếp dòng điện và khối chuyển

đổi công suất.

Khối hồi tiếp dòng điện có liên quan một chút đến khối chuyển đổi

công suất qua điện trở R37. Dòng điện qua điện trở R37 cũng là dòng điện qua tải.

Khi điện áp rơi trên R37 là 0,6V thì Q4 sẽ dẫn, kéo theo ISO2 cũng dẫn. Tiếp theo

là SCR Q5 dẫn, Q5 sẽ được duy trì dẫn mặc cho ISO2 đã ngưng dẫn do dòng điện

đi qua nó đủ để duy trì trạng thái dẫn điện. Điện áp từ cầu phân áp gồm R26 và R27

đưa đến chân shutdown để tắt xung tại hai chân lái MOSFET của SG3525, ngõ ra

mất điện.

19

1.1.3.4.2. Khối hồi tiếp điện áp

VREF

VREF

R23

1K2

FET A

R141K

15VIN

R51K

K

R35

1K

ISO1

PC817

12

43

D11 4148

VREF

R4 100

R22

3K3+IN

D19

4148

R

R201K

SHUTDOWN

-IN

U4

KA431

A

R73K3

VREF

FET B

J3

SHDN

12

ISO4PC817

12

43

R19 33

R101K

C110uF

-IN

R24

33

C7 472

C810uF

D13 4148

D20

SHDN

C5103

C20

47nF

U5

SG3525A

3

9

104

11

14

12

2

1

13 15

5

8

7

6

16

SYNC

COMP

SHDNOSC

OUTA

OUTB

GN

D

+IN

-IN

VC

+VI

CT

SS

DISCHG

RT

VREF

R17 33

R93K3

15V_OUT

R3 5K6

R381K

R12 470

R63K3

R43 2K2

R39

680

+IN

Hình 1.11: Mối quan hệ giữa khối hồi tiếp điện áp và khối IC điều khiển lái

MOSFET công suất.

Tín hiệu hồi tiếp điện áp sẽ được đưa về chân 2 của SG3525. Như đã

được nói ở phần 1.1.3.2.2., khi opto ISO1 chưa dẫn, điện áp chân +IN sẽ lớn hơn

chân –IN ( VV IN 9,3=+ , VV IN 55,2=− ).

Điện áp ngõ ra được đi qua cầu phân áp gồm: R22, R38, R35, R24,

R39 và đưa đến chân R của KA431, đặc điểm của IC KA431 là nếu điện áp chân R

VVR 5,2≥ thì nó sẽ cho dòng điện chạy từ chân K sang chân A, qua đó ISO1 sẽ dẫn.

Điều này xảy ra khi điện áp ngõ ra đạt đến giá trị đặt trước, thể hiện qua việc chọn

giá trị cho: R22, R38, R35, R24, R39. Lúc đó, ININ VVV −+ <= 0 , xung lái MOSFET

20

sẽ bị ngắt, điện áp ngõ ra ngừng tăng. Khi điện áp ngõ ra thấp hơn giá trị đặt trước,

ISO1 ngưng dẫn, tiếp tục sẽ có xung lái MOSFET công suất. Hoạt động dẫn và

ngưng dẫn của ISO1 làm cho điện áp ngõ ra dao động với biên độ rất nhỏ quanh giá

trị xác định.

Muốn thay đổi điện áp ngõ ra, ta điều chỉnh biến trở R35, nếu giá trị

biến trở tăng, điện áp ngõ ra sẽ tăng và ngược lại.

1.2. Mạch điều khiển

1.2.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển

Hình 1.12: Sơ đồ khối mạch điều khiển.

Để có thể có cái nhìn khái quát về hoạt động của mạch điều khiển, nhóm

thực hiện xin được giải thích nguyên lý hoạt động của nó trên sơ đồ khối.

Mạch điều khiển có 3 nhiệm vụ chính:

− Phân đoạn dòng nạp với một tần số hợp lý để cơ cấu kim của

ampere kế không dao động với biên độ lớn, tạo thuận lợi cho quá

trình giám sát của người sử dụng.

− Tự động kiểm tra điện áp ắc-quy và ngắt dòng nạp khi ắc-quy đầy.

Nếu đang sạc, đèn xanh sẽ sáng lên, nếu không có ắc-quy kết nối

với máy hoặc ắc-quy sạc xong: đèn đỏ sẽ sáng lên.

AMPERE KẾ

NGƯỢC CỰC

NGUỒN XUNG ĐIỆN ÁP

ÂM BÁO ĐÈN HIỂN THỊ

ĐIỀU KHIỂN & BẢO VỆ

ACQUY

TẠO DAO ĐỘNG (PHÂN ĐOẠN)

21

− Thực hiện bảo vệ nếu ắc-quy bị kết nối ngược cực với nguồn sạc:

gắn ngược cực thì sẽ có âm thanh cảnh báo phát ra, nếu ấn nút start

thì quá trình sạc không thể bắt đầu.

1.2.2. Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển

V_IN

J25

12V

12

U4

7812

1 3

2

VIN VOUT

GN

D

C5104

12V

+-

~

~

D28

2A

C14220uF

U6

7812

1 3

2

VIN VOUT

GN

D

T2

220VAC - 12VAC

1 3

4

2 5 C4470uF

VREF

V_IN

J24

V_IN

12

C810uF

C6104

J3

CON2

12

a) Khối nguồn.

D16

4148

U5B

4011

5

64

147

R33

100K

R722

R18

1K2

C13

C102ISO1PC817

12

43

C12

C104

12V

U5A

4011

1

23

147

12V

Q6C1815

U5D

4011

12

1311

147

D111N4148

12

LS1

SPEAKER

R522

R34

4K7

12V

15V_OUT

D9

1N4148

1 2

R201K2

12V

R194K7

12V

R302M4

Q4C1815

12V

R32470K

U5C

40118

910

147

b) Khối âm cảnh báo.

22

12V

R434K7

-

+

U3B

LM393

5

67

84

12V

BAO DAY

R441R

15V_OUT

C252.2uF

R4510K

Q4IRFZ44

R31

10K

D2

1N4001

12

D3

2V

C25100uF

J1

8R/0.5W

12

R484K7

D1

1N4001

1 2

R5010K

RA100K

12V

-

+

U3A

LM393

3

21

84

R42100K

12V

R5010K

12V

D5 4148

D4

4148

R41470

U10

UM66

1

3

2 OUT

GN

DVCC

12V

C20100uF

C24

1000uF

C21100nF

C25

1uF

R244K7

CB22uF

R4910K

12V

R5110K

RB100K

C22104

R253K3

R44

150K

Q7C1815

R46

10K

U11

TDA2030

1

2

3

4

5

IN+

IN-

-Vs

OUTPUT

+Vs

R5110K

R47 470K

C23104

BAO DAY

R27 10K

c) Khối phát âm nhạc.

15V_OUT

12V

12V

Q5

A1013

12V

R122K2

J21

NAP

12

R810K

12V

J15

START

12

RESET

Q32N7000

OUT_DELAY

R13

10KDUNG CUC

R36500K

DUNG CUC

R922k

BAO DAY

12V

RESTART

-

+

U8C

LM339

9

814

312

-

+

U8A

LM339

7

61

312

12V

12V12V

R21100K

R16

2K2R171K

RESET

VREF

R15R

SW3START

12V

J5

DAY

12

D23

4148

DO

D19

DAY

J18

RESTART

12

C110uF

DO

R113K3

RESET

R28

22K

R1022k

-

+

U8D

LM339

11

1013

312

12V

d) Khối bảo vệ và điều khiển.

23

C3104

15V_IN

R1470

Q1 B688

RESTART

C9470uF R26

22K

R294K7

J1

IN12

C222uF

R144K7

J26

XUNG

12

12V

15V_OUTR3330/2WR4 2K2

U2

NE555

348

1 5

2

67

OUTR

ST

VCC

GN

D

CV

TRG

THRDSCHG

R61M

12V

12V

OUT_DELAY

R224K7

D18SBL2040

Q2C2383

U1

NE555

3

48

1 5

26

7OUT

RST

VCC

GN

D

CV

TRGTHR

DSCHG

R21K2

D26

4148

RESET

C7104

12V

12V

J2

ACQUY

12

C10104

e) Khối tạo dao động.

Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển.

Mạch điều khiển cũng được chia ra các khối nhỏ để phân tích.

1.2.2.1. Khối nguồn

V_IN

J25

12V

12

U4

7812

1 3

2

VIN VOUT

GN

D

C5104

12V

+-

~

~

D28

2A

C14220uF

U6

7812

1 3

2

VIN VOUT

GN

D

T2

220VAC - 12VAC

1 3

4

2 5 C4470uF

VREF

V_IN

J24

V_IN

12

C810uF

C6104

J3

CON2

12

Hình 1.14: Khối nguồn mạch điều khiển.

Khối nguồn gồm một biến áp hạ áp từ điện áp 220VAC thành nguồn đôi

điện áp 12VAC. Điều này có nghĩa là điện áp giữa chân 3 và chân 4, giữa chân 4 và

chân 5 đều là 12VAC. Khi lấy điện áp từ chân 3 và chân 5, ta có 24VAC.

Điện áp 24VAC đi qua diode cầu nạp cho tụ C4, từ đó điện áp đi qua hai

IC ổn áp 7812 để tạo 12V ở ngõ ra:

− Điện áp từ ngõ ra của U4 sẽ dùng để nuôi các IC trong mạch.

− Điện áp ngõ ra của U6 sẽ tạo điện áp chuẩn so sánh. Ta cần tạo điện

áp chuẩn vì: để biết ắc-quy đã đầy hay chưa, ta cần phải so sánh giá trị

điện áp của ắc-quy với một giá trị ổn định cho trước nào đó.

24

1.2.2.2. Khối âm cảnh báo

D16

4148

U5B

4011

5

64

147

R33

100K

R722

R18

1K2

C13

C102ISO1PC817

12

43

C12

C104

12V

U5A

4011

1

23

147

12V

Q6C1815

U5D

4011

12

1311

147

D111N4148

12

LS1

SPEAKER

R522

R34

4K7

12V

15V_OUT

D9

1N4148

1 2

R201K2

12V

R194K7

12V

R302M4

Q4C1815

12V

R32470K

U5C

40118

910

147

Hình 1.15: Khối âm cảnh báo.

Nếu đấu nối ắc-quy đúng cực với máy sạc, không có dòng điện chạy từ

chân 1 sang chân 2 của ISO1, Q6 ngưng dẫn, không có âm báo được phát ra. Ngược

lại, Q6 sẽ dẫn và sẽ có âm báo phát ra ở loa LS1.

IC 4011 có 4 bộ cổng logic NAND, hai bộ U5C và U5D cùng các linh

kiện kết nối với nó có tác dụng tạo ra các âm beep. Hai bộ cổng NAND còn lại có

tác dụng tạo mạch dao động tần số 2Hz để ngắt quãng tiếng beep, tránh gây ra sự

khó chịu cho người sử dụng.

25

1.2.2.3. Khối phát âm nhạc

12V

R434K7

-

+

U3B

LM393

5

67

84

12V

BAO DAY

R441R

15V_OUT

C252.2uF

R4510K

Q4IRFZ44

R31

10K

D2

1N4001

12

D3

2V

C25100uF

J1

8R/0.5W

12

R484K7

D1

1N4001

1 2

R5010K

RA100K

12V

-

+

U3A

LM393

3

21

84

R42100K

12V

R5010K

12V

D5 4148

D4

4148

R41470

U10

UM66

1

3

2 OUT

GN

DVCC

12V

C20100uF

C24

1000uF

C21100nF

C25

1uF

R244K7

CB22uF

R4910K

12V

R5110K

RB100K

C22104

R253K3

R44

150K

Q7C1815

R46

10K

U11

TDA2030

1

2

3

4

5

IN+

IN-

-Vs

OUTPUT

+Vs

R5110K

R47 470K

C23104

BAO DAY

R27 10K

Hình 1.16: Khối phát âm nhạc.

Khối phát âm nhạc có nhiệm vụ phát ra một bản nhạc trong khoảng 30s

sau khi bình ắc-quy đầy. Theo đó, IC U10 có nhiệm vụ phát nhạc. IC này có điện áp

hoạt động là V35,1 ÷ nên ta cần thêm zener D3. IC này phát ra âm thanh khá nhỏ, do

đó ta cần khuếch đại công suất âm thanh bằng U11.

Khi máy sạc không sạc ắc-quy, tụ C25 không được nạp điện, điện áp

chân 3 sẽ thấp hơn chân 2 của U3A. Ngõ ra của U3A (chân 1) đưa mức GND đến

cực G của Q11, Q11 bị ngưng dẫn, không có âm nhạc phát ra.

Khi máy sạc đang sạc ắc-quy đang nạp thì C25 được nạp điện đến điện

áp 12V. Khi ắc-quy đầy thì Q5 nằm trong khối điều khiển và bảo vệ được kích dẫn,

qua đó Q7 cũng được kích dẫn tạo đường xả cho tụ. Bên cạnh đó, Q5 dẫn cũng đưa

mức điện áp 12V đến kích dẫn Q4. Ắc-quy đầy thì điện áp chân 5 sẽ lớn hơn chân

6, ngõ ra U8B là trở kháng cao, tụ C25 không thể xả vào đó chân 7 của U3. Tụ C25

xả điện làm điện áp trên chân 3 giảm, khi điện áp chân 3 vẫn lớn hơn 6V thì ngõ ra

26

U8A vẫn ở mức trở kháng cao, Q4 vẫn được kích dẫn và có âm nhạc phát ra. Ngược

lại, Q4 bị ngưng dẫn và không có âm nhạc phát ra. Thời gian tụ xả từ 12V xuống

đến 6V sẽ được tính sao cho kéo dài 30s. Nếu chưa đầy 30s ta đã ngắt kết nối giữa

ắc-quy và máy sạc, điện áp chân 5 sẽ lớn hơn điện áp chân 6 và ngõ ra U8B ở mức

GND. Tụ C25 sẽ được xả rất nhanh qua chân xuống thấp hơn 6V, âm nhạc nhanh

chóng bị ngắt.

1.2.2.4. Khối bảo vệ và điểu khiển, khối tạo dao động

12V

Q5

A1013

D19

DAY

C110uF

12V

12V

J5

DAY

12

R122K2

12V

D23

4148

RESET

R1022k

R810K

R16

2K2

12V

R171K

-

+

U8C

LM339

9

814

312

DUNG CUCRESET

12V

-

+

U8D

LM339

11

1013

312

J21

NAP

12

DO

R922k

SW3START

12V

-

+

U8A

LM339

7

61

312

VR

EFR113K3

R15R

R28

22K

12V

J18

RESTART

12

R13

10K

J15

START

12

R21100K

Q32N7000

R36500K

15V_OUT

DO

DUNG CUCRESTART

12V12V

RESET

OUT_DELAY

C3104

15V_IN

R1470

Q1 B688

RESTART

C9470uF R26

22K

R294K7

J1

IN12

C222uF

R144K7

J26

XUNG

12

12V

15V_OUTR3330/2WR4 2K2

U2

NE555

3

481 5

2

67

OUT

RST

VCC

GN

D

CV

TRG

THRDSCHG

R61M

12V

12V

OUT_DELAY

R224K7

D18SBL2040

Q2C2383

U1

NE555

3

48

1 5

26

7OUT

RST

VCC

GN

D

CV

TRGTHR

DSCHG

R21K2

D26

4148

RESET

C7104

12V

12V

J2

ACQUY

12

C10104

Hình 1.17: Khối bảo vệ và điều khiển, khối tạo dao động.

Sẽ là dễ hiểu hơn nếu ta phân tích hai khối này cùng một lúc.

27

Ta nhận thấy, muốn có dòng nạp cho ắc-quy thì Q1 cần được điều khiển

đóng mở. Muốn Q1 được đóng mở, ngõ ra U2 cần xuất chuỗi xung đóng mở Q2,

qua đó Q1 cũng được đóng mở. Muốn U1 hoạt động tạo ra chuỗi xung thì chân 3

của U2 điều khiển chân 4 (chân reset) của U1 phải ở mức cao. Muốn vậy, ta phải

thoả mãn 2 điều kiện:

Điều kiện 1: Phải có xung mức thấp đưa đến chân 2 của U2. Điều này

được quyết định bởi ngõ ra của U8A (chân 1). Biến trở R13 sẽ được

điều chỉnh sao cho điện áp đặt vào chân 6 của U8 sẽ là 6,8V. Khi ắc-

quy kết nối với máy sạc, điện áp trên ắc-quy đưa qua cầu phân áp gồm

R9 và R10, điện áp trên chân 7 sẽ là 0,5 lần điện áp trên ắc-quy. Khi

điện áp trên ắc-quy nhỏ hơn 13,6V thì chân 2 của U2 sẽ nhận được

xung mức thấp.

Điều kiện 2: chân 4 (chân reset) của U2 phải ở mức cao. Điều kiện

này được quyết định bởi 2 bộ so sánh U8C và U8D, ngõ ra của 2 bộ

so sánh này phải ở mức trở kháng cao chứ không phải mức GND.

− Điện áp 12V đưa qua cầu phân áp gồm R11 và R12 sẽ tạo điện áp

khoảng 4,8V. Khi điện áp chân 9 lớn hơn 4,8V (hay điện áp trên

ắc-quy lớn hơn 9,6V), máy sạc sẽ nhận biết đang có ắc-quy kết nối

vào máy sạc và kết nối đúng cực. Qua đó, ta có thể nhấn nút start

để bắt đầu sạc ắc-quy. Ngõ ra U8C sẽ ở mức trở kháng cao. Nếu

kết nối ắc-quy ngược cực, điện áp đặt vào chân 10 của U8 sẽ có

giá trị âm. Nếu không có ắc-quy kết nối với máy sạc, điện áp chân

10 sẽ là 0V. Cả hai trường hợp trên thì ngõ ra của U8C đều là mức

GND.

− U8D dùng để bắt đầu và kết thúc việc nạp. Qua cầu phân áp gồm

R8 và R17, điện áp tại chân 10 là khoảng 1,1V. Khi chưa nhấn nút

start, điện áp tại chân 11 là 0V, ngõ ra của U8D sẽ ở mức GND.

Khi nhấn nút start, tụ C1 sẽ nạp điện áp 12V; gần như lập tức, điện

28

áp chân 11 sẽ lớn hơn chân 10. Tụ C sẽ nhận được dòng nạp từ

ngõ ra của U2 khi ngõ ra này lên mức cao. Ngõ ra U8D sẽ ở mức

trở kháng cao.

Khi đã thoả 2 điều kiện trên, quá trình nạp có thể bắt đầu. Khi nào điện

áp ắc-quy vượt ngưỡng 13,6V thì sẽ không còn xung mức thấp tác động đến chân 2

của U2. U2 hoạt động kết chu kì khoảng hơn 8 phút của mình, kết thúc chu kì hoạt

động ngõ ra U2 sẽ là mức thấp. Thời gian U2 ở mức thấp sẽ là thời gian kiểm tra.

Tuỳ thuộc vào giá trị của điện trở của biến trở R36 mà thời gian này có thể kéo dài

s4,132,2 ÷ . Trong thời gian này, tụ không còn nhận được dòng nạp từ ngõ ra của U2

nên điện áp sẽ giảm xuống. Nếu điện áp tụ C1 chưa giảm xuống đến 1,1V mà điện

áp ắc-quy sụt áp xuống thấp hơn 13,6V thì sẽ có xung mức thấp tác động đến chân

2 của U2, ngõ ra U2 lại ở mức cao. Sau đó hơn 8 phút, ngõ ra U2 lại xuống mức

thấp theo đúng chu kì hoạt động. Nếu trong thời gian kiểm tra mà điện áp bình vẫn

lớn hơn 13,6V, không có xung mức thấp tác động đến chân 2. Khi tụ C1 giảm điện

áp xuống dưới 1,1V thì U2 sẽ bị reset. Quá trình nạp kết thúc.

Q3 và Q5 sẽ được điều khiển bởi tín hiệu điều khiển chân reset của U2

để điều khiển hai đèn báo. Cụ thể, khi Q3 dẫn thì đèn màu xanh sẽ sáng lên báo

trạng thái đang nạp, khi Q5 dẫn sẽ có đèn đỏ sáng lên báo máy sạc không sạc ắc-

quy.

Hoạt động của mạch điều khiển có thể được mô tả như hình 1.18

Hình 1.18: Sơ đồ trạng thái hoạt động của mạch điều khiển.

29

1.2.2.4.1. Bảo vệ ngược cực cho ắc-quy

Điện trở R11 và R12 tạo ra một cầu phân áp. Tại điểm nối giữa R1 và

R2 thì điện áp sẽ là: VKKVK 8,4

3,32,212.2,2

=Ω+Ω

Ω .

Điện áp của ắc-quy sẽ được phân áp qua hai điện trở R9 và R10, tại

điểm nối giữa R9 và R10 sẽ bằng 0,5 lần điện áp ắc-quy.

U8C dùng để bảo vệ ngược cực. Nếu ắc-quy kết nối đúng cực và điện

áp ắc-quy V6,92.8,4 =≥ , mạch điều khiển sẽ biết có ắc-quy cắm đúng cực, điện áp

chân 9 lớn hơn chân 8, ngõ ra ở chân 14 sẽ có mức trở kháng cao, thay vì là GND

GND. Các hoạt động tiếp theo để sạc ắc-quy cho phép được thực hiện.

Ngược lại, nếu không có ắc-quy kết nối với máy sạc, điện áp chân 9

là 0V. Nếu kết nối ngược cực, điện áp chân 9 sẽ khác 0V nhưng lại mang giá trị âm.

Trong cả hai trường hợp này, chân 14 sẽ là mức GND. IC U2 bị reset. Ngõ ra U2 là

mức thấp làm ngõ ra U1 ở mức thấp, Q1 sẽ ngưng dẫn, cơ chế bảo vệ được thiết lập.

1.2.2.4.2. Khởi động và kết thúc việc sạc

U8A dùng để phát hiện xem ắc-quy được kết nối đã đầy chưa. Nếu đã

đầy thì sẽ quá trình sạc không thể bắt đầu. Theo đó, chân 6 sẽ được ghim ở mức

6,8V qua cách chỉnh biến trở R13. Điện áp ắc-quy sẽ được phân áp qua cầu phân áp

gồm R9 và R10, điện áp đưa vô chân 7 sẽ bằng 0,5 lần điện áp ắc-quy. Điều này có

nghĩa là: chỉ khi nào điện áp ắc-quy ở mức V6,13≥ thì chân 1 mới luôn luôn ở mức

trở kháng cao, nếu không thì sẽ có thời điểm chân 1 là GND để khởi động cho U2

để tạo mức cao ở ngõ ra nếu U2 không bị reset.

U8D là một bộ so sánh, có tác dụng khởi động quá trình sạc. Chân 10

nối vào điểm nối giữa R8 và R17. Điện áp ở chân 10 sẽ là: VKKVK 1,1

10112.1

≈Ω+Ω

Ω .

30

Mới khởi động máy sạc, điện áp tại chân 11 là VV 011 = , điện áp chân

10 sẽ lớn hơn điện áp chân 11 ( VV 1,110 = ), ngõ ra là điện áp GND chứ không phải là

trở kháng cao.

Nếu nhấn nút SW3, điện được nạp cho tụ C1, gần như lập tức, điện áp

chân 11 sẽ lớn hơn điện áp chân 10, ngõ ra U8D (chân 13) sẽ ở mức trở kháng cao.

Nếu ắc-quy đấu nối đúng cực thì U2 không còn bị reset. Cộng thêm với việc ắc-quy

chưa đầy (lúc đó chân 2 ở mức thấp) thì U2 sẽ tạo ra mức cao ở ngõ ra, U1 vì thế

cũng được phép hoạt động, quá trình nạp được bắt đầu. Ngõ ra U1 sẽ liên tục tạo ra

các chuỗi xung để đóng mở Q1 tạo phân đoạn dòng nạp. Ngoài ra, ngõ ra của U1

còn được nối đến J3 trong mạch nguồn xung qua J26. Nếu U1 xuất mức cao ở ngõ

ra, nguồn xung cũng được phép hoạt động và ngược lại. Điện áp ở chân 3 của U2

cũng được đưa đến nạp cho tụ C1 qua R28 và D23.

Trong quá trình phân đoạn dòng nạp, khi Q1 ngưng dẫn, nếu ắc-quy

chưa đầy thì chân 2 của U1 lại bị ép xuống mức thấp. Chu trình cứ liên tiếp xảy ra

như vậy cho đến khi ắc-quy gần đầy (quá trình sụt áp ắc-quy diễn ra chậm lại). Lúc

đó, ngõ ra của U2 ở mức cao một thời gian sẽ lại chuyển xuống mức thấp. Trong

thời gian ở mức thấp này, nếu điện áp ắc-quy vẫn lớn hơn 13,6V thì sau khoảng một

thời gian vài giây (thời gian này tuỳ thuộc vào biến trở R36), tụ C1 sẽ xả điện làm

điện áp chân 11 thấp hơn 1,1V nên U2 bị reset dẫn đến U1 cũng bị reset, Q1 ngưng

dẫn hoàn toàn, quá trình sạc kết thúc. U1 không còn truyền tín hiệu mức cao đến để

cho phép nguồn xung hoạt động, nguồn xung cũng bị ngắt.

Tín hiệu điều khiển Q3 và Q5 cũng là tín hiệu điều khiển chân reset

(chân 4) của U2.

− Khi tín hiệu mức cao đưa đến chân reset của U2 thì cũng kích dẫn

Q3, một đèn có màu xanh kết nối với J21 được kích dẫn, báo hiệu

có ắc-quy đang được sạc.

31

− Khi tín hiệu mức thấp đưa đến chân reset của U2, Q3 ngưng dẫn

và Q5 được kích dẫn. Một đèn màu đỏ được kết nối với J5, báo

hiệu rằng máy không đang sạc bất kì một ắc-quy nào.

Kết luận:

Để có thể hoàn thành tốt đề tài, nhóm thực hiện cần xác định được hướng đi

đúng đắn cho một vấn đề cụ thể. Chương 1 là nền tảng lý thuyết, là hướng đi trong

việc thiết kế mà nhóm thực hiện đã xác định cho mình. Nó tạo điều kiện để nhóm

thực hiện có thể tính toán, lựa chọn các linh kiện ở chương 2. Mục đích cuối cùng là

hiện thực hoá ý tưởng để tạo nên một sản phẩm cụ thể.

32

CHƯƠNG 2:

TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ THI CÔNG

2.1. Yêu cầu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là thiết kế và thi công một chiếc máy để sạc ắc-quy, vậy

trước hết ta hãy chú ý đến các thông số của ắc-quy. Đề tài hướng đến việc thiết kế

và thi công máy sạc cho các ắc-quy khô từ 7,2Ah trở xuống. Do đó, nhóm thực hiện

xin đưa ra thông số của ba loại ắc-quy sau:

Bảng 2.1: Thông số một số loại ắc-quy.

Loại ắc-quy Nhà sản xuất Điện áp sạc Dòng sạc lớn nhất

12V – 7,2Ah Panasonic 13,6V – 14,9V 2,88 A

12V – 5,0Ah Xinwei 13,6V – 14,9V 1,20 A

12V – 3,2Ah Panasonic 13,6V – 14,9V 2,10 A

Giả sử ta sạc ắc-quy với điện áp 13,6V thì điện áp ắc-quy khi đầy không thể

vượt quá 13,6V. Vậy, khi ắc-quy đạt 13,6V thì có thể xem là ắc-quy đầy. Để thuận

lợi cho quá trình tự động hoá, điện áp ắc-quy sẽ được so sánh với một điện áp

chuẩn, sao cho khi kiểm tra điện áp ắc-quy, nếu ắc-quy không tụt áp dưới 13,6V

trong vài giây là có thể xác định ắc-quy đã đầy.

Qua bảng thông số bảng 2.1, ta thấy dòng sạc cho các ắc-quy không lớn hơn 3A.

Để đảm bảo hệ số an toàn cho quá trình sử dụng, nhóm thực hiện sẽ thiết kế nguồn

xung có thông số ngõ ra 16Volt – 4Ampere. Chọn điện áp ngõ ra là 16V khi thiết kế

vì điện áp từ mạch nguồn phải qua bộ phận phân đoạn dòng nạp, qua đó sẽ có sự rớt

áp trên bộ phận này.

33

2.2. Tính toán, lựa chọn và thi công cho mạch nguồn xung

2.2.1. Khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào

L1

5mH

1

3

2

4

C10103/1KV F1 2A

15VIN

R151M

C151000uF

T2

BIEN AP 9V

13

24

D5INPUT

J2

CON2

12

R41 5R6/5W

15VIN

+-

~

~

D14

2A

C12104

+-

~

~

D1

5A

RV1431K

C6150uF/400V

310V

C22104/1KV

Hình 2.1: Khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào.

Thành phần cần tính toán, lựa chọn ở phần này chính là tụ C6 [7]

Với điện áp AC ngõ vào là 85–265 Vrms, ta chọn sơ bộ tụ ngõ vào là 2-

3 Fμ cho mỗi watt công suất ngõ vào (Pin). Công suất ngõ vào được tính dựa trên

hiệu suất khi thiết kế và công suất ngõ ra outP .

Ta có: WUIP outoutout 6416.4. === (2.1)

Chọn hiệu suất của mạch nguồn là %80=ffE , công suất ngõ vào sẽ là:

WEPP

ff

inin 80

8,064

=== (2.2)

Vậy, sơ bộ chọn tụ ngõ vào là 150 Fμ /400V

Theo yêu cầu hoạt động của mạch, điện áp ngõ vào chỉ cho phép dao động

trong khoảng điện áp nhất định gọi là maxDCVΔ , giá trị này được cho bởi công thức:

DCLline

chinDC CfV

DPV

.2.2)1(

minmax −

=Δ (2.3)

Khi chọn tụ DCC đạt yêu cầu, giá trị maxDCVΔ phải thoả điều kiện:

34

minmax 2).15,01,0( lineDC VV ÷≤Δ (2.4)

Chọn: VVV lineDC 6,27195.2.1,02.1,0 minmax ≈==Δ

Trong công thức trên:

− Pin là công suất ngõ vào, WPin 80= .

− chD : là tỉ số giữa thời gian lưới điện cung cấp năng lượng cho tụ

cùng mạch phía sau và thời gian tụ phải một mình cung cấp điện

cho mạch phía sau. Thông thường 25,02,0 ÷=chD . Ta chọn,

2,0=chD .

Hình 2.2: Cách xác định hệ số Dch.

− minlineV : điện áp hiệu dụng ngõ vào ở mức thấp nhất.

Theo tiêu chuẩn về điện áp lưới điện Việt Nam, điện áp lưới điện sẽ

là: %10220 ±V , có nghĩa là cho phép điện áp lưới điện dao động trong

khoảng: VV 242198 ÷ . Ta chọn:

VVline 195min =

Bên cạnh đó ta cũng chọn: VVline 240max = do sử dụng varistor bảo vệ

quá áp khi điện áp hiệu dụng lớn hơn 240V.

− Lf : tần số lưới điện, ở đây HzfL 50= .

− DCC : giá trị tụ lọc ngõ vào, ta đã chọn sơ bộ: FCDC μ150= .

35

Thay các giá trị đã có vào công thức tính maxDCVΔ , ta có:

VVVDC 6,275,1510.150.50.2.195.2

)2,01.(806

max <≈−

=Δ−

Vậy: chọn tụ đạt yêu cầu.

Ta cũng tính được:

− Điện áp DC cực tiểu ngõ vào:

VVVV DClineDC 2605,15195.2.2 maxminmin ≈−=Δ−= (2.5)

− Điện áp DC cực đại ngõ vào:

VVV lineDC 340240.2.2 maxmax ≈== (2.6)

2.2.2. Khối chuyển đổi công suất [1]

U6

7812

13

2

VINVOUT

GN

D

R2810K

C23220uF

D12_1

D15

FR107

D12BTTH3003C

R37 0.1R/5W

D16

FR107

J1

QUAT

12

D6OUTPUT

KHOI NGUON PHU CHO QUATTAN NHIET

FET A

R160.1R/2W

Q1K1120

C17

221/1KV

Q2K1120

15V_OUT

FET B

+IN

R31470/1W

R324k7

ISO5PC8171

2

43

F24A

C16221/1KV

J6 CON212

R308K2/2W

+SENSE

T1

FER 33

12

7

910

2

34

6

15V_OUTL 20uH

1 2

C112200uF/35V

D12_2 R338K2/2W

R2910K

310V

Hình 2.3: Khối chuyển đổi công suất.

Khối chuyển đổi công suất có nhiệm vụ chuyển từ điện áp DC cao áp còn

nhiều nhấp nhô gợn sóng sang điện áp DC thấp áp ổn định ở ngõ ra. Trong khối

này, ta cần tính toán các thông số của các phần sau:

− Tính thông số cho máy biến áp.

− Tính toán cho phần mạch snubber.

36

− Tính các thông số cho MOSFET công suất.

− Tính thông số của mạch lọc LC ngõ ra.

− Tính điện trở bảo vệ quá dòng cho ngõ ra.

2.2.2.1. Tính thông số cho máy biến áp [1]

Các thông số chủ yếu cần phải tính của máy biến áp là số vòng dây sơ cấp

và thứ cấp, tiết diện dây sơ cấp và thứ cấp.

2.2.2.1.1. Tính toán và lựa chọn số vòng sơ cấp

Số vòng dây sơ cấp được suy ra từ định luật Faraday trong vật liệu từ:

810... −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

dtdBANE e (2.7)

Trong công thức này:

− E: là điện áp trên một cuộn cảm hay cuộn dây biến áp (V).

− dB: từ thông biến thiên trong lõi (Gauss).

− dt: là thời gian từ thông biến thiên (s).

− N: số vòng cuộn dây (vòng).

− Ae: là diện tích mặt cắt nhánh trung tâm lõi từ (cm2).

Áp dụng định luật này trong tình huống cụ thể, ta có công thức tính số

vòng sơ cấp:

dBATVN

e

onDCP .

10.).1( 8maxmin −= (2.8)

Trong đó:

− VVDC 260min = : Điện áp DC cực tiểu ngõ vào, đã tính ở trên. Ta trừ đi

1 vôn do rơi áp trên MOSFET công suất.

37

− maxomT : thời gian mở lớn nhất của MOSFET công suất, trong điều

kiện điện xấu nhất là điện áp DC cấp cho biến áp xung đạt cực tiểu,

nó bị ràng buộc không bao giờ lớn hơn 80% của nửa chu kì, hay:

2.8,0max TTon = (2.9). Với tần số chuyển mạch f = 50kHz đã được lựa

chọn, thời gian của chu kì là:

sf

T 510.250000

11 −=== và sTon5

5max 10.8,0

210.2.8,0 −

−

==

− Ae: diện tích tiết diện mặt cắt nhánh trung tâm của lõi từ, phụ thuộc

vào loại lõi từ được lựa chọn. Trong phạm vi đề tài này, nhóm thực

hiện chọn lõi từ EI33 có 218,125,1.95,0 cmAe == (Lõi từ này được sử

dụng trong bộ nguồn vi tính có công suất 300-500W).

Hình 2.4: Cách xác định tiết diện mặt cắt nhánh trung tâm của lõi

ferrite. [7]

− Trên lý thuyết, có thể chọn dB = 3200G với lõi không có khe hở và

hoạt động ở tần số chuyển mạch 50KHz. Chọn dB = 2000G do có

dùng miếng đệm bằng plastic để cho lõi có khe hở là 0,05mm

( mil2≈ ). Sở dĩ phải tạo ra khe hở này vì nó sẽ làm nghiêng độ dốc

của vòng từ trễ, vẫn giữ điểm qua mức zero-Gauss cố định như

hình 2.

38

Hình 2.5: Vòng trễ từ bị nghiêng với lõi có khe hở.

Chú thích:

− H: là lực kháng hay lực khử từ, là đơn vị của cường độ từ trường.

1 Oe = 79,58V/m.

− B: mật độ từ thông của lõi từ (Gauss).

Tóm lại: khe hở 0,05mm sẽ kéo dài vùng làm việc tuyến tính của lõi từ,

ngăn chặn từ thông không cân bằng làm lõi hoạt động ở vùng bão hoà từ.

(Lúc đó dòng điện qua MOSFET sẽ cực lớn và làm hỏng nó)

Thay các giá trị đã có vào công thức tính NP (công thức 2.8), ta

có:

vòngNP 882000.18,1

10.10.8,0).1260( 85

≈−

=−

Chọn: vòngNP 90= .

39

2.2.2.1.2. Tính toán và lựa chọn đường kính dây sơ cấp

− Với dây có chiều dài hơn 1m, mật độ dòng điện thông dụng là

DP=5A/mm2. [7]

− Cuộn dây sơ cấp có chiều dài trên 1m, để có thể hoạt động được

liên tục mà không tăng nhiệt quá mức, ta chọn mật độ dòng điện là

DP=3A/mm2.

Dòng điện hiệu dụng sơ cấp được tính theo công thức:

AV

PIDC

outprms 3,0

26080.986,0.986,0

min)( ≈== (2.10)

Tiết diện dây sơ cấp: 2)( 1,033,0 mm

DI

Sp

prmsP ===

Đường kính dây sơ cấp: mmd P 36,01,0.2 ≈=π

Chọn: đường kính dây sơ cấp có 0,4 mm.

2.2.2.1.3. Tính toán và lựa chọn số vòng thứ cấp

Số vòng thứ cấp được cho bởi công thức:

vòngV

NTTVN

DC

P

on

ss 3,7

126090.1

10.8,0.210.2.16

1.1

.2.

5

5

min ≈−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= −

−

(2.11)

Chọn: số vòng sơ cấp là 9 vòng.

2.2.2.1.4. Tính toán và lựa chọn đường kính dây thứ cấp

− Cuộn dây thứ cấp có chiều dài dưới 1m, mật độ dòng điện thông

dụng là: 2/106 mmADs ÷= . [7]

− Để mạch có thể hoạt động lâu dài mà không sinh ra quá nhiều

nhiệt, chọn: 2/6 mmADs = .

40

Dòng điện hiệu dụng qua mỗi nửa cuộn thứ cấp:

AII dcsrms 53,24.632,0.632,0)( ≈== (2.12)

Tiết diện dây thứ cấp: 2)( 42,0653,2 mm

DI

Ss

srmss ===

Đường kính dây thứ cấp: mmdS 73,042,0.2 ≈=π

Chọn: đường kính dây thứ cấp là mmds 8,0= .

2.2.2.1.5. Thi công máy biến áp xung

Nếu như biến áp sắt từ có bán sẵn trên thị trường thì biến áp xung hoàn

toàn ngược lại. Muốn cho biến áp xung hoạt động thì cần có mạch điều khiển. Mỗi

người lại có cách thiết kế riêng, dùng những họ IC điều khiển khác nhau, điện áp

ngõ ra lại khác nhau tuỳ theo yêu cầu của mỗi người. Do đó, không ai quấn biến áp

xung để bán sẵn trên thị trường (ngoài trừ các biến áp xung cao áp trong tivi). Do

đó, việc nhóm thực hiện tự quấn biến áp xung là hoàn toàn cần thiết. Qui trình thi

công biến áp xung được mô tả như trong hình 2.6.

A B

41

C D

E G

H I

K L

42

Hình 2.6: Cách thi công biến áp xung.

Từ một lõi nhựa để quấn dây (còn gọi là nòng), ta băng một lớp băng

keo chuyên dùng để chống xước lớp dây trong cùng; điều này là cần thiết vì bề mặt

lõi nhựa tiếp xúc với dây đồng có thể không thật bằng phẳng, nó có thể gây xước

lớp cách điện của dây đồng. (hình 2.6A)

Quy định vị trí chân số 1, sau đó cắt hai đoạn dây đồng đường kính

0,4mm đủ để quấn 90 vòng sơ cấp, một dây quấn vào chân 2, dây còn lại quấn vào

chân 4. Chập hai dây vào và quấn song hành 90 vòng. Trong quá trình quấn, cứ

M N

O P

Q R

43

quấn được 20 vòng sẽ tẩm một lớp keo để cố định chặt các vòng dây, hạn chế việc

máy biến áp phát ra tiếng kêu khi làm việc. Keo được dùng là hỗn hợp của vẹc-ni

(cánh kiến) và nhựa thông với tỉ lệ thích hợp. (hình 2.6B đến hình 2.6E)

Sau khi quấn đủ 90 vòng, cuối của dây có đầu quấn vào chân 2 sẽ quấn

vào chân 4, cuối của dây có đầu quấn vào chân 4 sẽ quấn vào chân 6. (Trên sơ đồ

nguyên lý, chân 3 và 4 của biến áp xung được nối với nhau, khi thi công ngoài thực

tế sẽ chỉ dùng một chân 4, do đó, dây có đầu nối vào chân 2, thay vì cuối nối vào

chân 3 thì nó sẽ nối vào chân 4). Sau đó sẽ băng vài vòng băng keo chuyên dùng

cho biến áp xung. (hình 2.6G)

Tương tự, ta cắt 2 đoạn dây đồng có đường kính 0,8mm đủ để quấn 9

vòng dây thứ cấp. Một dây sẽ nối vào chân 7, dây còn lại nối vào chân 9 (do chân 9

và chân 10 nối chung, do đó, ta có thể nối đầu dây còn lại vào chân 9, cuối dây có

đầu nối vào chân 7 sẽ quấn vào chân 10, sự hoán đổi này không làm sai nguyên lý

hoạt động của biến áp). Quấn đủ 9 vòng, cuối dây có đầu nối vào chân 7 sẽ quấn

vào chân 10 như đã nói, cuối dây có đầu nối vào chân 9 sẽ nối vào chân 12. Sau đó

sẽ phủ một lớp keo và quấn vài vòng băng keo. (hình 2.6H đến hình 2.6L)

Quét một lớp keo mỏng lên thành lõi nhựa để cố định lõi từ vào lõi

nhựa quấn dây. Cắt một miếng plastic dày khoảng 0,05mm, đặt vào giữa nửa chữ E

và nửa chữ I của lõi từ. Quấn băng keo để cố định hai nửa chữ E và chữ I, cắt băng

keo thừa là quá trình quấn biến áp hoàn tất (hình 2.6M đến hình 2.6R). Ta cần phơi

nắng 2-3 ngày cho keo dán biến áp khô, sau đó ta có thể dùng biến áp được.

2.2.2.2. Tính các thông số cho MOSFET công suất

Hai thông số quan trọng nhất là dòng điện có thể dẫn của MOSFET và

điện áp chịu đựng được của MOSFET.

2.2.2.2.1. Điện áp chịu đựng được của MOSFET

Có thể thấy được qua những điểm chấm của biến áp, khi một trong hai

MOSFET mở, cực D của MOSFET đối diện chịu ít nhất gấp hai lần điện áp cung

44

cấp DC vì cả hai nửa cuộn sơ cấp có số vòng tương đương, ngoài ra còn có sự đóng

góp thêm của những xung nhọn điện cảm rò. Trong thực tế thiết kế, giả sử rằng

xung điện cảm có thể bằng 30% của gấp hai lần điện áp ngõ vào DC cực đại. Để an

toàn, điện áp chịu đựng của MOSFET được cho bởi công thức:

VVV dcms 884)340.2.(3,1).2.(3,1 max === (2.13)

2.2.2.2.2. Khả năng dẫn dòng điện của MOSFET

Dòng điện cần được dẫn bởi MOSFET công suất chính là dòng đỉnh sơ

cấp, nó được tính theo công thức:

AVPIdc

outppft 38,0

26064.56,156,1 min)( =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (2.14)

Để an toàn, chọn MOSFET K1120 có:

− Dòng điện dẫn được: AID 8= .

− Điện áp lớn nhất có thể chịu: VVDSS 1000= .

2.2.2.3. Tính toán, lựa chọn linh kiện cho phần mạch snubber

C16221/1KV

ISO5PC8171

2

43

D15

FR107

Q2K2717

T1

FER 33

12

7

910

2

34

6

R160.1R/2W

C17

221/1KV

R2810K

FET A

D16

FR107

+IN

Q1K2717

R2910K

R338K2/2W

FET B

310V

+SENSE

R308K2/2W

Hình 2.7: Các linh kiện trong mạch snubber.

− Mạch snubber của transistor Q1 gồm: D16, C17, R33.

45

− Mạch snubber của transistor Q1 gồm: D15, C16, R30.

Mạch snubber nói chung dùng để giảm tổn hao chuyển mạch thể hiện

dưới dạng nhiệt năng tích tụ trên transistor. Khi transistor nóng lên, khả năng dẫn

dòng kém đi, đòi hỏi diện tích nhôm tản nhiệt lớn lên nếu không muốn transistor bị

đánh thủng vì nhiệt.

Với việc dùng MOSFET, chức năng chính của snubber không còn là

giảm tổn hao chuyển mạch. MOSFET chạy nhanh hơn rất nhiều so với transistor

lượng cực, do đó tổn hao chuyển mạch là không lớn. Khi dùng MOSFET, chức

năng chính của mạch snubber là giảm biên độ của xung điện áp điện cảm rò. Vì các

xung nhọn điện áp điện cảm rò tỉ lệ thuận với di/dt, do đó một MOSFET có thời

gian tắt dòng điện nhanh hơn rất nhiều so với một transistor lượng cực sẽ có xung rò

điện áp lớn hơn rất nhiều.

2.2.2.3.1. Tính giá trị tụ trong mạch snubber

Giá trị tụ điện C được cho bởi công thức:

max

)( .2dc

offppft

V

TIC = (2.15)

Trong đó:

− )( ppftI là dòng đỉnh sơ cấp, AI ppft 38,0)( = .(công thức 2.14)

− offT : thời gian tắt của transistor công suất, với Transistor K1120,

offT = 100ns = 10-7s. [5]

Thay những giá trị đã có vào công thức (2.15), ta có:

pFFC 5610.2,6340

10.238,0

117

=≈= −−

Như vậy, ta có thể chọn tụ nào có giá trị lớn hơn hoặc bằng 56 pF là

được.

46

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện chỉ có thể tìm được

trên thị trường tụ cao áp có giá trị nhỏ nhất 220pF, do đó chọn:

C16 = C17 = 220pF

2.2.2.3.2. Tính giá trị điện trở trong mạch snubber [1]

Giá trị điện trở R30 và R33 trong mạch snubber được chọn theo công

thức:

min.3 ontCR = (2.16)

Với sTton5max 10.8,0

28,0 −== (công thức 2.9) là thời gian mở lớn nhất của

MOSFET công suất, ứng với thời điểm điện áp DC ngõ vào là VVdc 260min = .

Với minont là thời gian mở nhỏ nhất của MOSFET công suất, ứng với thời

điểm điện áp DC ngõ vào là VVdc 340max = .

Vậy: ston5

5max 10.61,0

34010.8,0.260 −

−

==

Từ công thức (2.13) và các giá trị đã có, ta tính được giá trị của R30 và

R33:

512 10.61,010.220.3 −− =R

Suy ra: Ω≈= −

−− 9242

10.220.310.61,010.220.3 12

512R

Để đảm bảo tụ xả hết điện áp trong thời gian, chọn giá trị điện trở nhỏ

hơn giá trị đã tính. Chọn: Ω== 82003330 RR .

Công suất toả nhiệt trên mỗi điện trở R30 và R33 được tính theo công

thức:

WTVCPD dc

R 6,010.2

340.10.220.5,0).(.5,05

2122max

≈== −

−

(2.17)

47

Ta phải chọn công suất danh định của điện trở lớn hơn hoặc bằng hai

lần công suất toả nhiệt của nó [3], do đó chọn R30 và R33 là điện trở 2W.

2.2.2.4. Tính thông số của mạch lọc LC ngõ ra

2.2.2.4.1. Chọn giá trị tụ lọc

Giá trị tụ lọc ngõ ra được cho bởi công thức:

or

srms

VI

C )(6 .2,0.10.65 −= (2.18)

Với Vor là điện áp gợn sóng đỉnh đỉnh ngõ ra, chọn: VVor 025,0=

Vậy: FC 36 10.08,2025,0

4.2,0.10.65 −− ==

Chọn: tụ VFC 25/2200μ= .

2.2.2.4.2. Tính giá trị cuộn cảm

Giá trị cuộn cảm ngõ ra được cho bởi công thức:

HI

TVLsrms

out 55

)(

10.44

10.2.16.5,0..5,0 −−

=== (2.19)

Từ giá trị tính được, ứng dụng vào thực tế thì nhóm thực hiện thấy rằng

cuộn dây có giá trị HL μ20= sẽ tốt hơn cho mạch nên giá trị này được chọn.

48

2.2.2.5. Tính điện trở bảo vệ quá dòng cho ngõ ra

D12_1

R212K2

L 20uH1 2

R27

470

15V_OUT

R34 1K

R324k7

D6OUTPUT

T1

FER 33

12

7

910

2

34

6

F24A

C112200uF/35V

R37 0.1R/5W

Q5MCR100

R31470/1W

VREF

R11470

J6 CON212

R18

1K R26470

D12BTTH3002C

Q3

C1815

ISO2PC817 1

2

43

D12_2

SHUTDOWN

GATE

15V_OUT

Hình 2.8: Mối quan hệ giữa khối chuyển đổi công suất và khối hồi tiếp

dòng điện.

Điện áp rơi trên R37 cũng là điện áp VBE của Q3. Khi điện áp này bằng

0,6V, điện áp ngõ ra sẽ bị ngắt.

Trên lý thuyết, phải chọn điện trở R37 sao cho dòng điện trên tải là 4A thì

điện áp rớt trên điện trở này là 0,6V, điện trở của R37 là:

Ω== 15,046,0

tđR

Tuy nhiên, trên thực tế phải chọn R37 có giá trị lớn hơn. Do có phân đoạn

dòng nạp, khi transistor phân đoạn chuyển từ ngưng dẫn sang dẫn, dòng ban đầu

này có thể gây ngắt điện ngõ ra do tưởng nhầm quá tải dù dòng điện trung bình trên

tải chưa đến 4A. Bên cạnh đó, khi hoạt động thì R37 sẽ bị nóng lên, điện trở của nó

vì thế cũng sẽ tăng lên.

Thực tế chọn điện trở Ω= 1,037R , công suất 5W.

49

2.2.3. Tính toán, lựa chọn thông số cho cầu chì

Khi thực hiện đề tài này, nhóm thực hiện đã quyết định làm cầu chì cho

ngõ vào và ngõ ra mạch nguồn xung chính từ đường in, kiểu thiết kế này hay được

sử dụng trong các thiết bị điện tử trong công nghiệp. Theo đó kích thước đường

mạch làm cầu chì sẽ được tính phù hợp với khả năng dẫn dòng của nó.

Về cách tính, nhóm thực hiện đã sử dụng bảng tra của hãng P&M Services

[R] Ltd.

50

Hình 2.9: Giao diện phần mềm được sử dụng.

Với các board đồng được sử dụng tại Việt Nam, chiều dày lớp đồng phần

lớn là 1oz/ft, khả năng toả nhiệt ra môi trường nên chọn là 100C.

51

Với công nghệ gia công mạch hiện có, đường mạch in nhỏ nhất có thể gia

công là 0,2mm, nhưng khi gia công sẽ rất dễ bị đứt mạch. Kích thước mạch thường

phải từ 0,25mm trở lên.

2.2.3.1. Thiết kế đường mạch in làm cầu chì ngõ vào

Ta chọn cầu chì 1Ampere cho ngõ vào. Tra bảng, ta có số liệu như sau:

Hình 2.10: Số liệu về kích thước đường mạch in ứng với dòng điện cần

dẫn là 1Ampere.

Theo số liệu ở bảng tra trên, dòng điện 1Ampere chỉ cần đường mạch in

rộng 0,09mm. Tuy nhiên, để đảm bảo tính vững chắc cho đường mạch, nhóm thiết

kế đã quyết định chọn đường mạch có kích thước 0,4mm làm cầu chì ngõ vào.

2.2.3.2. Thiết kế đường mạch in làm cầu chì ngõ ra

Với cầu chì ngõ ra là 4Ampere, nhóm thực hiện đã chọn đường mạch in là

1,2mm theo đúng cách tính từ phần mềm.

Hình 2.11: Số liệu về kích thước đường mạch in ứng với dòng điện cần

dẫn là 4Ampere.

Sau khi hoàn tất việc tính toán, lựa chọn thông số cho các linh kiện, nhóm nghiên

cứu đã tiến hành vẽ mạch in trên phần mềm ORCAD. Board mạch sau khi được gia

công có hình dạng như sau:

52

Hình 2.12: Mặt trước và mặt sau của board mạch nguồn xung.

Sau đây là hình ảnh board mạch sau khi hoàn tất:

Hình 2.13. Board mạch nguồn xung sau khi hoàn tất.

53

2.3. Tính toán, lựa chọn linh kiện và thi công cho mạch điều khiển

2.3.1. Khối bảo vệ và điều khiển

12V

12V

12V

C110uF

D19

DAY

12V

OUT_DELAY

-

+

U8C

LM339

9

814

312

R13

10K

R15R

DO

J18

RESTART

12

-

+

U8A

LM339

7

61

312

15V_OUT

Q32N7000

-

+

U8D

LM339

11

1013

312

J15

START

12

D23

4148

12V

RESET

12V

R92K2

R28

22K

J5

DAY

1212V

R102K2

12V

R113K3

J21

NAP

12

Q5

A1013

DUNG CUC

12V

DO

12V

R810K

RESET

R171K

R122K2

VR

EF

RESET

SW3START

R21100K

R36500K

DUNG CUCRESTART

R16

2K2

Hình 2.14: Khối bảo vệ và điều khiển.

Qua thực nghiệm, ta thấy rằng giá trị tụ C1, R21 và R36 như vậy là đạt yêu

cầu, yêu cầu của phần tính toán là tính cho được thời gian mà ngõ ra U8D chuyển

trạng thái khi điện áp chân 10 lớn hơn điện áp chân 11 (do tụ C1 xả năng lượng qua

R21 và R36, cộng thêm là tụ C1 không được cấp điện từ nút nhấn hoặc từ U2 qua

R28 và D23).

Nhấn nút SW3, tụ C1 nạp với mức điện áp 12V. Nếu các điều kiện thoả

mãn thì ngay sau nhấn nút SW3, ngõ ra của U3 có mức cao đưa đến nạp cho tụ. Tuy

nhiên, ngõ ra (chân 3) của U2 có mức cao khoảng 11V với nguồn cung cấp cho U3

là 12V, điện áp này cũng rớt áp trên D23 là 0,7V. Do đó, chỉ khi nào tụ C1 xả điện

còn thấp hơn 10,3V thì D23 mới phân cực thuận và duy trì dòng nạp cho tụ.

Như đã nói ở phần 1.2.2.4.2., điện áp chân 10 vào khoảng 1,1V. Vậy, khi tụ

C1 xả từ điện áp 10,3V vừa xuống dưới 1,1V thì ngõ ra đảo trạng thái. Thời gian

này được tính như sau:

54

RCt

eVtv−

= .)( 0 [2]

=> ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−

0

)(ln. V

tvCRt

=> ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

0

)(ln..V

tvCRt (2.20)

Trong đó:

− V(t): điện áp tụ tại thời điểm t, đơn vị là V.

− V0: điện áp tụ tại thời điểm ban đầu, đơn vị là V.

− R1 và R2 đơn vị là Ω .

− C2 đơn vị là F.

Trường hợp Ω≈ 036R (qua cách điều chỉnh biến trở mà ta có giá trị

này), ta có:

st 2,23,10

1,1ln.10.10 551 ≈⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛−= −

Trường hợp Ω= KR 50036 , ta có:

st 4,133,10

1,1ln.10).10.510( 5552 ≈⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛+−= −

Vậy thời gian kiểm tra ắc-quy đầy là nằm trong khoảng s4,132,2 ÷ , tùy

thuộc vào cách chỉnh biến trở R36.

55

2.3.2. Khối tạo dao động

R224K7

D18SBL204012V

R3330/2W

C3104

D26

4148

R21K2

C7104

RESTART

R2622K

R61M

R1470

C9470uF

12V

J2

ACQUY

12

R294K7

Q1 B688

C222uF

12V

J1

IN12

C10104

J26

XUNG

12

R144K7

U1

NE555

3

48

1 5

26

7OUT

RST

VCC

GN

D

CV

TRGTHR

DSCHG

15V_INOUT_DELAY

Q2C2383

R4 2K2U2

NE555

3

481 5

2

67 OUT

RST

VCC

GN

D

CV

TRG

THRDSCHG

12V

12VRESET

15V_OUT

Hình 2.15: Khối tạo dao động.

2.3.2.1. Tính toán thời gian cho IC U1

Qua thực nghiệm, ta thấy rằng với tần số phân đoạn dòng nạp trên

35Hz thì kim đồng hồ ampere kế dao động với biên độ khá nhỏ, thuận lợi cho quá

trình giám sát dòng nạp.

Chu kì dao động của U1 cho bởi công thức:

2).21.(693,01 CRRf

T +== [4] (2.21)

Trong đó:

− T đơn vị là s

− R1 và R2 đơn vị là Ω

− C2 đơn vị là F

Chọn trước: FC μ222 = , tổng trở của R1+R2 sẽ là:

Ω≈==+ − 187410.22.693,0.35

12.693,0.

121 6CfRR

Để thời gian nạp lớn gấp đôi thời gian ngưng nạp trong việc phân dòng

nạp, chọn:

Ω= KR 2,11 Ω= 4702R .

56

2.3.2.2. Tính toán thời gian cho IC U2

Khi ắc-quy gần đầy, thời gian ngưng dẫn của Q1 khi phân đoạn dòng

nạp không đủ để ắc-quy giảm điện áp đủ thấp để chân 2 bị ép xuống mức thấp. Do

đó, U2 sẽ hoạt động hết chu kì của mình. Trong thiết kế, ta muốn thời gian ở mức

cao này là khoảng 10 phút khi chân 2 đã hoàn toàn không bị ép xuống mức thấp

nữa. Để đạt yêu cầu trên, ta sẽ phải tính giá trị cho R6 và C9. Thời gian ngõ ra U2 ở

mức cao được tính theo công thức:

9.6.1,1)2( CRt UH = [4] (2.22)

Trong đó:

− )2(UHt đơn vị là s

− R6 đơn vị là Ω

− C9 đơn vị là F

Chọn trước: FFC 610.4704709 −== μ

Giá trị điện trở R6 sẽ là:

Ω=Ω≈== − MC

tR UH 16,110.16,1

10.470.1,1600

9.1,16 6

6)2(

Vì thời gian ngõ ra U2 ở mức cao không cần thật chính xác.

Chọn: Ω= MR 16 .

57

2.3.3. Tính toán thời gian cho khối âm cảnh báo

D16

4148

U5B

4011

5

64

147

R33

100K

R722

R18

1K2

C13

C102ISO1PC817

12

43

C12

C104

12V

U5A

4011

1

23

147

12V

Q6C1815

U5D

4011

12

1311

147

D111N4148

12

LS1

SPEAKER

R522

R34

4K7

12V

15V_OUT

D9

1N4148

1 2

R201K2

12V

R194K7

12V

R302M4

Q4C1815

12V

R32470K

U5C

40118

910

147

Hình 2.16: Khối âm cảnh báo.

Như đã trình bày ở trên, U5C và U5D là khối tạo ra âm báo chuẩn. Các

giá trị điện trở, tụ… là sự kế thừa của người đi trước. Để tạo ra âm beep ngắt quãng

với tần số thích hợp do đề tài đặt ra là khoảng 2Hz, ta sẽ phải tính giá trị R30 và

C12. Tần số này được cho bởi công thức:

CRf

.2,21

= [4] (2.23)

− R chính là giá trị điện trở của R30 )(Ω .

− C chính là giá trị của tụ C12 )(F .

Chọn trước tụ C12 có giá trị Fμ1,0 (tức là tụ 104), giá trị điện trở R sẽ

là:

Ω=Ω≈== − MCf

R 28,210.28,210.1,0.2.2,2

1.2,2

1 66

Trên thực tế, chọn R30 có giá trị là ΩM4,2 .

58

2.3.4. Tính toán thời gian cho khối phát âm nhạc

12V

R434K7

-

+

U3B

LM393

5

67

84

12V

BAO DAY

R441R

15V_OUT

C252.2uF

R4510K

Q4IRFZ44

R31

10K

D2

1N4001

12

D3

2V

C25100uF

J1

8R/0.5W

12

R484K7

D1

1N4001

1 2

R5010K

RA100K

12V

-

+

U3A

LM393

3

21

84

R42100K

12V

R5010K

12V

D5 4148

D4

4148

R41470

U10

UM66

1

3

2 OUT

GN

DVCC

12V

C20100uF

C24

1000uF

C21100nF

C25

1uF

R244K7

CB22uF

R4910K

12V

R5110K

RB100K

C22104

R253K3

R44

150K

Q7C1815

R46

10K

U11

TDA2030

1

2

3

4

5

IN+

IN-

-Vs

OUTPUT

+Vs

R5110K

R47 470K

C23104

BAO DAY

R27 10K

Hình 2.17: Khối phát âm nhạc.

Ta cần tính giá trị của tụ C25 và điện trở R47 sao cho thời gian tụ C25

xả điện từ 12V xuống 6V là 30s. Sử dụng lại công thức 2.20:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

0

)(ln..V

tvCRt

Chọn trước C25 là Fμ100 , giá điện trở R47 được xác định như sau:

Ω≈⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=−

6

6

0

10.43,0

126ln.10.100

30)(ln.

VtVC

tR

Chọn: điện trở R47 là ΩK470 .

59

2.3.5. Tính toán, lựa chọn thông số cho cầu chì

Dòng điện ở ngõ vào mạch sơ cấp là nhỏ hơn 1Ampere. Do đó, thừa

hưởng kết quả của phần 2.2.3.1, ta chọn đường mạch in rộng 0,4mm.

Do nguồn điện từ biến áp đi ra phải qua IC ổn áp 7812 để nuôi cho các

IC mạch điều khiển. IC 7812 có tính năng bảo vệ ngắn mạch nên không cần cầu chì

ở ngõ ra của biến áp ở mạch điều khiển.

Lựa chọn xong linh kiện, nhóm hiện đã thực hiện vẽ mạch trên phần

mềm ORCAD, sau đây là các hình ảnh về board mạch:

Hình 2.18: Mặt trước và mặt sau của board mạch điều khiển sạc ắc-quy.

60

Hình 2.19: Board mạch điều khiển sạc ắc-quy sau khi thi công.

Hình 2.20: Khối phát âm nhạc được thiết kế dưới dạng mô-đun mở rộng.

61

2.4. Một số hình ảnh tổng quan về máy sạc xung được thiết kế

Hình 2.21: Giao diện của máy sạc với người dùng.

Chú thích:

1: Ampere kế.

2: Đèn đỏ báo máy không thực hiện chu trình sạc.

3: Cầu chì ở ngõ vào của máy sạc.

4: Đèn xanh báo máy đang thực hiện chu trình sạc.

5: Nút nhấn khởi động chu trình sạc.

6: Núm vặn điều chỉnh dòng sạc cho ắc-quy, nếu vặn về điểm tận cùng bên

trái thì dòng sạc sẽ nhỏ nhất. Nếu điều chỉnh về điểm tận cùng bên phải, dòng sạc

lớn nhất.

1 2 3

4

56

62

Hình 2.22: Đèn xanh sáng lên khi máy đang sạc ắc-quy.

Hình 2.23: Khi không thực hiện chu trình sạc và có nguồn cung cấp,

đèn đỏ sáng lên.

Hình 2.24: Mặt sau máy sạc có quạt tản nhiệt.

Công tắc điện ngõ vào

Dây nguồn vào

Dây nguồn ra

Quạt tản nhiệt

63

Hình 2.25: Mặt bên máy sạc với những lỗ thông gió.

Kết luận:

Chương 2 là sự tổng hợp lại tất cả những cách tính, những biện pháp để nhóm

thực hiện cụ thể hoá, hiện thực hoá vấn đề được đặt ra. Mặc dù được trình bày

không dài, như đó chính là những nét tinh tuý nhất mà nhóm thực hiện có được sau

một thời gian nghiên cứu. Có thể nói, chương 2 chính là sự mô tả chi tiết nhất con

đường dẫn đến thành công của đề tài.

Lỗ thông gió Lỗ thông gió

64

KẾT QUẢ

Kể từ ngày làm thử nghiệm và mạch chạy đúng yêu cầu, không bằng lòng với

những cái đã có, trong vòng 3 tháng tiếp sau đó nhóm thực hiện đã liên tục cải tiến

mạch. Sau rất nhiều lần chế thử và cho chạy thử, cho đến ngày hôm nay, có thể nói

là mạch đã đáp ứng được hoàn toàn các yêu cầu được đặt ra trước đó.

Trong quá trình thực hiện đề tài, bên cạnh việc tham khảo thông tin trên mạng

internet, nhóm thực hiện cũng đưa ra những ý tưởng táo bạo, mới mẻ trong thiết kế.

Do đó, sơ đồ mạch do nhóm thiết kế hoàn toàn không giống như bất kì sơ đồ mạch

nào hiện có trên các phương tiện thông tin đại chúng.

Với việc không đưa vi điều khiển vào mạch điều khiển sẽ tạo thuận lợi về giá

thành cho quá trình chuyển giao công nghệ sau này, điều này cũng tạo thuận lợi cho

việc sửa chữa bảo trì sau này. Tính thực tiễn của đề tài cũng được tăng lên.

Thiết kế nguồn xung là một công việc khá khó khăn và không phải ai, sinh viên

nào cũng có thể làm được. Việc nhóm đọc tài liệu lý thuyết và làm mạch thực tế

thành công đã thể hiện được khả năng tự học khá tốt của sinh viên Khoa Cơ Điện

nói riêng, Đại học Lạc Hồng nói chung.

Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm đã tiến hành sử dụng máy sạc xung để sạc

cho một số ắc-quy với dung lượng 3,5Ah, 5Ah, 7,2Ah. Kết quả đạt được như sau;

cần chú ý: ắc-quy được xả hết điện, thời gian kiểm tra ắc-quy đầy khoảng 2s.

65

1. Đối với ắc-quy 3,5Ah của hãng Panasonic.

• Máy sạc được chỉnh ở chế độ sạc nhanh nhất (dòng sạc lớn nhất):

Thời gian 8g00’ (bắt đầu sạc) 8g30’ 9g00’ 9g10’

(máy ngắt sạc)

Dòng sạc 1,95A 1,00A 0,70A 0,60A

Điện áp trên ắc-quy 10,50V 13,40V 13,55V 13,60V

Thời gian sạc đầy: 1 giờ 10 phút

• Máy sạc được chỉnh ở chế độ sạc chậm nhất (dòng sạc nhỏ nhất):

Thời gian 8g00’ (bắt đầu sạc) 8g30’ 9g00’ 9g30’ (máy ngắt sạc)

Dòng sạc 0,80A 0,60A 0,25A 0,20A

Điện áp trên

ắc-quy

10,50V 12,60V 13,26V 13,60V

Thời gian sạc đầy: 1 giờ 30 phút

Ghi chú: đây là ắc-quy đã sử dụng được một năm.

2. Đối với ắc-quy 5Ah của hãng Xinwei.

• Máy sạc được chỉnh ở chế độ sạc nhanh nhất (dòng sạc lớn nhất):

Thời gian 10g00’ (bắt đầu sạc) 10g30’ 11g00’ 11g30’ (máy ngắt sạc)

Dòng sạc 2,90A 2,60A 2,00A 1,50A

Điện áp trên

ắc-quy

10,80V 12,55V 13,40V 13,60V

Thời gian sạc đầy: 1 giờ 30 phút

66

• Máy được chỉnh ở chế độ sạc chậm nhất (dòng sạc nhỏ nhất):

Thời gian 10g00’ (bắt đầu sạc) 10g30’ 11g00’ 11g30’

Dòng sạc 1,60A 1,32A 1,25A 0,95A

Điện áp trên ắc-

quy

10,80V 12,40V 12,86V 13,10V

Thời gian 12g00’ 12g30’ 13g00’ 13g20’ (máy ngắt sạc)

Dòng sạc 0,75A 0,60A 0,50A 0,40A

Điện áp trên ắc-

quy

13,30V 13,44V 13,56V 13,60V

Thời gian sạc đầy: 3 giờ 20 phút

Ghi chú: đây là ắc-quy mới sử dụng được hai tháng.

3. Đối với ắc-quy 7,2Ah của hãng Panasonic.

• Máy được chỉnh ở chế độ sạc nhanh nhất (dòng sạc lớn nhất):

Thời gian 15g (bắt đầu sạc) 15g30’ 16g00’ 16g30’ 17g 00’

Dòng sạc 3,10A 2,70A 2,50A 1,90A 0,90A

Điện áp trên ắc-quy 11,20V 12,34V 12,90V 13,40V 13,45V

Thời gian 17g 30’ 17g55’ (máy ngắt sạc)

Dòng sạc 0,50A 0,40A

Điện áp trên ắc-quy 13,55V 10,60V

Thời gian sạc đầy: 2 giờ 55 phút

67

• Máy được chỉnh ở chế độ sạc chậm nhất (dòng sạc nhỏ nhất):

Thời gian 15g00’ (bắt đầu sạc) 15g30’ 16g00’ 16g30’ 17g00’

Dòng sạc 1,90A 1,70A 1,40A 1,20A 1,00A

Điện áp

trên ắc-quy 11,20V 12,50V 12,75V 13,05V 13,25V

Thời gian 17g30’ 18g00’ 18g30’ 19g00’ 19g15’ (máy ngắt sạc)

Dòng sạc 0,80A 0,50A 0,30A 0,30A 0,30A

Điện áp trên

ắc-quy 13,40V 13,45V 13,50V 13,55V 13,60V

Thời gian sạc đầy: 4 giờ 15 phút

Ghi chú: đây là ắc-quy sử dụng được tám tháng.

Tóm lại: Sau khi được thiết kế và thi công, máy sạc xung có những tính năng

sau:

− Khởi động quá trình sạc bằng nút start, chu trình sạc và kiểm tra điện áp ắc-

quy sẽ diễn ra tự động. Khi ắc-quy đầy, máy sẽ tự tắt nguồn sạc và phát ra

một đoạn nhạc trong 30s.

− Có khả năng điều chỉnh vô cấp dòng sạc cho ắc-quy, dòng sạc cũng được hiển

thị qua ampere kế, thuận tiện cho việc giám sát của người sử dụng.

− Có đèn báo chế độ hoạt động của máy sạc: đang sạc ắc-quy (đèn xanh) hoặc

ngưng sạc (đèn đỏ).

− Bảo vệ ngược cực khi kết nối ắc-quy với nguồn sạc. Theo đó sẽ không làm

hỏng máy sạc và ắc-quy.

68

− Có khả năng bảo vệ ngắn mạch ngõ ra của máy sạc, tránh hư hỏng cho máy.

− Có tính năng nhận biết khi ắc-quy bị mất kết nối với máy sạc và ngừng chu

trình sạc.

Với những tính năng này, có thể nói để tài đã hoàn thành các mục tiêu được đề ra

khi thiết kế.

69

KIẾN NGHỊ

Mặc dù đã làm thành công mạch nguồn xung, tuy nhiên, nhóm thực hiện chỉ dựa

vào những tài liệu hiện có và rút kinh nghiệm từ thực tế để hoàn thành đề tài. Nhóm

thực hiện không có được những máy chuyên dùng để thẩm định chất lượng lõi

ferrite. Khi đưa vào sản xuất thực tế, việc dùng những máy chuyên dùng để kiểm tra

chất lượng lõi ferrite cần được quan tâm đúng mức, qua đó, có thể phát huy tốt nhất

công suất lõi ferrite được sử dụng.

Về mặt kích thước, máy sạc ắc-quy do nhóm chế tạo có kích thước lớn hơn so

với máy sạc có cùng công suất hiện có trên thị trường. Do đó, tối ưu kích thước

mạch cũng là điều đáng lưu tâm khi máy sạc được đưa vào sản xuất phục vụ cuộc

sống.

Khi thiết kế đường mạch in, với những đường mạch cung cấp điện áp DC ra

ngoài, ngoài việc tính toán kích thước theo dòng điện có khả năng tải của đường

mạch, cần chú ý đến việc sụt áp trên đường mạch, tránh gây sụt áp quá nhiều trên

đường mạch do kích thước đường mạch quá nhỏ. Điều này sẽ ảnh hưởng không nhỏ

đến tính chính xác điện áp ngõ ra.

Hỗn hợp keo để cố định các vòng dây cần được chú trọng hơn nữa, đảm bảo khi

biến áp xung hoạt động thì hoàn toàn không phát ra tiếng kêu dù là nhỏ nhất.

Nếu nhóm thực hiện được hỗ trợ về mặt kỹ thuật và kinh phí để có thể sản xuất

sản phẩm theo quy mô công nghiệp, giá thành của sản phẩm sẽ ở mức thấp nhất, có

thể cạnh tranh với các sản phẩn hiện có trên thị trường.

70

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Ngày nay, máy sạc có thể điều chỉnh vô cấp của một số hãng như hãng Robot chỉ

giới hạn ở dòng ngõ ra là 30A [8]. Dựa trên nền tảng công nghệ của chiếc máy sạc

này, việc thiết kế những máy sạc có dòng điện ngõ ra lớn hơn 30A mà vẫn có thể

chỉnh vô cấp dòng sạc là hoàn toàn có thể. Bên cạnh đó, nếu phát triển máy sạc hiện

có để sạc những ắc-quy dung lượng lớn hơn thì công suất tổn hao cho mạch điều

khiển gần như là không thay đổi. Do đó, chế tạo những máy sạc công suất lớn hơn

sẽ làm tăng hiệu suất của máy sạc lên khá nhiều.

Khi nói đến nguồn xung, người ta luôn nghĩ đến khả năng ổn áp ở ngõ ra, với sự

thay đổi điện áp ở ngõ vào trong một phạm vi rộng. Việc sử dụng nguồn phụ nuôi

cho SG3525 là biến áp sắt từ đã hạn chế khả năng ổn áp này. Do đó, trong những

nghiên cứu tiếp theo thì nên dùng nguồn phụ cũng là biến áp xung công suất nhỏ.

Việc phát triển để có thể sạc cho nhiều loại quy: 6V, 12V, 24V trên cùng một

máy sạc là hoàn toàn có thể được. Việc nâng cấp này cũng không quá phức tạp.

71

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tài liệu tiếng Việt

[1]. Đỗ thanh Hải, Trương Trọng Tuấn (2001), Phân tích & thiết kế nguồn ổn

định chuyển mạch, Nxb Giáo Dục.

[2]. Nguyễn Trung Lập, Lý thuyết mạch, tải xuống theo đường dẫn: http://www.ebook.edu.vn/?page=1.6&view=226

[3]. Ngô Đình Thiếu Giao, Linh kiện điện tử, Tài liệu lưu hành nội bộ trong

trường Đại học Lạc Hồng.

[4]. PGS.TS Nguyễn Hữu Phương (2001), Mạch số, Nxb Thống Kê.

2. Tài liệu tiếng Anh

[5]. Datasheet của MOSFET K1120.

[6]. Datasheet của IC SG3525.

[7]. Hang-Seok Choi, Design guidelines for off-line forward converters using

fairchild power switch, tải xuống với tên AN-4134 tại

www.fairchildsemi.com.

[8]. www.robot.com.vn.