24 Trang 3 3 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử đóng vai trò quan trọng trong mỗi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 =====o0o===== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề bài: Mạch nguồn xung Flyback PMP9576.1 Sinh viên thực hiện Nguyễn Nhật Minh Mã sinh viên B20DCDT137 Giảng viên Nguyễn Văn Thành Nhóm 04 HÀ NỘI, 05 / 2023 -⁃⁃⁃⁃‹‹‹﴾֍﴿›››⁃⁃⁃⁃ - 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI NÓI ĐẦU .3 LỜI CẢM ƠN 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH .4 MẠCH NGUỒN XUNG FLYBACK PMP9576.1 5 Chương I: Tổng quan về mạch nguồn xung Flyback 5 1.1 Nguồn switching là gì? Nguồn xung là gì? 5 1.2 Nguồn xung flyback 5 1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của một bộ nguồn xung 7 1.4 Giới thiệu về mạch nguồn xung flyback PMP9576.1 8 Chương II: Giới thiệu về IC UCC28710 11 2.1 IC UCC28710 .11 Chương III: Phân tích mạch 18 3.1 Khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào 18 3.2 Khối dao động tạo xung 19 3.3 Khối biến áp xung .20 3.4 Khối chỉnh lưu điện áp ra 21 3.5 Khối hồi tiếp .22 Chương IV: Hình ảnh mạch in 24 Chương V: Kết luận 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 2 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử đóng vai trò quan trọng trong mỗi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển của nền khoa học kĩ thuật thế giới nói chung và trong kỹ thuật điện tử nói riêng Với nền công nghiệp phát triển 4.0 như bây giờ thì chúng ta sẽ không ngạc nhiên gì khi những thiết bị điện tử bây giờ ngày càng trở nên đa dạng, hiện đại hơn, chất lượng tốt hơn Đi theo những thiết bị điện tử đó là những yêu cầu đòi hỏi về nguồn cung cấp điện Điều đặc biệt ở đây là trong hàng nghìn thiết bị điện tử thì chúng ta thấy hầu hết thiết bị điện tử bây giờ đếu sử dụng nguồn xung chứ không phải là nguồn tuyến tính thông thường nữa Do đó yêu cầu về các loại nguồn cung cấp điện ngày càng được chú trọng, đứng trước yêu cầu đó và nhu cầu cũng như mong muốn học hỏi tìm hiểu về các loại nguồn xung của chính bản thân và những người yêu thích lĩnh vực này, em đã bắt tay vào nghiên cứu đề bài ‘‘Mạch Nguồn Xung Flyback PMP9576.1’’ LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Văn Thành đã tận tình chỉ dạy những kiến thức điện tử công suất cơ bản để em có thể hoàn tất bài tập lớn này 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ khối mạch Flyback 6 Hình 2: Sơ đồ khối nguồn xung .7 Hình 3: Mạch nguyên lý nguồn xung flyback PMP9576.1 .8 Hình 4: IC tạo dao động UCC28710 .12 Hình 5: Sơ đồ khối chức năng nguồn xung flyback PMP9576.1 14 Hình 6: Sơ đồ khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào 18 Hình 7: Sơ đồ khối dao động tạo xung 19 Hình 8: Hoạt động của khối biến áp xung khi vừa cấp nguồn đầu vào .20 Hình 9: Sơ đồ khối chỉnh lưu điện áp ra 22 Hình 10: Sơ đồ khối hồi tiếp 23 4 MẠCH NGUỒN XUNG FLYBACK PMP9576.1 Chương I: Tổng quan về mạch nguồn xung Flyback 1.1 Nguồn switching là gì? Nguồn xung là gì? ➢ Nguồn switching hay thường gọi là nguồn xung là tên gọi thường dùng để phân biệt giữa nguồn dùng biến áp xung và biến áp thường là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung Tùy theo mức điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị sử dụng, các nhà sản xuất đã tính toán và thiết kế với mức điện áp ra mong muốn Một số điện áp ngõ ra một chiều thường dùng như 5VDC, 9VDC, 12VDC, 24VDC, 48VDC ➢ Nguồn xung được thiết kế dựa trên chuyển mạch tần số cao dùng biến áp xung cho hiệu suất cao, tối giản được về kích thước và trọng lượng khi thiết kế, trong mạch sử dụng linh kiện chuyển mạch tần số cao ít suy hao như mosfet hoặc transistor high speed, biến áp xung nhỏ gọn 1.2 Nguồn xung flyback 1.2.1 Nguồn xung flyback là gì? ➢ Mạch flyback hay flyback converter là một cấu trúc liên kết cung cấp điện sử dụng cuộn cảm ghép đôi lẫn nhau, để lưu trữ năng lượng khi dòng điện chạy qua và giải phóng năng lượng khi nguồn điện bị ngắt Mạch flyback tương tự như mạch boost về cấu tạo và hiệu suất Tuy nhiên, cuộn sơ cấp của máy biến áp thay thế cuộn cảm trong khi cuộn thứ cấp cung cấp đầu ra Trong cấu hình flyback, cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được sử dụng như hai cuộn cảm riêng biệt 1.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch flyback ➢ Khi dòng điện chạy qua cuộn cảm bị cắt, năng lượng tích trữ trong từ trường được giải phóng do sự đổi chiều đột ngột của điện áp ở cực Nếu một diode được đặt ở vị trí để dẫn năng lượng tích trữ đến một nơi nào đó hữu ích, thì diode đó được gọi là diode flyback Điều này chỉ yêu cầu một cuộn dây trên cuộn cảm, vì vậy cuộn cảm sẽ được gọi là biến áp flyback Sự sắp xếp này có đặc tính thú vị là chỉ truyền năng lượng sang phía thứ cấp của nguồn điện khi công tắc sơ cấp tắt ➢ Mạch flyback cơ bản sử dụng một số lượng linh kiện tương đối nhỏ Thiết bị chuyển mạch cắt điện áp DC đầu vào và năng lượng trong cuộn sơ cấp được chuyển sang thứ cấp thông qua máy biến áp chuyển mạch Một diode trong cuộn thứ cấp chỉnh lưu điện áp trong khi tụ điện làm mịn điện áp chỉnh lưu Trong mạch thực tế, một mạch phản hồi được sử dụng để giám sát điện áp đầu ra 5 Hình 1: Sơ đồ khối mạch Flyback ➢ Trong ứng dụng điển hình, thiết bị chuyển mạch như transistor được bật và tắt thường bằng tín hiệu điều chế độ rộng xung Cực của máy biến áp thường được đảo ngược để khi transistor bật, dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp, tuy nhiên, diode thứ cấp được phân cực ngược và dòng điện không chạy trong cuộn dây này Năng lượng được lưu trữ trong máy biến áp cho đến khi tắt MOSFET Năng lượng được lưu trữ tạo ra dòng điện phân cực thuận diode sẽ chỉnh lưu nó để tạo ra đầu ra DC 1.2.3 Ưu điểm của mạch flyback ➢ Cuộn sơ cấp được cách ly với đầu ra ➢ Có khả năng cung cấp nhiều điện áp đầu ra, tất cả đều được cách ly với nguồn chính ➢ Khả năng điều chỉnh nhiều điện áp đầu ra với một điều khiển duy nhất ➢ Có thể hoạt động trên nhiều loại điện áp đầu vào ➢ Mạch flyback sử dụng rất ít linh kiện so với các loại SMPS khác 1.2.4 Biến áp Flyback ➢ Biến áp flyback giống như hai cuộn cảm được ghép nối và do đó khác với biến áp thông thường Flyback được thiết kế để lưu trữ năng lượng trong khi loại thông thường thì không Ngoài ra, nó hoạt động ở tần số cao khoảng 50 kHz Lõi của nó thường được làm bằng ferit và bao gồm một khe hở không khí không từ tính mà qua đó năng lượng được lưu trữ Máy biến áp thông thường được làm bằng lõi sắt ➢ Để máy biến áp tích năng lượng trong khoảng thời gian dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp và sau này truyền năng lượng cho cuộn thứ cấp khi thiết bị đóng cắt thì hai cuộn dây thuần cảm phải được ghép từ tính 6 1.2.5 Những lưu ý khi thiết kế mạch flyback ➢ Tỷ lệ lượt ảnh hưởng đến dòng điện sơ cấp và thứ cấp đỉnh cũng như chu kỳ làm việc Ví dụ, khi tỷ số vòng dây thấp, chu kỳ làm việc ngắn hơn và dòng điện trong cuộn sơ cấp sẽ tăng ➢ Máy biến áp thường được chế tạo tùy chỉnh vì không thể có tỷ lệ lượt hoàn hảo trên thị trường Khi rất khó để có được một máy biến áp hoàn hảo với tỷ lệ lượt yêu cầu, tốt nhất là bắt đầu bằng cách tìm các máy biến áp có sẵn và chọn máy biến áp gần với định mức mong muốn Tiếp theo là chọn các linh kiện để bù lại sự khác biệt nhỏ giữa điện áp yêu cầu và đầu ra máy biến áp 1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của một bộ nguồn xung ➢ Về cấu tạo của mạch nguồn xung được chia ra làm nhiều khối với chức năng nhất định và tùy vào nhà sản xuất và mục đích sử dụng mỗi mạch nguồn sẽ có sơ đồ khối khác nhau Nhưng về cơ bản, nguồn xung nói chung và mạch trong pham vị vi bài báo cáo nói riêng thì chia ra làm 5 khối chính là: khối chỉnh lưu điện áp vào, khối tạo xung điều khiển, khối biến áp xung, khối chỉnh lưu điện áp ra, khối hồi tiếp ➢ Về nguyên lý hoạt động chung của nguồn xung như sau: Hình 2: Sơ đồ khối nguồn xung ➢ Theo như sơ đồ này, nguồn xung sẽ hoạt động như sau: • Đầu tiên điện áp đầu vào (từ 110VAC cho đến 220VAC) sẽ xoay chiều qua các cuộn lọc nhiễu rồi vào đi ốt chỉnh lưu thành điện một chiều với điện áp từ khoảng 130 -300V (tùy từng điện áp AC đầu vào) trên tụ lọc nguồn sơ cấp • Tụ lọc nguồn sơ cấp có nhiệm vụ tích năng lượng điện một chiều cho cuộn dây sơ cấp của biến áp xung hoạt động • Bộ tạo xung hoặc các mạch dao động điện tử tạo ra các xung cao tần, xung cao tần thông qua khối chuyển mạch bán dẫn là các linh kiện điện 7 tử như transistor, mosfet hay IGBT cấp điện cho cuộn dây sơ cấp của biến áp xung • Nguồn điện sau khi đi qua cuộn đến cuộn thứ cấp của biến áp xung, ở đó sẽ có những mạch chỉnh lưu cho ra điện một chiều cấp điện cho tải tiêu thụ Điện áp thứ cấp này sẽ được duy trì ở một điện áp nhất định như 3.3V, 5V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V nhờ mạch ổn áp • Song song với quá trình này, mạch hồi tiếp sẽ lấy tín hiệu điện áp ra để đưa vào bộ tạo xung dao động nhằm khống chế sao cho tần số dao động ổn định với điện áp ra mong muốn 1.4 Giới thiệu về mạch nguồn xung flyback PMP9576.1 Hình 3: Mạch nguyên lý nguồn xung flyback PMP9576.1 1.4.1 Thông số ➢ Thiết kế tham chiếu cung cấp đầu ra 12V/3.3A riêng biệt từ đầu vào AC 85- 265V thông dụng Thiết kế này đạt được hiệu suất lớn hơn 84% Việc sử dụng bộ điều khiển Flyback điều chỉnh bên phía cuôn sơ cấp của biến áp kết hợp với IC UCC28710 loại bỏ bộ ghép quang và các thành phần điều chỉnh phía thứ cấp ➢ Mạch nguồn được thiết kế dựa trên những nguyên lý cơ bản của mạch nguồn xung với đầu vào có thể thay đổi 85VAC hoặc 265VAC cho ra nguồn đầu ra ổn định ở mức điện áp 12VDC với dòng điện tối đa lên đến 3.3A Mạch sử dụng IC tạo dao động UCC28710 để điều khiển transistor Q2 và mosfet 8 đóng cắt Q1 được mắc theo phương pháp đẩy kéo để tạo dòng cảm ứng trên biến áp xung từ đó lấy làm đầu ra ➢ Ngoài ra mạch còn có cơ chế bảo vệ ngắn mạch (chập tải) và làm mát 1.4.2 Thành phần linh kiện Kí hiệu Số Giá trị Thông tin lượng C1 1 15uF Tụ hoá, AL, 15uF, 400V, +/-20%, TH C2 1 0.1uF Tụ gốm, 0.1uF, 250V, +/-10%, X7R, 1808 C3 1 0.22uF Tụ màng, 0.22uF, 630V, +/-20%, TH C4, C5 2 22uF Tụ gốm, 22uF, 25V, +/-10%, X5R, 1210 C6, C7 2 1500uF Tụ hoá, AL, 1500uF, 16V, +/-20%, TH C8 1 1000pF Tụ gốm, 1000pF, 300V, +/-20%, Y5U C9 1 4.7uF Tụ gốm, 4.7uF, 50V, +/-10%, X5R, 1206 C10, 3 DNP Do Not Populate C11, R7 C12 1 47uF Tụ hoá, AL, 47uF, 400V, +/-20%, TH D1 1 1.1V Diode, Switching-Bridge, 600V, 1.5A, DF-S D2 1 100V TVS DIODE 100VWM 162VC SMC D3 1 100V Diode, Schottky, 100V, 20A, DDPAK D4, D5 2 1.25V Diode, Switching, 200V, 0.2A, SOD-123 D6 1 1.05V Diode, Ultrafast, 600V, 1A, SMA F1 1 Fuse, 2A, 250V, TH 9 H2, H4 2 Machine Screw, Round, #4-40 x 1/4, Nylon, Philips panhead J1 1 AC Receptacle, 10A 250VAC J2 1 CONN HEADER 312 VERT 2POS TIN L1 1 33uH Inductor, Shielded Drum Core, Ferrite, 33uH, 0.97A, 0.165 ohm, SMD L2 1 4000uH Coupled inductor, 4000uH, 1.5A, 0.14 ohm, +/-30%, TH L3 1 0 RES, 0 ohm, 5%, 0.1W, 0603 Q1 1 600V MOSFET N-CH 600V 7A DPAK Q2 1 0.25V Transistor, PNP, 40V, 0.2A, SOT-23 R1 1 0 Trở, 0 ohm, 5%, 0.75W, 2010 R2 1 3.01k Trở, 3.01k ohm, 1%, 0.1W, 0603 R3 1 20 Trở, 20 ohm, 5%, 0.1W, 0603 R4 1 110k Trở, 110k ohm, 1%, 0.1W, 0603 R5 1 1k Trở, 1k ohm, 5%, 0.1W, 0603 R6 1 30.9k Trở, 30.9k ohm, 1%, 0.1W, 0603 R8 1 0.27 Trở, 0.27 ohm, 1%, 0.5W, 1210 T1 1 180Uh Transformer, Flyback 180 uH, TH TP3 1 Red Test Point, TH, Miniature, Red TP4 1 Black Test Point, TH, Miniature, Black 10 U1 1 Constant-Voltage,Constant-Current Controller With Primary-Side Regulation, D0007A 1.4.3 Đặc trưng ➢ Hiệu suất cao hơn 83% khi đầy tải (12V/3.3A) ➢ Công suất ít hơn 70mW tiêu thụ điện dự phòng khi không có tải ➢ Tính năng điều chỉnh dòng điện không đổi của IC UCC28710 đảm bảo bảo vệ ngắn mạch đẩu ra ➢ Khởi động mạch nhanh Chương II: Giới thiệu về IC UCC28710 2.1 IC UCC28710 2.1.1 Mô tả • Bộ điều khiển cung cấp điện flyback UCC28710 cung cấp quy định đầu ra điện áp không đổi (CV) và dòng điện không đổi (CC) cách ly mà không cần sử dụng bộ ghép quang Thiết bị xử lý thông tin từ công tắc nguồn chính và cuộn dây flyback phụ để điều khiển chính xác điện áp đầu ra và dòng điện • Các trạng thái hoạt động được kiểm soát động và cấu hình điều chế phù hợp hỗ trợ hoạt động hiệu quả cao ở tất cả các mức tải mà không làm giảm phản ứng thoáng qua đầu ra • Các thuật toán điều khiển trong thiết bị UCC28710 cho phép hiệu quả hoạt động đáp ứng hoặc vượt quá các tiêu chuẩn hiện hành Các giao diện ổ đĩa đầu ra với một công tắc nguồn bóng bán dẫn lưỡng cực, cho phép thiết kế bộ chuyển đổi chi phí thấp hơn Chế độ dẫn điện không liên tục (DCM) với chuyển mạch thung lũng làm giảm tổn thất chuyển mạch, trong khi điều chế tần số chuyển mạch và biên độ đỉnh dòng điện sơ cấp (FM và AM) giữ hiệu suất chuyển đổi cao trên toàn bộ dải tải và đường dây • Bộ điều khiển có tần số chuyển mạch tối đa 100 kHz và luôn duy trì kiểm soát dòng điện cực đại sơ cấp trong máy biến áp Quá áp đầu ra và quá dòng cũng như các tính năng bảo vệ dưới điện áp đầu vào giúp kiểm soát ứng suất thành phần chính và phụ UCC28710 cũng cho phép bù sụt áp trong cáp được lập trình với điện trở bên ngoài 11 2.1.2 Tính năng • Công suất không tải < 10mW • Quy định phía chính (PSR) loại bỏ bộ ghép quang • ± Điều chỉnh điện áp và dòng điện 5% trên đường dây và tải • Công tắc khởi động 700V • Tần số chuyển đổi tối đa 100kHz cho phép thiết kế bộ sạc mật độ công suất cao • Hoạt động chuyển đổi thung lũng gần như cộng hưởng cho hiệu quả tổng thể cao nhất • Biến tần để dễ dàng tuân thủ EMI • Phạm vi VDD rộng cho phép tụ phân cực nhỏ • Chức năng bảo vệ quá áp đầu ra, đường dây thấp và quá dòng • Bù cáp lập trình • Gói SOIC-7 2.1.3 Cấu hình chân và các chức năng chân IC Hình 4: IC tạo dao động UCC28710 Tên Số I/O Thông tin chân chân CBC 3 I Chân để bù sụt áp Chân này được nối với điện trở qua GND CS 5 I Chân đầu vào cảm biến dòng điện nối tiếp với một điện trở, nối đất với công tắc nguồn Điện áp đầu ra được sử dụng để theo dõi và kiểm soát đỉnh dòng điện của cuộn sơ cấp của biến áp Một điện trở nối tiếp có thể được thêm vào chân này để bù mức cực đại chuyển đổi các mức hiện tại khi đầu vào nguồn AC thay đổi (chân phản hồi xuất xung) DRV 6 O Chân xuất xung được sử dụng để điều khiển cực G của chuyển mạch MOSFET 12 GND 4 - Chân nối đất vừa là chân tham chiếu cho bộ điều khiển vừa là chân phản hồi tích cực mức thấp cho việc xuất HV 7 xung VDD 1 I Chân điện áp cao kết nối trực tiếp với điện áp khối đã VS 2 được chỉnh lưu và cung cấp nạp điện cho chân VDD để khởi động nguồn điện I Chân đầu vào cung cấp nguồn cho IC hoạt động I Chân đầu vào được sử dụng để cung cấp phản hồi điện áp và thời gian cho IC Chân này được kết nối với bộ chia điện áp giữa cuộn dây và GND Giá trị điện trở của bộ chia này được sử dụng để hạn dòng nguồn điện xoay chiều ngưỡng chạy, dừng và bù dòng tại chân CS 2.1.4 Mô tả chi tiết 2.1.4.1 Tổng quan • UCC28710 là bộ điều khiển cung cấp điện flyback cung cấp điện áp chính xác và điều chỉnh dòng điện không đổi với phản hồi phía chính, loại bỏ sự cần thiết của các mạch phản hồi opto-coupler Bộ điều khiển hoạt động ở chế độ dẫn điện không liên tục với chuyển mạch thung lũng để giảm thiểu tổn thất chuyển mạch Sơ đồ điều chế là sự kết hợp giữa tần số và điều chế dòng điện đỉnh sơ cấp để cung cấp hiệu quả chuyển đổi cao trên phạm vi tải Định luật điều khiển cung cấp phạm vi hoạt động động rộng của công suất đầu ra, cho phép nhà thiết kế điện đạt được công suất dự phòng dưới 10 mW • Trong phạm vi hoạt động công suất thấp, thiết bị có tính năng quản lý năng lượng để giảm dòng điện hoạt động của thiết bị ở tần số hoạt động dưới 33 kHz Điện áp chính xác và điều chỉnh dòng điện không đổi, phản ứng động nhanh và bảo vệ lỗi đạt được với điều khiển phía chính Một giải pháp sạc hoàn chỉnh có thể được thực hiện với quy trình thiết kế đơn giản, chi phí thấp và số lượng thành phần thấp 13 2.1.4.2 Sơ đồ khối chức năng Hình 5: Sơ đồ khối chức năng nguồn xung flyback PMP9576.1 2.1.4.3 Mô tả tính năng 2.1.4.3.1 Chân cấp nguồn (VDD) • Chân VDD được kết nối với tụ điện bỏ qua nối đất Ngưỡng UVLO bật VDD là 21 V và ngưỡng UVLO tắt là 7,7 V, với phạm vi hoạt động khả dụng lên đến 35 V trên VDD Thông số kỹ thuật sạc USB yêu cầu dòng điện đầu ra hoạt động ở chế 10 độ dòng điện không đổi từ 5 V đến tối thiểu 2 V, điều này có thể dễ dàng đạt được với VDD danh định khoảng 22 V Khoảng không VDD bổ sung (lên đến 35 V) cho phép VDD tăng lên do năng lượng rò rỉ được cung cấp cho tụ điện VDD trong điều kiện tải cao 14 2.1.4.3.2 Chân đất (GND) • Có một tham chiếu mặt đất bên ngoài thiết bị cho tham chiếu tín hiệu hiện tại và tín hiệu tương tự của ổ đĩa cơ sở TI khuyên bạn nên đặt tụ điện bỏ qua VDD gần GND và VDD với các dấu vết ngắn để giảm thiểu nhiễu trên các chân tín hiệu VS và CS 2.1.4.3.3 HV (Khởi động điện áp cao) • Chân HV được kết nối trực tiếp với tụ điện số lượng lớn để cung cấp dòng điện khởi động cho tụ điện VDD Dòng điện khởi động điển hình là ~300 µA cung cấp khả năng sạc nhanh cho tụ điện VDD Các thiết bị khởi động HV bên trong hoạt động cho đến khi VDD vượt quá ngưỡng bật UVLO là 21 V tại thời điểm đó HV thiết bị khởi động bị tắt Ở trạng thái tắt, dòng rò rất thấp để giảm thiểu tổn thất ở chế độ chờ của bộ điều khiển Khi VDD giảm xuống dưới ngưỡng tắt 8.1-V UVLO, thiết bị khởi động HV sẽ được bật 2.1.4.3.4 Chân Voltage-Sense (VS) • Chân VS được kết nối với bộ chia điện trở từ cuộn dây phụ xuống đất Thông tin phản hồi điện áp đầu ra được lấy mẫu vào cuối thời gian khử từ dòng điện thứ cấp của máy biến áp để cung cấp biểu diễn chính xác điện áp đầu ra Thông tin thời gian để đạt được chuyển mạch thung lũng và điều khiển chu kỳ làm việc của dòng biến áp thứ cấp được xác định bởi dạng sóng trên chân VS Tránh đặt tụ lọc trên đầu vào này vì nó sẽ cản trở việc cảm nhận chính xác dạng sóng này • Chân VS cũng cảm nhận điện áp tụ điện số lượng lớn để cung cấp cho ngưỡng chạy và dừng đầu vào AC, và để bù ngưỡng cảm nhận dòng điện trên phạm vi đầu vào AC Trong quá trình bóng bán dẫn đúng giờ, chân VS được kẹp vào khoảng 250 mV dưới GND và dòng điện ra khỏi chân VS được cảm nhận Đối với chức năng chạy và dừng đầu vào AC, ngưỡng chạy trên VS là 225 μA và ngưỡng dừng là 80 μA Các giá trị cho bộ chia điện áp phụ điện trở trên (RS1) và điện trở thấp hơn (RS2) có thể được xác định bằng Phương trình 1 và Phương trình 2 Phương trình 1 • NPA là tỷ lệ vòng quay sơ cấp trên phụ trợ của máy biến áp • VIN (run) là điện áp AC RMS để cho phép bật bộ điều khiển • IVSL (run) là ngưỡng chạy cho dòng điện kéo ra khỏi chân VS trong quá trình chuyển đổi đúng thời gian 15 Phương trình 2 • VOCV là bộ chuyển đổi điều chỉnh điện áp đầu ra • VF là bộ chỉnh lưu đầu ra giảm về phía trước ở dòng điện gần bằng không • NAS là tỷ lệ vòng quay phụ trợ cho máy biến áp • RS1 là điện trở cạnh cao của dải phân cách VS • VVSR là mức điều chỉnh CV ở đầu vào VS 2.1.4.3.5 Chân Base Drive (DRV) • Chân DRV được kết nối với chân đế bóng bán dẫn NPN Trình điều khiển cung cấp tín hiệu truyền động cơ sở giới hạn ở 7 V Đặc tính bật của trình điều khiển là nguồn dòng điện 19 mA đến 37 mA được chia tỷ lệ với ngưỡng cảm giác hiện tại được quyết định bởi điểm vận hành trong sơ đồ điều khiển Khi ngưỡng cảm giác dòng điện tối thiểu đang được sử dụng, dòng ổ đĩa cơ sở cũng ở giá trị tối thiểu của nó Khi ngưỡng cảm giác hiện tại được tăng lên mức tối đa, dòng điện ổ đĩa cơ sở mở rộng tuyến tính đến mức tối đa 35 mA điển hình Dòng tắt được xác định bởi trình điều khiển phía thấp RDS (on) 2.1.4.3.6 Chân current Sense (CS) • Chân CS được kết nối thông qua một điện trở nối tiếp (RLC) đến điện trở cảm nhận dòng điện (RCS) Ngưỡng cảm nhận hiện tại là 0,78 V đối với IPP (max) và 0,19 V cho IPP (min) Điện trở loạt RLC cung cấp chức năng bù đường chuyển tiếp để loại bỏ thay đổi trong IPP do sự thay đổi của di / dt và độ trễ lan truyền của bộ so sánh bên trong và thời gian tắt bóng bán dẫn NPN Có thời gian làm trống cạnh hàng đầu bên trong khoảng 300 ns để loại bỏ độ nhạy với dòng điện tăng đột biến Không cần thiết phải đặt tụ điện bỏ qua trên chân CS Giá trị của RCS được xác định bởi dòng điện đầu ra mục tiêu trong quy định dòng điện không đổi (CC) Các giá trị của RCS và RLC có thể được xác định bằng phương trình 3 và phương trình 4 Thuật ngữ ηXFMR được dự định để tính đến năng lượng được lưu trữ trong máy biến áp nhưng không được cung cấp cho thứ cấp, bao gồm điện trở của máy biến áp và tổn thất lõi, công suất thiên vị và tỷ lệ rò rỉ sơ cấp so với thứ cấp Phương trình 3 16 • VCCR là hằng số quy định hiện tại • NPS là tỷ lệ vòng quay sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp (tỷ lệ 13 đến 15 được khuyến nghị cho đầu ra 5-V) • IOCC là dòng điện đầu ra mục tiêu trong quy định dòng điện không đổi • ηXFMR là hiệu suất máy biến áp Phương trình 4 • RS1 là giá trị điện trở cạnh cao chân VS • RCS là giá trị điện trở cảm nhận hiện tại • tD là độ trễ cảm giác hiện tại bao gồm độ trễ tắt bóng bán dẫn NPN, thêm khoảng 50 ns vào độ trễ bóng bán dẫn • NPA là tỷ lệ vòng quay sơ cấp trên phụ trợ của máy biến áp • LP là điện cảm sơ cấp của máy biến áp • KLC là hằng số tỷ lệ dòng điện 2.1.4.3.7 Bù cáp (CBC) • Chân bù cáp được kết nối với điện trở nối đất để lập trình lượng bù điện áp đầu ra để bù điện trở cáp Khối bù cáp cung cấp mức điện áp 0-V đến 3-V trên chân CBC tương ứng với IIOCC (max) dòng điện đầu ra Kết nối điện trở từ CBC với GND lập trình một dòng điện được tổng hợp vào bộ chia phản hồi VS, tăng điện áp điều chỉnh như IRA Tăng Có điện trở nối tiếp bên trong là 28 kΩ với chân CBC đặt bù cáp tối đa của đầu ra 5-V thành 400 mV khi CBC bị ngắn xuống đất Giá trị điện trở CBC có thể được xác định bằng Phương trình 5 Phương trình 5 • VOCV là điện áp đầu ra quy định • VF là điện áp chuyển tiếp diode tính bằng V • VOCBC là điện áp bù cáp đích tại các cực đầu ra • VCBC (max) là điện áp tối đa tại chân bù cáp ở dòng điện đầu ra của bộ chuyển đổi tối đa • VVSR là mức điều chỉnh CV ở đầu vào VS 17 Chương III: Phân tích mạch ❖ Trong phần này ta cùng đi vào tìm hiểu kĩ cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của từng khối, ngoài các khối cơ bản ta đã nêu ở trên thì trong mạch còn một số khối khác bổ trợ tham gia cùng quá trình làm việc của mạch, giúp mạch làm việc an toàn và ổn định hơn 3.1 Khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào ➢ Khối chỉnh lưu điện áp có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp vào 85-265VAC thành điện áp DC bao gồm các thành phần linh kiện chính là cầu chì, cuộn lọc nhiễu, cầu chỉnh lưu 1 pha diode và tụ lọc nguồn Hãy xem sơ đồ mạch sau: Hình 6: Sơ đồ khối chỉnh lưu điện áp ngõ vào ➢ Hai đầu vào (AC/N) và (AC/L) là 2 đầu vào nguồn xoay chiều, nguồn xoay chiều ở đây dao động từ 85-265VAC ➢ Cầu chì F1 bảo vệ mạch khi có hiện tượng quá dòng ➢ Tụ lọc nguồn C3 ➢ Cuộn lọc L2 ➢ Cầu chỉnh lưu 1 pha diode D1: 1 đầu là chân số 2 nối với GND của cuộn sơ cấp, 1 đầu là chân số 1 đưa đến mạch lọc thông thấp hình pi ➢ Cuộn lọc L1 để chặn/hấp thụ bất kỳ nhiễu cao tần nào được gây ra từ bên ngoài ảnh hưởng đến nguồn điện ➢ Hai tụ C1, C12 làm mịn điện áp sau chỉnh lưu, kết hợp với cuộn lọc L1 tạo thành mạch lọc thông thấp hình pi làm cho điện áp DC bớt gợn hơn 18 ➢ Cách hoạt động: • Tại bán kì dương: Cổng vào (AC/L) mang điện dương, dòng điện đi qua cầu chì F1 đi thẳng vào cực dương cửa tụ C3 và nạp điện cho tụ C3 Sau đó từ cực âm của tụ C3 dòng điện đi qua cuộn lọc L2, qua chân số 4 của cầu chỉnh lưu diode, sau đó đến mạch lọc thông thấp hình pi • Tại bán kì âm: Cổng vào (AC/N) mang điện dương, dòng điện đi qua cực âm của tụ C3, nạp điện cho tụ Sau đó từ cực dương của tụ C3 dòng điện đi qua cuộn lọc L2, qua chân số 3 của cầu chỉnh lưu diode, sau đó đến mạch lọc thông thấp hình pi • Kết thúc một chu kì tụ C3 được nạp đầy 3.2 Khối dao động tạo xung ➢ Đối với Khối dao động mạch dùng IC UCC28710 để tạo xung cung cấp cho tầng đệm khuếch đại từ đó qua biến áp xung để điều khiển các transistor và mosfet: Hình 7: Sơ đồ khối dao động tạo xung ➢ Mạch lái đệm xung cung cấp cho biến áp xung sử dụng transistor Q2 MMBT3906, một loại transistor đóng ngắt nhanh phù hợp với các mạch cao tần và diode D5 chỉ cho dòng điện xuất xung đi theo 1 chiều đến cực điều khiển G của mosfet ➢ Cách hoạt động: • Khi IC UCC28710 được cấp một điện áp vào VDD đồng thời có tụ và trở tại chân 2,3 thì IC sẽ hoạt động Bản thân IC UCC28710 lúc này sẽ tạo 2 dãy xung ngược nhau xuất ra tại chân 6 và chân 5 của IC 19 • Xung này sẽ được cấp cho con transistor Q2 và mosfet Q1 của Mạch lái đệm Con Transistor và Mosfet sẽ thay phiên nhau đóng và mở theo nhịp xung, và chắc chắn một điều rằng tại một thời điểm không bao giờ cả Transistor Q2 và Mosfet Q1 cùng mở hoặc đóng 3.3 Khối biến áp xung ➢ Biến áp rung cách ly gồm 2 cuộn sơ cấp (T1 và G144008LF) và 1 cuộn thứ cấp SEC ➢ Cuộn sơ cấp T1: 1 đầu được cung cấp nguồn DC, 1 đầu được cung cấp PWM (từ khối tạo xung PWM dùng IC UCC28710) bởi mạch lái transistor Q2 và mosfet Q1 qua diode D6 và diode Zener D2 SMCJ100A để tạo bộ phân áp, tạo 1 điện áp đầu ra cố định khi điện áp đầu vào thay đổi, sau đó quay lại đầu cung cấp nguồn DC ➢ Mục đích làm cho cuộn sơ cấp T1 ngắt dẫn liên tục (được gọi là chuyển mạch xung) để tạo hiệu ứng từ trường trên cuộn sơ cấp T1 Như vậy sau cuộn sơ cấp T1 sẽ xuất hiệu một hiệu điện thế tương ứng với xung nhịp và vòng dây quấn để đưa đến khối chỉnh lưu ngõ ra ➢ Cuộn sơ cấp G144008LF: 1 đầu nối GND, 1 đầu được nối với khâu hồi tiếp để điều chỉnh chân xuất xung ➢ Cuộn thứ cấp SEC: 1 đầu nối GND, 1 đầu được nối Diode chỉnh lưu sau biến áp là diode có tần số đáp ứng nhanh (hay còn gọi là diode Schottky) ➢ Hoạt động của mạch khi vừa cấp nguồn (IC UCC28710 chưa hoạt động) Hình 8: Hoạt động của khối biến áp xung khi vừa cấp nguồn đầu vào 20