Hiện nay có nhiều hãng trên thế giới sản xuất IC điều khiển công suất với rất nhiều các họ khác nhau để phục vụ cho rất nhiều ứng dụng đa dạng. Các ứng dụng có thể có công suất từ thấp (vài W) tới cực cao (hàng nghìn W), dòng rất nhỏ (àA) đến rất lớn (hàng chục A) hay điện áp thấp (vài V) đến điện áp rất cao (hàng trăm V). Để có thể đáp ứng cho một dải rộng các thông số nh− vậy thì các hãng đều có tới hàng nghìn các sản phẩm khác nhau. Do đó việc lựa chọn loại IC nào cho phù hợp cần đ−ợc thực hiện với sự tìm hiểu thật kỹ các họ IC đó.
Một trong những hãng sản xuất IC điều khiển công suất thấp có uy tín trên thế giới là PI, Linear và Maxim. Sau đây để phục vụ cho việc mô phỏng thiết kế SMPS trong luận văn này, tác giả xin giới thiệu một số cách lựa chọn IC thông dụng (theo các tiêu chí khác nhau) dùng trong ứng dụng điện áp thấp của hãng Linear Technology.
Chọn hiệu suất cao với điện áp đầu ra là 3.3V hoặc 5V
Model Dòng tải Dòng tắt Hiệu suất
LTC1174-3.3 200mA-400mA 1àA 90% LTC1433 450mA 15àA 93% LTC1147-3.3 0.5mA – 2A 10àA 92% LTC1148-3.3 1A – 5A 10àA 94%
Sơ đồ chân của các IC trong bảng trên đ−ợc cho trong hình sau:
Chọn theo điện áp ngõ vào:
Model Điện áp
ngõ vào min
Điện áp
ngõ vào max Ghi chú
LT1074 8 40 Chuyển mạch đồng bộ
LTC1142HV 5 20
Gồm hai bộ điều khiển mạch Buck với các FET mắc bên ngoài
LTC1148 4 16 Hiệu suất > 90%, chuyển mạch đồng bộ
LTC1158 5 30 Hiệu suất 90% với dòng tải 15A
Sơ đồ chân của các IC trong bảng trên đ−ợc cho trong hình sau:
Các thông tin chi tiết về từng IC có thể tham khảo thêm trong catalog của nhà sản xuất.
4.2. Xây dựng mô hình mô phỏng
4.2.1. Giới thiệu chung
Trong khuôn khổ có hạn của đề tài, tác giả xin trình bày mô hình mô phỏng và các kết quả đạt đ−ợc trong quá trình thiết kế nguồn chuyển mạch dùng cho các thiết bị điện tử xách tay.
Các thiết bị điện tử xách tay với yêu cầu nhỏ gọn, cấp nguồn bằng pin trong một thời gian dài … đã thực sự tạo ra một h−ớng phát triển mới cho lĩnh vực điện tử công suất. Có thể thấy ứng dụng cho phần này rất phong phú với nhiều yêu cầu khác nhau, xem hình 4.3 d−ới đây:
Trong ứng dụng cấp nguồn cho các thiết bị cầm tay có thể nhận ngay ra rằng các thiết bị này yêu cầu điện áp thấp cấp bằng pin. Vì hoạt động bằng pin nên điểm nối đất của ngõ ra không cần cách ly với điểm nối đất ngõ vào. Điều này cho phép loại bỏ biến áp xung hay bộ ghép quang làm cho việc thiết kế trở nên đơn giản trong khi tiết kiệm đ−ợc chi phí sản xuất và đạt đ−ợc hiệu suất cao. Các phần chính của các bộ nguồn dùng ở đây hầu nh− nằm hoàn toàn trong một IC và chỉ yêu cầu bên ngoài một điện cảm, vài tụ điện và vài điện trở để thiết lập một số thông số riêng của mạch. Tần số hoạt động nằm trong khoảng từ 60KHz đến 500KHz cũng là nguyên nhân khiến cho các linh kiện bên ngoài này khá nhỏ và mạch cũng giảm đ−ợc kích th−ớc đáng kể, khi đó ph−ơng án thiết kế nguồn tối −u là đạt đ−ợc hiệu suất cao chứ không phải là tiêu chí nhỏ gọn.
Mỗi thiết bị xách tay th−ờng yêu cầu nhiều ngõ ra với các thông số khác nhau. Nh− đã nói ở ch−ơng 3, khi đó cần sử dụng biến áp nhiều đầu ra nh−
hình 4.4 d−ới đây. Tuy nhiên, ph−ơng pháp này có nh−ợc điểm lớn đó là việc điều khiển nhờ vòng hồi tiếp chỉ đ−ợc dùng cho đầu ra chính, nghĩa là các đầu ra còn lại không đ−ợc điều chỉnh chính xác và ổn định tốt.
Vs2 Vs1 Vm PWM Vac +
Hình 4. 4: Sơ đồ thông dụng có nhiều điện áp ngõ ra
Để khắc phục nh−ợc điểm của sơ đồ trên, ng−ời ta sử dụng sơ đồ phân phối công suất nh− trong hình 4.5. Khi này nó tạo ra một điện áp chung (không cần điều chỉnh tốt) và nhiều bộ biến đổi Buck, Boost, đảo pha … chuyển nó tới các điện áp yêu cầu. Nh− vậy, mỗi ngõ ra có bộ ổn định riêng và nh− thế tất cả đều đ−ợc ổn định tốt.
PWM PWM PWM V2 V3 V1 Vac + + + (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4. 5: Sơ đồ phân phối công suất
Thông th−ờng ngõ ra chính có dòng lớn nhất ở điện áp 5V đ−ợc nhận trực tiếp từ biến áp công suất chính. Nó đ−ợc điều khiển bằng vòng hồi tiếp từ một mẫu điện áp trên ngõ ra để điều khiển thời gian mở của transistor công suất của ngõ vào. Các ngõ ra còn lại đ−ợc nhận từ các bộ biến đổi với các vòng hồi tiếp riêng. Khi đó, mạch sẽ có các −u điểm sau:
Biến áp công suất chính đơn giản hơn và giá thành rẻ hơn.
Giảm thiểu ảnh h−ởng của các thông số của biến áp.
Sự thay đổi của dòng điện hay điện áp ngõ ra ít ảnh h−ởng tới thiết kế biến áp chính.
Việc thêm hay bớt một vài điện áp ngõ ra dễ dàng hơn.
Không xảy ra khả năng làm mất vòng hồi tiếp toàn bộ của hệ thống nh− đối với phần sử dụng biến áp nhiều đầu ra.
Tuy nhiên kiểu phân phối công suất nh− trên th−ờng không cho hiệu suất cao vì có nhiều tổn hao khi sử dụng nhiều bộ ổn định. Nh−ng do có các −u điểm nh− đã nói nên h−ớng phát triển nguồn cung cấp nhiều ngõ ra theo cách này ngày càng đ−ợc quan tâm nhiều.
Từ những phân tích nh− trên, phần tiếp theo sẽ trình bày thiết kế của một bộ nguồn chất l−ợng cao dùng cho thiết bị xách tay nh− Notebook hoặc Palm với 3 đầu ra (3.3V, 5V và 12V) với ph−ơng pháp phân phối công suất.