Nghiên cứu thiết kế mạch sạc pin sử dụng năng lượng mặt trời cho điện thoại di động

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015

79

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH SẠC PIN
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
STUDYING AND DESIGNING BATTERY CHARGER CIRCUIT
USING SOLAR ENERGY FOR MOBILE PHONE
Vũ Vân Thanh
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng;
Tóm tắt - Năng lượng tái tạo, trong đó năng lượng mặt trời ln
được cả thế giới quan tâm nghiên cứu và sử dụng. Với ưu điểm
sẵn có, dồi dào, thân thiện với mơi trường, nó đang là giải pháp
thay thế cho các nguồn năng lượng khác đang ngày cạn kiệt trên
Trái Đất [1, 2]. Trong những năm gần đây, các thiết bị di động được
sử dụng rộng rãi và không thể thiếu trong các hoạt động hằng ngày
của con người. Tuy nhiên, vấn đề năng lượng luôn là mối quan
tâm hàng đầu của bất kỳ nhà sản xuất thiết bị di động nào. Vậy giải
pháp nào để hỗ trợ người dùng tốt hơn trong việc loại bỏ nhược
điểm ln phải kèm theo bộ nạp và tìm kiếm chỗ cắm điện? Bài
báo đề cập đến thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời thành
năng lượng điện, có thể sử dụng cho các thiết bị di động nạp điện
trực tiếp từ năng lượng mặt trời hoặc thông qua nguồn điện lưới
mà công suất và độ ổn định của nó vẫn được đảm bảo rất cao.

Abstract - Renewable energy, including Solar Energy, has gained
worldwide attention in both research and use. Solar energy is:,
availabie, abundant, and environment-friendly; so it is an
alternative to fossil fuels which are running out [1, 2]. In recent
years, smart mobile devices have been widely used in all human
activities. However, their Battery capacity is the biggest concern of

any mobile company. Then, can we find a way to recharge smart
mobile devices without using chargers or electric sockets? This
report is about a charger that can transform solar Energy into
electric energy. This charger can take Solar Power directly or use
Grid Electricity Power to charge the device with high capacity and
stability.

Từ khóa - năng lượng mặt trời; bộ chuyển đổi DC-DC; nạp pin
Li-Ion; ổn áp Buck; ổn áp Boost.

Key words - Solar Power; DC-DC converter; charging batteries
Li-Ion; Buck; Boost.

1. Đặt vấn đề
Hệ thống sạc điện cho thiết bị di động từ nguồn năng
lượng mặt trời đang ngày được ứng dụng rộng rãi. Hệ thống
sử dụng tấm năng lượng mặt trời có cấu tạo nhiều cell kết
nối lại với nhau. Mỗi cell pin năng lượng mặt trời có kích
thước thương mại chuẩn gồm những loại 3x6 inch, 5x5 inch,
6x6 inch, điện áp từ 0,51V đến 0,66V, cịn dịng điện thì tùy
thuộc vào chất lượng cell và hiệu suất của cell.
Hiện nay, hầu hết các bộ sạc pin thường dùng là bộ chuyển
đổi DC-DC [3] để tạo ra các mức điện áp cung cấp cần thiết.
Việc thiết kế bộ sạc cho mỗi cell Pin Li-Ion với điện áp khi
nạp đầy là 4,2V cần bộ chuyển đổi DC-DC có áp ổn định ngõ
ra là 4,2V. Thông thường, để tăng dung lượng, các cell Pin
được mắc song song lại với nhau. Ví dụ mắc 3 cell 1200 mAh
sẽ được bộ lưu trữ lên đến 3600 mAh, tuy nhiên tùy công suất
của bộ sạc pin Li-Ion mà ta sẽ mắc số cell cần thiết.
Tuy nhiên, điện áp 4.2V từ bộ sạc pin Li-ion không thể

nạp cho thiết bị di động được, việc thiết kế thêm một bộ sạc
cho thiết bị di động là bắt buộc. Về cấu tạo, bộ sạc mở rộng
này là bộ nâng áp ngõ ra bộ sạc pin Li-ion từ (3,7V đến 4,2V)
lên 5V hoặc 12V. Như vậy, bộ sạc điện cho thiết bị di động
từ năng lượng mặt trời sẽ cần 2 bộ chuyển đổi DC-DC là một
bộ hạ áp (Buck) và một bộ nâng áp (Boost) [4-7]. Trong bài
báo này, nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào thiết kế hai bộ
chuyển đổi DC-DC kết hợp với bộ lưu trữ điện dùng Pin LiIon để có bộ nạp điện cho thiết bị di động ổn định, có hiệu
suất cao trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời.
Phần tiếp theo sẽ trình bày các nghiên cứu về bộ hạ áp,
bộ tăng áp. Đây là cơ sở cho việc thiết kế hệ thống sạc cho
thiết bị di động sẽ được trình bày ở Phần 4. Cuối cùng, kết
quả thực nghiệm chứng tỏ việc sử dụng rời rạc hai bộ sạc pin
Li-ion (Buck) và bộ sạc thiết bị di động (Boost) đã đạt được

hiệu suất cao, đảm bảo yêu cầu thực tiễn của sản phẩm.
2. Bộ hạ áp (Buck) sạc điện cho Pin Li-Ion

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp kiểu Buck

Hình 1 cho thấy các thành phần cơ bản của mạch gồm:
nguồn vào là nguồn được tạo ra từ tấm năng lượng mặt trời,
khóa chuyển mạch (có thể dùng Transistor hoặc MosFet),
cuộn lọc, diode, tụ lọc. Điện áp đầu vào được đóng cắt để
tạo thành 1 chuỗi xung có độ rộng điều chế được. Điện áp
này được lọc qua mạch lọc LC. Ở đầu ra, điện áp một chiều
thấp hơn so với điện áp vào và Diode D có tác dụng thốt
dịng điện cho điện cảm khi khóa K ngắt. Do trong mạch
không sử dụng linh kiện tiêu tán công suất (R) công suất
nguồn không bị mất mát trong mạch điều chỉnh điện áp nên

hiệu suất của bộ biến đổi Buck lý tưởng đạt tới 100%.
Khi khóa K đóng, điện áp được chuyển tới cuộn cảm.
Do sự khác nhau giữa điện áp đầu vào và đầu ra, dòng qua
cuộn cảm tăng lên, gây hiện tượng phóng điện trong cuộn
cảm. Trong thời gian khóa K mở, khơng chỉ có dịng từ
cuộn cảm qua tải mà cịn có dịng do tụ điện phóng ra (do
tụ điện được nạp trong suốt thời gian này). Dịng và áp khi
khóa K đóng này được tính tốn bởi các phương trình sau:
𝑑𝑖𝐿
𝑑𝑖𝐿 𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑
𝑉𝐿 = 𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝐿
; 𝑣ớ𝑖
=
𝑑𝑡
𝑑𝑡
𝐿


Vũ Vân Thanh

80
𝑉𝑖𝑛 −𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑

∆iL(on) = (

𝐿

)*DT

(1)

D: là chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle).
Khi chuyển đổi ngắt, điện áp đầu vào đặt vào cuộn cảm
được xóa bỏ. Tuy nhiên từ đó dịng qua cuộn cảm khơng
thể thay đổi tức thời, điện áp của cuộn cảm sẽ được giữ một
khoảng không đổi.Ta có các phương trình dịng, áp khi
khóa K ngắt:
𝑉𝐿 = −𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝐿
∆iL(off) = −

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑
𝐿

𝑑𝑖𝐿
𝑑𝑡

; với

𝑑𝑖𝐿
𝑑𝑡

=−

3. Bộ nâng áp (Boost) sạc điện cho thiết bị di động
Mạch Boost là mạch có có giá trị áp trung bình đầu ra
cao hơn điện áp đầu ra. Đó chính là lý do tại sao mạch
Boost được sử dụng trong những bộ chuyển đổi tăng áp.
Bộ chuyển đổi được mắc song song với nguồn và đầu ra bị
ngắt theo chu kì, năng lượng cung cấp từ cuộn cảm và
nguồn sẽ làm giá trị áp trung bình đầu ra tăng lên. Nguyên

lý, cấu tạo của mạch được cho ở Hình 4.

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑
𝐿

(1 − 𝐷)𝑇

(2)

Tụ điện phóng điện cung cấp vào tải trong thời gian
khóa cắt, (dịng qua tải bao gồm cả của cuộn cảm và tụ
điện). Sự biến đổi liên tục của cuộn cảm tạo nên các xung
dịng điện như Hình 2.
VL
VinVload

IL
IMax

IMin

Hình 4. Sơ đồ ngun lý mạch ổn áp kiểu Boost

-Vload

∆iL
TO
TON TOFF
N
DT

T T
(1-D)T

DỊNG DC TRUNG
BÌNH RA TẢI

𝑉𝐿 = 𝑉𝑖𝑛 = 𝐿
∆iL(on) =

Hình 2. Giản đồ xung áp và dòng điện của cuộn dây

Từ (1) và (2) ta có quan hệ Vin và Vload
∆iL(on) + ∆iL(off) = 0 => 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝑉𝑖𝑛 ∗ 𝐷
D thay đổi từ 0 đến 1 (không bao gồm các giá trị 0 và
1), do đó 0 < Vload < Vin.
Với các bộ chuyển đổi Buck, vấn đề thường được đặt ra
như sau: Cho biết phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào Vin,
giá trị điện áp ngõ ra Vload, độ dao động điện áp ngõ ra cho
phép, dòng điện tải tối thiểu Iout,min, để xác định giá trị của điện
cảm, tụ điện, tần số chuyển mạch và phạm vi thay đổi của chu
kỳ nhiệm vụ, để đảm bảo ổn định được điện áp ngõ ra.
Phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào và giá trị điện áp
ngõ ra xác định phạm vi thay đổi của D:
𝐷𝑚𝑖𝑛 =

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑
𝑉𝑖𝑛,𝑚𝑎𝑥

, 𝐷𝑚𝑎𝑥 =

Cuộn cảm đóng vai trị quan trọng trong tất cả các cấu
trúc nguồn xung. Trong chu kỳ khóa K đóng, cuộn cảm
được nối trực tiếp với nguồn và tích năng lượng dưới dạng
từ trường trong lõi điện cảm.

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑
𝑉𝑖𝑛,𝑚𝑖𝑛

Căn cứ từ các vấn đề trên ta thiết kế được bộ ổn áp Buck
với Vin trong khoảng 6,5V đến 24V và Vout là 4,2V ổn định
như Hình 3.

Tấm
năng
lượng
mặt trời
(72cell)
ổn áp
Buck
Pin Liion

Hình 3. Mạch ổn áp Buck nạp điện cho Pin Li-Ion

𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡
𝑉𝑖𝑛 ∗𝐷𝑇

với

𝑑𝑖𝐿
𝑑𝑡

=

𝑉𝑖𝑛
𝐿

(3)

𝐿

D: là chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle).
Khi khóa K mở, dịng điện từ nguồn nạp vào cuộn cảm đột
ngột bị cắt. Do tính chất duy trì dịng điện của cuộn cảm, cuộn
cảm sẽ duy trì dịng điện qua nó bằng cách sinh ra một điện áp
rất lớn giữa 2 cực của nó. Vì nhánh từ nguồn qua khóa K đã
bị cắt, nên chỉ còn nhánh qua diode. Do vậy, dòng điện từ điện
cảm chạy qua diode, nạp cho tụ C và cấp cho tải.
𝑉𝐿 = 𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝐿
∆iL(off) =

𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡
(𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 )(1−𝐷)𝑇
𝐿

(4)

Về nguyên tắc, điện áp do cuộn cảm tạo ra có thể rất
lớn và khơng bị giới hạn bởi điện áp vào. Chỉ cần đạt được
cân bằng về công suất:
𝑃𝑖𝑛 = 𝑉𝑖𝑛 ∗ 𝐼𝑖𝑛 ∗ 𝜏 = 𝑃𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 ∗ 𝐼𝑙𝑜𝑎𝑑 .
Do vậy, có thể tạo điện áp ra cao, nhưng dòng ra phải đủ
nhỏ.
Từ (3) và (4) ta có quan hệ áp vào Vin và Vload
𝑉𝑖𝑛
∆iL(on) + ∆iL(off) = 0 => 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 =
1−𝐷
D thay đổi từ 0 đến 1 (không bao gồm các giá trị 0 và 1),
do đó 0 < Vin < Vload.
Tương tự như ổn áp Buck, một trong những bài toán
thường gặp là như sau: cho biết phạm vi thay đổi của điện
áp ngõ vào Vin, giá trị điện áp ngõ ra Vload, độ dao động
điện áp ngõ ra cho phép, dòng điện tải tối thiểu Iload,min, xác
định giá trị của điện cảm, tụ điện, tần số chuyển mạch và
phạm vi thay đổi của chu kỳ nhiệm vụ, để đảm bảo ổn định
được điện áp ngõ ra.
Phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào và giá trị điện áp


ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑

. Từ đó ta thiết kế được mạch ổn áp

Boost thực tế như Hình 5 với áp vào từ 3,7V đến 4,2V áp
ngõ ra là 5,2V ổn định.

Hình 5. Mạch ổn áp Boost sạc cho thiết bị di động

4. Thiết kế bộ nạp cho thiết bị di động bằng năng lượng
mặt trời và kết quả đạt được
4.1. Thiết kế bộ nạp cho thiết bị di động bằng năng lượng
mặt trời hiệu suất cao

4.1.2. Pin Li-Ion
Pin Li-on 18650 có điện áp 3,7V, kích thước nhỏ đường
kính 18mm, cao 65mm, dung lượng lớn từ 1000 ~ 3000 mAh,
tuổi thọ của pin sạc được khoảng 500 lần, độ an toàn rất
cao,thường được dùng làm pin Laptop, để tăng dung lượng
pin ta mắc song song nhiều cell lại, đề tài thiết kế cho việc
mắc song song 6 cell pin dung lượng đạt được từ 6000 ~
18000 mAh mà công suất vẫn đảm bảo.
4.1.3. Mạch ổn áp Buck
Mục đích để hạ áp và cho ra áp ổn định như mong muốn
mà hiệu suất phải cao. Ta chọn mạch ổn áp có sơ đồ ngun
lý như Hình 7. Trong sơ đồ nguyên lý này, ta dùng 2
LM317 mắc nối tiếp với nhau, U1 đóng vai trị làm nguồn
dịng, U2 đóng vai trò hạ áp ổn áp ngõ ra theo ý thiết kế
(phụ thuộc RV1, R2).
Ưu điểm phương án thiết kế này giúp cho giá trị dòng
và áp ra của mạch đúng theo mục tiêu thiết kế của tác giả.
Hơn nữa, nó cịn giúp tăng cơng suất chịu đựng của mạch
khi dịng và áp ngõ vào lớn. Ngoài ra, yêu cầu mạch cần
thêm chức năng bảo vệ khi pin nạp đầy.
U1

U2

LM317EMP
VI

R13

1

ADJ

VO

2

LM317EMP

R1

3

VI

VO

0.47R/5W

0.47R/5W

3

+(7-32V)

2

R4

R6

500

15K

C1

R2

1000uF
25V

Q2

1

+

39

U3

10K

C2

R3

A1013

RV2

120

3

1−𝑉𝑖𝑛𝑚𝑖𝑛

,

81

ADJ

và 𝐷𝑚𝑎𝑥 =

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑

1

ngõ ra xác định phạm vi thay đổi của D: 𝐷𝑚𝑖𝑛 =

1−𝑉𝑖𝑛𝑚𝑎𝑥

TL431

CELL PIN LIPO

D1

1000uF

Q1
D468

2

RV1
10K

R5

LED

22K

-

0V

Hình 7. Sơ đồ thiết kế mạch ổn áp Buck
𝑅𝑣1

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 1.25(1+

Hình 6. Hệ thống sạc điện cho thiết bị di động thực tế

Hệ thống sạc điện cho thiết bị di động như Hình 6 bao
gồm các thành phần chính: tấm năng lượng mặt trời, pin liIon,mạch ổn áp Buck, mạch ổn áp Boost.
4.1.1. Tấm năng lượng mặt trời
Tấm năng lượng mặt trời 72 cell được chọn nhằm mục
đích đảm bảo nguồn cung cấp cho mạch ổn áp Buck để duy
trì năng lượng nạp cho pin Li-Ion. Bảng 1 cho kết quả khảo
sát mức năng lượng của tấm năng lượng mặt trời 72 Cell
khi được gắn với mạch ổn áp Buck (V2out) và khi không
được gắn (V1out) trong điều kiện trời khơng mưa. Trong đó,
mức điện áp tốt nhất từ tấm năng lượng mặt trời là 6,5V
đến 9V khi gắn với bộ ổn áp Buck, vì áp từ 6,5V trở lên khi
qua mạch ổn áp Buck mới đảm bảo công suất để mạch ổn
áp Buck tạo ra 4,2V nạp cho Pin Li-Ion. Kết quả này thu
được trong khoảng thời gian từ 8h-16h.

STT
1
2
3
4

Thời gian
18h-6h
6h-8h, 16h-18h
8h-10h, 15h-16h

10h-15h

V1out
8V-10V
10V-15V
15V-20V
20V-24V

V2out
4V-5,01V
5,01V-6,5V
6,5V-7,5V
7,5V-9V

𝑅𝑣1

)=4.2V =>

𝑅2

= 2.36

Chọn R2=120Ω, => RV1=283,2Ω, nên ta chọn RV1 là
biến trở để linh hoạt trong việc chọn giá trị áp ngõ ra với
việc điều chỉnh biến trở RV1 này.
Dòng ra của mạch được quy định bởi U1. Do mạch sạc
PIN yêu cầu dòng ra lớn hơn 0,8A, ta chọn
𝑖𝑙𝑜𝑎𝑑 =

𝑉𝑟𝑒𝑓

=

𝑅1 +𝑅13

1,25

= 1,32A

0,47+0,47

Như vậy U1 ngồi chức năng đảm bảo cơng suất hoạt
động cho tồn bộ mạch, cịn đóng vai trị là nguồn dòng
cung cấp cho mạch với dòng là 1.32A.
4.1.4. Mạch ổn áp Boost
Ứng dụng MC34063A để thực hiện chức năng của
mạch ổn áp Boost, ta có sơ đồ nguyên lý như Hình 8
J1

J4

R11

1

0.22/5W

CONN-SIL1

L1

R7

100u

D2

R12

DIODE
1N4733A

180R

R9

AU-Y1005-R

22K

180R

VCC
D+
DGND

U4
1
2
3

4

SWC
SWE
CT
V-

DRC
IPK
V+
CINV

8
7
6
5

Q3

C5

TIP41C

1000uF

J2
1

MC34063

R8

R10

CONN-SIL1

6.8K

2.2

C4
1nF
1000uF

J5

Bảng 1. Kết quả khảo sát mức điện áp
thu được của tấm năng lượng mặt trời 72 cell

𝑅2

1

C3

5VDC

1000uF

J3

1

CONN-SIL1

CONN-SIL1

Hình 8. Sơ đồ thiết kế mạch ổn áp Boost

Mục đích nâng áp cho ra áp ổn định như mong muốn
mà hiệu suất phải cao. Ứng dụng MC34063 là IC điều
khiển PWM đa năng với dòng ra trực tiếp lên tới 1,5A. Bản
thân IC có chức năng bảo vệ q dịng cho mạch, nếu thiết
kế thích hợp.


Vũ Vân Thanh

82

Với sơ đồ kết nối như Hình 8, mạch MC34063 sẽ thực
hiện chức năng nâng áp. Ta cần áp ra của mạch là 5,2V với
cơng thức tính:
𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 1,25 (1 +

𝑅10
𝑅9

) = 5,2𝑉.

Chọn R9=22kΩ=> R10=6,9kΩ, ta có thể chọn R10 là

biến trở để điều chỉnh áp ngõ ra phù hợp hoặc giá trị trở là
6,8kΩ. Như vậy áp ra của mạch phụ thuộc vào 2 giá trị điện
trở R9 và R10, chứ không phụ thuộc vào điện áp ngõ vào đo
đó mạch thỏa mãn điều kiện thiết kế nâng áp ngõ ra, cho
dù áp ngõ vào thay đổi từ 3,7V đến 4,2V từ mạch nạp pin
Li-Ion và của chính pin Li-ion.
4.2. Kết quả đạt được của bộ sạc điện cho thiết bị di động
bằng năng lượng mặt trời
Các kết quả đo được tiến hành cho cả hai trường hợp
khơng tải và có tải của hai loại bộ sạc: bộ sạc bằng năng
lượng mặt trời và bộ sạc Nokia của chính nhà sản xuất. Tất
cả phương pháp đo được thực hiện trên máy hiện sóng
Agilent 500Mhz của Phịng Thí nghiệm Điện tử, Khoa
Điện tử Viễn thông. Thiết bị di động được sạc thí nghiệm
là Nokia E71 với dung lượng Pin 1500mAh.
Điện áp ra của mạch ổn áp Buck khi gắn tải pin Li-Ion
là 4,02V, kết quả được đo bằng máy hiện sóng chế độ đo
DC và số Volt/div=2, kết quả dạng sóng hiển thị 2 vạch.
Điện áp này sẽ cấp cho ngõ vào của mạch ổn áp Boost.

4.02V

0V

Hình 9. Kết quả đo áp ra của mạch Buck khi gắn pin Li-ion

4.2.1. Trường hợp của bộ sạc di động không có tải (khơng
sạc thiết bị di động)
Điện áp ngõ ra của mạch ổn áp Boost có giá trị được
hiển thị trên máy hiện sóng như Hình 10, với thiết lập máy

hiện sóng chế độ đo DC với số Volt/Div =2.

5.2V

ổn áp Boost tự thiết kế, cịn Hình 11b là kết quả của bộ sạc
do chính nhà sản xuất cung cấp.
Thiết lập máy hiện sóng chế độ AC với
Volt/Div =5mV/div, Time/Div =50us/Div và 200us/Div.
(a)

(b)

Hình 11. Áp gợn của ngõ ra bộ sạc khi khơng có tải

Áp gợn do mạch tự thiết kế có giá trị xấp xỉ 15mV, tần
số gợn là 10Khz. Với bộ sạc của nhà sản xuất cho kết quả
áp gợn là xấp xỉ 10mV, tần số gợn là 6,6Khz.
Đánh giá: với trường hợp không tải của 2 bộ sạc cho
kết quả tương đương nhau, độ ổn định của bộ sạc nhà sản
xuất không chênh lệch lớn (<5mV) so với bộ sạc bằng năng
lượng mặt trời.
4.2.2. Trường hợp của bộ sạc cho thiết bị di động có tải
Khi tiến hành sạc cho thiết bị di động (Nokia E71), kết
quả điện áp ra của cả 2 loại bộ sạc không bị tụt áp vẫn đảm
bảo 5,2V, dòng ra là 1,0A như kết quả Hình 12. Điều này
chứng tỏ cơng suất của cả 2 bộ sạc vẫn đảm bảo với tải là
Nokia E71.
5.2V
0V

0V

Hình 12. Áp ra của bộ sạc khi có tải
Hình 10. Áp ra của bộ sạc điện cho thiết bị khi khơng tải

Từ Hình 10 ta đo được điện áp ngõ ra ổn áp Boost là hơn
5V (5.2V). Có thể kết luận mạch Boost đã thực hiện tốt chức
năng nâng áp từ 4,02V thành hơn 5V (~5,2V) ở ngõ ra.
Độ ổn định của bộ sạc điện được xác định thông qua
việc xác định thành phần xoay chiều (áp gợn) ở ngõ ra của
bộ sạc. So sánh cả 2 kết quả: Hình 11a là kết quả của mạch

Độ ổn định của 2 loại bộ sạc được xác định thông qua
kết quả ở Hình 13a cho bộ sạc năng lượng mặt trời, và Hình
13b cho bộ sạc nhà sản xuất. Thiết lập máy hiện sóng với
Hình 13a:Volt/Div= 10mV/Div, Time/Div = 1ms/Div; với
Hình 13b: Volt/Div=50mV/div, Time/Div=10us.
Kết quả đo: Hình 13a áp gợn của bộ sạc từ năng lượng
mặt trời có giá trị xấp xỉ 30mV, tần số gợn: 500Hz.
Hình 13b áp gợn của bộ sạc nhà sản xuất, có giá trị xấp


ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015

xỉ 60mV, tần số gợn: 100Khz.
Từ kết quả ở trên có thể kết luận độ ổn định của bộ sạc
bằng năng lượng mặt trời khi có tải cao hơn bộ sạc của nhà
sản xuất là 30mV, tần số gợn thấp hơn nhiều.
Như vậy, từ các kết quả khảo sát ở trên, ta có thể thấy
được bộ sạc bằng năng lượng mặt trời tự thiết kế khơng

những đảm bảo được cơng suất, mà cịn có độ ổn định cao.
Ngồi ra hệ thống cịn bổ sung thêm mạch bảo vệ có vai
trị chống sạc q đầy, tránh cạn kiệt pin, ổn định điện áp,
chống chập mạch, chống q dịng.

83

trời, thơng qua việc ứng dụng hai bộ chuyển đổi DC-DC
Buck và Boost, kết hợp với pin Li-ion để lưu trữ điện. Bộ
sạc bằng năng lượng mặt trời cho công suất và độ ổn định
đảm bảo so với bộ sạc dùng điện lưới của nhà sản xuất,
điều đó chứng tỏ giải pháp thiết kế này đã mang lại hiệu
suất cao cho hệ thống sạc pin bằng năng lượng mặt trời.
Hơn nữa, việc ứng dụng bộ sạc bằng năng lượng mặt trời
sẽ tăng sự chủ động trong việc duy trì nguồn năng lượng
cho các thiết bị di động đang ngày càng không thể thiếu đối
với con người, cũng như tiết kiệm nguồn năng lượng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

(a)

(b)

Hình 13. Áp gợn ngõ ra của bộ sạc khi gắn tải

5. Kết luận
Bài báo đã đưa ra được giải pháp để nâng cao chất
lượng bộ sạc điện cho thiết bị di động bằng năng lượng mặt

[1] International Energy Agency. Technology Roadmap: Solar

Photovoltaic Energy; IEA Publications: Paris, France, 2010. Địa chỉ
xem on line: />publication/pv_roadmap-1.pdf (accessed on 19 February 2014).
[2] Tomabechi, K. Energy resources in the future, Energies 2010, 3,
686–695.
[3] Muhammad H. Rashid, Power Electronic Circuits, Devices and
Application Handbook, Third Edition, Page no. 108-111and Page
no. 250-253.
[4] Weissbach, R.S.; Torres, K.M. A non-inverting buck-boost
converter with reduced components using a microcontroller, In
Proceedings of the Southeast Conference, Clemson, SC, USA, 30
March–1 April 2001; pp. 79–84.
[5] Sahu, B.; Rincon-Mora, G.A. A low voltage, dynamic, noninverting,
synchronous buck-boost converter for portable application, IEEE
Trans. Power Electron.2004, 19, 443–452.
[6] Gaboriault, M.; Notman, A. A high efficiency, non-inverting, buckboost DC-DC converter, In Proceedings of IEEE Applied Power
Electronics Conference and Exposition, Anaheim, CA, USA, 22–26
February 2004; pp. 1411–1415.
[7] Qiao, H.; Zhang, Y.; Yao, Y.; Wei, L. Analysis of buck-boost
converter for fuel cell electric vehicles, In Proceedings of IEEE
International Conference on Vehicular Electronics and Safety,
Beijing, China, 13–15 December 2006; pp. 109–113.
[8] Shiau, J.-K.; Ma, C.-W., Li-ion battery charging with a buck-boost
power converter for a solar powered battery management system,
Energies2013, 6, 1669–1699.

(BBT nhận bài: 08/12/2014, phản biện xong: 13/12/2014)