Đồ Ánn buck dc dc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.34 MB, 56 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>Thiết kế bộ biến đổi DC-DC Buck để nạp acqui từ panel PV</b>

<b>Giáo viên hướng dẫn đồ án : ThS. Mai Văn DuySinh viên thực hiện : Đặng Đình ThuấnMã sinh viên : 20104300050Lớp : DHTD14A2HN</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Yêu Cầu Thiết Kế

<b>Đề tài : Thiết kế bộ biến đổi DC-DC Buck để nạp acqui từ panel PV với các yêu cầu</b>

<b> 1. Trình bày cấu trúc mạch lực và nguyên tắc phát xung điều khiển.</b>

phần tử trong mạch: Van bán dẫn, tụ điện, điện cảm,… theo các thông số kỹ thuật yêu cầu.

<b> 3. Xây dựng chương trình mơ phỏng bộ biến đổi kiểm chứng thiết kế.Chương 1. Tổng quan bộ biến đổi DC – DC.</b>

<b>Chương 2. Chọn và phân tích mạch lực.</b>

+ Cấu trúc mạch lực

+ Thiết kế, tính tốn và lựa chọn các phần tử trong mạch lực

<b>Chương 3. Chọn và phân tích mạch điều khiển.</b>

+ Cấu trúc mạch điều khiển

+ Thiết kế, tính toán và lựa chọn các phần tử trong mạch điều khiển

<b>Chương 4. Mô phỏng mạch động lực và mạch điều khiển ( trên phần mềm matlab,</b>

Psim, Proteus…)

<b> Bộ môn Điều Khiển và Tự Động Hóa giáo viên hướng dẫn</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Em xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng mình và được thầy Mai Văn Duy hướng dẫn. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Trường đại học Kinh Tế Kỹ Thuật - Công Nghiệp không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tơi gây ra trong q trình thực

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Mai Văn Duy giảng viên khoa điện đã trang bị giúp em những kỹ năng cơ bản và kiến thức cần thiết để hoàn thành được đồ án này. Cùng với sự nỗ lực của bản thân, sự hỗ trợ của bạn bè trong lớp, đặc biệt với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Mai Văn Duy chúng em đã hoàn thành một cách tương đối tốt những yêu cầu mà đề tài đã đặt ra.

Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án do kiến thức chuyên ngành của em cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi một vài thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề. Rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của các thầy cô bộ môn để đề tài của em thêm hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo thuộc bộ môn “Điện tử công suất, Truyền động điện’’ đã giúp đỡ chúng em tận tình chỉ bảo chúng em để có thể hồn thiện đề tài này.

Em xin chân thành cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

1.1.3 Phân loại bộ biến đổi DC-DC...3

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NẠP ÁC QUY...4

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

2.2.3 Tụ điện C...26

2.2.4 Điện trở...26

CHƯƠNG 3...27

CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN...27

3.1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN...27

3.1.1 phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM...27

3.1.2. Điều chỉnh theo phương pháp xung - tần...29

3.2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN,CHỌN LINH KIỆN CHO TỪNG KHÂU...29

3.2.1 khâu phát xung chủ đạo và khâu tạo điện áp răng cưa...29

3.2.2 khâu so sánh...35

3.2.3 khâu khuyếch đại công suất...37

3.2.4 khâu tạo điện áp điều khiển...40

CHƯƠNG 4...41

MÔ PHỎNG MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN...41

4.1 MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB...41

Nhận xét chung: Với Kết quả thấy được...46

Tài liệu tham khảo...48

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Hình 1.0.1. Mạch tương đương của acquy...6

Hình 1.0.2 phản ứng trên mỗi acquy...9

Hình 2.0.1 sơ đồ mạch giảm áp buck...17

Hình 2.0.2 sơ đồ thay thế khi TR dẫn...18

Hình 2.0.3 sơ đồ thay thế khi Tr khơng dẫn...19

Hình 2.0.4 dạng sóng của bộ biến đổi buck trong chế độ dịng liên tục...21

Hình 2.0.5 bộ biến đổi buck...22

Hình 2.0.6 cấu trúc bán dẫn và kí hiệu của mostfet...24

Hình 2.0.7 đồ thịn điện áp cuộn cảm theo thời gian...25

Hình 2.0.8 đồ thị dịng điện qua thời gian...26

Hình 3.0.1 sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển theo phương pháp PWM...29

Hình 3.0.2 sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển xung-tần...30

Hình 3.0.3 sơ đồ tạo điện áp răng cưa tuyến tính đi lên bằng OA...31

Hình 3.0.4 tạo dao động bằng time 555 ghép với mạch răng cưa dùng transistor ...33

Hình 3.0.5 sơ dồ tạo xung tam giác hai cực tính...35

Hình 3.0.6 so sánh 2 cửa dùng khuyếch đại thuật tốn OA...37

Hình 3.0.7 cấu trúc khối khuyếch đại xung...38

Hình 3.0.8 một số mạch phối hợp xung...39

Hình 3.0.9 các điện trở hạn chế dịng điều khiển...40

Hình 4.0.1 sơ đồ mạch điều khiển và mạch lực hồn chỉnh...42

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Hình 4.0.2 mơ phỏng mạch điều khiển cho van theo phương pháp PWM...42

Hình 4.0.3 kết quả mơ phỏng điều khiển...43

Hình 4.0.4 mơ phỏng mạch buck...43

Hình 4.0.5 kết quả mơ phỏng điện áp đầu ra...44

Hình 4.0.6 kết quả mơ phỏng dịng điện qua tải...45

Hình 4.0.7 mơ phỏng mạch buck bằng psim...45

Hình 4.0.8 mơ phổng mạch điều khiển bằnng Psim...46

Hình 4.0.9 kết quả mơ phỏng mạch mơ phỏng các khâu của mạch điều...46

Hình 4.0.10 kết quả mơ phỏng điện áp đầu ra và dịng qua tải...47

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Trong lĩnh vực kỹ thuật hiện đại ngày nay, việc chế tạo ra các bộ chuyển đổi nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho các thiết bị sử dụng điện là hết sức cần thiết. Quá trình xử lý biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều khác gọi là quá trình biến đổi DC-DC. Cấu trúc mạch của các bộ biến đổi DC-DC vốn không phức tạp nhưng vấn đề điều khiển nhằm đạt được hiệu suất biến đổi cao và đảm bảo ổn định ln là mục tiêu của các cơng trình nghiên cứu

Việc đưa kiến thức vào thực tiễn khơng cịn là q xa lạ đối với sinh viên đang theo học tại các trường đại học đặc biệt là các trường kỹ thuật. Trong học phần đồ án này, chúng em thực hiện đề tài: “ Thiết kế mạch buck conventer DC-DC”

Sau thời gian học tập tại trường , được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cơ giáo trong ngành Điện tự động công nghiệp trường Đại học Kinh Tế - Kĩ Thuật Cơng Nghiệp , em đã học khố học và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định . Được sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao đề tài : “THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC BUCK ĐỂ NẠP ÁCQUI TỪ PANEL PV”

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>CHƯƠNG 1</b>

1.1 BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC LÀ GÌ ? 1.1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, các bộ biến đổi sử dụng trong các hệ thống rất thông dụng bởi hiệu suất và chất lượng điện áp. Các bộ biến đổi điện áp một chiều là một trong những bộ biến đổi được sử dụng nhiều nhất.

Như chúng ta đã biết thì nguồn điện là một phần rất quan trọng đối với một mạch điện hay một hệ thống điện nào đó. Nguồn điện ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của mạch hay hệ thống. Đối với mỗi mạch điện hay hệ thống nó cần địi hỏi các nguồn đầu vào khác nhau từ một nguồn đầu vào cố định hay có sẵn. Nguồn DC được sử dụng rất rộng rãi và được sử dụng hầu hết trong các mạch điện hay các hệ thống điện. Nhưng để sử dụng nguồn DC vào hệ thống của mình thì nguồn DC này cần phải được biến đổi thành nguồn DC khác hay nhiều nguồn DC cung cấp cho hệ thống. Ví dụ như mình có 1 nguồn đầu vào là 12V mà hệ thống của mình nó chạy tới 100V thì lúc này chúng ta phải biến đổi điện áp từ 12V lên 100V để chạy được hệ thống của chúng ta.

Hiện nay thì nguồn xung hay nói cách khác nó là các bộ nguồn biến đổi DC-DC nó được sử dụng phổ biến hầu hết trên các mạch điện và các hệ thống điện tự động. Với ưu điểm là khả năng cho hiệu suất đầu ra cao, tổn hao thấp, ổn định được điện áp đầu ra khi đầu vào thay đổi, cho nhiều đầu ra khi với một đầu vào… Nguồn xung hiện nay có rất nhiều loại khác nhau nhưng nó được chia thành 2 nhóm nguồn : Cách ly và khơng cách ly

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Mỗi loại nguồn trên đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Nên tùy theo yêu cầu của nguồn mà ta chọn các kiểu nguồn xung như trên.

1.1.2 Khái niệm

Bộ biến đổi DC-DC hay DC-DC converter hay bộ biến đổi điện áp 1 chiều-1 chiều là một mạch điện tử hay thiết bị cơ điện dùng để chuyển đổi nguồn dòng điện 1 chiều (DC) từ mức điện áp này sang mức điện áp khác. Nó là một loại bộ chuyển đổi năng lượng điện. Mức năng lượng từ rất thấp đến rất cao.

1.1.3 Phân loại bộ biến đổi DC-DC

Một số tiêu chí cơ bản hay được sử dụng để phân loại các bộ biến đổi DC-DC:

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Bộ biến đổi giảm áp (Buck Converter hoặc Step down converter): Là bộ biến đổi mà giá trị điện áp một chiều ở đầu ra nhỏ hơn giá trị điện áp một chiều ở đầu vào .

Bộ biến đổi tăng áp ( Boost Converter hoặc Step Up Converter): Là bộ biến đổi mà giá trị điện áp một chiều ở đầu ra lớn hơn giá trị điện áp một chiều ở đầu vào .

<i>1.1.3.2 Theo phương pháp chuyển đổi</i>

- Bộ biến đổi dùng tụ điện. - Bộ biến đổi dùng cuộn cảm.

- Bộ biến đổi kết hợp cả hai phương pháp trên.

Bộ biến đổi khơng có cách ly (Non-isolating Converter): Là các bộ biến đổi mà có đầu vào và đầu ra có liện hệ trực tiếp với nhau về điện.Thường thấy dạng này trong các bộ Buck converter hoặc Boost converter.

Bộ biến đổi có cách ly (Isolating Converter ): Là các bộ biến đổi có đầu vào và đầu ra khơng có liên hệ trực tiếp với nhau về điện.Thường thấy dạng này trong các bộ Flyback converter hoặc Bridge converter.Với việc sử dụng máy biến áp xung giữ vai trò cách ly và tạo tỷ số điện áp ra/vào.

<i>1.1.3.4 Theo bộ điều chỉnh </i>

Bộ điều chỉnh tuyến tính (Linear Regulator): Trường hợp này, năng lượng được truyền một cách liên tục từ đầu vào qua bộ biến đổi tới đầu ra.

Bộ điều chỉnh chuyển mạch (Switching Regulator): Trường hợp này, năng lượng được truyền từ đầu vào qua bộ biến đổi tới đầu ra có sự thay đổi kiểu nhảy bậc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NẠP ÁC QUY 1.2.1 Giới thiệu

Ácquy được cấu tạo bởi 2 hay nhiều các ngăn acquy nhỏ được ghép lại với nhau, các ngăn này chuyển hóa năng thành điện năng. Một ngăn gồm 2 bản cực, cực dương và cưc âm được nhúng một dung dịch điện phân nên sẽ có sự tác dụng giữa các bản cực với dung dich điện phân và sinh ra dòng điện một chiều. Trong trường hợp các acquy có thể sạc, các phản ứng hóa học diễn ra ngược lại bằng cách cho dịng điện vào acquy.

Accquy chì acid là loại acquy phổ biến nhất. 1.2.2 Các thông số của acquy

 Điện áp:

Mỗi ngăn acquy có một điện áp nhỏ, các ngăn sẽ được nối nối tiếp với nhau để đưa ra được một điện áp yêu cầu . acquy trên xe hơi thường là 6V hoặc 12V nên các ngăn được nối với nhau để tạo ra điện áp như trên. Khi dòng điện được đưa ra, điện áp sẽ giảm xuống, khi acquy được sạc điện áp lại tăng lên.

<i>Hình 1.0.1. Mạch tương đương của acquy</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Acquy có một suất điện động E được cho là khơng đổi, nhưng điện áp trên 2 bản cực là một giá trị khác V do điện trở trong của acquy. Phụ thuộc vào dòng điện I chảy ra 2 bản cực acquy.

Điện áp trên 2 bản cực của acquy có thể tính như sau: V = E – IR

Nếu như dịng điện I = 0, thì điện áp trên hai bản cực coi như bằng E. do đó E được coi là điện áp hở mạch. Khi acquy được sạc thì điện áp sạc sẽ bị tăng lên bới IR. Vì vậy điện trở trong của acquy càng nhỏ càng tốt.

Trong thực tế E không phải là một hằng số. Điện áp bị ảnh hưởng bởi trạng thái sạc và nhiều nhân tố khác như nhiệt độ.

 Khả năng tích điện.

Điện tích mà một acquy có thể cung cấp là một thống số quyết đinh. Đơn vị trong hệ SI là coulomb, là số điện tích khi một amp chảy qua trong một giây. Tuy nhiên đây là một đơn vị nhỏ. Do đó amphour được sử dụng: 1Ampe chảy qua trong một giờ. VD: dung lượng của một acquy là 10Amphours nghĩa là nó có thể cung cấp dòng 1Ampe trong 10 giờ, hay là 2Ampe trong 5 giờ, 10Ampe trong 1 giờ.

Nhưng thực tế theo như thông số là 10Amphours, nếu như 10Ampe được lấy ra thì khả năng phóng của acquy sẽ khơng q 1 giờ.

Một ví dụ khác với một acquy 100Amphour. Dung lượng sẽ bị ảnh hưởng khi điện tích được lấy ra nhanh hay chậm. Khi phóng điện hết trong 1 giờ thì dung lượng giảm xuống chỉ còn khoảng 70Amphours. Mặt khác nếu phóng điện càng lâu ( khoảng 20 giờ) thì dung lượng lại lên tới 110Amphours. Hiện tương này xảy ra bởi nhưng phản ứng không mong muốn trong các ngăn acquy. Hiện tượng đễ nhận thấy nhất trong acquy chì axit, nhưng nó cũng xảy ra với tất cả các loại acquy.

 Hiệu suất của năng lượng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Đây là tỷ lệ giữa năng lượng mà một acquy có thể cung cấp cho tải với năng lượng cần thiết mà acquy nạp vào trước khi phóng điện.

 Tỷ lệ tự phóng điện.

Hầu hết các loại acquy khi không sử dụng đều bị xảy ra hiện tượng này, điều này cho thấy acquy không thể để không trong một thời gian dài mà không được nạp, tỷ lệ này phụ thuộc vào loại acquy, nhiệt độ môi trường…

 <i>Nhiệt độ khi hoạt động và làm mát.</i>

Nhiều loại acquy có thể hoạt động ngay ở nhiệt độ mooit trường, một số hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, cần phải làm nóng lên mới sử dụng được và cần phải làm mát trong khi sử dụng. Tuy nhiên, hiệu suất acquy sẽ rất kém khi làm việc ở nhiệt độ thấp. Khi chọn acquy phải cân nhắc đến các yếu tố trên.

 <i>Tuổi thọ và số lần nạp lại.</i>

Hầu hết acquy chỉ có thể nạp lại khoảng vài tram lần, số lần nạp lại phụ loại acquy, cũng như thiết kế chi tiết, cách sử dụng của acquy, đây là thông quan trọng trong các thông số của acquy.

1.2.3 Các loại acquy.

<i>1.2.3.1 Acquy chì axit.</i>

Đây là loại acquy được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại xe. Ở trong các ngăn của loại acquy này cực âm được cấu tạo từ chì, cực dương làm từ chì oxit, các cực này được ngâm vào trong một dung dịch điện phân lỗng của axit sunfuric. Axit sunfuric kết hợp với chì, chì oxit, sinh ra chì sunfat và nước, năng lượng sẽ được sinh ra trong suốt quá trình này.

Pb + PbO2 + H2SO4 2PbSO4 + 2H2O Phản ứng trên được mơ tả trên hình 1.0.2

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<i>Hình 1.0.2 phản ứng trên mỗi acquy</i>

Phần trên của hình vẽ diễn tả q trình phóng điện của acquy, cả 2 bản cực đều hình thành chì sunfat, dung dịch axit sunfuric bị loãng dần,

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Khi nạp điện, 2 bản cực trở lại thành chì và chì oxit, dung dịch điện phân tăng trở lại tính axit.

Acquy chì axit này được sử dụng rất rông rãi, hoạt động tin cậy, các thành phần cấu tạo rẻ, và điện áp khoảng 2V cho mỗi ngăn.

 Đặc trưng riêng của acquy chì axit.

Các phản ưng trong acquy khơng chỉ diễn ra như trên hình vẽ, các cực của acquy đều tác dụng với axit sunfuric mặc dù diễn ra rất chậm như sau:

ở cực dương : 2PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O + O2 ở cực âm : Pb + H2SO4 PbSO4 + H2

Đây là q trình tự phóng của acquy, tốc độ diễn ra phụ thuộc vào nhiêt độ của acquy, nhiệt độ càng cao diên ra càng nhanh, sự nguyên chất của các linh kiện,

Mặt khác, sau khi đã sạc đầy nêu ta tiếp tục sạc tiếp khi đó khơng cịn chì sunfat để nhận các electron sẽ sinh ra H2 và O2. Làm dung dịch trong acquy bị cạn dần.

<i>1.2.3.2.. Acquy Nickel</i>

Acquy này sử dụng điện cực bằng nikel được phát triển từ cơng trình nghiên cứu của Edison vào cuối thế kỷ 19. Các loại acquy này được làm từ kim loai nickel, nickel – kẽm, nickel-cadimi.

 <i>Acquy nicken-cadimi.</i>

Đây là loại acquy coi là phổ biền ngang với acquy chì, nhưng nó có chỉ số năng lượng riêng gấp đơi acquy chì.

Acquy nicken-cadimi sử dụng nicken oxyhidroxide để làm cực dương và cadimi làm cực âm, năng lượng điện thu được qua phản ứng sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Cd + 2NiOOH + 2H2O  Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

NiCad acquy được ứng dụng khá rộng rãi, có số lần nạp lại khỏang 2500 lần, nhiệt độ hoạt động trong khoảng -40*C đến 80+*C, chỉ số tự phóng thấp, khả năng lưu trữ năng lượng dài, có thể sạc đầy trong vòng 1 giờ, và đến 60% trong 20 phút.

Mỗi ngăn acquy chỉ có điện áp khoảng 1.2V do đó để có một điện áp 12V cần có 10 ngăn, Cd là một chất gây ô nhiễm môi trường và gây ung thư, các điều này làm tăng giá thành của acquy.

<i>1.2.3.3. Acquy Natri.</i>

Loại acquy này được phát triển vào những năm 1980, sử dụng dung dịch natri để làm cực âm, điểm khác biệt của acquy này với các loại acquy khác là chúng hoạt động ở nhiệt độ cao. Chúng có một cực làm từ natri lỏng bên trong hình dạng của một loại sứ, chúng rất độc hại nên không được ứng dụng vào trong điện thoại di động hay lapotp.

 Acquy natri lưu huỳnh.

Bắt đầu được phát triển vào những năm 1970, chúng hoạt động ở nhiệt độ 300*-350*C. để giữ được nhiệt độ như vậy chúng được đóng kín vào một hộp chân không.

<i>Cực dương gồm natri lỏng, cực âm gồm dung dịch lưu huỳnh.</i>

Năng lượng điện được giải phóng qua sự kết hợp giữa natri và lưu huỳnh tạo thành natri sulphide.

2Na + xS  Na2Sx

Do yêu cầu nhiệt độ cao, nên các loại acquy nhỏ không thể chế tạo được, việc làm nóng là làm mát cho acquy cần được thiết kế cẩn thận. mặt khác sự nguy hiểm của natri và lưu huỳnh đã làm cho loại acquy này không còn xuất hiện trên thị trường.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

 Acquy Zebra.

Acquy zebra sử dụng nickel cloride để làm cực dương và natri lỏng để làm cực âm. Năng lương được tạo ra từ phản ứng giữa Natri và Nickel cloride:

2Na + NiCl2 Ni + 2NaCl

Điện áp tạo ra từ phản ứng khoảng 2.5V, trong giai đoạn sau phản ứng trở lên phức tạp, các ion nhôm từ dung dịch điện phân làm hạ điện áp, rơi xuống khoảng 1.6V. điện trở trong của acquy cũng tăng theo.

Một nhược điểm lớn nữa của Zebra acquy là chúng hoạt động ở nhiệt độ 320*C.

<i>1.2.3.4. Acquy Liti.</i>

Từ cuối năm 1980 acquy liti đã xuất hiện trên thị trường. chúng có mật độ năng lượng cao hơn hẳn so với các loại acquy khác. Chúng có ở các laptop đắt tiền, điện thoại di động nhiều hơn các loại acquy NiCad và NiHM.

 Acqui Li-polymer.

li-poplymer acquy sử dụng Li làm cực âm và một oxit kim loại khác đặt ở giữa là cực dương, phản ứng hóa học giữa Li và kim oxit kim loại giải phóng năng lượng. khi acquy được sạc phản ứng hóa học được diễn ra ngược lại.

xLi + MyOz LixMyOz

Hình dạng của cực Liti là vấn đề lớn của loại acquy này, chúng thỉnh thoảng bị giảm hiệu suất hoạt động do sự thụ động, do đó chúng đã bị thay thế bởi acquy Li-ion.

 Acqui Li-ion.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Acquy Li-ion được giới thiệu vào đầu những năm 1990, sử dụng oxit Liti để làm cực dương và Liti Cacbon để làm cực âm, dung dịch điện phân là một dung dich hữu cơ hoặc một loại polymer rắn.

Năng lượng được giải phóng từ phản ứng giữa Liti cacbon và oxit liti. C6Lix + MyOz 6C + LixMyOz

Đặc điểm quan trọng của loại acquy này là chúng cần một điện áp chính xác khi sạc, nếu cao quá sẽ làm hỏng acquy, thấp quá sẽ sẽ không đủ để sạc. Để đáp ứng điều này, các bộ sạc acquy cũng được phát triển cùng với acquy.

Acquy Li-ion có một lợi thế về trọng lượng so với các loại khác, có mật độ năng lượng cao gấp lần acquy chì.

1.2.4. Cơng nghệ nạp ácquy

<i>1.2.4.1 Phương pháp phóng nạp.1.2.4.1.1 Phóng điện ắc quy.</i>

Phóng điện có thể tiến hành vào bất kỳ thời điểm nào và bất kỳ dòng điện nào nhỏ hơn trị số ghi trong bảng chỉ dẫn của nhà chế tạo.

Khi phóng diện bằng chế độ 3 giờ hoặc dài hơn, có thể phóng liên tục cho đến khi điện thế ở mỗi ngăn giảm xuống đến 1,8V. Khi phóng với chế độ 1,2 giờ, thì ngừng phóng khi điện thế ở mỗi ngăn xuống đến 1,75V.

Khi phóng với dịng điện nhỏ thì khơng xác định việc kết thúc phóng theo điện thế. Trong trường hợp này, việc kết thúc phóng được xác định theo tỷ trọng chất điện phân. Việc phóng được kết thúc khi tỷ trọng giảm đi từ 0,03 đến 0,06 g/cm<small>3</small> so với tỷ trọng ban đầu (nhưng cũng không được để điện thế mỗi ngăn giảm xuống thấp hơn 1,75V).

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Việc nạp ắc quy lần sau được tiến hành sau khi phóng thử dung lượng ắc quy nhưng khơng được q 12 giờ tính từ lúc ngừng phóng.

Tuỳ theo phương pháp vận hành ắc quy, thiết bị nạp và thời gian cho phép nạp, phương pháp nạp, việc nạp có thể được thực hiện theo các cách như sau:

 Nạp với dịng điện khơng đổi.  Nạp với dịng điện giảm dần.  Nạp với điện thế không đổi.

 Nạp thay đổi với điện thế khơng đổi.

<i>1.2.4.1.2.1 Nạp với dịng điện khơng đổi.</i>

Việc nạp có thể tiến hành theo kiểu 1 bước hoặc 2 bước.  Nạp kiểu 1 bước:

Để dịng nạp khơng vượt q 12 % của dung lượng phóng mức 10 giờ tức là 0,12 C10.

 Nạp kiểu 2 bước:

<i>Bước 1: Để dòng điện nạp bằng dòng điện định mức của thiết bị nạp nhưng</i>

không vượt quá 0,25 C10. Khi điện thế tăng lên đến 2,3 – 2,4V thì chuyển sang bước 2.

<i>Bước 2: Để dịng điện nạp khơng vượt q 0,12C</i><small>10. Đến cuối thời gian nạp,</small> điện thế ắc quy đạt đến 2,6 – 2,8V. Tỷ trọng ắc quy tăng lên đến 1,200 – 1,210 g/cm<small>3</small>, giữa các bản cực ắc quy quá trình bốc khí xảy ra mãnh liệt. Việc nạp được coi là kết thúc khi điện thế và tỷ trọng của ắc quy ngừng tăng lên trong khoảng 1 giờ và ắc quy sau khi nghỉ nạp 1 giờ khi nạp lại sẽ sơi ngay tức thì.

Thời gian nạp đối với ắc quy đã được phóng hồn tồn theo kiểu nạp 1 bước với dòng 0,12C10 mất khoảng 12 giờ, còn nạp 2 bước với dòng 0,25C10 và 0,12C10 mất khoảng 7 – 8 giờ. Ở các giá trị mà dịng điện nạp bé hơn thì thời gian nạp phải tăng lên tương ứng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Tiến hành nạp giống như phần trên, nhưng với dòng điện giảm dần, ban đầu 0,25C10 và sau đó 0,12C10. Ở giá trị dòng nạp nhỏ: thời gian tương ứng được tăng lên. Dấu hiệu kết thúc nạp cũng giống như trưòng hợp nạp với dịng điện khơng đổi.

<i>1.2.4.1.2.3 Nạp với điện thế không đổi.</i>

Nạp với điện thế không đổi được tiến hành với thiết bị nạp làm việc ở chế độ ổn áp. Điện thế được chọn trong giới hạn từ 2,2 – 2,35V đối với ắc quy chì axít và được duy trì ổn định trong suốt quá trình nạp. Thời gian nạp vài ngày đêm. Trong 10 giờ nạp đầu tiên, ắc quy có thể nhận được tới 80% dung lượng bị mất khi phóng. Khi tỷ trọng chất điện phân giữ ngun trong 10 giờ thì có thể kết thúc việc nạp.

Việc nạp được tiến hành theo 2 bước:

<i>Bước 1: Dòng điện nạp được hạn chế ở 0,25C</i><small>10, còn điện thế thay đổi tăng tự</small> do. Cho đến khi điện thế ắc quy tăng lên đến 2,2 – 2,35V thì chuyển sang bước 2.

<i>Bước 2: Nạp với điện thế khơng đổi. Việc nạp này được tự động hố bằng thiết</i>

bị nạp có ổn định điện thế và giới hạn dòng điện. -Các chế độ vận hành.

+Chế độ nạp thường xuyên.

Đối với các loại bình ắc quy tĩnh, việc vận hành ắc quy được tiến hành theo chế độ phụ nạp thường xuyên. Ắc quy được đấu vào thanh cái một chiều song song với thiết bị nạp. Nhờ vậy, tuổi thọ và độ tin cậy của ắc quy tăng lên và chi phí bảo dưỡng cũng được giảm xuống.

Để bảo đảm chất lượng ắc quy, trước khi đưa vào chế độ phụ nạp thường xuyên phải phóng nạp tập dượt 4 lần. Trong quá trình vận hành ắc quy ở chế độ phụ nạp thường xun, ắc quy khơng cần phóng nạp tập dượt cũng như nạp lại.

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Trường hợp sau một thời gian dài làm việc ở chế độ phụ nạp thường xuyên mà thấy chất lượng ắc quy bị giảm thì phải thực hiện việc phóng nạp đột xuất.

Ở chế độ phụ nạp thường xuyên, cần duy trì điện thế trên mỗi bình ắc quy là 2,2 ± 0,05V để bù trừ sự tự phóng và duy trì ắc quy ở trạng thái ln được nạp đầy.

Dịng điện phụ nạp thơng thường được duy trì bằng 50 – 100 mA cho mỗi 100 Ah. Ở chế độ phụ nạp này, điện thế trên ắc quy phải được duy trì tự động trong khoảng ±2 %.

Việc phóng thử dung lượng thực tế của ắc quy được tiến hành 1 – 2 năm 1 lần hoặc khi có nghi ngờ dung lượng ắc quy kém. Dịng điện phóng được giới hạn ở chế độ mức 3 đến 10 giờ. Để đánh giá chính xác dung lượng phóng của ắc quy, nên tiến hành ở cùng 1 chế độ phóng như nhau trong nhiều lần phóng.

Dung lượng quy đổi được tính theo cơng thức: C20 = Ct /(1+0,008 ( t - 20 ) ) Với C20 là dung lượng ở 20<small>0</small>C, Ct là dung lượng ở t<small>0</small>C.

+Chế độ phóng nạp xen kẽ.

Ắc quy làm việc ở chế độ nạp phóng là ắc quy thường xuyên phóng vào 1 phụ tải nào đó sau khi đã ngưng nạp. Sau khi đã phóng đến 1 giá trị nào đó thì phải nạp trở lại.

Trường hợp sử dụng ắc quy không nhiều thì mỗi tháng phải tiến hành phụ nạp với dịng điện không đổi là 0,1 C10. Việc xác định tiến trình nạp được kết thúc dựa theo các điều ghi ở phần trên. Việc nạp lại nhằm loại trừ việc sun phát hóa ở các bản cực. Việc nạp lại tiến hành 3 tháng một lần, hoặc khi ắc quy bị phóng với một dịng phóng lớn hơn dịng phóng cho phép.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>CHƯƠNG 2</b>

2.1 GIỚI THIỆU VỀ BỘ BUCK 2.1.1 giới thiệu

Bộ buck tạo ra điện áp DC đầu ra nhỏ hơn điện áp đầu vào. Việc điều khiển các khóa chuyển mạch bằng cách đóng và mở các khóa theo chu kỳ, kết quả là tạo ra điện áp DC đầu ra nhỏ hơn đầu vào. Bộ buck converter thông thường để điều chỉnh điện áp nguồn cung cấp chất lượng cao như mạch nguồn máy tính và các thiết bị đo lường, nó cịn được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.. Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị hay hệ thống khác nhau như: cấp nguồn cho máy tính và laptop, các bộ sạc điện thoại, nạp pin từ năng lượng mặt trời…

Trong thực tế, các thành phần của bộ biến đổi không phải là lý tưởng. Tụ điện được thay thế bằng một tụ điện lý tưởng mắc nối tiếp với điện trở R<small>c. Điện trở Rc</small> được gọi là điện trở nối tiếp tương đương (ESR) của tụ điện, dùng để chỉ ra tổn thất

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

năng lượng trên tụ điện. Cuộn cảm được thay thế bằng một cuộn cảm lý tưởng mắc nối tiếp với điện trở RL.

2.1.2 Nguyên lí hoạt động

Bộ biến đổi buck hoạt động theo nguyên tắc sau:

Khi khóa (van) đóng, điện áp chênh lệch giữa ngõ vào và ngõ ra đặt trên cuộn cảm, làm dòng điện trong cuộn cảm tăng dần theo thời gian. Trong khoảng thời gian từ 0 đến t0 khi van dẫn điện, năng lượng của nguồn sẽ được cấp cho phụ tải, nếu coi van là lý tưởng có: Ut=E, vì dòng điện từ nguồn i1 phải đi qua điện cảm L, nên điện cảm này sẽ nạp năng lượng trong giai đoạn van Tr dẫn

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Trong khoảng còn lại, từ t0 đến hết chu kỳ điều khiển .Khóa (van) ngắt, cuộn cảm có khuynh hướng duy trì dịng điện qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực thuận. Điện áp trên cuộn cảm lúc này ngược dấu với khi khóa (van) đóng và có điện áp bằng điện áp ngõ ra cộng với điện áp rơi trên diode D1, khiến cho dòng điện qua cuộn cảm giảm dần theo thời gian. Tụ điện ngõ ra C có giá trị đủ lớn để dao động điện áp tại ngõ ra nằm trong giới hạn cho phép

<i>Hình 2.0.5 sơ đồ thay thế khi Tr khơng dẫn</i>

Ở trạng thái xác lập, dòng điện đi qua cuộn cảm sẽ thay đổi tuần hồn, với giá trị của dịng điện ở cuối chu kỳ trước bằng với giá trị của dòng điện ở đầu chu kỳ sau. Xét trường hợp dịng điện tải có giá trị đủ lớn để dịng điện qua cuộn cảm là liên tục. Vì cuộn cảm không tiêu thụ năng lượng (cuộn cảm lý tưởng), hay cơng suất trung bình trên cuộn cảm bằng 0, và dịng điện trung bình trên cuộn cảm là khác 0, và điện áp trung bình rơi trên cuộn cảm phải là 0.

Gọi T là chu kỳ chuyển mạch (switching cycle), tỷ lệ thời gian đóng khóa (van) trong 1 chu kỳ chuyển mạch T là D (0 < D < 1). thời gian khóa (van) đóng là T1 và thời gian khóa (van) ngắt là T2, như vậy T=T1+T2. Giả sử điện áp rơi trên diode và dao động điện áp ngõ ra là rất nhỏ so với điện ngõ vào và ngõ ra. Khi đó, điện áp rơi trung bình trên điện cảm khi đóng khóa (van) là (T<small>1</small>/T)×(V<small>in</small> − V<small>out</small>), cịn điện áp rơi trung bình trên điện cảm khi ngắt khóa (van) là −(T<small>2</small>/T)×V<small>out</small>.Khi đó, để điện áp rơi trên cuộn cảm bằng 0 thì:

(T<small>1</small>/T)×(V<small>in</small> − V<small>out</small>) − (T<small>2</small>/T)×V<small>out</small> = 0 (T<small>1</small>/T)×V<small>in</small> − ((T<small>1</small> + T<small>2</small>)/T)×V<small>out</small> = 0

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

(T<small>1</small>/T)×V<small>in</small> = V<small>out</small>

Giá trị D=T1/T2 được gọi là chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle). Do D thay đổi từ 0 đến 1 (không bao gồm các giá trị 0 và 1) nên 0 < Vout < Vin.

Với các bộ biến đổi buck, vấn đề được đặt ra là: cho biết phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào Vin, giá trị điện áp ngõ ra Vout, độ dao động điện áp ngõ ra cho phép, dòng điện tải tối thiểu Imin, xác định giá trị của cuộn cảm, tụ điện, tần số chuyển mạch và phạm vi thay đổi của chu kỳ nhiệm vụ (D), 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 chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle) D: Dmin =Vout/Vinmax và Dmax =Vout/ Vinmin.

Bộ biến đổi có hai chế độ hoạt động là chế độ hoạt động liên tục và chế độ hoạt động gián đoạn. Chế độ liên tục là dòng điện qua cuộn cảm ln lớn hơn 0 do đó u cầu cuộn cảm phải có giá trị lớn. Cịn ở chế độ gián đoạn, dòng điện qua cuộn cảm có thể lớn hơn hoặc bằng 0. Trong đồ án chỉ xét bộ biến đổi buck trong chế độ dòng liên

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<i>Hình 2.0.6 dạng sóng của bộ biến đổi buck trong chế độ dịng liên tục</i>

Thơng thường, các bộ biến đổi buck chỉ nên làm việc ở chế độ dòng điện liên tục qua điện cảm. Tại biên của chế độ dòng điện liên tục và gián đoạn, độ thay đổi dòng điện sẽ bằng 2 lần dòng điện tải tối thiểu. Điện cảm phải đủ lớn để giới hạn độ thay đổi dòng điện ở giá trị này trong điều kiện xấu nhất, tức là khi D = D<small>min (vì thời</small> gian giảm dịng điện là T2, với điện áp rơi không thay đổi là Vout). Một cách cụ thể chúng ta có đẳng thức sau:

(1 – Dmin)T Vout = 2Lmin Imin

Hai thông số cần lựa chọn ở đây là Lmin và T. Nếu chúng ta chọn tần số chuyển mạch nhỏ, tức là T lớn (f = 1/T là tần số chuyển mạch), thì Lmin cũng cần phải lớn.

Thành phần xoay chiều của dòng điện qua cuộn cảm sẽ đi qua tụ điện ngõ ra. Với dịng điện qua cuộn cảm có dạng xung tam giác, điện áp trên tụ điện ngõ ra sẽ là các đoạn đa thức bậc 2 nối với nhau (xét trong một chu kỳ chuyển mạch). Khi khóa

</div>

Đồ Ánn buck dc dc

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về