Tính toán thông số nguồn phản kích và lựa chọn linh kiện, hướng dẫn tính toán và quấn biến áp phản kích

Thảo luận Kỹ thuật Điện tử Công suất
, , , ,
1

Bài viết này lấy ví dụ về nguồn ngược 72W với đầu vào điện áp rộng 24V/3A để tính toán các tham số mạch và lựa chọn linh kiện, bao gồm tính toán và phương pháp quấn biến áp ngược.

Các công thức trong bài viết được tham khảo từ các tài liệu trên mạng.

Nếu có sai sót trong nội dung bài viết, mong các chuyên gia góp ý.

Tham số hoạt động của nguồn ngược

Trước tiên, cần xác định rõ các thông số của nguồn ngược cần thiết kế.

Tham số Giá trị
Điện áp đầu vào định mức V_{acnom} 220VAC
Điện áp đầu vào thấp nhất V_{acmin} 85VAC
Điện áp đầu vào cao nhất V_{acmax} 265VAC
Tần số lưới f_L 50Hz
Điện áp đầu ra V_{out} 24V
Dòng điện đầu ra I_{out} 3A
Tần số hoạt động f_s 150kHz
Hiệu suất thiết kế η 85%

Tần số hoạt động của nguồn ngược thường do người thiết kế tự định nghĩa dựa trên yêu cầu ứng dụng cụ thể, không phải giá trị cố định. Tăng tần số hoạt động có thể giảm đáng kể kích thước và trọng lượng của biến áp, cuộn cảm lọc đầu ra và tụ điện, từ đó thu nhỏ toàn bộ nguồn, vì hoạt động ở tần số cao cho phép sử dụng các linh kiện từ tính và tụ điện nhỏ hơn. Tuy nhiên, tăng tần số cũng làm tăng tổn thất chuyển mạch, có thể giảm hiệu suất nguồn, tăng nhiệt và yêu cầu thiết kế tản nhiệt phức tạp hơn; do đó, khi chọn tần số cần cân nhắc tổng thể giữa kích thước, hiệu suất, chi phí và tản nhiệt.

Phạm vi tần số điển hình nằm trong khoảng 20kHz đến 500kHz, trong đó vùng 50kHz–200kHz là phổ biến nhất, vì cân bằng tốt giữa việc giảm kích thước và kiểm soát tổn thất. Đối với thiết kế có tần số vượt quá 300kHz, tổn thất giao cắt của các transitor silic truyền thống (như MOSFET) sẽ tăng đáng kể, lúc này thường cần sử dụng các transitor bán dẫn dải cấm rộng như GaN (Gan) hoặc SiC (Silicon Carbide) để giảm tổn thất và duy trì hiệu suất cao.

Tính toán mạch chỉnh lưu lọc một pha

731×263 6.5 KB

Tính toán điện áp chịu đựng của diode cầu chỉnh lưu:

Điện áp DC sau chỉnh lưu và lọc thường gần bằng điện áp đỉnh của điện áp xoay chiều đầu vào, trong đó điện áp đỉnh bằng \sqrt{2} lần giá trị hiệu dụng. Do đó, điện áp ngược chịu đựng của diode cầu chỉnh lưu phải lớn hơn \sqrt{2} lần điện áp đầu vào hiệu dụng cao nhất.

V_{busmax} = \sqrt{2} \cdot V_{acmax} = 374.77 \mathrm{V}

Đồng thời, để xử lý các hiện tượng xung điện lưới, biến động điện áp, thường cần thêm hệ số dự phòng K_{bri} (thường lấy 1.5). Từ đó:

V_{busmax} \cdot K_{bri} = 562.15 \mathrm{V}

Do đó, điện áp ngược định mức của diode cầu chỉnh lưu phải lớn hơn ít nhất 562 V.

Công suất đầu vào:

P_{in} = \frac{P_{out}}{η} = 84.7 \mathrm{W}

Tính toán dòng điện định mức của diode chỉnh lưu:

Dòng điện đầu vào cực đại của một diode trong cầu chỉnh lưu (vì cầu chỉnh lưu hoạt động theo cặp, mỗi cặp hai diode dẫn luân phiên, nên phải chia cho 2):

I_{acmax} = \frac{P_{in}}{2 \cdot V_{acmin}} = 0.498 \mathrm{A}

Tương tự, để xử lý xung điện lưới và biến động điện áp, cần thêm hệ số dự phòng K_{bri} (thường lấy 1.5). Từ đó:

I_{acmax} \cdot K_{bri} = 0.747 \mathrm{A}

Do đó, dòng điện định mức của mỗi diode trong cầu chỉnh lưu phải lớn hơn ít nhất 0.747 A.

Dựa trên kết quả tính toán trên, linh kiện cầu chỉnh lưu được chọn là MSB40M, với điện áp định mức 1000V và dòng điện định mức 4A, đáp ứng yêu cầu tính toán.

Tính toán tụ lọc đầu vào:

Có một công thức kinh nghiệm để chọn tụ đầu vào của nguồn ngược:

  • Khi đầu vào 220VAC: chọn tụ C_{in} từ 1–2μF/W,
  • Khi đầu vào toàn dải 85VAC–265VAC: chọn tụ C_{in} từ 2–3μF/W.

Theo công thức kinh nghiệm, tính toán tụ lọc:

C_{in} = 2 \cdot P_{out} = 144 \mathrm{μF}

Vì vậy, dựa trên kết quả tính toán, có thể chọn tụ điện hóa 150μF.

Chọn điện áp chịu đựng của tụ lọc đầu vào:

Thông thường, chọn lớn hơn điện áp đỉnh của điện áp xoay chiều đầu vào. Ví dụ, ở đây V_{busmax} là 374.77V, nên chọn tụ 400V là đủ, hoặc có thể chọn 450V.

Tính toán biến áp ngược

Lấy một lượng dư, chọn điện áp đầu vào thấp nhất V_{busms} là 110V

Định nghĩa điện áp phản chiếu (điện áp cảm ứng trên cuộn sơ cấp ngay khi công tắc tắt do giải phóng năng lượng từ trường) V_{OR} là 100V. Giá trị 100V là giá trị kỹ thuật điển hình trong thiết kế nguồn ngược cho các trường hợp đầu vào rộng (như 110V/220V AC).

Định nghĩa điện áp rơi giữa nguồn và drain của MOSFET sơ cấp khi bật là V_{ds} = 4V

Tính toán hệ số duty tối đa: (thực tế có thể không cần tính, chỉ cần lấy giá trị kinh nghiệm 0.45; hệ số duty của nguồn ngược thường không vượt quá 0.5)

V_{busmin} = \sqrt{2} \cdot V_{acmin} = 120.21 \mathrm{V}
D_{max} = \frac{V_{OR}}{V_{OR} + V_{busms} - V_{ds}} = 0.485

Tính toán dòng điện đỉnh sơ cấp:

  • Dòng điện trung bình đầu vào:
I_{avg} = \frac{P_{in}}{V_{busms}} = 0.77 \mathrm{A}
  • Giả sử hệ số sóng I_R so với dòng đỉnh I_P là K_{RP} = 0.8 (chế độ CCM), tính dòng đỉnh cuộn sơ cấp I_P:
I_P = \frac{I_{avg}}{(1-0.5 \cdot K_{RP}) \cdot D_{max}} = 2.644 \mathrm{A}

1399×364 271 KB

Tính toán điện cảm từ hóa của biến áp:

  • Công thức tính điện cảm từ hóa sơ cấp L_P của biến áp ngược:
L_P = \frac{P_{out}}{{I_P}^{2} \cdot K_{RP} \cdot (1 - 0.5 \cdot K_{RP}) \cdot f_s} \cdot \frac{0.5 \cdot (1-\eta) + \eta}{\eta} = 155.686 \mathrm{μH}

Tính toán AP, lựa chọn lõi biến áp theo giá trị AP:

AP = AW × Ae (tích diện tích cửa sổ lõi AW và diện tích tiết diện hiệu dụng Ae)

968×453 139 KB

  • Chọn hệ số lấp đầy cửa sổ K_o = 0.4, hệ số mật độ dòng K_j = 3.95, từ thông B_w = 0.2T, tính giá trị AP tối thiểu cần thiết:
A_{P}=\left(\frac{L_{P} \cdot {I_{P}}^{2} \cdot 10^{2}}{B_{w} \cdot K_{o} \cdot K_{j}}\right)^{1.14}=0.297 \mathrm{~cm}^{4}
  • Giá trị AP của lõi chọn thường phải lớn hơn giá trị thiết kế ít nhất 2 lần. Ở đây chọn lõi PQ2620 để thiết kế biến áp. Tra tài liệu lõi, giá trị AP của nó là 0.7188 \mathrm{~cm}^{4} .

Tại sao chọn B_w = 0.2T?

1. Tránh bão hòa lõi

  • Bão hòa lõi: Khi mật độ từ thông vượt quá mật độ từ thông bão hòa (B_{\text{sat}}), lõi mất khả năng dẫn từ, điện cảm giảm đột ngột, khiến biến áp hỏng.
  • Đặc tính lõi ferrite: Lõi thường dùng trong nguồn switching (như PC40, PC44, PC95…) có B_{\text{sat}} khoảng 0.3–0.4 T ở 100°C.
  • Dự phòng an toàn: Chọn B_w = 0.2 \, \text{T} (khoảng 50–70% B_{\text{sat}}) để dự phòng cho:
    • Giảm B_{\text{sat}} do nhiệt độ tăng (lõi ferrite có B_{\text{sat}} giảm khi nhiệt độ tăng).
    • Dịch chuyển từ thông do dòng điện một chiều.
    • Biến động điện áp đầu vào hoặc biến động tải làm tăng dòng đỉnh.

2. Kiểm soát tổn thất lõi

  • Tổn thất tần số cao: Nguồn switching hoạt động ở tần số cao (thường >20 kHz), tổn thất lõi (tổn thất từ trễ + tổn thất dòng xoáy) tăng theo hàm mũ với mật độ từ thông.
  • Tối ưu tổn thất: Kinh nghiệm cho thấy, khi B_w nằm trong khoảng 0.1–0.25 T, tổn thất lõi và tổn thất đồng được cân bằng tốt, hiệu suất tổng thể cao. 0.2 T là giá trị trung bình phổ biến trong khoảng này.

Tính toán số vòng dây sơ cấp và thứ cấp của biến áp:

V_F là điện áp rơi của diode chỉnh lưu đầu ra, thường lấy 0.7V.

  • Theo định luật bảo toàn từ thông sơ cấp-thứ cấp, tính tỷ số biến áp N_{PS}:
N_{PS} = \frac{D_{max}}{(1 - D_{max})} \cdot \frac{(V_{busms} - V_{ds})}{(V_{out} + V_F)} = 4.049
  • Để tránh bão hòa, chọn B_{max} = 0.15T khi hoạt động. Diện tích tiết diện hiệu dụng A_e của lõi PQ2620 là 119μ (119 \times 10^{-3}\,\text{m}^2), tính số vòng sơ cấp N_P:
N_P = \frac{V_{busms} \cdot D_{max}}{A_e \cdot B_{max} \cdot f_s} = 20

Mật độ từ thông \Psi = N (\text{vòng}) \times B (\text{cảm ứng từ}) \times S (\text{diện tích})

  • Tính số vòng thứ cấp N_S theo tỷ số biến áp:
N_S = \frac{N_P}{N_{PS}} = 5
  • Biến áp ngược còn có thêm một cuộn dây phụ cấp để cung cấp điện cho chip điều khiển. Giả sử điện áp đầu ra của cuộn phụ V_{out1} = 15V. Dựa vào tỷ lệ điện áp và số vòng, tính số vòng cuộn phụ N_{s1}:
N_{s1} = N_s \cdot \frac{V_{out1}}{V_{out}} = 3

Tính toán đường kính và số sợi dây quấn sơ cấp/thứ cấp:

  • Tính giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp I_{prms}:
I_{prms} = I_P \cdot \sqrt{D_{max} \cdot \left( \frac{{K_{RP}}^2}{3} - K_{RP} + 1 \right)} = 1.184\,\text{A}
  • Tính giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp I_{srms}:
I_{SP} = I_P \cdot \frac{N_P}{N_S} = 10.575\,\text{A}
I_{srms} = I_{SP} \cdot \sqrt{(1 - D_{max}) \cdot \left( \frac{{K_{RP}}^2}{3} - K_{RP} + 1 \right)} = 4.877\,\text{A}

462×222 161 KB

  • Dòng trong cuộn dây là dòng cao tần, xuất hiện hiệu ứng da. Dòng không phân bố đều trong toàn bộ tiết diện dây, mà tập trung ở bề mặt (“lớp da”), mật độ dòng càng lớn ở bề mặt, phần lõi dây thực tế có dòng rất nhỏ. Hiệu ứng da làm giảm đáng kể diện tích sử dụng của dây dẫn. Do đó, dùng nhiều sợi dây nhỏ (dây Litz) thay vì một sợi dây dày giúp giảm hiệu ứng da. Tính độ sâu da D_m (đường kính tối đa):
D_{m}=\frac{2 \cdot 68.85 \cdot 10^{-3}}{\sqrt{f_{s}}}=0.356\,\text{mm}
  • Mật độ dòng kinh nghiệm thường nằm trong khoảng 4 \sim 6 \, \text{A/mm}^2. Chọn đường kính dây sơ cấp D_p và số sợi P_p:
D_p = 0.3\,\text{mm} \quad\quad P_p=3
  • Tính mật độ dòng sơ cấp j_p nằm trong khoảng 4–6:
j_p = \frac{I_{prms}}{\left( \frac{D_p}{2} \right)^2 \pi P_p} = 5.585 \times 10^6 \text{A/m}^2 = 5.585\,\text{A/mm}^2
  • Chọn đường kính dây thứ cấp D_s và số sợi P_s:
D_s = 0.35\,\text{mm} \quad\quad P_s = 10
  • Tính mật độ dòng thứ cấp j_s:
j_s = \frac{I_{srms}}{\left( \frac{D_s}{2} \right)^2 \pi P_s} = 5.069 \times 10^6 \text{A/m}^2 = 5.069\,\text{A/mm}^2

Tính toán hệ số tham chiếu:

  • Tính hệ số chiếm chỗ của tất cả các cuộn dây trong cửa sổ biến áp:
A_w = 60.4 \times 10^{-3}\,\text{m}^2
K_w = \frac{\left( \frac{D_p}{2} \right)^2 \pi P_p N_p + \left( \frac{D_s}{2} \right)^2 \pi P_s N_S}{A_w} = 0.15

Hệ số cửa sổ K_w thường nên được giữ trong khoảng 0.1 \sim 0.3.

Tài liệu kỹ thuật quấn biến áp

Sau khi tính toán các tham số biến áp, có thể lập tài liệu kỹ thuật quấn để giao cho nhà sản xuất hoặc tự quấn thủ công.

Cấu trúc cuộn dây:| Lớp dây quấn | Cực đầu ra | Thông số dây quấn | Số vòng | Cách quấn thưa |
| :----: | :------: | :----------------------: | :–: | :------: |
| Lớp 1 | 1-2 | Φ0.3mm(#28AWG)*3 sợi quấn song song | 10 | Quấn kín |
| Lớp 2 | 5-6 | Φ0.3mm(#28AWG) | 3 | Quấn kín |
| Lớp 3 | 10-12 | Φ0.35mm(#26AWG)*10 sợi quấn song song | 5 | Quấn kín |
| Lớp 4 | 2-3 | Φ0.3mm(#28AWG)*3 sợi quấn song song | 10 | Quấn kín |

Ghi chú chi tiết chế tạo cuộn dây:

  1. Quấn đúng cực cùng tên theo bản vẽ: chân 1/5/10 là cực cùng tên, chú ý khi quấn.
  2. Chân 2 là điểm chuyển tiếp của phương pháp quấn sandwich.
  3. Giữa các lớp thêm băng cách điện; thêm vách ngăn cao hơn 2mm ở cạnh lớp 2 và lớp 3.
  4. Đặt ống co nhiệt vào các đầu dây ra vào chân.
  5. Đánh dấu chấm trắng ở chân 1 để nhận dạng, đảm bảo độ tự cảm 156uH (đo giữa chân 1-3, @150kHz).
  6. Quấn đều từng lớp, nếu không đủ một lớp thì quấn thưa đều.
  7. Cắt bỏ chân 8.

Cực đầu ra của lõi, giải thích cực cùng tên theo bản vẽ và sơ đồ cấu trúc cuộn dây như sau:

979×640 125 KB

Thông tin biến áp:

Độ tự cảm 1-3 chân: Mài lõi giữa để đảm bảo 156uH (@150kHz đo)
Lõi từ PQ2620 (ferrite PC95/PC44)
Lõi cách điện PQ2620_6PIN+6PIN lõi đứng
Bảng nền Không có
Kiểm tra chịu điện áp Chân 1-10: 1500VAC (tần số: 60Hz, thời gian: 60s)
Cấp nhiệt CLASS F
Cách cố định Dùng băng dính cố định, tạm thời không dán keo hoặc nhúng keo
Cách ra dây Tất cả dây ra vào đều được bao ống Teflon/ống cách điện nylon

Tính toán và lựa chọn MOSFET

803×394 34.3 KB

  • Trong thời gian MOSFET tắt, điện áp nền trên cực nguồn-drain của MOSFET bằng tổng điện áp đầu vào và điện áp quy đổi từ cuộn thứ cấp về cuộn sơ cấp, và đạt giá trị lớn nhất khi điện áp đầu vào cao nhất:
V_{mos} = (V_F + V_{out}) \frac{N_P}{N_S} + V_{busmax} = 473.567\,\text{V}

1799×878 268 KB

  • Khi MOSFET tắt, do tồn tại điện cảm rò sơ cấp trong biến áp thực tế, năng lượng trong điện cảm rò không truyền sang thứ cấp; đồng thời MOSFET có điện dung giáp, năng lượng điện cảm rò sẽ tạo ra dao động LC với điện dung giáp MOSFET, gây ra điện áp đỉnh.
  • Trong thiết kế, cần tránh điện áp đỉnh quá cao làm hỏng MOSFET. Thông thường, sử dụng mạch RCD để hấp thụ năng lượng đỉnh, đồng thời lựa chọn MOSFET có dự phòng điện áp. Thiết kế này giữ dự phòng 1.5 lần điện áp: K_{vmos}=1.3
  • Do đó, điện áp định mức của MOSFET phải đáp ứng: V_{mos} \cdot K_{vmos} = 615.637\,\text{V}
  • Giá trị hiệu dụng dòng điện MOSFET bằng giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp, đã tính được I_{prms}=1.184\,\text{A}, cần có dự phòng, nên chọn MOSFET có dòng định mức cao hơn.

Dựa trên điện áp định mức tối thiểu của MOSFET và dòng hiệu dụng sơ cấp I_{prms}, MOSFET được chọn trong thiết kế này là NJH65R600S, với điện áp định mức 700V, dòng định mức 8A, đáp ứng yêu cầu tính toán trên.

Lưu ý bảng dưới đây, dòng định mức ở nhiệt độ 100°C cũng phải lớn hơn dòng hiệu dụng sơ cấp đã tính.

1809×871 160 KB

Ngoài điện áp và dòng định mức, các thông số chính cần xem xét khi lựa chọn MOSFET là điện trở dẫn R_{DS(ON)} và điện dung đầu vào C_{iss}, cả hai giá trị này càng nhỏ càng tốt. Điện trở dẫn R_{DS(ON)} càng nhỏ thì tổn hao khi MOSFET dẫn càng thấp. Điện dung đầu vào C_{iss} ảnh hưởng trực tiếp đến tổn hao đóng/mở và tổn hao điều khiển: C_{iss} càng nhỏ thì tốc độ phản hồi đóng/mở càng nhanh, tổn hao đóng/mở càng thấp, dòng nạp/xả của mạch điều khiển càng nhỏ, tổn hao điều khiển tương ứng càng thấp.

1680×1697 345 KB

Tính toán và lựa chọn điốt và tụ đầu ra

Tính toán và lựa chọn điốt đầu ra:

567×337 9.62 KB

  • Trong thời gian MOSFET dẫn, điốt chỉnh lưu thứ cấp chịu điện áp ngược, ở trạng thái ngắt, điện áp nền trên điốt bằng tổng điện áp đầu ra và điện áp quy đổi từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp, đạt giá trị lớn nhất khi điện áp đầu vào cao nhất. Điện áp điốt chịu khi ngắt được tính là:
V_{dio} = V_{out} + V_{busmax} \cdot \frac{N_S}{N_P} = 117.692\,\text{V}

  • Khi điốt ngắt, do tồn tại điện cảm rò ở cuộn thứ cấp, năng lượng trong đó sẽ tạo ra dao động LC với điện dung giáp của điốt, gây ra điện áp đỉnh khi tắt. Khi lựa chọn, cần chọn điốt có dự phòng điện áp. Thiết kế này giữ dự phòng 1.5 lần điện áp: K_{vdio} = 1.5

  • Do đó, điện áp định mức của điốt phải đáp ứng:

V_{dio} \cdot K_{vdio} = 176.5372\,\text{V}

  • Dựa trên giá trị điện áp định mức tối thiểu đã tính và dòng hiệu dụng cuộn thứ cấp I_{prms}, điốt được chọn trong thiết kế này là SBDD10200CT, với điện áp định mức 200V, dòng định mức 10A, đáp ứng yêu cầu tính toán trên.

  • Ngoài ra, cần lưu ý rằng phải chọn điốt Schottky, vì điốt Schottky có điện áp sụt thuận thấp (Vf), giúp giảm đáng kể tổn hao dẫn, nâng cao hiệu suất nguồn; đồng thời thời gian phục hồi ngược cực ngắn (thường <10ns), giảm tổn hao năng lượng và dao động điện áp trong quá trình đóng/mở, đặc biệt phù hợp với nguồn nghịch lưu tần số cao.

  • Có thể thay thế điốt Schottky bằng điốt đồng bộ (tích hợp bộ điều khiển đồng bộ + MOSFET), vì công nghệ đồng bộ sử dụng MOSFET thay thế điốt, điều khiển chính xác trạng thái dẫn/ngắt bằng bộ điều khiển. Ưu điểm là điện trở dẫn (R_{ds(on)}) cực thấp, giúp giảm thêm điện áp sụt và tổn hao, nâng cao hiệu suất (đặc biệt khi đầu ra dòng lớn).

Tính toán và lựa chọn tụ đầu ra:

  • Khi MOSFET dẫn, điốt thứ cấp ngắt, tụ cung cấp điện cho tải, điện áp giảm dần, tạo ra gợn điện áp đầu ra.
  • Dòng qua tụ bằng dòng tải, độ dốc giảm điện áp tụ bằng dòng tụ chia cho giá trị điện dung.
  • Gợn điện áp bằng độ dốc giảm điện áp nhân với thời gian dẫn MOSFET sơ cấp, tức thời gian ngắt điốt thứ cấp.
\Delta V_{out} = \frac{V_{out}}{R_{out} \cdot C_{out}} \cdot \frac{D_{max}}{f_s}
  • Đối với nguồn chuyển mạch dùng trong thiết bị tiêu dùng, tỷ lệ gợn điện áp đầu ra (tỷ lệ phần trăm giữa điện áp gợn đỉnh-đáy và điện áp đầu ra) thường yêu cầu dưới 1% đến 2%. Với điện áp đầu ra 24V, điện áp gợn phải nằm trong khoảng 0.24V đến 0.48V. Tuy nhiên, có thể chọn giá trị gợn thấp hơn, nhưng điện dung cần lớn hơn. Ở đây chọn \Delta V_{out} = 0.1\,\text{V}, do đó tính được giá trị điện dung đầu ra:
R_{out} = \frac{V_{out}}{I_{out}} = 8\,\text{Ω}
C_{out} = \frac{V_{out}}{R_{out} \cdot \Delta V_{out}} \cdot \frac{D_{max}}{f_s} = 97.087\,\text{μF}

  • Giá trị tính toán là điện dung lý tưởng (không có điện trở trong). Trong thực tế, tụ có điện trở nối tiếp (ESR), gây tăng gợn điện áp. Giá trị ESR khác nhau giữa các loại tụ. Thông thường, chọn giá trị thực tế lớn hơn giá trị lý thuyết, cần kiểm tra thực nghiệm.

  • Để giảm ESR, dùng nhiều tụ song song. Trong thiết kế, chọn 2 tụ 220uF/35V điện phân song song, có thể dùng tụ rắn (ESR thấp hơn tụ điện phân), đồng thời song song thêm nhiều tụ MLCC (ví dụ 1μF, 100nF) để lọc nhiễu tần số cao.

Phân tích và tính toán mạch hấp thụ RCD

1597×514 344 KB

  • Mạch có thể xảy ra hai lần dao động: lần đầu tiên chủ yếu do điện cảm rò sơ cấp L_{kp} và điện dung C_{oss} của MOSFET gây ra; lần thứ hai xảy ra sau khi năng lượng trong mạch tiêu tán, do điện cảm kích từ (điện cảm sơ cấp) và điện dung C_{oss} dao động.

1493×802 152 KB

  • Sau khi thêm mạch hấp thụ RCD, khi điện áp giữa hai cực MOSFET vượt quá tổng điện áp tụ kẹp và điện áp đầu vào, điốt kẹp sẽ dẫn và mạch kẹp bắt đầu hoạt động.

  • Giả sử điện cảm rò sơ cấp L_k được kiểm soát trong 1% điện cảm kích từ (điện cảm sơ cấp): L_k=1\% \cdot L_p=1.557\,\mu H (tốt nhất là sau khi chế tạo biến áp, đo thực tế điện cảm rò sơ cấp, sau đó tính lại các giá trị sau bằng giá trị đo thực tế. Phương pháp đo điện cảm rò sơ cấp: ngắn mạch tất cả các cuộn dây ngoài sơ cấp, sau đó dùng cầu LCR đo điện cảm sơ cấp, giá trị đo được chính là điện cảm rò sơ cấp).

  • Biết điện áp tối đa của công tắc V_{dsmax} là 700V

  • Giữ dự phòng, điện áp trên tụ kẹp V_{clamp} được thiết kế là:

V_{clamp} = 0.8 \cdot V_{dsmax} − V_{busmax} = 185.233\,\text{V}
  • Tính toán điện trở kẹp R_c và điện dung kẹp C_c theo công thức RCD thông thường:
R_c = \frac{2 \cdot \left[V_{clamp} - \frac{N_P}{N_S} \cdot (V_F + V_{out})\right] \cdot V_{clamp}}{L_k \cdot I_p^2 \cdot f_s} = 19.616\,\text{kΩ}
C_c = \frac{2 \cdot V_{clamp}}{R_c \cdot V_{clamp} \cdot f_s} = 0.68\,\text{nF}
  • Đồng thời tính công suất kẹp:
P_{clamp} = \frac{1}{2} \cdot f_s \cdot L_k \cdot I_p^2 \left(1 + \frac{V_{OR}}{V_{clamp} - V_{OR}}\right) = 1.774\,\text{W}
  • Chọn điện trở kẹp 20kΩ, điện dung kẹp 1nF, chọn điện trở công suất 2W; dựa trên điện áp trên tụ kẹp, xét đến giai đoạn khởi động điện áp trên tụ kẹp lớn, có thể chọn tụ màng chịu điện áp 1kV hoặc MLCC đóng gói 1206; tương tự chọn điốt kẹp chịu điện áp 1kV FR107.

Tải tài liệu

Nếu không muốn tính toán thủ công, có thể dùng sách tính toán Mathcad hoặc phần mềm SMPSKit để tính toán, địa chỉ tải về như sau:

807×965 54.7 KB

Quấn biến áp

Đây là lần đầu tiên tôi quấn biến áp, chất lượng chưa tốt, chỉ mang tính tham khảo.

Tất cả các cuộn dây đều bắt đầu từ chân cực cùng tên và quấn theo cùng một chiều!

Trong hình dưới, tôi dùng dây đồng bọc sơn (trái) và dây Litz (phải) để quấn.

Đường kính lõi PQ2620 là 14,5mm, theo công thức chu vi L = \pi d, chiều dài mỗi vòng là 45,53mm, nhân với số vòng sẽ ra chiều dài cần thiết cho từng cuộn dây, sau đó cộng thêm 10-20cm dự phòng, cắt dây đồng bọc sơn theo chiều dài này.

Lớp 1: Trước tiên quấn lớp sơ cấp, gom 3 sợi dây đồng bọc sơn đường kính 0,3mm lại, quấn quanh chân số 1 của lõi, quấn 10 vòng. (Tôi dùng dây Litz loại 0,1x30)

4999×3125 314 KB
Quấn xong lớp đầu tiên, hãy kéo dây lên trên, sau đó quấn một lớp băng dính (dùng băng dính Mara hoặc băng dính polyimide), sau đó kéo dây vuông góc xuống chân số 2, rồi quấn thêm hai lớp băng dính.

3509×2675 185 KB

Lớp thứ hai: Trước tiên, quấn hai bên bằng tường chắn, sau đó quấn một sợi dây đồng bọc sơn đường kính 0,3mm quanh chân số 5, theo hướng quấn của lớp đầu tiên, quấn 3 vòng đến chân số 6, cuối cùng quấn hai lớp băng dính. (Tôi dùng dây Litz 0,1x10)

5726×3693 475 KB

Lớp thứ ba: Trước tiên, quấn hai bên bằng tường chắn, sau đó quấn song song 10 sợi dây đồng bọc sơn đường kính 0,35mm quanh chân số 10 của lõi biến áp, theo hướng quấn của lớp đầu tiên, quấn 5 vòng đến chân số 12, cuối cùng quấn hai lớp băng dính. (Tôi dùng dây Litz 0,1x60)

5996×3490 438 KB

Lớp thứ tư: Tiếp tục quấn cuộn sơ cấp, bắt đầu từ chân 2, theo hướng quấn của lớp đầu tiên, quấn 10 vòng đến chân 3. Sau khi quấn xong, tốt nhất nên kéo dây vuông góc xuống, rồi quấn hai lớp băng dính.

5997×3794 609 KB

Tiếp theo, hàn tất cả các đầu dây đồng bọc sơn vào các chân. Một số dây đồng bọc sơn có thể cần dùng dao cạo nhẹ lớp sơn để hàn được, còn dây Litz thì chỉ cần dùng mỏ hàn nhiệt độ cao hâm nóng một lúc là có thể hàn được.

Trong nguồn chuyển đổi xung ngược, biến áp cần lưu trữ năng lượng truyền trong chu kỳ, để tránh bão hòa từ, thường cần tạo khe hở trong lõi từ để thay đổi đường cong từ trễ, tăng cường độ từ trường bão hòa, từ đó tăng năng lượng truyền trong một chu kỳ. Việc tạo khe hở thường có hai cách: mài khe hở và lót khe hở, trong đó lót khe hở đơn giản hơn.

Sau đó, lắp hai nửa lõi từ lại, ép chặt và đo điện cảm cuộn sơ cấp. Nếu điện cảm lớn hơn nhiều so với giá trị mục tiêu (ở đây tôi yêu cầu là 156μH), hãy dùng dụng cụ mài như giũa để mài lõi từ ở phần trụ tròn giữa (mài khe hở), mỗi lần mài một chút lại đo lại, cho đến khi điện cảm chỉ lớn hơn một chút so với giá trị mục tiêu, sau đó dùng băng dính quấn chặt toàn bộ lõi từ.

Cũng có thể dùng phương pháp lót khe hở: đặt vài lớp băng dính hoặc giấy mỏng khác vào hai bên lõi từ, mỗi lần lót một lớp lại đo điện cảm, đến khi điện cảm chỉ lớn hơn một chút so với giá trị mục tiêu thì dừng lại, sau đó dùng băng dính quấn chặt toàn bộ lõi từ.

Phương pháp lót khe hở so với mài khe hở sẽ có điện cảm rò lớn hơn một chút.

5997×3320 699 KB

Sau khi hoàn thành, đo lại lần nữa, điện cảm cuộn sơ cấp của biến áp này của tôi là 158,8μH.

5760×4320 753 KB

Đo điện cảm rò của cuộn sơ cấp: chập ngắn các cuộn còn lại, sau đó đo điện cảm cuộn sơ cấp chính là điện cảm rò. Giá trị đo được của tôi là 2,7μH, hơi lớn một chút.

5760×4320 800 KB

Đề xuất dự án mã nguồn mở

Bài viết đề xuất

Bản tiếng Anh của bài viết: https://blog.zeruns.top/archives/73.html

2 Lượt thích