Nghiên cứu, thiết kế khối nguồn switching nhiều đầu ra có độ ổn định cao

Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KHỐI NGUỒN SWITCHING<br /> NHIỀU ĐẦU RA CÓ ĐỘ ỔN ĐỊNH CAO<br /> Nguyễn Trung Thành*, Nguyễn Văn Hùng, Kim Đức Hiệp,<br /> Nguyễn Công Hùng, Nguyễn Phi Điều, Lê Nguyễn Hải<br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày nội dung và kết quả nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khối<br /> nguồn switching 2D2EH139N của đài ra đa 96L6E. Khối nguồn 2D2EH139N có cấu<br /> trúc nhiều đầu ra một chiều đồng thời, với các tham số chính như sau: Đầu vào 1 pha<br /> 220V, tần số lưới điện 400Hz hoặc 50Hz; có 3 đầu ra một chiều là +5V, -5V và<br /> +12V; dòng tải tiêu thụ mỗi đầu ra 5A. Khối nguồn được thiết kế tích hợp hệ thống tự<br /> động bảo vệ khi quá dòng hoặc các điện áp đầu ra vượt dải danh định cho phép.<br /> Từ khóa: Nguồn switching, Nguồn công suất, Nguồn nhiều đầu ra.<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Đài ra đa quan sát 96L6E được sử dụng để phát hiện mục tiêu, bảm bảo cung cấp thông<br /> tin cho tổ hợp tên lửa phòng không S300 và tổ hợp phòng không thế hệ mới. Trong đó,<br /> cho các phân đội thuộc quân chủng Phòng không không quân hoạt động độc lập với hiệu<br /> quả cao.<br /> Bài báo trình bày giải pháp thiết kế nhằm tăng tính ổn định điện áp ở các đầu ra của bộ<br /> nguồn switching có nhiều đầu ra đồng thời cũng như một số kết quả nghiên cứu thiết kế,<br /> chế tạo khối nguồn 2D2EH139N.<br /> 2. NỘI DUNG<br /> Trong hầu hết các bài toán yêu cầu thiết kế bộ nguồn switching có nhiều đầu ra đồng<br /> thời (Multi Output Switching Mode Power Supply - MTO SMPS), lựa chọn sơ đồ sử dụng<br /> biến áp xung công suất nhiều cuộn thứ cấp là phương án tối ưu nhất cả về giải pháp kỹ<br /> thuật và chi phí [1]. Tuy nhiên, sơ đồ này phù hợp với các yêu cầu mà ở đó tải của các đầu<br /> ra đã được xác định trước tùy thuộc vào công suất tiêu thụ ở mỗi đầu ra mà người ta lựa<br /> chọn giải pháp ưu tiên ổn định điện áp của một đầu ra - được gọi là đầu ra chính, còn các<br /> đầu ra còn lại cho phép sai số trong một khoảng nhất định hoặc giải pháp trung hòa mức<br /> độ thăng giáng điện áp ở các đầu ra.<br /> Những năm gần đây nhiều nhà sản xuất cho ra đời các vi mạch công suất tích hợp có<br /> độ tin cây cao cho phép thiết kế các module biến đổi DC- DC (DC to DC converter) có<br /> hiệu suất lớn làm giảm đáng kể kích thước các khối nguồn công suất. Nhóm thực hiện đề<br /> tài "Nghiên cứu, thiết kế chế tạo khối nguồn công suất, hiệu suất cao 2D2EH139N của<br /> đài ra đa 96L6E" đã lựa chọn giải pháp sử dụng các module DC-DC để tạo các đầu ra độc<br /> lập đáp ứng yêu cầu không những đảm bảo được hiệu suất của khối nguồn mà nâng cao<br /> được độ ổn định của các đầu ra.<br /> Cụm triệt nhiễu sử dụng các cuộn chặn và tụ không phân cực hình thành các mạch lọc<br /> LC loại bỏ các nhiễu cao tần và các xung kim làm ảnh hưởng đến bộ nguồn.<br /> Mạch nắn lọc đầu vào sử dụng cầu nắn một pha và tụ hóa chịu được điện áp cao. Biên<br /> độ điện áp sau mạch lọc đầu vào khi điện áp xoay chiều đưa đến danh định 220V là Udc =<br /> 2. 220  310 V [1].<br /> Sơ đồ chức năng của khối nguồn 2D2EH139N được thể hiện trong hình 1:<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 173<br />  Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ chức năng khối nguồn 2D2EH139N.<br /> 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ<br /> a. Cụm triệt nhiễu, nắn lọc đầu vào<br /> RT1<br /> F1 NTC 5D-9<br /> 3A L1 L3<br /> t<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 10uH 10uH DB1<br /> 10A J2<br /> L5 +310V<br /> R1 10uH/5A<br /> 1 J1 220K C1 C2 C3 - + 1<br /> 2 Main AC 105 105 105 0<br /> <br /> <br /> C4 C5<br /> L2 L4 400V/1000uF 400V/475<br /> <br /> <br /> 10uH 10uH 0 0<br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ nguyên lý mạch triệt nhiễu, nắn lọc đầu vào.<br /> b. Các module DC-DC<br /> Sơ đồ nguyên lý thiết kế các module DC-DC cơ bản giống nhau, tùy thuộc vào công<br /> suất thiết kế mà ta chỉ cần lựa chọn và thiết kế biến áp xung cho phù hợp. Trong phần tính<br /> toán giá trị các linh kiện ở mỗi loại module ta thay các giá trị tham số vào các biểu thức để<br /> lựa chọn linh kiện cho hợp lý. Dưới đây ta sẽ trình bày một sơ đồ nguyên lý sử dụng chung<br /> cho cả ba mudule DC-DC như trên hình 1.<br /> Hình 3 thể hiện sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi DC-DC simle RCD Flyback [1]<br /> - Mạch tạo xung điều khiển bao gồm: Vi mạch PWM U1 (UC3842), C6, C7, C8, C9,<br /> C10, C11, R11, R12, R13, R14, R15 và D4.<br /> - Mạch phản hồi điện áp đầu ra: U2, U3, R8, R9, R17, R18, R19, R20 R21 và C12.<br /> - Mạch đóng - cắt bao gồm: M1, R5, cụm snubber D1, R4 và C4.<br /> - Mạch nắn lọc đầu ra: D3, L1, C1, C2, C3, R1 và R2.<br /> - Biến áp xung: T1<br /> <br /> <br /> <br /> 174 N.C. Hùng, N.P. Điều, L.N. Hải, …,“Nghiên cứu, thiết kế khối nguồn… độ ổn định cao.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi DC-DC.<br /> c. Mạch giao tiếp báo hỏng<br /> Mạch giao tiếp báo hỏng được thiết kế bao gồm các cụm giám sát dòng tải DC, giám<br /> sát các điện áp đầu ra tức thời. Các giá trị đo, được đưa về so sánh với ngưỡng thiết lập<br /> trước. Trong trường hợp có sự cố, các giá trị đo hiện thời vượt ngưỡng hoặc nằm ngoài<br /> dải, mạch giao tiếp báo hỏng với đài lập tức được kích hoạt. Đèn chỉ thị "sự cố" trên mặt<br /> khối sáng, điện áp xoay chiều từ đầu vào sẽ bị ngắt, khối nguồn và các phụ tải của nó được<br /> bảo vệ.<br /> 4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM<br /> Khối nguồn 2Д2EH139N thiết kế mới lựa chọn giải pháp sử dụng các bộ biến đổi DC-<br /> DC được thử nghiệm tại phòng thí nghiệm đảm bảo đầy đủ các chỉ tiêu tham số kỹ thuật<br /> theo Thuyết minh kỹ thuật và Hướng dẫn sử dụng của đài 96L6E. Tiến hành lắp ráp thử<br /> nghiệm trên tủ 964CX01, đài ta đa 96L6E- Trung đoàn 93/f367 – Quân chủng Phòng<br /> không không quân, kết quả khối đảm bảo các thông số kỹ thuật.<br /> 5. KẾT LUẬN<br /> Giải pháp lựa chọn phương án thiết kế các module DC-DC Converter sử dụng trên bộ<br /> nguồn switching nhiều đầu ra đồng thời không những đảm bảo yêu cầu về hiệu suất mà<br /> còn đáp ứng các chỉ tiêu và độ ổn định điện áp các đầu ra. Các tính toán và lựa chọn các sơ<br /> đồ thiết kế khối nguồn hoàn toàn phù hợp với bài toán chế tạo mới khối nguồn<br /> 2Д2EH139N của đài ra đa 96L6E.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. A.I.Pressman, K.Billings, T.Morey, “Switching power supply Design” Third Edition.<br /> [2]. K.Billings, C.Eng, M.I.E.E, “Switching power supply” United States of America<br /> (1989).<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 175<br />  Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> [3]. Texas Instruments In, “Power transformer design” Sestion 4 - 2001<br /> [4]. Philips Semiconductor “Switch mode Power supply Reference Manual”, Rev.1 -<br /> (1999).<br /> [5]. On Semiconductor, "Switch modeTM Power Supply Reference Manual", Rev.1(1999).<br /> <br /> ABSTRACT<br /> RESEARCH AND DESIGN MULTIPLE OUTPUT SWITCHING MODE<br /> POWER SUPPLY WITH HIGH STABILITY<br /> This paper presents the content and results of research, design and manufacture<br /> of switching mode power supply 2D2EH139N of 96L6E radar station.<br /> 2D2EH139N block is structured multiple simultaneous DC output, with the<br /> following main parameters : Input 1 Phase 220V, frequency 400Hz or 50Hz; 3 DC<br /> outputs of + 5V , + 12V and -5V; load current per output is 5A consumption. Power<br /> Module is designed to integrate automated systems when overcurrent protection or<br /> the output voltage exceeds the nominal range permitted.<br /> Keywords: Switching mode power supply, Power supply, Multiple outputs power supply.<br /> <br /> <br /> Nhận bài ngày 29 tháng 10 năm 2015<br /> Hoàn thiện ngày 17 tháng 11 năm 2015<br /> Chấp nhận đăng ngày 22 tháng 02 năm 2016<br /> <br /> Địa chỉ: Viện Ra đa, Viện KH – CN Quân sự.<br /> *<br /> Email: ntt7680@gmail.com<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 176 N.C. Hùng, N.P. Điều, L.N. Hải, …,“Nghiên cứu, thiết kế khối nguồn… độ ổn định cao.”<br />