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 CÔNG 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 CHARGE[.]

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG 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; vuvanthanh85@gmail.com

Tóm tắt - Năng lượng tái tạo, trong đó năng lượng mặt trời luôn

được cả thế giới quan tâm nghiên cứu và sử dụng Với ưu điểm

sẵn có, dồi dào, thân thiện với môi 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 luôn 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, còn dòng 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

Li-Ion 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 thoát dòng 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, không chỉ có dòng từ cuộn cảm qua tải mà còn có dòng do tụ điện phóng ra (do

tụ điện được nạp trong suốt thời gian này) Dòng và áp khi khóa K đóng này được tính toán bởi các phương trình sau:

𝑉𝐿= 𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝐿𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡 ; 𝑣ớ𝑖

𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡 =

𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 𝐿

80 Vũ Vân Thanh

∆iL(on)= (𝑉𝑖𝑛 −𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑

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 dòng qua cuộn cảm không

thể thay đổi tức thời, điện áp của cuộn cảm sẽ được giữ một

khoảng không đổi.Ta có các phương trình dòng, áp khi

khóa K ngắt:

𝑉𝐿= −𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑= 𝐿𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡; với 𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡 = −𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑

𝐿

∆iL(off)= −𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑

Tụ điện phóng điện cung cấp vào tải trong thời gian

khóa cắt, (dòng qua tải bao gồm cả của cuộn cảm và tụ

điện) Sự biến đổi liên tục của cuộn cảm tạo nên các xung

dòng điện như Hình 2

(1-D)T

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= 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

Pin Li-ion

Tấm năng lượng mặt trời (72cell)

ổn áp Buck

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

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

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp kiểu Boost

Cuộn cảm đóng vai trò 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

𝑉𝐿= 𝑉𝑖𝑛= 𝐿𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡 với 𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡 =𝑉𝑖𝑛 𝐿

∆iL(on)=𝑉𝑖𝑛 ∗𝐷𝑇

D: là chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle)

Khi khóa K mở, dòng điện từ nguồn nạp vào cuộn cảm đột ngột bị cắt Do tính chất duy trì dòng điện của cuộn cảm, cuộn cảm sẽ duy trì dòng 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= 𝐿𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡

∆iL(off)=(𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑)(1−𝐷)𝑇

Về nguyên tắc, điện áp do cuộn cảm tạo ra có thể rất lớn và không 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

∆iL(on)+ ∆iL(off)= 0 => 𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝑉𝑖𝑛

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

DT T T

VL

IL

∆iL

I Ma x

I Min

N

TOFF

DÒNG DC TRUNG BÌNH RA TẢI

V in

-V load

-V load

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 81 ngõ ra xác định phạm vi thay đổi của D: 𝐷𝑚𝑖𝑛 =1−𝑉𝑖𝑛𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 ,

và 𝐷𝑚𝑎𝑥=1−𝑉𝑖𝑛𝑚𝑖𝑛

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

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

li-Ion,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 không 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

Bảng 1 Kết quả khảo sát mức điện áp

thu được của tấm năng lượng mặt trời 72 cell

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 nguyên

lý như Hình 7 Trong sơ đồ nguyên lý này, ta dùng 2 LM317 mắc nối tiếp với nhau, U1 đóng vai trò làm nguồn dòng, 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 còn giúp tăng công suất chịu đựng của mạch khi dòng và áp ngõ vào lớn Ngoài ra, yêu cầu mạch cần thêm chức năng bảo vệ khi pin nạp đầy

Hình 7 Sơ đồ thiết kế mạch ổn áp Buck

𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 = 1.25(1+ 𝑅𝑣1

𝑅2)=4.2V =>𝑅𝑣1

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

Như vậy U1 ngoài chức năng đảm bảo công suất hoạt động cho toàn bộ mạch, còn đóng vai trò 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

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 quá dòng cho mạch, nếu thiết

kế thích hợp

VI

3 VO2

U1 LM317EMP

VI

3 VO2

U2 LM317EMP R1 0.47R/5W

R2 120

R3 39

R4 500

Q1 D468 C1

RV1 10K C2 1000uF

1 U3 TL431

Q2 A1013

D1

LED R5 22K

R6 15K RV2 10K

CELL PIN LIPO +

-+(7-32V)

0V

1000uF 25V

R13

DRC 8 IPK 7 V+ 6 CINV 5 SWC 1 SWE 2 CT 3 V-4 U4

MC34063

L1 100u

D2 DIODE 1N4733A R7

180R

Q3 TIP41C

R8 2.2 C3

1000uF

R9 22K

R10 6.8K

C4 1nF

R11 0.22/5W

C5 1000uF

VCC D+

GND J1

AU-Y1005-R R12 180R

1 J2

CONN-SIL1

1 J3

CONN-SIL1

1 J4

CONN-SIL1

1 J5

CONN-SIL1

5VDC 1000uF

82 Vũ Vân Thanh 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

công 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

không 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 Phòng 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

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 (không

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

Hình 10 Áp ra của bộ sạc điện cho thiết bị khi không 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

ổn áp Boost tự thiết kế, còn 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 không 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 công suất của cả 2 bộ sạc vẫn đảm bảo với tải là Nokia E71

Hình 12 Áp ra của bộ sạc khi có tải

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

0V 5.2V

0V

5.2V

0V

4.02V

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 83

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 không

những đảm bảo được công suất, mà còn có độ ổn định cao

Ngoài ra hệ thống còn bổ sung thêm mạch bảo vệ có vai

trò chống sạc quá đầy, tránh cạn kiệt pin, ổn định điện áp,

chống chập mạch, chống quá dòng

(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

trời, thông 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

[1] International Energy Agency Technology Roadmap: Solar

Photovoltaic Energy; IEA Publications: Paris, France, 2010 Địa chỉ xem on line: http://www.iea.org/publications/freepublications/

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,

buck-boost 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)