Bài tập lớn môn Điện tử công suất

Bài tập lớn môn Điện tử công suất trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, đề tài là Thiết kế bộ biến đổi nguồn DCDC với các yêu cầu sau: Sử dụng sơ đồ Boost Converter Điện áp vào (18 ÷ 24) V Điện áp ra 72V Dòng tải 5A

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT

NAMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Mã: 13350 Học kỳ: 2 – Năm học: 2022 – 2023

Đề tài: Thiết kế hệ thống chỉnh lưu

Giảng viên hướng dẫn: TS Đặng Hồng Hải

HẢI PHÒNG - 5/2023

ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN

Thiết kế bộ biến đổi nguồn DC/DC với các yêu cầu sau:

Sử dụng sơ đồ Boost Converter

MỤC LỤC MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 BĂM XUNG MỘT CHIỀU 1

1.1 Nguyên lý chung của băm xung một chiều 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Nguyên lý chung 1

1.1.3 Phân loại 2

1.1.4 Ứng dụng 3

1.2 Các van bán dẫn công suất trong băm xung một chiều 3

1.2.1 Các tham số của Transistor 4

1.2.2 Các bước tính toàn lựa chọn 5

1.2.3 Bipolar Transistor (BT) 5

1.2.4 MOSFET (Metal-Oxide Semicondutor Field-Effect Transistor) 6 1.2.5 IGBT (Isulated Gate Bipolar Transistor) 6

1.3 Băm xung một chiều song song 7

1.3.1 Đặc điểm 7

1.3.2 Tính toán 8

1.4 Băm xung một chiều nói tiếp 8

1.4.1 Đặc điểm 9

1.4.2 Tính toán 11

1.4.3 Tính toán các trị số điện cảm và điện dung 11

1.5 Băm xung một chiều kiểu nối tiếp – song song 13

1.5.1 Đặc điểm 13

1.5.2 Tính toán 14

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN PHẦN TỬ DC-DC BOOST CONVERTER 15

2.1 Mô tả mạch 15

2.1.1 Yêu cầu thiết kế 15

2.1.2 Thông số chính của mạch 15

2.2 Tính toán mạch lực [1] 15

2.2.1 Tính chọn cuộn cảm L 16

2.2.2 Tính chọn tụ đầu ra 16

2.2.3 Tính chọn van MOSFET 16

2.2.4 Tính chọn diode 18

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG 20

3.1 Mô phỏng trên Matlab 20

3.2 Kết quả mô phỏng 20

3.2.1 Bộ phận hiển thị 20

3.2.2 Đồ thị 21

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

TÓM TẮT BÀI TẬP LỚN 25

DANH MỤC HÌN

Hình 1 1 : Nguyên lý băm xung một chiều (BXMC) 1

Hình 1 2 : Cấu trúc chung của băm xung một chiều 2

Hình 1 3 : Các loại van điều khiển hoàn toàn và tham số ứng dụng 4

Hình 1 4 : Sơ đồ nguyên lý băm xung một chiều song song 7

Hình 1 5 : Các sơ đồ băm xung một chiều không đảo chiều 9

Hình 1 6 : Băm xung một chiều nối tiếp tải RL 10

Hình 1 7 : Sơ đồ xác định điện cảm L 11

Hình 1 8 : Băm xung một chiều nối tiếp - song song 14

YHình 2 1 : Mạch boost converter 15

YHình 3 1 : Sơ đồ mạch hiển thị trên Simulink/Matlab 20

Hình 3 2 : Khối hiện thị của mạch mô phỏng 20

Hình 3 3 : Đồ thị dòng điện chạy qua tải 21

Hình 3 4 : Đồ thị dòng điện chạy qua van 21

Hình 3 5 : Đồ thị điện áp đầu ra của tải 21

Hình 3 6 : So sánh đồ thị điện áp đầu vào và đầu ra 22

Hình 3 7 : Đồ thị điện áp của van MOSFET 22

MỞ ĐẦU

Trong lĩnh vực kỹ thuật hiện đại ngày nay, việc chế tạo ra các bộchuyển đổi nguồn có chất lượng điện áp cao , kích thước nhỏ gọn cho cácthiết bị sử dụng điện là hết sức cần thiết Quá trính xử lý biến đổi điện ápmột chiều thành điện áp một chiều khác gọi là quá trình biến đổi DC-DCvới các mạch biến đổi phổ biến như buck converter, boost converter,flyback converter đã được học trong học phần Điện tử công suất Việcđưa kiến thức vào thực tiễn không còn là quá xa lạ đối với sinh viên đangtheo học tại các trường đại học đặc biệt là các trường kỹ thuật Trong quátrình học tập môn “Điện tử công suất” tại trường Đại học Hàng Hải ViệtNam được sự chỉ đạo của nhà trường, của khoa Điện - Điện tử và đặc biệt

là thầy Đặng Hồng Hải đã hướng dẫn chúng tôi làm đề tài “ Thiết kế bộbiến đổi nguồn DC/DC”

Em xin trân thành cám ơn thầy Đặng Hồng Hải đã tận tình hướngdẫn em trong quá trình làm bài tập lớn này Do còn việc hạn chế về trình độngoại ngữ, chuyên môn và thiếu kinh nghiệm làm bài nên bài tập của emcòn nhiều khiếm khuyết, sai sót Em mong nhận được nhiều ý kiến đónggóp cũng như những lời khuyên hữu ích từ thầy có thể thấy rõ những điềucần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng đề tài đạt đến kết quả hoànthiện hơn và tạo tiền đề cho em sau này

CHƯƠNG 1 BĂM XUNG MỘT CHIỀU 1.1 Nguyên lý chung của băm xung một chiều

Băm xung một chiều (BXMC) là thiết bị dùng để thay đổi điện áp mộtchiều ra tải từ một nguồn điện áp một chiều cố định BXMC được ứngdụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, tạo nguồn ổn áp dảirộng,v.v

1.1.2 Nguyên lý chung

Nguyên lý cơ bản của băm xung một chiều được mô tả trên hình 1.1.Giữa nguồn một chiều E và tải R t là van Tr làm việc như một khóa điện tử,hoạt động của BXMC là cho van đóng cắt theo chu kì với qui luật:

Trong khoảng thời gian 0 - t0 cho van dẫn (khóa Tr đóng mạch), điện

áp trên tải U t sẽ có giá trị bằng điện áp nguồn U t= E;

Từ t0đến T, van Tr không dẫn (mạch hở), tải bị ngắt khỏi nguồn nên U t

= 0

Hình 1 1 : Nguyên lý băm xung một chiều (BXMC)

Như vậy giá trị trung bình của điện áp trên tải nhận được sẽ là :

T – chu kỳ đóng cắt của van

Biểu thức (1) cho thấy có thể điều chỉnh điện áp ra tải bằng cáchtham số γ.Việc điều chỉnh điện áp ra bằng cách “băm” điện áp một chiều Ethành các “xung” điện áp ở đầu ra nên thiết bị này có tên gọi là “Băm xungmột chiều – BXMC”

Có hai phương pháp chính cho phép thay đổi tham số γ là:

Thay đổi thời gian t0còn giữ chu kỳ T là không đổi, như vậy ta dùngcách thay đổi độ rộng của xung điện áp ra tải trong quá trình điều chỉnh,nên cách này được gọi là phương pháp điều chế độ rộng xung: PWM (PulseWidth Modulation)

Thay đổi chu kỳ T, còn giữ thời gian t0 không đổi Cách này ngượclại với phương pháp trên, độ rộng xung điện áp ra tải được giữ nguyên, màchỉ thay đổi tần số lặp lại của xung này, vì vậy được gọi là phương phápxung – tần Phương pháp này không thuận lợi khi phải điều chỉnh điện áptrong dải rộng, vì tần số biến thiên nhiều sẽ làm thay đổi mạnh giá trị trở

kháng khi mạch có chứa các điện cảm hoặc tụ điện nên khó tính toán thiết

kế, nhất là các hệ thống điều chỉnh kín vì lúc đó mạch thuôc hệ có tham sóbiến đổi

Ta thấy rằng khóa điện tử Tr chỉ làm việc đúng như một van bándẫn, vì thế BXMC có nhiều ưu điểm như:

Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi là khôngđáng kể so với các bộ biến đổi liên tục do tổn hao ở van bán dẫn lànhỏ

Độ chính xác cao và ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môitrường vì yếu tố điều chỉnh như những bộ điều chỉnh liên tục kinhđiển

Kích thước gọn và nhẹ

Tuy nhiên BXMC cũng có nhược điểm là:

Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính điều chỉnh.Tần số đóng cắt lớn sẽ gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh Các bộ BXMC được phân thành BXMC không đảo chiều và BXMC

có đảo chiều dòng tải

Cấu trúc thực tế thường gặp của BXMC dạng ở hình 1.2 gồm cáckhâu chủ yếu sau:

Hình 1 2 : Cấu trúc chung của băm xung một chiều

1.1.3 Phân loại

Băm xung một chiều nối tiếp: là loại băm xung mà phần tử đóng cắtđược mắc nối tiếp với tải Có thể điều chỉnh được điện áp trung bình tảibằng cách thay đổi độ rộng xung của phần tử đóng cắt

Băm xung một chiều song song: là loại băm xung mà phần tử đóng cắtđược mắc song song với tải Có thể điều chỉnh được dòng điện trung bìnhtải bằng cách thay đổi độ rộng xung của phần tử đóng cắt

Băm xung một chiều kiểu đảo chiều: Phần tử đóng cắt có khả năngđảo chiều điện áp hoặc dòng điện trên tải Có thể điều chỉnh được hướngquay của động cơ điện một chiều hoặc hướng dòng của bộ chuyển đổinguồn

Băm xung một chiều kiểu tăng áp: Phần tử đóng cắt kết hợp với cáclinh kiện như tụ, cuộn cảm để tạo ra điện áp tải lớn hơn điện áp nguồn Cóthể ứng dụng trong các thiết bị yêu cầu điện áp cao như đèn LED, bộ nạppin, v.v

Ngoài ra băm xung một chiều còn giúp tiết kiệm năng lượng, tănghiệu suất và độ tin cậy của hệ thống

1.2 Các van bán dẫn công suất trong băm xung một chiều

Theo nguyên lý hoạt động ở mục 1.1 ta thấy rằng van bán dẫn thíchhợp cho BXMC phải là van cho phép điều khiển được cả mở và khóa, tức

là van điều khiển hoàn toàn, như các loại transistor hoặc GTO (hình 1.3)Loại van bán điều khiển như thyristor là không phù hợp vì ở đây vanphải làm việc với điện áp một chiều và luôn là chiều thuận, do vậy khôngcòn giai đoạn điện áp âm của nguồn điện để khoá thyristor như trong mạchchỉnh lưu hay điều áp xoay chiều Muốn sử dụng thyristor, buộc phải thiết

kế các mạch thực hiện chức năng khoá nó, gọi là mạch khoá cưỡng bức,mạch này thường phức tạp và không thật tin cậy Tuy nhiên vì trước đâycông nghệ chưa chế tạo được các van điều khiển hoàn toàn với công suấtlớn, nên vẫn phải dùng thyristor

Ngày nay các transitor đã đủ sức thay thế các van thyristor cả ở dảicông suất rất lớn Trong đó hai loại van được dùng là MOSFET và IGBTvới ưu điểm vượt trội ở khả năng đóng cắt tốt, mạch điều khiển đơn giản vàcông suất điều khiển lại khá nhỏ đến mức có thể IC hoá phần điều khiển;hơn nữa công nghệ chế tạo chúng cũng không quá phức tạp

Chính vì vậy, trong lĩnh vực điện tử công suất, ngay cả loại van BTvốn còn được ứng dụng khá rộng rãi thời gian trước đây, thì đến thời điểmhiện tại đã bị thay thế bởi IGBT, và BT chỉ còn được dùng chủ yếu ở mạchđiều khiển Khả năng làm việc của hai loại van này thể hiện ở đô thị quan

hệ áp - dòng ứng dụng ở hình 1.4, qua đó ta thấy MOSFET thua kém hơnnhiều cả về khả năng mang dòng và chịu điện áp, tuy nhiên MOSFET làmviệc được với tần số đến mêga Hz, trong khi IGBT thưởng dưới 100 kHz

Hình 1 3 : Các loại van điều khiển hoàn toàn và tham số ứng dụng

1.2.1 Các tham số của Transistor

Các hãng chế tạo khi đưa ra thị trường một loại van bán dẫn luôn kèmtheo đầy đủ các tham số của loại van đó ở dạng bảng và đồ thị Tuy nhiêntrong số đó có nhiều số liệu không thật cần thiết cho người sử dụng mà chỉphục vụ cho việc kiểm tra sản phẩm khi chế tạo van Vì vậy người sử dụngphải phân biệt được những tham số phục vụ cho mục đích thực tế củamình, thường có thể chia thành nhóm sau:

Điện áp mà van phải chịu đựng ở trạng thái khóa, và sụt áp trên vankhi dẫn

Dòng điện cho phép qua van khi dẫn bao gồm giá trị trung bình vàgiá trị xung; đôi khi cần biết cả trị số dòng điện rò khi van khóa

Các tham số về điều khiển van

Tham số về khả năng khuếch đại công suất

Thời gian khóa và mở của van nhằm giúp cho việc xác định chế độquá độ khi van chuyển mạch

Các tham số về khả năng chịu được tốc độ tăng áp và dòng, thườngkèm theo các tham số liên quan là trị số về tụ điện ký sinh và điện cảm kýsinh của van

Các tham số liên quan đến vấn đề phát van như tổn thất trên van,nhiệt trở của van ở các chế độ khác nhau.

1.2.2 Các bước tính toàn lựa chọn

Sự chọn lựa đúng đắn một van bán dẫn là sao cho trong quá trình làmviệc thực tế, van sẽ không bị vượt bất cứ một tham số giới hạn nào trongbảng tham số đã cho Muốn vậy van phải được chọn với độ dự trữ nhấtđịnh về từng tham số, tuy nhiên sẽ bất hợp lý nếu lấy hệ số dự trữ quá lớn

vì ảnh hưởng đến giá thành thiết bị, hoặc sẽ là phí phạm không cần thiết.Nhìn chung đề chọn van hợp lý nên tiến hành các bước như sau:

Bước 1

Xác định các tham số về điện áp và dòng điện cho van trong mạchthực dựa theo các trị số của tối đa của điện áp nguồn và công suất tải yêucầu

Đánh giá biên độ của điện áp và dòng điện trong chế độ quá độ.Xác định nhiệt độ môi trường và nhiệt độ làm việc của van

Bước 2

Tính toán các mạch bảo vệ chống quá áp và quá dòng cho van

Tính toán tản nhiệt cho van

Dựa vào các tham số điều khiển tính chọn mạch điều khiển van

1.2.3 Bipolar Transistor (BT)

BT là loại van kinh điển, hiện vẫn được sử dụng rộng rãi trong kỹthuật điện tử Tuy nhiên trong lĩnh vực điện tử công suất, BT chi được ứngdụng trong dải công suất không lớn, do nhược điểm cơ bản của BT là điềukhiển bằng dòng điện, vì vậy tổn hao năng lượng điều khiển lớn dẫn đếnkhó thực hiện vi mạch hoá khối điều khiển BT công suất là transistor loạin-p-n (1)

Khi BT (n-p-n) làm việc, điện áp U CE luôn dương, và ở chế độ khóa thìcác điều kiện cho các trạng thái là:

1 Để BT khóa cần có U BE ≤ 0 Lúc này BT nằm ở miền cắt dòng,qua bóng chỉ chảy một dòng điện rò có trị số rất nhỏ

để bóng mở bão hòa theo điều kiện thứ hai Chính điều này hạn chế khảnăng ứng dụng BT ở công suất lớn.

Các tham số của BT khi transistor được điều khiển mở và khóa bằngdòng I b, thời gian mở (t on) và khóa (t off) của BT được hiểu như sau:

Trạng thái khóa: U GS ≤ 0, tuy nhiên nên dùng điện áp âm

Trạng thái dẫn: U GS> 0, và để mở bão hòa bóng cần có điện áp điềukhiển vượt giá trị nhất định, thường lớn hơn 10V

Như vậy, MOSFET là van điều khiển bằng điện áp chứ không phảibằng dòng điện như BT Vì thế để đành giá khả năng khuếch đại của bóngphải dùng tham số ”độ hỗ dẫn g FS” thể hiện trên đặc tính truyền đạt củabóng (2)

1.2.5 IGBT (Isulated Gate Bipolar Transistor)

IGBT (Isulated Gate Bipolar Transistor) là một thiết bị bán dẫn côngsuất ba cực chủ yếu hình thành một công tắc điện tử Nó được phát triển đểkết hợp hiệu suất cao với tốc độ chuyển đổi nhanh Nó bao gồm bốn lớpxen kẽ (P–N–P–N) được điều khiển bởi một cấu trúc cổng kim loại-oxit-bán dẫn (MOS) IGBT có ký hiệu là sự kết hợp của hai bóng BT vàMOSFET

Nếu so sánh các đặc tính của van IGBT và MOSFET ta thấy nhìnchung hai van có đặc tính VÀ giống nhau, với các vùng làm việc tương tựnhư nhau Do đó thực tế các tham số của IGBT là tương tự như củaMOSFET, trong đó do ký hiệu của hai bóng này chỉ có cực điều khiểnmang tên giống nhau (G), còn hai cực kia khác nhau, vì vậy với các tham

số của IGBT cần dùng ký hiệu khác :

Ký hiệu cực D của MOSFET được thay bằng ký hiệu C của IGBT

Ký hiệu cực S của MOSFET được thay bằng ký hiệu E của IGBT.Các trạng thái tương ứng chế độ một van điện tử là:

Trạng thái khoá: U¿≤ 0, tuy nhiên nên dùng điện áp âm

Trạng thái dẫn: U¿> 0, và để mở bão hoà bóng cần có điện áp điềukhiển vượt giá trị nhất định, thường cỡ 15V Như vậy, IGBT cũng là vanđiều khiển bằng điện áp như MOSFET do đó “độ hỗ dẫn g FS”là tham sốkhuếch đại của bóng (3)

Sự khác biệt về bản chất giữa hai Transistor này chi thể hiện ở chỗ:

Khi dẫn MOSFET thể hiện bởi tham số R DS(on) (điện trở DS khidẫn)

Khi IGBT dẫn dùng tham số U CE(sat) tương tự như ở bỏng BT Cũng

có hãng chế tạo đưa ra điện áp trên IGBT khi dẫn bão hoà bao gồm cả haithành phần cấu tạo BT và MOS trong bóng IGBT là:

U CE(sat) = U CE(p−n)+R CE (on) I c

điện áp U CE bão hoà của IGBT nhỏ hơn của MOSFET, và đây cũng là điểm

ưu việt của IGBT so với bóng MOSFET

1.3 Băm xung một chiều song song

Sơ đồ của BXMC loại này trên hình 1.5a còn hình 1.5b là đồ thị minhhọa hoạt động của sơ đồ và đã tuyến tính hóa cho đơn giản các tính toánsau này Loại băm xung này thường ứng dụng cho công suất không lớn vàphải có tụ lọc đầu ra tải

Quy luật điều khiển van Tr theo nguyên tắc chung: van Tr dẫn trongkhoảng (0 ÷ t0) và khóa trong khoảng (t0 ÷ T) Tuy nhiên quá trình nănglượng xảy ra khác đi và như sau:

Khi van dẫn, toàn bộ điện áp nguồn được đặt vào cuộn cảm L và dòngđiện từ nguồn (dòng i1) chảy qua điện cả và cuộn cảm được nạp nănglượng Trong giai đoạn này điot D khóa và tải bị cắt hẳn khỏi nguồn, do đónăng lượng cấp ra tải là nhờ điện dung C, vì vậy tụ điện C là nhất thiết phải

có BXMC kiểu song song

Hình 1 4 : Sơ đồ nguyên lý băm xung một chiều song song

Khi van Tr bị khóa, năng lượng của cuộn kháng và của nguồn sẽ cấp

ra tải (dòng i2) Nhờ nhận năng lượng tích lụy ở giai đoạn trước trong điệncảm nên điện áp trên tải sẽ lớn hơn điện áp nguồn E Tụ C dùng để tíchnăng lượng và cấp cho R t trong giao đoạn van Tr dẫn

Phân tích cho thấy quy luật điện áp trên tải có dạng:

U t = 1−γ E − I1r ng

(1−γ) 2

Khảo sát cho thấy điện áp ra U t có thể cao hơn nguồn E nếu như sụt

áp trên nội trở của nguồn nhỏ hơn 25% so với điện áp nguồn E Điện áp tảilớn nhất có thể đạt tới bằng:

khi khóa ván T chịu điện áp trên tụ C hay điện áp tải, suy ra:

U Tmax= ¿ U Cmax = U tmax

b Dòng trung bình qua điện cảm bằng tổng dòng qua tải và quavan Tr:

điot khóa khi van Tr dẫn và chịu điện áp ngược là điện áp trên tụ C và do

đó trị số lớn nhất tương ứng: U Dngmax=U Cmax=U tmax

d Tham số cuộn cảm L có thể tính toán, xuất phát từ các biểuthức sau khi coi r ng = 0

Điện cảm tối thiếu để đảm bảo chế độ dòng điện liên tục:

Hình 1 5 : Các sơ đồ băm xung một chiều không đảo chiều

Sơ đồ của loại này thể hiện trên hình 1.5a hay hình 1.6a Qui luật điềukhiển van Tr hoàn toàn như nguyên lý chung đã xét, tuy nhiên quá trìnhnăng lượng xảy ra như sau:

Trong khoảng từ 0 đến t0 khi van dẫn điện, năng lượng của nguồn sẽđược cấp cho phụ tải, nếu coi van là lý tưởng các U t = E; vì dòng điện từnguồn i1, cấp cho tải R t phải đi qua điện cảm L, nên điện cảm này sẽ đượcnạp năng lượng trong giai đoạn van Tr dẫn

Trong khoảng còn lại, từ t0 đến hết chu kỳ điều khiển, van Tr khóa,điện cảm L phóng năng lượng tích luỹ ở giai đoạn trước, dòng điện qua Lvẫn theo chiều cũ và chảy qua van đệm D (dòng i2), lúc này U t = −U D ≈ 0.Tùy theo dạng tải và tham số điều chỉnh mà chế độ dòng điện tải cóthể liên tục hay gián đoạn như trong thiết bị chỉnh lưu, nhưng thường mongmuốn chế độ dòng điện là liên tục Vì vậy trong tính toán thiết kế cũng dựatrên việc đảm bảo chế độ làm việc này cho BXMC, cũng vì thế dưới đâychỉ đề cập chế độ này

Hình 1 6 : Băm xung một chiều nối tiếp tải RL

Trong chế độ dòng điện liên lục, tải có thể dạng RLE t hay RL (coi E t

=0) đều vẫn cho quan hệ điện áp ra tải như biểu thức cơ bản (1.11) :

R t là hằng số thời gian của mạch tải

Giá trị lớn nhất của dòng điện: I max= E

R t .

1−b1−11−a1 −

Biểu thức này cho thấy độ đập mạch dòng không phụ thuộc vào tải là

RL hay RLE t, khi tải có sức điện động E t ảnh hưởng đến giá trị tức thời củadòng điện làm giảm trị số một lượng bằng E t

R tso với trường hợp tải RL Cóthể coi gần đúng hệ số đập mạch theo biểu thức:

Như vậy biểu thức tính dòng trung bình qua các van đã đơn giản hẳn

đi Các biểu thức này cho thấy với cùng một dòng tải thì dòng điện qua Tr

sẽ lớn nhất khi γ=γ max, ngược lại với γ=γ min thì dòng điện qua điôt D sẽ cựcđại; dựa vào đây người ta có thể xác định dòng trung bình lớn nhất chảyqua các van khi làm việc để chọn van

Điện áp lớn nhất van Tr phải chịu bằng điện áp nguồn E, điện ápngược lớn nhất đặt lên điốt cũng bằng E

1.4.3 Tính toán các trị số điện cảm và điện dung

Do thành phần một chiều không gây sụt áp trên điện cảm nên:

U R=U t=γE Như vậy:

Ta biết rằng khi càng tăng tham số điều chỉnh γ thì mạch càng dễ chuyểnsang chế độ dòng gián đoạn, vì vậy khi biết giá trị điều chỉnh nhỏ nhất

γ=γ min có thể tính được giá trị điện cảm tối thiếu cần thiết để dòng điện vẫnliên tục ở giá trị γ min này

Theo (1): L=(γ min(1−γmin)E)

∆ lf

ở chế độ ranh giới về dòng điện có: ∆ l=I max−I min=I max do I min=0,

mặt khác vì coi dòng tuyến tính nên:

Tính điện cảm theo biến thiên cho phép của dòng điện tải ∆l:

Khảo sát biểu thức (độ dao động) cho thấy ∆l sẽ lớn nhất khi γ=0,5;

vì thế nếu thiết bị yêu cầu đảm bảo một độ dao động dòng điện tải tối thiểunào đó thì bắt buộc phai tính toán ở chế độ làm việc này để có thể đẩm bảoyêu cầu chung cho toàn bộ phạm vi điều chỉnh Thế γ=0,5 vào (1.18) có:

Tuy nhiên có thể tính theo tính chất của băm xung một chiều Vẫndùng phương pháp gần đúng bằng cách tuyến tính hóa đường điện áp uc,giá trị trung bình của dòng qua tụ điện ở chế độ gần xác lập cũng bằng

không, điều đó có nghĩa toàn bộ năng lượng đầu vào được cấp cho phụ tải.Phân tích như thế ta sẽ nhận được biểu thức sau:

Bộ biến đổi xung áp loại này (hình 1.8) cho phép điều chỉnh điện áp

U t lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp nguồn E So với sơ đồ của BXMC kiểusong ta thấy vị trí của van Tr và cuộn cảm L đã đổi chỗ cho nhau

Hoạt động của mạch này như sau:

Trong khoảng (0+t0) , khi van Tr dẫn, điện cảm L được trực tiếp nạpnăng lượng từ nguồn E bằng dòng in với qui luật tương tự BXMC songsong Giai đoạn này điôt D khoá và tải chỉ nhận năng lượng tử tụ điện C, vìvậy ở đây cũng cần có tụ C mắc song song tải

Trong giai đoạn còn lại: (t0 + T) van Tr khoá, cắt nguồn E ra khỏimạch, để duy trì dòng điện theo chiều cũ của mình sức điện động tự cảmcủa cuộn kháng L sẽ đủ lớn để điôt D dẫn và hình thành dòng điện i2 Nănglượng tích luỹ trong điện cảm sẽ được phóng qua tải, tụ điện C cũng đượcđược nạp năng lượng trong giai đoạn này Lưu ý rằng với chiều của dòngđiện nạp cho tụ C là i2 thì chiều điện áp trên tụ điện có dấu ngược lại vớihai loại BXMC đã xét, tức là điện áp U t là âm Và như vậy BXMC kiểu nốitiếp – song song cho phép tạo điện áp tải ấm từ một nguồn dương

Quy luật điện áp ra tải:

U t = 1−γ γE − γ2

(1−γ)2I r r ng

Đặc điểm của loại này là có thể điều chỉnh điện áp ra tải lớn hơnhoặc nhỏ hơn điện áp nguồn E