Điện tử công suất Các bộ băm xung một chiêù cơ bản (DCDC converters)

Các bộ băm xung một chiêù cơ bản (DCDC converters) Tong quan
Biên doi nguôn mot chiêu không diêu khien c thành nguôn mot chiêu có biên do diêu khien được câp cho tai. Power switching converters Basic switching converter topologies 2
BB mot chiêu c ng dng nhiêu trong các bo nguôn óng cat
Có rât nhiêu mô hình mach khác nhau

Chương 4

Các bộ băm xung một chiều cơ bản

(DC/DC converters)

1 Tổng quan

Biến đổi nguồn một

chiều không điều khiển

được thành nguồn một

chiều có biên độ điều

khiển được cấp cho tải.

khiển được cấp cho tải.

1 Tổng quan

chiều (DC/DC converter)

2 Buck converter

Điện áp trên tải có cùng cực tính với điện áp nguồn

2 Buck converter

on off s

2 Buck converter

Giá trị trung bình dòng điện chảy qua tụ I c = 0

I

=

I c

∆

t - (1 I + V

) T

t ( I

= P

+ P

=

on o

D Q

T

I

V T

I P

P

P loss Qs Dfw o cesat o Dfw

.

) V

D +

V D + V (

V

= ) P

+ P

(

P

=

D cesat

a

a loss

out

out

fw

) 1

η

2 Buck converter

a) Giá trị tới hạn của cuộn cảm

Nếu điện trở tải được giữ không đổi và giảm

điện cảm sẽ làm tăng độ nhấp nhô của dòng

điện chảy qua cuộn cảm

Giá trị của điện cảm L mà tại đó dòng điện i L = 0

Giá trị của điện cảm L mà tại đó dòng điện i L = 0 tại một và chỉ một thời điểm trong một chu kỳ

xung được gọi là giá trị tới hạn của L c

)D V

V

-(

= L

t ) V - V

(

= I

= I 2

=

I

c s

a s

c

on a

s L

V

= L

f 2

D ) V - V

( V

2 a c

s

2 a

s s

V D

D) - (1

, R

V

=

P

2 a out

.

R

V

= D

I

V

2 a L

s

.

L

f

)D V

V

-(

= 2

I

=

I

c s

a s

L

2

∆

, R

V

= L

f 2

D D) - (1

c s

2 2

s

.

R

D V

= L

f 2

V D D) -

c s

2 s 2

.

f

2

D) -

R(1

=

L c

2 Buck converter

b) Điện trở tải tới hạn

Nếu giữ điện cảm là hằng số và tăng trở tải thì dòng qua cuộn cảm sẽ giảm xuống nếu muốn

độ nhấp nhô của dòng qua cuộn cảm là cố định

Bộ băm nối tiếp sẽ rơi vào vùng dòng điện gián đoạn nếu như điện trở tải lớn hơn giá trị tới hạn

R c

nom c

R

R =

2 Buck converter

Nếu điện trở tải vượt quá giá trị tới hạn

hoặc

Giá trị của cuộn cảm nhỏ hơn giá trị tới hạn

=> Bộ băm xung nối tiếp sẽ làm việc ở chế độ dòng

điện gián đoạn

2 Buck converter

2 Buck converter

= D)L -

(1

L

D V

D)L -

-(1

L

D V

V +

2 2

s c

2 s

a

2 a

D) -



.

R

V

= 2

I L

= ) V

s

p

0

= f t V - f

t

V s on s a 2 s

L

D) - 2L(1

D - D

+ L

D) -

4L(1 D

= V V

c

2 c

s a

2 c

2 V

= ; L L

4L(1 - D) V

1+ 1+

D L

<

Discontinuous modeL/Lc = 0.5

Continuous modeL/Lc = 1.0

D

2 Buck converter

2.4 Thời gian xả tụ trong chế độ dòng điện gián đoạn

vào vùng gián đoạn

2 Buck converter

2.5 Các dạng sóng ở hai chế độ

2 Buck converter - thiết kế

Thiết kế bộ băm xung nối tiếp làm việc ở chế độ dòng liên tục hoặc dòng gián đoạn

Nếu đột nhiên bị mất tải (hở mạch) thì điện áp

đầu ra sẽ bị đẩy lên đúng bằng điện áp nguồn

đầu ra sẽ bị đẩy lên đúng bằng điện áp nguồn

Ưu điểm của BBĐ nối tiếp là khả năng điều

khiển điện áp và dòng điện trên tải một cách dễ dàng nhờ điều chế độ rộng xung Dễ dàng

khống chế các sự cố: Ngắn mạch, hở mạch đầu

ra

– Hãy xác định: (a) D, (b) điện cảm, (c) tụ điện, và (d) tụ ở đầu ra nếu tần số tăng lên 10 kHz.

Buck converter

Bài giải

a s

5 V

D = = = 0.5

10 V

s s

(1 - D) 0.5(10)(0.5) DV

D(1 - D) 10(0.5)(0.5) V

.

t

I L

off

∆

.

L

t ) V - V

(

= L

t V

=

∆

4 Boost converter

4.1 Chế độ dòng điện liên tục

D)T -

(1 V - D)T -

(1 V

= D)T -

)(1 V

V (

-= DT

DT V

+ T V - D)T -

(1 V

= DT

D) - (1 V

=

V s a

.

D - 1

V

=

I t 1

= V

T V - T

= t

a s

s a

a

s on

C ∫

t - T

T V

= DT -

T

T V

= D - 1

s a

.

V

T V

C

f D - 1 v

) V - V ( I

= C

f V

) V - V ( I

= v

s s

s a

a s

a

s a

a c

∆

.

C f

D I

= C

f D - 1 V

) D

1

-DV +

V - V (

I

= v

s a

s s

s s

s a

c

∆

c s

V

= L f 2

D V V

2 a c

s

s s

4 Boost converter

4.3 Chế độ dòng điện gián đoạn

s

4DL 1+ 1+

L(1 - D ) V

4 Boost converter

4.3 Các dạng sóng trong chế độ dòng điện gián đoạn

4 Boost converter

4.4 Các nhận xét

Dòng điện đầu vào của Boost converter luôn có dạng liên tục

Ở thời điểm bắt đầu chuyển mạch van dẫn dòng,

Ở thời điểm bắt đầu chuyển mạch van dẫn dòng, xuất hiện một dòng điện kích có biên độ bằng

vài lần dòng điện định mức trong chế độ xác lập.

Dòng điện ra trên tải luôn luôn bị dao động

4 Boost converter

4.4 Các nhận xét

Dạng điện áp đầu ra rất nhạy với sự biến thiên của độ rộng xung

Boost converter luôn luôn bắt buộc phải có tải ở

Boost converter luôn luôn bắt buộc phải có tải ở phía đầu ra (không được phép hở mạch)

Trong trường hợp ngắn mạch đầu ra, thì việc

giảm độ rộng xung kích thích cũng không thể

hạn chế được dòng ra trên tải

5.Buck-boost converter

5.1 Các đặc điểm chung

Điện áp ra có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp nguồn, tùy thuộc vào độ rộng xung D

Điện áp ra có cực tính ngược với cực tính của

Điện áp ra có cực tính ngược với cực tính của nguồn

Trong các ứng dụng được gọi là bộ băm xung

đảo áp

5 Buck-boost converter

5.2 Cấu trúc mạch và dạng sóng cơ bản

I L

= t

I - I L

=

V

on on

1 2 s

∆

t

t on on

, V

V (1 - D)

V = - .

D

s a

V D

V = - .

1 - D

Buck-boost converter

5.3 Chế độ dòng điện liên tục

s a

D I

I = .

1 - D

−

s s

a c

5 Buck-boost converter

5.4 Giá trị điện cảm tới hạn

2 a

L

c s

2

) D -

R(1

= f

2

V RD

= L

s

2

sV

2 s 2 c

2 a

5 Buck-boost converter

5.5 Hệ số biến đổi điện áp với sự thay đổi của L

2 a 2

s s

=

2 f L V

24

6 So sánh giữa các sơ đồ

Hệ số biến đổi điện áp

7 Một số sơ đồ băm xung một

chiều khác

7 Một số sơ đồ băm xung một

chiều khác

8 Các phương pháp điều khiển

8 Các phương pháp điều khiển

t'off

(b) Thay đổi ton, cố định t off

(c) Thay đổi cả ton và t off

8 Các phương pháp điều khiển

t'on

t'off

8 Các phương pháp điều khiển

-Sawtooth signal

Qst

PWM out

ErrorAmplifier

+ -

a a p p

dV V V KV GH( ) = = =

8 Các phương pháp điều khiển

8 Các phương pháp điều khiển

12

34

8 Các phương pháp điều khiển

i (t)

L

(a) Bộ điều khiển PWM chế độ dòng điện – tần số không đổi

cho boost converter

(b) Bộ điều khiển PWM chế độ dòng điện – tần số không đổi,

Error Amplifier

+ -

8 Các phương pháp điều khiển

8 Các phương pháp điều khiển

Ve

Bù sai lệch với bộ bù bên ngoài

2

1 2

2

m

2

I0

8 Các phương pháp điều khiển

8 Các phương pháp điều khiển

8 Các phương pháp điều khiển

Phân tích quá trình xác lập (t off )

Load resistance [Ohm]

8 Các phương pháp điều khiển

Một số IC điều khiển thông dụng

• Bộ điều khiển chế độ điện áp, tần số không đổi SG3524

• Bộ điều khiển chế độ điện áp, tần số thay đổi TL497

• Bộ điều khiển PWM chế độ dòng điện, tần số không đổi

• Bộ điều khiển PWM chế độ dòng điện, tần số không đổi UC3842