Xây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tô (Đồ án tốt nghiệp)

Xây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tôXây dựng bộ biến đổi cầu 3 pha nâng áp 1 chiều hệ số công suất lớn dùng cho ô tô

M C L C

L U 1

.GI I THI U T NG QUÁT CÁC B BI I 2

2

4

1.3 -PULL 6

-BRIDGE 8

1.5 CÁC B BI N T CÔNG SU N 9

1.5 1 B bi i DC DC (DC DC Converters) 9

1.5.2.B bi n t n 13

: C QUY VÀ CÁC LINH KI N T 15

2.1 M U 15

2.1.1.C u t o 15

2.1.2.Các thông s c a acquy 15

2.2.CÁC LO I C QUY 18

2 2.1 Acquy chì axit 18

2.2.2.Acquy Nickel 19

2.2.3.Acquy Natri 20

2.2.4 Acquy Liti 21

C C QUY 22

p 22

2.4 VAI TRÒ C A C QUY TRONG Ô TÔ 26

2.5 MOSFET 27

2.5.1.C u t o và nguyên lý làm vi c 27

2.5.2 32

2.6 Gi I THI U DIODE BÁN D N 34

2.6.1 Gi i thi u 34

2.6.2 C u t o 35

c tính Volt-Ampere 37

3.2 L A CH H TH NG CHO B BI I 38

3.2.1 Các b ph n c a b bi i 39

3.2.2 Nguyên lý ho ng 39

3.3 TÍNH TOÁN CÁC PH N T M CH L C 40

3.3.1 Tính ch n van cho m ch ngh 40

3.3.2.Tính ch n diode cho m ch ch 42

3.3.3 Tính ch n máy bi ng l c 43

3.4 THI T K M U KHI N CHO B NGH U BA PHA 46

3.4.1 Thi t k m ch t o xung 46

3.4.2 Thi t k b d ch pha s 47

3.4.2.1 T ng quan v flip-flop 47

3.4.2.2 Flip-flop D 48

3.4.2.3 B d ch pha s 50

3.4.3 Thi t k m ch lái Mosfet 52

3.4.4 IC IR2101 54

54

3.4.4.2 C u trúc bên trong c a IR2101 55

3.4.4.3 Thông s k thu t c a IR2101 55

3.4.5 K t mô ph ng trên ph n m m Psim 56

3.5 XÂY D NG MÔ HÌNH V T LÝ H TH NG BI I C U BA PHA NÂNG ÁP M T CHI U 58

3.5.1 Xây d ng m n b ng Orcad 9.0 58

3.5.2 Mô hình v t lý b bi i 59

K T LU N 62

TÀI LI U THAM KH O 63

chi u t c quy, v quan tr ng là ph n áp

ng yêu c u c i quy t v này c n m t b bi i DC/DC bán d n V c th gi i quan tâm và nghiên c u Trong b

Xây d ng b bi i c u 3 pha nâng áp 1 chi u h s công su t l n dùng cho ô t

B án c a em g

i thi u t ng quát các b bi i

c quy và các linh ki n t

t k và xây d ng mô hình h th ng bi i DC/DC

Em xin chân thành c GS.TSKH Thân Ng c Hoàn cùng các

án nên không th tránh kh i nh ng sai sót, em mong nh n

c s ch b o t n tình c a th y cô trong b môn

H i Phòng, ngà

Sinh viên th c hi n

Ph

Hình 1.1: B bi i ki u BUCK

khi

" Switch On"

Hình 1.3:

.Khi "Switch on "

Khi "Switch Off" c

-.:

Hình 1.4: -PULL

Pull:

V out = (V in /2) x (n 2 /n 1 ) x f x (T on ,A + T on ,B)

Hình 1.5: B bi i ful-bridge

Công th c tính cho b ngu n full-bridge:

-Hình 1.6:

300VDC Trong quá trình hãm tái sin -

-iêu

-DC này

-lên

DC

-DC hai 1.8, 1.9, 1.10,

Hình 1.11:

92 %

n tích mà m t acquy có th cung c p là m t thông s quy

trong h SI là coulomb, là s n tích khi m t amp ch y qua trong

1Ampe ch y qua trong m t gi VD: dung ng c a m t acquy là

cung c p dòng 1Ampe trong 10 gi , hay là 2Ampe trong 5 gi , 10Ampe trong 1 gi

c l y ra thì kh a acquy s không quá 1 gi

H u h t các lo i acquy khi không s d u b x y ra hi ng này,

u này cho th y acquy không th không trong m t th i gian dài mà

c n p, t l này ph thu c vào lo i acquy, nhi

ng trong các thông s c a acquy

2.2 CÁC LO I C QUY

2 2.1 c quy chì axit

c s d ng r ng rãi nh t trong các lo i xe trong

a lo i acquy này c c c u t o t chì, c chì oxit, các c c ngâm vào trong m t dung d n phân loãng c a axit sunfuric Axit sunfuric k t h p v i chì, chì oxit, sinh ra chì sunfat và

ng s c sinh ra trong su t quá trình này

Pb + PbO2+ H2SO4 2PbSO4+ 2H2O

Ph n c mô t trên hình 2.2

Ph n trên c a hình v di n t n c a acquy, c 2 b n

c u hình thành chì sunfat, dung d ch axit sunfuric b loãng d n,

Khi n n, 2 b n c c tr l i thành chì và chì oxit, dung d n

phóng c a acquy, t di n ra ph thu c vào nhiêt

c a acquy, nhi càng cao di n ra càng nhanh, s nguyên ch t c a các linh ki n

Acquy nicken-cadimi.

i acquy coi là ph bi n ngang v

Cd + 2NiOOH + 2H2O Cd(OH)2+ 2Ni(OH)2

d ch n làm c m khác bi t c a acquy này v i các lo i acquy khác là chúng ho ng nhi cao Chúng có m t c c làm t natri l ng bên trong hình d ng c a m t lo i s , chúng r c h c ng

Do yêu c u nhi cao, nên các lo i acquy nh không th ch t o

c, vi c làm nóng và làm mát cho acquy c c thi t k c n th n m t

còn xu t hi n trên th ng

b Acquy Zebra.

làm c c t o ra t ph n ng gi a Natri và Nickel cloride:

2Na + NiCl2 Ni + 2NaCl

Li-poplymer acquy s d ng Li làm c c âm và m t oxit kim lo i khác

t gi a là c n ng hóa h c gi a Li và kim oxit kim lo i gi i

b Acquy Li-ion.

m t dung dich h u c m t lo i polymer r n

c gi i phóng t ph n ng gi a Liti cacbon và oxit liti

100 mA cho

%

2

20 = Ct /(1+0,008 ( t 20

-0

h Ch phóng n p xen k

10

2.4 VAI TRÒ C A C QUY TRONG Ô TÔ.

a

t trong ô tô

-

b c quy trên ô tô.

Acquy chì acide là m t thi t b n, nó sinh ra hi n th và

tô ngày nay Nên nh r ng acquy không tích tr n mà ch tích tr hoá h c,

d ch acide ph n ng v i nhau và sinh ra m t hi n th Ph n ng hoá h c

tô

c Công d ng c a c quy.

Acquy cung c n khi:

ng ho ng: n t bình acquy c s d chi u sáng, dùng cho các thi t b n ph , ho c là các thi t b ng

ng

ng: n t c dùng cho máy kh i

ng Vi c kh ng xe là ch ng nh t c a acquy.

ng: n t bình acquy có th c n thi h

tr cho h th ng n p khi nhu c u v t t qua kh a h

2.5 MOSFET

2.5.1.C u t o và nguyên lý làm vi c

Hình 2.3: C u trúc bán d n và ký hi u c a MOSFET.

Khác v i c u trúc BJT, MOSFET có c u trúc bán d u khi n b n áp v u khi n c c nh Hình 1 th hi n c u trúc

và ký hi u c a MOSFET G là c u khi n c cách ly hoàn toàn v i c u trúc bán d n còn l i b i l n môi c c m n c c

l n dioxit-silic (SiO2) Hai c c còn l i là c c g c S và c c máng D c c máng

các MOSFET công su t là lo i có kênh d n ki u N M t trong nh

m khi dùng MOSFET là t n s t l n, m u khi n vì

u khi n b n áp u khi n hoàn toàn cách ly

M t thông s quan tr ng c a MOSFET công su n t n tr

tuy n tính v i dòng trên kênh d n

M i liên h i thông s RDS(ON) c ghi trong các datasheet c a MOSFET

n tr RDS(ON) là h ng s ng v n áp VGS nh nh và nhi nh nh c a MOSFET

n tr RDS(ON)

Hình 2.4: Kí hi c và hình dáng c a MOSFET

Các thông s này r t quan tr ng khi ta thi t k m u khi n van.

b Quá trình m và khóa c a MOSFET.

Khi c p vào c c G c a MOSFET m n áp thông qua m ch Driver

MOSFET và diode khóa hoàn toàn

GS và CGD

-Hình 2.6: Quá trình khóa c a MOSFET.

n:

n th nh t: Là quá trình x n tích trên t CGS.DSt giá tr ban

n giá tr n áp trên c c D c a MOSFET b n

n th n áp gi a hai c c D-S c a Mosfet s giá

tr UDS = ID.RDS(on) T i giá tr cu i U DS(off).

n c a c c G hoàn toàn là dòng x c a t trên các c c c a Mosfet

n th n áp c c G gi m t giá tr n giá tr gi

Tóm l i quá trình m -khóa c a Mosfet là quá trình chuy n m ch gi a

tr ng thái tr kháng cao và tr ng thái tr kháng th c th c hi n trong b n

n

dài kho ng th i gian c c quy nh b i giá tr

khi n Mosfet trong các ng d ng có t n s t l n

D DS

Db.h-

silicselen germani

n áp theo m ng nh nh.

D a vào ng d ng c i ta chia thành các lo i sau:

Line frequency Diode: Lo ng dùng trong các ng

Schottky rectifiers: Là lo i Diode ch t, không b hi n

ng ph c h n áp phân c c thu n 0,2V , Tuy nhiên chúng ch

M ch ngh ng h ng không phù h p v i yêu c u thi t k Vì

v y l a ch n m ch ngh c l p ngu n áp 3 pha là phù h p v i yêu c u thi t k

trên ta s d ng 6 MOSFET công su t có nhi m v bi i

n áp m t chi u thành xoay chi nâng lên m n áp mong mu n và qua b ch th n áp m t chi u theo yêu c u

S d ng 3 máy bi n áp m t pha n -Y cho b bi i

th nghi m S khác nhau gi a 2 c u trúc c a máy bi n áp c th

hi n trong hình v sau:

a b.

Hình 3.5: C u trúc m ch t máy bi n áp 3 pha

a MBA 3 pha v i m ch t chung

b MBA 3 pha v i 3 m ch t riêng bi t

Máy bi n áp ba pha s d ng ba lõi ferrite cho hi u su t t i và

t c m b o không có hi ng bão hòa x y ra V t li u làm lõi c lõi, s vòng dây và t n s chuy n m ch c ch n sao cho MBA làm vi c trong kho ng tuy cân x ng v i

u ra) b t k u ki n ho ng nào

Công su t phân ph i ph thu c vào di n tích gông t , t n s chuy n

m ch C m ng t c i (Bmax c ch gi gông t n m trong kho ng tuy n tính và tránh bão hòa t ng Giá tr c i c a c m ng t

B nh th i 555 ho ng v i ngu n m t chi n áp t n

áp c a b khu i thu t toán

a ngu n nuôi n i vào chân 8 (+Vcc), c c âm m c vào

ch m t kho ng th i gian khi xung ck kích thì m

ch trì hoãn, ngõ D còn g i là delay

Hình 3.10: Kí hi u và b ng tr ng thái c a flip-flop D.

Hình 3.11: nguyên lý m ch d ch pha dùng flip-flop D

ng nhi u cao và kh i l n C u t o c a nó g m có 2 flip-flop lo i D Ngu n nuôi cho IC là t n +15V Vì v

thích v i m ng và c nh ng m n áp c a các bkhu i thu t toán

Hình 3.13: nguyên lý m ch d ch pha s

T nguyên lý trên ta th u vào d ng chu i xung có t n s u ra nh c h th ng xung có t n s là f Vì v y chu i xung t IC555 có t n s là 60 u ra nh c chu i xung có

t n s là 10kHz Chu i xung này l n và có chu knhi m v là 50%

c ngu n tín hi u xoay chi u ba pha c r t thu n l i cho vi c kh ng ch b ngh ch

c bi u di n trên hình v

Hình 3.14: D n áp ra.

3.4.3 Thi t k m ch lái Mosfet.

IC IR2101 là ic bán d c s d ng r ng rãi trong các m ch t h p logic và trong các m ch ngu n yêu c u có nh cao

Hình 3.15: m ch lái MOSFET

- S d ng BOOSTRAP kích tín hi u khi n t IC555 r i phát xung tín hi u vào c c G kích thông IRFZ44N.

ng có nhi u, xung cao t n r t l n áp

t lên van khi van khóa r t l n và vi van là không lý

ng V y v d p nhi u xung và h tr m van cho MOSFET là v

r t quan tr ng trong khi thi t k m ch

d p nhi u ta thêm m ch snubber song song v i van bán d hnhi u xu ng m c an toàn v i thi t b

3.4.4.2 C u trúc bên trong c a IR2101.

Hình 3.18: C u trúc bên trong c a IR2101.

3.4.4.3 Thông s k thu t c a IR2101.

B ng 3.1: Thông s c a IR2101.

3.4.5 K t mô ph ng trên ph n m m Psim

K t qu mô ph c th hi

Hình 3.19: mô ph ng b nâng áp

Hình 3.20: D c G c a MOSFET

Hình 3.21: D n áp pha phía th c p MBA

3.5 XÂY D NG MÔ HÌNH V T LÝ H TH NG BI I C U BA PHA NÂNG ÁP M T CHI U

3.5.1 Xây d ng m n b ng Orcad 9.0.

m ch nâng áp m t chi u s d ng trong ô tô

m ch t o xung và m ch kích MOSFET.

Hình 3.23: nguyên lý m ch t o xung và m ch kích MOSFET

M ch ch u 3 pha dùng diode:

Hình 3.24: m ch ch u

3.5.2 Mô hình v t lý b bi i.

Hình 3.25: Mô hình b bi i DC-DC

Hình 3.26: u vào b bi i

Hình 3.27: u ra c a bQua mô hình v t lý ta th u vào t c quy là 11VDC qua b

c nâng lên 103VDC

b o v quá nhi t cho các van bán d n ta s d ng cánh t n nhi t

b ng nhôm

nh ng sinh viên sau này mu n nghiên c u và phát tri n nó m t cách hoàn thi

Em xin chân thành c

H

Sinh viên th c hi n

Ph

TÀI LI U THAM KH O

1 GS.TSKH Thân Ng c Hoàn (2004), n t công su t, Nhà xu t b n xây

d ng

2 TS Võ Minh Chính Ph m Qu c H i Tr n Tr ng Minh (2007), n t công su t, Nhà xu t b n khoa h c và k thu t.

3 TS.Tr nh (2008), Tính toán thi t k thi t b n t công su t,