Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC (P3)

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC (P3) cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu bộ cấp điện DC, các bộ cấp điện DC căn bản, bộ chuyển đổi thuận, bộ chuyển đổi phản hồi, bộ chuyển đổi đẩy kéo,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

converter, half-bridge converter)

xét ở trên có bất lợi chính là không có sự cô lập ñiện giữa ngõ ra và ngõ vào

mass, thì ngõ ra cũng sẽ nối mass ðể cô lập ñiện thông thường là sử dụng biến thế ghép giữa ngõ ra và ngõ vào.6:29 PM

3

Trong các bộ cấp ñiện ổn áp giao hoán

thường gồm có các thành phần sau:

• Bộ chỉnh lưu trực tiếp từ mạng ñiện khu

vực

• Bộ inverter DC – AC ghép máy biến thế

xung

• Bộ chỉnh lưu tần số cao, bộ chuyển ñổi

DC – DC

GIỚI THIỆU

1 Bộ chuyển ñổi thuận (Forward converter)

• Bộ chuyển ñổi thuận một van

• Sơ ñồ nguyên lý

CÁC BỘ CẤP ĐIỆN DC CƠ BẢN

VL

D2

Io

Vs

T1

R C

S

D1

i

n

V n

n V n

n

1

2 1 1

2

6:29 PM

Trang 2

1 Bộ chuyển ñổi thuận

• Nguyên tắc hoạt ñộng

Khi S ñóng

Ii T1

D2 VL

R IL

S

D1 Lm

Io

• Nguyên tắc hoạt ñộng Khi S hở

R Io

VL

IL

C

IL D1

S

D2 Vs

Ii

6:29 PM

7

Cách hoạt ñộng của mạch tương tự như

ở bộ chuyển ñổi hạ thế nhưng với ñiện thế

ñiện thế:

D V n n

n D

V

D

V

1

2 2











=

2 0

0

8

1 LCf

D V

=

∆

i V n n

zero khi S hở CÁC BỘ CẤP ĐIỆN DC CƠ BẢN

R

Io

C

IL n1

n2 T2

D2 I3

Vs

n3

D1

S Ii

VL D3

Lm

6:29 PM

Trang 3

Khi S ñóng

R D2

Io C

IL n1

n2

S

T2

D3

I3

Vs

n3

D1 Ii

VL Lm

i V

v =1

0

1 2 1

2 1











=













=

n

n V n

n v













=













=

1 3 1

3 1 3

n

n V n

n v

0 3

3 = − V − v <

dt

di L V n

n V V v

i

L = − =  − 0 =

1

2 0 2

• Nguyên tắc hoạt ñộng Khi S hở

R

D3

Io C

IL n1

n2

T2 I3

Vs

n3

D1

S Ii

VL

D2 Lm

i

V

v3= −









−

=









=

3 1

3

1 3 1

n

n V n

n v









−

=









=

3 2

3

2 3 2

n

n V n

n v

( D ) T

i t

i L

V dt

di dt

di L V

∆

=

∆

=

−

=

⇒

=

−

=

1

0











=

1

2 0

n

n D V

6:29 PM

11

• Dạng sóng ra

∆

t

iLm

i L

i1

is

i Lm

∆i L

DT T

t

t0

Tx

DT t0 T

DT T

V o

iD

1 1

1

1 3

1

3 < ⇒  + <



 +

n

n D T

T

n

D

6:29 PM

f L

D V T

L

D

V

iL

) 1 ( )

1

(

0 0

−

=

−

=

∆

12

• Bộ chuyển ñổi thuận thực tế

Np

R4

EA

Nr

R5

R2

D7 D3

DC Voltage controlled variable-width pulse gennerator

D6

D5

R3

C1

L3

Vom

Vref

Vs1

D1 V

C3

dc

Nm

D4

C2 L1 Ns1

D2

Ns2

L2

Sơ ñồ mạch

6:29 PM

Trang 4

• Dạng sóng bộ chuyển ñổi thuận thực tế

t

i Q1

t

Vo

i D1

vQ1

2V dc

Vdc

Áp rỉ

VDS

ID(Q1)

ID1

Vdc

V dk

2V dc

A1

A2

Dạng

sóng

ra

• Bộ chuyển ñổi thuận hai van

D1

-Lm

iLx iLm

+ Vs

C R

T1 N1 D3

S2

S1

N2

D4

D2 Lx

6:29 PM

15

Khi các S cùng ñóng

Lm

S2

iLx N2

iLm

-D3 S1

C D4

T1

R

Lx D1 +

N1 Vs

D2

• Nguyên tắc hoạt ñộng Khi các S cùng hở

D1

D4

Lm

D2 C R Vs

Lx +

iLx

-T1 N2 iLm

N1

S1 D3

S2

6:29 PM

Trang 5

ðiện thế ra giống như của bộ chuyển ñổi

thuận một van Nhưng lợi ñiểm của bộ

chuyển ñổi thuận 2 van là ñiện thế của

transistor ngưng là Vi hơn là Vi(1+n1/n3),

như ở bộ chuyển ñổi thuận 1 van ở trên

ðiều này rất quan trọng cho các áp dụng

cao thế

D5 Q1

D6 L2

D3

D2 D1

Ns1 Ns2 Np

Vs1

C2

_

L1

Vs2

+

Q2

dc

C1 V

D4

t

Tần số ñóng ngắt

VG

Q1,Q2 ON Q1,Q2 ON Q1,Q2 ON

f

VQ

Dạng sóng ñóng ngắt Q

6:29 PM

19

• Bộ chuyển ñổi thuận ghép ñan xen 2 van

• Mạch thực tế

Q2

Np V

D3A

Np

D4B

L1

Q1

D2

D3B D5B

C1A L2

Ns1

D5A

Ns1 D4A

Vo1

Ns2

Vo2 D1

Ns2

• Bộ chuyển ñổi thuận ghép ñan xen 2 van

• Dạng sóng ra mạch thực tế

t

Tần số ñóng ngắt

V G

f

V Q1

Q1 ON

t Q2 ON

VQ2

(Vdc-1)(Ns1/N) Cực K của D3A,B (V dc -1)(N s2 /N) Cực K của D4A,B t

t

V

6:29 PM

Trang 6

2 Bộ chuyển phản hồi (Flyback converter)

Vi

Vo

S

• Chế ñộ hoạt ñộng kiểu liên tục

iR N1

T1

Vs S

C R i2

V1

D1

-+

Lm

N2

6:29 PM

23

• Nguyên lý hoạt ñộng

D1

S

Lm

T1

C

-+

Khi các S ñóng

m

i Lm Lm Lm Lm m i

L

V DT

i t

i dt

di dt

di L V

∆

=

⇒

=

1









=









=

1 2

1

2 1 2

n

n V n

n v

0 1

2

0 −  <

−

=

n

n V V

Khi các S hở

D1

C R

-Lm +

S

T1

Vs









−









=

⇒

−

=

2

1 0 2

1 2 1 0 2

n

n V n

n v v V v

























−

=

1

2 0

n D

D V

6:29 PM

Trang 7

Khi các S hở

D1

C R

-Lm

+

S

T1

Vs









−

=









=

⇒

−

2

1 0 2

1 2 1 0 2

n

n V n

n v v V v

























−

=

1

2 0

n D

D V

• Các công thức tính toán

i i

Lm Lm Lm

L DT V n

n R D D V i I I

2 1

2

1

2 2 max

−

=

∆ +

=

i i

Lm Lm Lm

L DT V n

n R D D V i I I

2 1

2

1

2 2 min

−

=

∆

−

=

2 1 2 min

2

1









−

=

n

n f R D

Lm

RCf

D

∆

0 0 6:29 PM

27

• Dạng sóng ra

∆

t

i s

iLm

iD

iLm

t

vi

iC

V S

-V o (N 1 /N 2 )

• Chế ñộ hoạt ñộng kiểu không liên tục

• Các công thức tính toán

m

i Lm

L DT V

R

V I V P

2

0 ⇒ =

=

( )

m i m

i i

L T D V T

DT L DT V I

2

1 2

=





















=

f L

R D V L

TR D V V

m i m i

2 2

t

i Lm

ii DT T

t

6:29 PM

Trang 8

R2 Vom

DC Voltage controlled variable-width pulse gennerator Q1

Vo1

EA

D1 Ns1

D2 Nsm

Co Np

+

_

R1

Vref

dc

C1

Ro V

• Dạng sóng ra mạch thực tế

t

A1

A2

Ton

T r Tdt

Vdc+(Nm/Np) Vdc

Vdc

Ip

Is

6:29 PM

31

3 Bộ chuyển ñổi ñẩy kéo (Push-pull converter)

-VLx

+

R

+

+ iLx

+

-Vsw Vs1

+

SW1

Vo

D2

+

-D1

+

-+

SW2

Vs2

+

Np:Ns

-C

-Vs

Lx

Vp1

3 Bộ chuyển ñổi ñẩy kéo

Khi các SW1 ñóng

+ Vs2

Vsw

-D2

-iLx

+ VLx

-Lx

+ +

R

Vs

Vp1 +

D1

-Vx Np:Ns

SW2

+ Vp2

-Vo

-C +

SW1

+ Vs1 +

i

p V













=

p

s i s

n

n V

v1









=

p

s i s

n

n V

v 2

i

p V

i

sw V

L

V n

n V i

x p

s i on Lx

















−









=

∆

0 1

6:29 PM

Trang 9

Khi các SW2 ñóng

+ Vs2

Vsw

-D1 iLx

+ VLx

-Lx

+

R

Vs

Vp1

+

-Vx Np:Ns

SW2

+

Vp2

SW1

-Vo

-C + +

D2 Vs1 +

i

p V

i









−

= p

s i s n

n V

v1









−

= p

s i s n

n V

v2

i

s V

v 1 = 2

0

n

n V V v v

p

s i x











=

−

=

Khi các SW1 và SW2 ñóng

+ Vs2

Vsw

-iLx

+ D1

VLx

-Lx

+ +

R

Vs

Vp1 +

-Vx

SW1 Np:Ns

SW2

+ Vp2

-Vo

-C +

+ D2 Vs1

0

V v

vLx= x− = −

2 1

0 0 ,

2 ,

1    −  =





−

















−









=

L V DT L

V n n V i

x x

p s i off sw Lx

D n

n V V

p

s











= 2

0

32

2 1 Cf L

D V

V

x

−

=

∆

6:29 PM

35

• Dạng sóng ra

t

ON

S1

S2

Vo

iLx

∆

∆iLx t

t ON

• Bộ chuyển ñổi ñẩy kéo thực tế

Ns1

Vs2

Np1

R5

Ns2

D1

Vdc(Nm/Np)(2Ton/T)

Vs1 R3

Q2

D5 L3

Vref

Ns2

Vdc(Ns2/Np)(2Ton/T)

D4

D3 Q1

L2

DC Voltage controlled variable-width pulse gennerator

D6

R4 Vm Np2

L1 Nm

Vdc(Ns1/Np)(2Ton/T)

C2 C3

C1 R2

EA

R1 Vdc

Ns1

Nm D2

6:29 PM

Trang 10

• Dạng sóng bộ chuyển ñổi ñẩy kéo thực tế

t

T/2 T/2+DT ON

DT T/2

T/2+DT T

Q2,3

Q1,4

V p

ON

t

+v dc

-v dc

S

4 Bộ chuyển ñổi cầu và bán cầu: (Full-bridge converter, half-bridge converter)

• Bộ chuyển ñổi cầu

Vx

+

Ns SW1

-iLx +

Vp

Vo

D2

Lx + D1

-Vs

SW4

Ns

C

-SW2

-R Np

SW3

+

D n

n V V

p

s











= 2 0

6:29 PM

39

4 Bộ chuyển ñổi cầu và bán cầu:

• Dạng sóng ra

t

T/2 T/2+DT ON

DT T/2

T/2+DT T

S1,S2

S3,S4

Vp

v x

ON

t

vs

-v s

vs(Ns/Np)

4 Bộ chuyển ñổi cầu và bán cầu:

L1

Ns1

B

C1 220Vac

320Vdc

Q2

Ns1

C4

Q3 D3 D1

Q1

Nsm D5

D8

Vom L2 D7

D2

Vo1 C3

Q4

220Vac

S1 D1

Cb

D2

D6

C2 120Vac

Nsm

A D3

Np

6:29 PM

Trang 11

4 Bộ chuyển ñổi cầu và bán cầu: (Full-bridge

• Bộ chuyển ñổi bán cầu

D2

+

C1

Vs/2

C1

Vs/2

Lx +

-Ns D1 Np

+

-+

R iLx Vx

-Vs

-+ Vo

+

C

SW2

Vp SW3

Ns

-D n

n V V

p

s











=

0

4 Bộ chuyển ñổi cầu và bán cầu: (Full-bridge converter, half-bridge converter)

• Dạng sóng ra

t t

T/2 T/2+DT ON

DT T/2 T/2+DT T

S1 S2

V p

vx

ON

t

v s /2

-v s /2 (Vs /2 )(Ns/N p) 6:29 PM

43

4 Bộ chuyển ñổi cầu và bán cầu: (Full-bridge

• Dạng mạch thực tế

D3

Ns1

D1 S1

D6

D2

Cb

A

Vo2

Q1

Ns1

D5

B

D2

C1 220Vac

Ns2

D3

L2

Ns2

L1 Vo1

Q2

C1

320Vdc

C2 D4

C2 120Vac

D1

220Vac

5 Bộ chuyển ñổi cấp dòng: (Current –fed converter)

VLx

iD1

+

ix

-Vs1

Vo

Vsw

-iD2

-Lx

+

Vs

SW2

+

-Vp1

D1 +

-R

+

-C

-Vp2

Np:Ns

iLx

Vs2

SW1 +

+

D2

6:29 PM

Trang 12

5 Bộ chuyển ñổi cấp dòng:

Khi SW1 ñóng và SW2 hở

-C Lx

-SW1

+

iD1

-+

Vs1 Vp2

D2

-+

iLx

VLx

D1

-Vs2

+

+ +

SW2

Vo

Vp1

+ +

Vs

Np:Ns

-Vsw

R









= s

p Lx D n

n I

i1









=

s

p p

n

n V









−

=

−

=

s

p i p i Lx

n

n V V v V









= +

=

s

p p

p sw

n

n V v v

Khi SW1 hở và SW2 ñóng

-SW1

-C Lx

+

D1

-+

Vs1

Vp2 -+

iLx

VLx

-Vs2

+

+ +

SW2

Vo Vp1

+

iD2

+

Vs

Np:Ns

-Vsw

R









= s

p Lx D n

n I

i 2









=

s

p p

n

n V









−

= s p i

Lx n

n V V









= +

=

s

p p

p sw

n

n V v v

6:29 PM

47

Khi SW1 ñóng và SW2 ñóng

-C Lx

-+

D1

-D2

+

Vs1 Vp2

SW1

-+

iLx

VLx

-Vs2

+

+ +

SW2

Vo Vp1

+ +

Vs

Np:Ns

-Vsw

R

0 2

1 + p =

p v v

i

Lx V









−

=

s

p i Lx

n

n V V

( 2 1 ) 0 ( 1 − ) = 0

















− +

−

n

n V V T D V v

s

p i i

Lx

( ) 







−

=

p s i n

n D

V V 1 2 0

• Dạng sóng ra

t

DT T ON S1 S2

i D1

ix

i Lx

ON

t t

iD2

T (1-D)T

t t 6:29 PM

Trang 13

5 Bộ chuyển ñổi cấp dòng ñẩy kéo:

• Mạch thực tế dạng 1

Q2

in

Co Nls

D1 Np

Vo T2

Ns Np

D3

Q1 Nlp

Ns

Vct

V

D2

5 Bộ chuyển ñổi cấp dòng ñẩy kéo:

• Mạch thực tế dạng 2

Nls

Q2

Np

D2 Ns Np Nlp

Vct

T2

Ns D3

Co

in

Vo

Q1 V

D1

6:29 PM

51

Bảng tóm tắc các bộ cấp ñiện cơ bản

Cấu hình

ðại lượng

Cð phi hồi Cð

Thuận

Cð ðẩy kéo

i

V

V 0









2

n D

D







 1 2 n

n







p s

n

n D 2







 p s n

n D









p s

n

n D 2

0

V

∆

RCf

D

2

8 1 Cf L D

x

−

2 32 2 1 Cf L D x

−

min

2 1 2 2 1

n n f R

f R D 2 1−

ðIỀU CHẾ ðỘ RỘNG XUNG

6:29 PM

Định dạng
Số trang	13
Dung lượng	2,24 MB