Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC cung cấp cho người học các kiến thức: Các bộ biến đổi dòng không liên tục, mạch biến đổi giảm áp, mạch biến đổi tăng áp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1CHƯƠNG 3: BIẾN ĐỔI DC
1.Mạch biến ñổi giảm áp
(Buck Converter)
2.Mạch biến ñổi tăng áp
(Boost Converter)
Ở trên ta xét đến trường hợp dòng liên tục: là dòng trong cuộn cảm lúc nào cũng
có trị dương trong toàn chu kỳ
Dòng liên tục không phải là điều kiện cần
để bộ chuyển đổi hoạt động Một cách phân giải khác cần thiết là trường hợp dòng không liên tục
GIỚI THIỆU
11:55 AM
3
• Sơ ñồ dạng sóng
Dạng sóng dòng điện và điện áp của
mạch Boost converter hoạt động ở chế độ
không liên tục
GIỚI THIỆU
Trong trường hợp năng lượng điện tích trữ trong cuộn dây cung cấp không đủ cho tải trong giai đoạn Toff thì sẽ có một khoảng thời gian dòng điện đi qua cuộn dây bằng 0
Điểm khác biệt so với trường hợp trên là cuộn dây xả hết trong giai đoạn cuối của chu kỳ
GIỚI THIỆU
11:55 AM
Trang 2Mặc dù nhỏ nhưng nó cũng tạo nên sự
khác biệt Dòng điện đi qua cuộn dây lúc
bắt đầu chu kỳ là bằng 0, dòng ILmax (với
L DT V
Lmax=
Trong trạng thái OFF, dòng IL giảm về 0
sau khoảng thời gian δ.T : ( )
0
L
T V V
L
δ
• Rút gọn ta được:
i
o V
V −
2
max L D o
I I
I = =
( o i ) i i o i i o
V V L T D V V V D V L DT V I
−
=
−
=
2 2
2 2
o i i
o
LI
T D V V
V
2 1
2 +
=
không liên tục không những phụ thuộc vào chu kỳ
mà còn phụ thuộc vào giá trị của cuộn dây, điện áp
Vinvà Io.
11:55 AM
7
• Giới hạn của Boost converter hoạt động ở
chế độ liên tục và không liên tục:
GIỚI THIỆU
1 Mạch biến ñổi giảm áp
• Sơ ñồ nguyên lý
• Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R
• Các giả thiết khi phân giải:
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
R Vo S
-L
+
Vidc
-D
Diode Schottky
+
C
11:55 AM
Trang 3S
D1
C R
L +
-Vidc
1 Mạch biến ñổi giảm áp
• Chế ñộ ON
dt
di L V V V V V
i L L
i = + 0 ⇒ = − 0 =
Khi S đóng, do diode phân cực nghịch nên
ngưng, ta có dòng điện chạy qua cuộn cảm
Điện thế cuộn cảm bằng:
0
DT L V V i
L V V DT i t i dt di
i swon L
i L L L
−
=
∆
⇒
−
=
∆
∆
∆
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
L S
D1
C R +
-Vidc
1 Mạch biến ñổi giảm áp
• Chế ñộ OFF Khi bật hở, diode trở nên phân cực thuận nên dẫn, và do đó cho dòng điện cuộn cảm chạy qua hình Điện thế qua cuộn cảm khi bật hở:
L V dt di dt di L V
L
0 0
−
⇒
=
−
T L
V
i L swoff = − δ
∆
⇒
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
L V T i t i
OFF L
L=∆ =− 0
∆
∆
Thời gian OFF chỉ có giá tri trong khoảngδ:
11:55 AM
11
1 Dạng sóng mạch biến ñổi giảm áp
t
t
t
v L
i L
-Vo
v i
I Lmax
I L
v i -v o
t
i i
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
1 Dạng sóng mạch biến ñổi giảm áp
t
t
t
v L
i L -Vo
v i
I Lmax
I L
v i -v o
t
i i
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
11:55 AM
Trang 4t
t
t
v L
iL
-Vo
v i
I Lmax
I L
v i -v o
t
i i
t
t
t
v L
iL -Vo
v i
I Lmax
I L
v i -v o
t
i i
11:55 AM
15
1 Mạch biến ñổi giảm áp
• Dạng sóng
Hệ thức giữa dòng
cuộn cảm và dòng
nguồn được tính
trước hết là cho điện
thế trung bình của
cuộn cảm bằng không
cho chu kỳ hoạt
động Điện thế cuộn
cảm theo hình:
t
t
t
S
δT
TON
vL
i L -Vo
vi
ILmax
IL
vi-vo
t
ii
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
1 Mạch biến ñổi giảm áp
0 )
2 ( ) 1 (
0
0
0 − =
−
⇒ +
=
∆ +
∆
T L V DT L V V i i
i swoff L swon L
δ
Hoạt động thường trực đòi hỏi dòng điện cuộn cảm tại cuối chu kỳ giao hoán bằng với trị số tại lúc bắt đầu nghĩa là sự thay đổi tổng cộng trong dòng cuộn cảm trên 1 chu kỳ là bằng không:
( V i − V 0 ) DT − V 0 δ T = 0 ⇒ ( V i − V 0 ) DT = V 0 δ T
+
=
δ
D D V V i 0
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
11:55 AM
Trang 51 Mạch biến ñổi giảm áp
• Dòng điện trung bình qua cuộn cảm:
Kết hợp lại:
• Vì dòng bắt đầu bằng không, dòng cực đại bằng
với sự thay đổi dòng trong suốt thời gian bật S đóng.
Khi bật đóng, điện thế cuộn cảm là:
kết quả là:
R
V
I
I L R
0
=
= = I DT + I δ T = I ( D + δ )
T
2 1 2 1 2 1 1
( ) ( 3 ) 2
max
R
V D
I + δ =
0
V
V
vL = i− didtL ViLV0 itL =DT∆iL =IDTmax
∆
∆
=
−
=
• Dòng Imax:
L T V DT L V V i
L
δ
0 0
−
=
∆
=
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
1 Mạch biến ñổi giảm áp
Giải phương trình ta được:
Giới hạn giữa dòng liên tục và không liên tục xảy
= 0
( ) ( )
R
V D L T V D
max
2 1 2
=
+ +
=
+
=
RT
L D D
D V D
D V
8 2 2
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
11:55 AM
19
2 Mạch biến ñổi tăng áp
• Sơ ñồ nguyên lý
• Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R
• Các giả thiết khi phân giải:
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
R L
Vo
D1 Diode Schottky
-S
+
Vidc
-+ C
2 Mạch biến ñổi tăng áp
• Chế ñộ ON Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên ngưng, dòng điện qua cuộn L tạo nên điện thế VL cho bởi:
+
-Vidc
C R
VL=Vi
S
V dt di dt di L V
i
L V DT i t
iL L i
=
∆
=
∆
∆
L DT V
swon
L =
∆
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
11:55 AM
Trang 6• Chế ñộ OFF
Khi S hở, diode phân cực thuận nên dẫn cho
dòng qua cuộn cảm L tạo nên điện thế của
cuộn cảm VL:
D1
R C +
-Vidc
S
VL=Vi-Vo
L V V dt di dt
di L V V
i L
0 0
−
=
⇒
=
−
=
L V V T i t
iL ∆L= i− 0
∆
∆
δ
( ) ( 0) ( 5 )
L T V V
swoff L
δ
−
=
∆
t
t
t
vL
i L Vi-Vo
I Lmax
I L
vi
t
i i
11:55 AM
23
2 Mạch biến ñổi tăng áp
t
t
t
v L
iL
Vi-Vo
ILmax
I L
v i
t
i i
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
2 Mạch biến ñổi tăng áp
t
t
t
v L
iL Vi-Vo
ILmax
I L
v i
t
i i
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
11:55 AM
Trang 72 Mạch biến ñổi tăng áp
t
t
t
vL
i L
Vi-Vo
I Lmax
I L
vi
t
i i
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
2 Mạch biến ñổi tăng áp
• Dạng sóng
( ) + ∆ ( ) = 0
Do sự thay đổi tổng cộng dòng điện chạy qua cuộn cảm khi S đóng và khi S hở là bằng không:
t
t
t
S
δT
TON
vL
iL
Vi-Vo
ILmax
IL
vi
t
ii
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
11:55 AM
27
2 Mạch biến ñổi tăng áp
Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng
cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không,
theo (4) và (5) ta được:
0 )
5
(
)
4
(
0
0 =
− +
⇒ +
=
∆ +
∆
L
T V V L
DT V
i i
i i
swoff L swon
L
δ
DT
+
=
δ
δ D V
V0 i
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
2 Mạch biến ñổi tăng áp
• Dòng điện trung bình qua diode:
• Dòng điện Imax:
• Thay D1 và rút gọn:
δ
δ max
max 2 1 2
1 1
I T I T
ID= =
L DT V i
L =
∆
= max
R
V L DT V
I i D
0
2
1
=
=
⇒
RDT
L V V
i
2
0 δ
0 2
2 0 2
0 − − =
L RT D V
V V V
i i
+ +
=
L
RT D V
V i
2
1 1 2 1
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC
11:55 AM
Trang 8Giới hạn giữa dòng liên tục và không liên
tục khi δ =1 – D Điều kiện khác tại giới hạn
là khi Imin = 0
Khi bộ chuyển đổi tăng thế hoạt động
theo kiểu dòng liên tục hay không liên tục
tùy thuộc vào sự tổ hợp thông số mạch bao
gồm tỉ số định dạng D Khi D thay đổi với
một bộ chuyển đổi tăng thế cho sẵn thay
đổi có thể đi vào hay đi ra khỏi kiểu không
liên tục
Là thiết bị cung cấp nguồn một chiều thay đổi được, các tải của bộ biến đổi xung áp một chiều cũng chính là tải của sơ đồ chỉnh lưu nhưng bộ
biến đổi lại làm việc với nguồn một chiều Vì vậy, phạm vi ứng dụng của hai bộ biến đổi thật sự không trùng nhau Các ứng dụng của bộ biến đổi xung áp một chiều có thể chia làm hai nhóm:
Sử dụng nguồn một chiều áp không đổi
Sử dụng nguồn một chiều chỉnh lưu diode từ lưới xoay chiều công nghiệp 11:55 AM
31
ẢNH HƯỞNG LINH KIỆN LÊN DẠNG SÓNG
Khi linh kiện không
lý tưởng dạng sóng
ra có dạng như hình
ẢNH HƯỞNG LINH KIỆN LÊN DẠNG SÓNG
Sử dụng mạch sửa dạng sóng
D3 L1
1uH D2
C
G
R2 1k
C1 1uF
L S
R1 1k
D1
R
11:55 AM
Trang 9ẢNH HƯỞNG LINH KIỆN LÊN DẠNG SÓNG
Dạng sóng ra sau khi qua mạch sửa
dạng sóng
BỘ CẤP ðIỆN DC
CƠ BẢN
11:55 AM