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

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC cung cấp cho người học các kiến thức: Các bộ biến đổi dòng liên tục, mạch biến đổi giảm áp, mạch biến đổi tăng áp, mạch biến đổi tăng giảm áp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

• Dòng liên tục là dòng trong cuộn cảm lúc nào cũng có trị dương trong toàn chu kỳ

• Để có điện áp DC lớn người ta thường ghép nhiều bộ nối tiếp nhau

• Mạch boost converter có thể tăng điện áp

và thay thế các viên pin

11:53 AM

3

GIỚI THIỆU

• Với hai viên pin ta có thể dùng mạch

Boost converter tăng điện áp lên để sử

dụng cho các xe điện và hệ thống đèn

trang trí

• Để có điện áp DC lớn người ta thường

ghép nhiều bộ nối tiếp nhau

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG LIÊN TỤC

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:

11:53 AM

R Vo S

-L

+

Vidc

-D

Diode Schottky

+

C

Trang 2

S

D1

C R

L

+

-Vidc

• Chế ñộ ON

dt

di L V V V V V

i L L

i = + 0 ⇒ = − 0 = L

V V dt

di L i − 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



 −

=

∆

⇒

−

=

∆

L S

D1

C R +

-Vidc

• 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

−

⇒

=

−

( ) ( 1 ) ( 2 )

1 0 0

T D L

V i

L V T D i t i

swoff L

L L

−



−

=

∆

⇒

−

∆

=

∆

11:53 AM

7

1 Dạng sóng mạch biến ñổi giảm áp

t

S

TOFF

TON

vL

iL

iC

Vi

Vi-Vo

-V o

ILmax

ILmin

∆i C

t

S

TOFF

TON

vL

iL

iC

Vi

Vi-Vo

-V o

ILmax

ILmin

∆i C

11:53 AM

Trang 3

t

S

T OFF

T ON

v L

iL

i C

V i

Vi-Vo

-Vo

ILmax

ILmin

∆iC

t

S

T OFF

T ON

v L

iL

i C

V i

Vi-Vo

-Vo

ILmax

ILmin

∆iC

11:53 AM

11

• Dạng sóng

t

S

TOFF

TON

vL

iL

iC

Vi

Vi-Vo

-V o

ILmax

ILmin

∆i C

DT T

( ) + ∆ ( ) = 0

∆ iLON iLOFF

Do sự thay đổi tổng

cộng dòng điện chạy

qua cuộn cảm khi S

đóng và khi S hở là

bằng không:

( 1 ) 0 )

2 ( ) 1 (

0 0

0  −   − =

 −

⇒ +

=

∆ +

∆

T D L V DT L V V i i i swoff L swon L

i i on

T

t DV

V 0 = = ⇔ 0 <

L

V DT L V D V DT L V V

swon

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:

11:53 AM

Trang 4

• Dòng điện trung bình qua cuộn cảm:

• Dòng điện max và min qua cuộn cảm:

• Giá trị cực tiểu cuộn cảm:

• Độ dợn sóng ngõ ra:

R

V I

I L R

0

=







 +

=







+

=

L t R V Lf D R

V

2 1 2

1

0 0

max









−

=







−

=

L t R V Lf D R V

2 1 2

1 1

0 0

min

R T D R f D L

2 1 2

1

min

−

=

−

=

2 0 0 8 1 LCf D V

=

∆

2 Mạch biến ñổi tăng áp

11:53 AM

R L

Vo

D1

Diode Schottky

-S

+

Vidc

-+

C

15

• 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

=

∆

L DT V

swon

L =

∆

• 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

−

=

⇒

=

−

=

V V T D i t

1

−

=

−

∆

=

∆

( ) ( 0)(1 ) ( 4 )

L T D V V

swoff L

−

=

∆

11:53 AM

Trang 5

2 Dạng sóng mạch biến ñổi tăng áp

∆i L

t

S

T OFF

T ON

v L

iL

Vi-Vo

V i

I Lmax

I Lmin

IL

t

Imax

Imin

i D

∆i L

t

S

T OFF

T ON

v L

iL

Vi-Vo

V i

I Lmax

I Lmin

IL

DT

t

Imax

Imin

i D

T

11:53 AM

19

∆i L

t

S

TOFF

TON

vL

i L

Vi-Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL

DT

t

I max

I min

iD

T

∆i L

t

S

TOFF

TON

vL

i L Vi-Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL

DT

t

I max

I min

iD

T

11:53 AM

Trang 6

• Dạng sóng

( ) + ∆ ( ) = 0

∆ iLON iLOFF

Do sự thay đổi tổng

cộng dòng điện chạy

qua cuộn cảm khi S

đóng và khi S hở là

t

S

T OFF

T ON

v L

iL

Vi-Vo

Vi

ILmax

ILmin

I L

DT T

t

Imax

Imin

iD

Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không, theo (3) và (4) ta được:

0 1 )

4 ( ) 3 (

0

− +

⇒ +

=

∆ +

∆

L T D V V L DT V i i

i i swoff L swon L

D V

−

= 1 0

L DT V L

T D D

V V L

T D V V

i i i

−





−

=

−

=

∆

1 1 1

0

11:53 AM

23

( D ) R

V

1−

=

DT V R D V i

I

swon L

L

2 1

−

=





 ∆

+

=

DT V R D V i

I

swoff L L

2 1

−

=





 ∆

−

=

f R D D L R D D

Lf

2 1 2

min 2 min

−

=

⇒

−

=

RCf D

V V =

∆ 0 0

3 Mạch biến ñổi tăng-giảm áp

11:53 AM

R Vo

D1 Diode Schottky

-L

+ Vidc

-S

+ C

Trang 7

• 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

L

L V dt di dt

di L V

i

L V DT i t

i L ∆L = i

∆

L DT V

swon

L =

∆

• Chế ñộ OFF Khi S hở, dòng trong cuộn cảm không thay đổi tức thời, diode phân cực thuận nên dẫn cho dòng qua tụ và tải tạo nên điện thế của cuộn cảm VL:

R

+

-Vidc

C L

L V dt di dt

di L V

L

0

=

V T D i t

−

∆

=

∆

( ) 0(1 ) ( 6 )

L T D V

i L swoff

−

=

∆

11:53 AM

27

3.Dạng sóng bộ biến ñổi tăng-giảm áp

t

S

T OFF

T ON

vL

i L

V o

V i

I Lmax

I Lmin

DT

T

t

S

T OFF

T ON

vL

i L

V o

V i

I Lmax

I Lmin

DT

T

11:53 AM

Trang 8

t

S

TOFF

TON

v L

i L

V o

Vi

I Lmax

ILmin

t

S

TOFF

TON

v L

i L

V o

Vi

I Lmax

ILmin

11:53 AM

31

• Dạng sóng

( ) + ∆ ( ) = 0

∆ iLON iLOFF

Tùy theo bật S đóng

hay mở sẽ cung cấp

điện làm diode ngưng

hay dẫn và do đó sẽ

cấp dòng cho tải Do

cách mắc diode nên

điện thế ra V0 có trị

âm Ta có mạch

tương đương ở hình

t

S

T OFF

T ON

vL

iL

Vo

Vi

ILmax

ILmin

DT

T

Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không, theo (5) và (6) ta được:

0 1 0

0 − = +

⇒

=

∆ +

∆

L T D V L DT V i i i swoff L swon L





−

D

D V D D V

i 1 1

0

L DT V L

T D D D V L T D V i

i i

Lswoff

=

−





−

=

−

=

∆ 1 1

1 0

• Nếu D > 0,5: điện thế ra lớn hơn điện thế vào

• Nếu D < 0,5: điện thế ra nhỏ hơn điện thế vào

11:53 AM

Trang 9

2

2 2

) 1 ( 1

D R D V RD V D D V RD V

V

i i

i L

−

=





−

=

DT V R D D V i

I

swon

L

2 1

−

=





 ∆

+

DT V R D D V i

I

swoff L L

2 1

−

=





 ∆

−

=

f R D L R D Lf

2 1 2

min 2 min

−

=

⇒

−

=

RCf D V RC DT V

0 = =

∆

4 Bộ chuyển ñổi C’uk

• Chức năng các linh kiện: S, L1, L2, C1, C2, D1, R

11:53 AM

R L2

Vo

-L1

D1

Diode Schottky +

S Vidc

-C1

+ C2

35

• Chế ñộ ON

Ta có các mạch tương đương khi S đóng như ở hình

luật Kirchhoff về điện thế

Trị số điện thế trung bình qua cuộn cảm bằng không

ở chế độ thường trực

R C2 L1

S

iC1=-iL2 +

-Vs

L2

D1

0

D1 L1

R

iC1=iL1

S +

-Vs

L2

C2

Ta có các mạch tương đương khi S đóng như ở hình

luật Kirchhoff về điện thế.

Trị số điện thế trung bình qua cuộn cảm bằng không

ở chế độ thường trực.

0

( )ic1 swoff = IL1

• Chế ñộ OFF CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG LIÊN TỤC

11:53 AM

Trang 10

Công suất hấp thụ của tải bằng với công suất

cấp điện:

ra lớn hơn điện thế vào.

ra nhỏ hơn điện thế vào.

( )

[ic1swon]DT +[( ) ic1 swoff]( 1 − D ) T = 0

( )

D D I

I T

D

I

DT

I

L

L L

−

1 0 1

2

1 1

2

i L

L L L

i

V V I

I I

V

I

V

P

2

1 2 0

1

0

−

=

⇒

−

⇒

=













−

D

V

1

0

hình như bộ chuyển đổi hạ thế và dòng qua cuộn cảm có cùng dạng với bộ chuyển đổi hạ thế Do đó,

độ dợn sóng hoặc sự thay đổi trong điện thế ra cũng sẽ bằng với của bộ chuyển đổi hạ thế :

2 2 2 0 0 8

1 f C L

D V

=

∆

D D f RC

V T D C

I dt I C

DT L

c≈ = − =  − 

2

1 1

1 1 1 1

f RC D V

vc

1

0

1 ≈

∆

11:53 AM

39

• Sự tăng giảm của dòng qua cuộn cảm có thể tính

bằng cách xem điện thế cuộn cảm khi bật S đóng:

• Với dòng liên tục trong cuộn cảm, dòng trung

bình phải lớn hơn 1/2 sự thay đổi trong dòng Ta có

trị số cực tiểu của các cuộn cảm:

4 Bộ chuyển ñổi C’uk:

dt

di

L

V

i

L 1 = = 1 1

f L D V L DT V i L V DT

L i L

1 1 1 1

∆

dt

di L V V

V

i i

L

2 2 0 0

f L D V L DT V

L

2 2

∆

( )

Df R D L 2

1 2 min , 1

−

f R D L 2 1

min , 2

−

=

ỨNG MẠCH BIẾN ĐỔI DC

4 Mạch băm xung áp dùng SCR:

C +

-E

L

T

Gn

Tn

G

Dr D

TAI

R

D r

S

E

+

được nạp điện, bản cực dương ở phía bên trên như

11:53 AM

Trang 11

C

+

-E

L

T

Gn

Tn

G

Dr D

TAI

Cho xung điều khiển kích mở T SCR này mở cho dòng điện chạy qua, tức là S đóng kín mạch

Dòng điện từ nguồn E chạy qua T, qua tải và trở

về nguồn Đồng thời tụ điện C phóng điện theo

mạch C-T-L-D-C và được nạp ngược lại Điện áp

C +

-E

L

T

Gn

Tn

G

Dr D

TAI

Nếu bây giờ cho xung

đặt điện áp giữa hai bản cực của tụ điện C lên T khiến T bị khoá lại và S

11:53 AM

43

Như vậy, bằng cách làm biến đổi tỉ số chu kỳ D

(trong khi giữ cho chu kỳ băm T = const ) có thể

điều chỉnh được trị trung bình của điện áp đặt trên

tải.

E

Vo

i o

io

I

1

I2 0

t

T 1 T 2

T

DE Edt

T

V

DT

o = ∫ =

0

1

Thông thường mạch tải có chứa điện cảm L Điện

đường phóng điện cho khối năng lượng điện từ nói

2 2

1 o Li

W =

11:53 AM

Trang 12

BIẾN ðỔI DC

DÒNG KHÔNG LIÊN

TỤC

11:53 AM

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	2,63 MB