Tài liệu Tính toán và thiết kế bộ nguồn ổn áp xung nguồn, chương 3 pdf

Chương III: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU RA ĐIỆN MỘT CHIỀU Converters -Trong nhiều trường hợp phụ tải cần điện một chiều từ nguồn điện một chiều, một điện áp hay dòng hiệu suất thiết bị là một điề

Chương III: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU RA ĐIỆN MỘT

CHIỀU (Converters) -Trong nhiều trường hợp phụ tải cần điện một chiều từ nguồn điện một chiều, một điện áp hay dòng hiệu suất thiết bị là một điều phải quan tâm

-Thiết bị đổi điện một chiều ra điện một chiều được lắp ráp, theo nhiều sơ đồ rất đa dạng Nhưng ta chỉ đề cập đến một số sơ đồ cơ bản: Buck, Boost, Buck - Boost

Và các dạng khác như: Flyback, Forward, Push - Pull (đẩy kéo) Half- Bridge (nửa cầu), Cầu (Full - Bridge)

I SƠ ĐỒ BUCK.

* Sơ đồ Buck

- DCK : Transistor ngắt dẫn làm việc điều chế độ rộng xung

( điều chế xung )

Control circuit : khối điều khiển transistor

- L : cuộn cảm kháng tích lũy điện năng

- C : Tụ điện tích lũy điện năng

- Dsb : Diode san bằng dòng, giúp cho dòng điện qua L liên tục khi dòng điện cung cấp qua transistor ĐCX không liên tục

Vo

Vo

L1

T=Ton+Toff DCX

Vs

Control circuit iDCX

- Vs : Nguồn điện một chiều ở ngõ vào.Nguồn này có thể là một bộ chỉnh lưu, do đó cần có tụ điện Cv vừa để lọc vừa để tiếp nhận năng lượng từ phụ tải trả về Vì bộ chỉnh lưu không nhận được dòng trả về

- Mạch này sẽ được nối ngay sau biến áp nguồn Từ sơ đồ ta có thể thấy rằng mạch này khá đơn giản

- Khi transistor dẫn, nguồn điện sẽ chảy một cách trực tiếp đến đầu ra Điện áp này cũng phải qua cuộn dây Khi transistor ngắt, dòng đã lưu trữ trong cuộn làm cho diode phân cực thuận và cho phép dòng trở về tải

- Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 giai đoạn :

* Giai đoạn 1: D < t < Dt

D : Hệ số chu kỳ hay tỉ số thời gian dẫn ( duty cycle) trên thời gian làm việc T =

f

1 là chu kỳ đóng ngắt, f là tần số đóng ngắt thường vào khoảng 10KHz  100KHz Dsb phân cực nghịch, không dẫn

-Điện áp ở L là : VL = Vs - Vo

VL = Vs - Vo =

dt

di

L L

-Vậy iL biến thiên tuyến tính theo thời gian này lượng tích lũy vào R,C cung cấp cho phụ tải

iL =  t

L

Vo

V S

. ILmin

L

Vo

Vs

i

+ +

-

-IL tăng từ ILmin đến ILmax trong thời gian T

iL = VSL-VO t + ILmin= iDCX

Imax - ILmin = -DT (2-1)

 Giai đoạn 2: DT < t < T

-DCX ngưng dẫn, nhờ có Dsb nên iL vẫn liên tục vì Dsb dẫn :

VL = -Vo = L -iL giảm từ ILmax  ILmin trong thời gian :

T - DT = ( 1 - D ) T theo hàm số

IL =

-L

Vo ( t - DT ) + ILmax = iDSb

Dsb

.

R C

Vo L

Dsb i DCX

L

V - V

D

i

i

t t

T DT

T DT

l

CX

Dsb

i = i1 Dsb

i = iDsb 1

L i

V

ILmin - ILmax = IL = - ( 1 - D ) T ( 2 - 2 ) -Đại lượng tăng dòng bằng đại lượng giảm dòng :

Cộng (2-1) và (2-2) => V0 = D.Vs với D = TonT

T

T on

Ta có :Io =

R

V I

I Lmax Lmin 0

Vậy : ILmax = DVs 











Lf

D

) 1 (

T

1

ILmin = DVs 









Lf

D

) 1 ( 1

-Điều kiện để có dòng liên tục là ILmin = 0

Vậy : L = (1-D )

f

R

2

-Điện áp gợn sóng Vr được tính như sau :

-Trong nửa chu kỳ C được nạp thêm điện lượng :

Q =

2 2

2

x I

I L L











-Cũng trong nửa chu kỳ tụ điện C phóng ra cùng 1 điện lượng

0

t

0 U

D T

U

t

(I + I )/2 L m ax L m in

V

0

Vậy : Vo = Vc =  C  T

I

I L L

8

min max

-Thay T =

f

1 và ( ILmax-ILmin) = ( 1 - D ).T

2 0

8

) 1 ( 8

1

f LC

D V

C

T D L

V







-Hoặc : V0 = 2

8

) 1 (

f LC

D D

-Dòng gợn sóng : iL=

f L

V0 ( 1 - D ) (2-6)

* Chỉ tiêu các linh kiện :

- Transistor DCX :

-VDCXmax = Vs -IDCXmax =

Lf

V D D

2

) 1 (

0  

- Diode Dsb :

VDsbmax = Vs

IDsbmax =

Lf

V D D

2

) 1 (

0  

IDbstrung bình = (1-D).I0 (2- 7)

II SƠ ĐỒ BOOST

-Các chỉ tiêu linh kiện tích lũy điện năng là L và C, đóng ngắt điện là transistor DCX, D không cho dòng từ C phóng về nguồn Vs Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 giai đoạn :

i

Vo Control circuit iDCX

-+

R C

Vo +

-L

Sơ đồ Boost

* Giai đoạn 1 : O < t < DT

- DCX dẫn, D phân cực nghịch nên không dẫn VL = Vv = L

dt

d iL ; điện năng tích lũy vào L, C vẫn cấp điện cho tải

-*Giai đoạn 2

-DCX ngưng dẫn, iL vẫn liên tục do D dẫn vào phụ tải, L phóng điện vào tải

VL = Vs- Vo; Vo> Vs

iL = ID =

L

V

V S  O (T - DT ) + ILmax (2-8)

.

L

.

.

R C

Vo

DCX D

DT DT

C

i

S

DT

DCX

DCX

i iL

i

=

=

i iDCX DCX

i

L

Lmax

2

T T T

t t

Lmin

I

t t

-iL giảm từ ILmax  ILmin

ILmin- ILmax = ( T - DT ) -Nên ta có : V0 =

D

V s



-Trong thực tế Vr không lớn hơn 5Vv

-Công suất vào =

2

1[ Imax + ILmin] Vs -Công suất ra :

R

V o2

-Cân bằng công suất vào với công suất ra :

Ta có :

2

1 [ ILmax + ILmin] VS =

R

V2

-Từ (2-9) và (2-10) :

Ta có : ILmmax + ILmin = 2 2

) 1 (

2

D R

V S

-Từ (2-8) và (2-11) ta có : ILmin = 2

) 1

R

V V

-Lf

D

V S

2

. ( f =

T

1 )

) 1

R

V V

Lf

D

V S

2

-Điều kiện dòng liên tục :

I Lmin = 2

) 1

R

V S

-Lf

D

V S

2

. = 0

L = ( 1 ) 2

-Để tính được điện áp gợn sóng V0 hay dòng điện tại tụ lọc C

-Điện lượng nạp thêm vào tụ điện C là Ir bằng điện lượng phóng ra nuôi phụ tải, coi dòng gợn sóng tại phụ tải Ir không đáng kể so với iL

Vậy : V0 = VC =

C

Q



Q = Io.DT

Rf

D V DT R



Với D : hệ số chu kỳ , D =

T

T ON

f = 1/T : Tần số đóng ngắt

RfC

V C Rf

D V

o

o

.



* Chỉ tiêu các linh kiện :

- Transitor DCX : VDCXmax = VS + Vo

IDCXmax =

Lf

DV D

2



- Diode D : VDmax = VS + Vo

Lf

DV D

2

-ID trung bình = Io ( 2 -14 )